DE3912580A1 - Bondstempel bzw. "bonding wedge" - Google Patents

Bondstempel bzw. "bonding wedge"

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Description

Die Erfindung betrifft einen Bondstempel bzw. "bonding wedge" für einen Ultraschallbonder, insbesondere Aluminium-Dickdraht- Bonder, mit einer sich in Drahtrichtung schräg von oben zur Andruckfläche hin erstreckenden Drahtführung in Form einer Durchgangsbohrung.
Mittels derartiger Bondstempel bzw. "wedges" läßt sich ein elektrisch leitender Draht unter Ultraschall-Erregung gegen eine Kontaktfläche eines elektrischen oder elektronischen Bauteils drücken unter Herstellung einer entsprechenden elek­ trischen Verbindung zwischen dem Draht und der Kontaktflä­ che. Der Bondstempel bzw. "wedge" ist mit einem sogenannten Ultraschall-transducer verbunden, welcher wiederum Teil eines hin- und herbewegbaren Bondkopfes ist. Weitere wesentliche Teile des Bondkopfes sind noch eine Drahtspule, von der der Bonddraht abziehbar ist, sowie eine Drahtklemme, mittels der der Bonddraht bei der Ausbildung des ersten Bondes sowie nach der Ausbildung eines sogenannten "loops" und eines zweiten Bonds festklemmbar ist.
Bei Verwendung von Bondstempel der eingangs genannten Art in Verbindung mit Aluminiumdraht haben sich als äußerst nachteilig ein relativ hoher Reibungswiderstand sowie Abrieb des Alumi­ niumdrahts im Bereich der Drahtführung herausgestellt mit der Folge, daß schon nach relativ kurzer Betriebszeit die loop- Bildung negativ beeinflußt wird. Aus diesem Grunde müssen die Bondstempel bzw. "wedges" häufig ausgebaut und von Aluminium- Ablagerungen gereinigt werden mit der Folge entsprechender Be­ triebsunterbrechungen. Des weiteren haben die erwähnten Alu­ minium-Ablagerungen im Bereich der Drahtführung auch den Nach­ teil, daß sie von Zeit zu Zeit vom Bonddraht mitgenommen bzw. mitgerissen werden und damit in den Bereich der Andruckfläche des Bondstempels gelangen mit der Folge, daß dann unzulängliche Bonds bzw. Kontakte entstehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bondstempel bzw. "bonding wedge" der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die genannten Nachteile vermieden sind, d. h. der Reibungswiderstand des Aluminiumdrahtes sowie dessen Ab­ rieb im Bereich der Drahtführung auf ein Minimum reduziert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine in der Drahtfüh­ rung bzw. in der diese bildenden Durchgangsbohrung eingepaßte Kunststoffhülse gelöst, durch die der Bonddraht hindurchgeführt ist bzw. durch die hindurch der Bonddraht beim Bonden nachge­ zogen wird. Durch diese im nachhinein gesehen relativ einfache Maßnahme läßt sich der Reibungswiderstand des Bonddrahtes im Bereich der Drahtführung auf ein Minimum reduzieren. Das glei­ che gilt für den Aluminiumabrieb. Dieser beträgt - wie Versu­ che gezeigt haben - praktisch Null.
Sofern sich die Kunststoffhülse gemäß Anspruch 2 über die ge­ samte Länge der die Drahtführung bildenden Durchgangsbohrung erstreckt, d. h. die Kunststoffhülse auch in den kritischen Draht-Umlenkbereichen der Drahtführung wirksam ist, ist es mög­ lich, den Bonddraht in einem Winkel von etwa 90° zur Andruck­ fläche des Stempels zuzuführen. Dies wiederum hat zur Folge, daß der Bondstempel bzw. wedge einschließlich der Drahtzufüh­ rung auch bei extrem langer Ausbildung im unteren bzw. im der Bondstelle zugewandten Abschnitt, insbesondere in der unteren Hälfte, zumindest im unteren Drittel extrem schlank ausgebil­ det werden kann, so daß der Bondstempel bzw. "wedge" besonders gut zum Bonden an eng begrenzten Stellen, z.B. im Eckbereich eines Gehäuses oder dgl. einsetzbar ist.
Vorzugsweise besteht die reibungs- und abriebmindernde Füh­ rungshülse aus Tetrafluorkohlenstoff (Teflon = eingetragenes Warenzeichen), Polyethylen oder Polyamid. Bevorzugte Abmes­ sungen der aus Kunststoff bestehenden Rad-Führungshülse sind in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben.
Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Kunststoffhülse ist der in Anspruch 6 angegebene Bereich des Neigungswinkels zwischen der Drahtführung und der Andruckfläche unproblematisch.
Die Ansprüche 9 und 10 betreffen die Zuordnung einer Draht­ klemme und eines Drahtmessers zum Bondstempel, wobei diese Zuordnung insbesondere in Verbindung mit einem Bondkopf gemäß der DE-A-35 19 594 vorteilhaft ist.
Nachstehend wird im Vergleich zum Stand der Technik eine Aus­ führungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Bondstempels bzw. "bonding wedge" anhand der beigefügten Zeichnung näher be­ schrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Bondstempel herkömmlicher Art in Seitenansicht, teilweise im Schnitt; und
Fig. 2 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Bondstempel in einer Darstellung ähnlich derjenigen gemäß Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein Bondstempel bzw. "bonding wedge" 1 für einen Ultraschallbonder, insbesondere Aluminium-Dickdraht-Bonder, dargestellt, welcher von herkömmlicher Bauart ist. Dieser Bondstempel weist eine sich in Drahtrichtung schräg von oben zur Andruckfläche 2 hin erstreckende Drahtführung in Form einer Durchgangsbohrung 3 auf, durch die hindurch der Bond­ draht 4 zur Andruckfläche 2 des Stempels 1 hin geführt ist. An der der Bonddraht-Zuführung gegenüberliegenden Seite des Bond­ stempels bzw. "wedge" 1 ist ein Bonddraht-Messer 5 angeordnet, welches zur Abtrennung des Bonddrahtes nach Herstellung eines loops 9 und eines zweiten Bondes 6 auf der Kontaktfläche eines elektronischen Bauteils 7 in Richtung des Pfeiles 8 wirksam ist.
Die Durchgangsbohrung 3 weist am Drahteingang einen insbeson­ dere nach oben hin geöffneten Draht-Einführtrichter 10 auf, um eine steilere Drahteinfuhr an der Drahtzufuhrseite zu er­ möglichen. Trotz dieser Maßnahme läßt es sich jedoch nicht vermeiden, daß beim Bonden mit Aluminiumdraht sich im Bereich der Durchgangsbohrung 3 und insbesondere im Bereich des Über­ gangs zwischen dieser und dem Einführtrichter 10 ein erhebli­ cher Aluminiumdraht-Abrieb ausbildet, welcher auch Ausdruck eines erhöhten Reibungswiderstandes zwischen dem Aluminium­ draht 4 und der Drahtführung ist. Mit zunehmendem Abrieb nimmt auch der Reibungswiderstand zwischen Draht 4 und Drahtführung zu mit der Folge, daß dadurch die loop-Bildung negativ beein­ flußt wird. Des weiteren besteht die Gefahr, daß Aluminium­ draht-Abrieb beim Nachzug des Aluminiumdrahtes 4 in den Be­ reich der Andruckfläche 2 mitgerissen wird. Dies kann unzu­ längliche Bonds zur Folge haben. Bislang hat man diese Nach­ teile hingenommen und war gezwungen, schon nach kürzeren Be­ triebszeiten den wedge 1 auszubauen und zu reinigen unter Inkaufnahme einer entsprechenden Betriebsunterbrechung.
Zur Vermeidung dieser Nachteile wird entsprechend Fig. 2 in die Durchgangsbohrung 3 eine Hülse 11 aus einem Material ein­ gepaßt welches zu einer drastischen Reduzierung des Reibungs­ widerstandes mit dem Aluminiumdraht 4 führt. Vorzugsweise be­ steht die Hülse 11 aus Kunststoff, insbesondere Tetrafluorkoh­ lenstoff (Teflon = eingetragenes Warenzeichen) oder Polyethy­ len. Bei Verwendung dieser Materialien ist auch kein Aluminium- Abrieb mehr feststellbar. Wie Fig. 2 erkennen läßt, erstreckt sich die Kunststoffhülse 11 über die gesamte Länge der Durch­ gangsbohrung 3, d.h. einschließlich Einfülltrichter 10, wel­ cher im Vergleich zum Stand der Technik kleiner dimensioniert sein kann. Dank der Kunststoffhülse 11 ist die Umlenkung des Aluminiumdrahtes 4 an der Draht-Zufuhrseite nicht mehr kri­ tisch. Insbesondere erlaubt die dargestellte Konstruktion eine Drahtzufuhr in einem Winkel von etwa 90° zur Andruckfläche 2 bzw. Kontaktfläche. Die Drahtzufuhr kann daher oberhalb des Einführtrichters 10 längs der seitlichen Begrenzungsfläche des wedge 1 bzw. in Anlage an dieser erfolgen. Dementsprechend ist auch oberhalb des Einführtrichters 10 eine mit dem wedge 1 zu­ sammenwirkende Drahtklemme 12 angeordnet, die in Richtung des Doppelpfeiles 13 bewegbar ist unter Festklemmung des Drahtes 4 am wedge 1 oder Freigabe des Drahtes 4. An der der Draht­ klemme 12 gegenüberliegenden Seite des wedge 1 ist das anhand der Fig. 5 bereits erläuterte Drahtmesser 5 angeordnet. Fig. 2 läßt erkennen, daß der wedge 1 im unteren bzw. der Kontakflä­ che zugewandten Abschnitt zusammen mit den Anbauteilen Draht­ messer 5/Drahtklemme 12 extrem schlank gebaut werden kann, so daß das beschriebene Bondwerkzeug besonders gut für den Ein­ satz an weniger gut zugänglichen Kontaktflächen, insbesondere im Eckbereich von Gehäusen oder dgl., geeignet ist.
In an sich bekannter Weise weist der Bondstempel bzw. wedge 1 gemäß Fig. 2 einen z.B. etwa V-förmigen Einschnitt 14 zwischen der Andruckfläche 2 und der Durchgangsbohrung 3 auf, wobei die der Andruckfläche 2 abgewandte Begrenzungsfläche 15 des V-förmigen Einschnitts 14 die Durchgangsbohrung 3 etwa im rechten Winkel schneidet. Der V-förmige Einschnitt 14 ist so dimensioniert, daß die Kunststoffhülse 3 an der an die Andruckfläche 2 an­ grenzenden Fläche 16 des V-förmigen Einschnitts 14 anliegt. Auf diese Weise ist ein wedge-innenseitiger Anschlag für die Kunststoffhülse 11 geschaffen. Die Gefahr, daß die Kunststoff­ hülse 11 an der Seite des Einfülltrichters 10 aus der Durch­ gangsbohrung 3 herausfällt, ist nicht gegeben, da während des Betriebs die Kunststoffhülse 11 durch den nachgezogenen Draht 4 stets in Richtung zur Andruckfläche 2 hin gedrängt bzw. ge­ schoben wird.
Der Innendurchmesser der Kunststoffhülse 11 beträgt zwischen etwa 0,2 bis 0,8 mm entsprechend dem gewählten Drahtdurchmes­ ser von etwa 100 bis 700 µm. Der Außendurchmesser der Kunst­ stoffhülse 11 beträgt etwa 0,4 bis 1,00 mm, d.h. die Wand­ stärke der Kunststoffhülse 11 ist etwa 200 µm. Es hat sich herausgestellt, daß diese geringe Wandstärke für die Kunst­ stoffhülse 11 genügt, um einen dauerhaften Betrieb unter Er­ zielung der oben genannten Vorteile sicherzustellen. Dabei ist zu bedenken, daß die Abmessungen des wedge 1 ohnehin sehr gering sind, so daß mit entsprechend klein bemessener Kunst­ stoffhülse gearbeitet werden muß. Bislang konnte man sich auch nicht vorstellen, wie man derart kleindimensionierte Hülsen für den vorliegenden Zweck beherrschen sollte Auch insofern ist die beschriebene Maßnahme überraschend.
Der Neigungswinkel alpha zwischen der Durchgangsbohrung 3 und der Andruckfläche 2 beträgt zwischen etwa 20 und 80°, insbe­ sondere 50 bis 70°, vorzugsweise etwa 60°. Aufgrund der vor­ teilhaften Wirkung der Kunststoffhülse 11 stellt der Neigungs­ winkel alpha keine kritische Größe mehr dar.
Im übrigen sei zur Drahtklemme 12 noch gesagt, daß entspre­ chend Fig. 2 diese im unteren Abschnitt 17 zum Stempel bzw. wedge 1 hin abgewinkelt ist derart, daß sich der untere Ab­ schnitt 17 im wesentlichen parallel zum wedge 1 erstreckt. Dies trägt zur schlanken Bauweise des wedge 1 im unteren Be­ reich bei.
Vorzugsweise kann die Kunststoffhülse 11 noch geringfügig aus dem Einführtrichter 10 herausgeführt sein. Damit läßt sich jeglicher Kontakt zwischen wedge und Draht vermeiden, außer daß dieser Kontakt im Bereich der Klemme 17 gewollt ist.
Die Andruckfläche 2 ist im übrigen herkömmlich ausgebildet, d.h. weist vorzugsweise in Richtung quer zum Draht 4 eine etwa V- oder C-förmige Kontur auf.
Die Funktionsweise des wedge 1 ist kurz zusammengefaßt wie folgt:
Herstellung des ersten Bonds
  • - Drahtklemme 12 in Offenstellung,
  • - Bondkopf auf erste Bondstelle absenken,
  • - Ultraschall-Erregung des wedge 1 über den nichtdargestellten Transducer,
  • - Drahtklemme 12 auf,
  • - Ausbildung des loops 9 unter Absenkung des Bondkopfes zur Herstellung eines zweiten Bonds.
Herstellung des zweiten Bonds
  • - Nach Absenkung des Bondkopfs auf die zweite Bondstelle Ultra­ schall-Erregung des wedge 1,
  • - Bondkopf samt wedge 1 wird etwas angehoben und in Draht­ bzw. Bondrichtung weiterbewegt,
  • - Drahtklemme 12 in Schließstellung,
  • - Aktivierung des Drahtmessers 5 in Richtung des Pfeiles 8 unter Abtrennung des Bonddrahtes 4,
  • - Bondkopf samt wedge 1 zurück in eine Position über der ersten Bondstelle,
  • - Hochfahren des Bondkopfes samt wedge 1 in die Ausgangsstel­ lung.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Claims (10)

1. Bondstempel bzw. "bonding wedge" für einen Ultraschallbon­ der, insbesondere Aluminium-Dickdraht-Bonder, mit einer sich in Drahtrichtung schräg von oben zur Andruckfläche (2) hin erstreckenden Drahtführung in Form einer Durchgangs­ bohrung (3), gekennzeichnet durch eine in der Durchgangsbohrung (3) eingepaßte Kunststoff­ hülse (11), durch die der Bonddraht (4) hindurchgeführt ist.
2. "Wedge" nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kunst­ stoffhülse (11) über die gesamte Länge der Durchgangsboh­ rung (3) erstreckt.
3. "Wedge" nach Anspruch 1 oder 2,mit einem z.B. etwa V-förmigen Ein­ schnitt (14) zwischen der Andruckfläche (2) und der in Form einer Durchgangsbohrung (3) ausgebildeten Drahtführung, wobei die der Andruckfläche (2) abgewandte Begrenzungsflä­ che (15) des V-förmigen Einschnitts (14) die Durchgangsboh­ rung (13) schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhülse (11) an der an die Andruckfläche (2) anschließenden Begren­ zungsfläche (16) des V-förmigen Einschnitts (14) anliegt.
4. "Wedge" nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmes­ ser der Kunststoffhülse (11) zwischen etwa 0,2 bis 0,8 mm entsprechend dem gewählten Drahtdurchmesser von etwa 100 bis 700 µm beträgt.
5. "Wedge" nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmes­ ser der Kunststoffhülse (11) etwa 0,4 bis 1,0 mm beträgt.
6. "Wedge" nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (alpha) zwischen der Drahtführung (Durchgangsbohrung (3)) und der Andruckfläche (2) zwischen etwa 20° bis 80°, ins­ besondere 50° bis 70°, vorzugsweise etwa 60°, beträgt.
7. "Wedge" nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffhül­ se (11) aus Tetrafluorkohlenstoff (Teflon = eingetragenes Warenzeichen), Polyethylen oder Polyamid besteht.
8. "Wedge" nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Ein­ gangsöffnung (Einführtrichter (10)) der Drahtführung (Durchgangsbohrung (3)) eine mit dem "wedge" (1) zusammen­ wirkende Drahtklemme (12) angeordnet ist, so daß der Bond­ draht (4) im unteren bzw. der Andruckfläche (2) zugewandten Teil des "wedge" (1) in einem Winkel von etwa 90° zur An­ druckfläche (2) bzw. Kontaktfläche zuführbar ist.
9. "Wedge" nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Draht­ klemme (12) gegenüberliegenden Seite des "wedge" (1) in an sich bekannter Weise ein Drahtmesser (5) wirksam ist (Pfeil 8).
10. "Wedge" nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtklemme (12) im unteren Abschnitt (17) zum "wedge" (1) hin abge­ winkelt ist, derart, daß sich der untere Abschnitt (17) im wesentlichen parallel zum "wedge" (1) erstreckt.
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