DE3933982A1 - Kontaktierungsverfahren und kontaktierungsvorrichtung - Google Patents

Kontaktierungsverfahren und kontaktierungsvorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Kontaktierungsverfahren und eine Kontaktierungs­ vorrichtung zum Herstellen von Verdrahtungen innerhalb einer Miniaturbau­ element bzw. eines Mikrochips. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfin­ dung ein Kontaktierungsverfahren und eine Kontaktierungsvorrichtung, die geeignet sind zum Ball-Kontaktiren bzw. Kugel-Kontaktieren.
Das herkömmliche Kontaktierungsverfahren, das verwendet wird zur Verdrah­ tung eines Halbleiters, das als das sog. "Nagelkopfkontaktieren" klassifiziert ist und das z. B. in der japanischen Offenlegungsschrift 71 642/1986 offenbart ist, bildet einen Ball an einem der Enden eines dünnen Metalldrah­ tes, drückt diesen Ball von oben und verbindet ihn mit einem Substrat unter Verwendung einer Kapillare, bildet einen Ball am anderen Ende des dünnen Drahtes und verbindet ihn auf die gleiche Weise. Die japanische Offenle­ gungsschrift 1 73 951/1982 offenbart ein Verfahren, welches als "Keilkon­ taktieren" bezeichnet wird.
Der oben beschriebene Stand der Technik zieht nicht die Form des Balles nach der Kontaktierung in Betracht und zieht insbesondere das Problem der Form des oberen Teils des Balls nach sich. Mit anderen Worten, der Stand der Technik nimmt eine Struktur, wobei der Draht in vertikaler Richtung des Balles nach dem Kontaktieren verdrahtet ist und die Form des oberen Teils des Balls nach dem Kontaktieren geneigt bzw. schräg ist. Diese Form ist außerordentlich nachteilig für das Inkontaktbringen eines Fühlerstiftes mit dem Ball nach dem Kontaktieren, um die Verbindung des Kontaktierungsteils bzw. Kontaktierungsabschnittes und die Funktion des Bauelementes zu über­ prüfen. Die oben beschriebene Form ist gleichermaßen nachteilig für eine hochverläßliche Verbindung, wenn das Ball-Kontaktieren in Überlagerung auf dem Kontaktierungsteil vollzogen wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kontaktierungsverfahren und eine Kontaktierungsvorrichtung zu schaffen, die eine wünschenswerte Form des Kontaktierungsabschsnittes bilden.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Festigkeit des Kontaktierungsabschnittes zu verbessern.
Die oben beschriebenen Aufgaben können durch das folgende Kontaktierungs­ verfahren (1) und die folgende Kontaktierungsvorrichtung (2) erreicht wer­ den.
  • 1. Kontaktierungsverfahren, das einen Kontaktierungsdraht mit einer ballartigen Spitze in Druckkontakt mit einer gewünschten Stelle bringt und das Kontaktieren unter Verwendung einer Ultraschallwelle vollzieht, wobei das Kontaktierungsverfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der oben beschriebene Druckkontakt durch Hochfrequenz-Leistungs-Erwär­ mung durchgeführt wird, während der Kontaktierungsdraht unter Verwen­ dung einer flachen Erwärmungsspitze angedrückt wird.
  • 2. Kontaktierungsvorrichtung, die aufweist eine Kontaktierungsspitze, um einen Kontaktierungsdraht mit einer ballartigen Spitze in Druckkontakt mit einem zu kontaktierenden Material zu bringen, einen Ultraschall- Oszillator zum Aufbringen einer Ultraschallwelle auf die Kontaktierungs­ spitze und eine Erwärmungseinrichtung zum Hochfrequenz-Erwärmen der Kontaktierungsspitze.
Das Kontaktierungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird ausgeführt durch Hochfrequenz-Leistungserwärmen einer Kontaktierungsspitze, um einen Draht-Ball im wesentlichen senkrecht zu drücken, z. B. während Ultraschall- Oszillation auf die Kontaktierungsspitze aufgebracht wird. Die Frequenz der Hochfrequenz-Oszillation liegt vorzugsweise in dem Bereich von 30 kHz bis 90 kHz und die Amplitude beträgt vorzugsweise einige Mikrometer. Die Frequenz der Hochfrequenz-Leistungsversorgung bzw. -Spannungsversorgung liegt vorzugsweise im Bereich 200 Hz bis 2 kHz.
Fig. 6 zeigt die Kontaktierungsfestigkeit des Kontaktierungsabschnittes, der durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung kontaktiert ist, und zwar im Vergleich mit der Festigkeit anderer Verfahren. Es zeigt, daß, wenn Ultra­ schallwellen und Hochfrequenz-Erwärmung in Kombination miteinander verwendet werden, die Kontaktierungsfestigkeit stärker ansteigt als bei anderen Verfahren wie bei der Verwendung von Ultraschallwellen und einer Wechselspannungs-Erwärmung in Kombination miteinander.
Wenn die Spitze durch sowohl eine Ultraschallwelle als auch einen großen hochfrequenten Strom angeregt bzw. erregt wird, tritt eine Schlagvibration bzw. Pulsvibration zusätzlich zu der Ultraschallvibration auf. Dies erhöht die Reibung an der Schnittstelle zwischen der Spitze und dem Ball und flacht somit die Spitze des Kontakts ab. Zur gleichen Zeit nimmt die Reibung zwischen der Kontaktierungs-Anschlußstelle und dem Ball entsprechend zu und somit nimmt die Kontaktierungsfestigkeit zu. Mit anderen Worten, die Kombination der Ultraschallvibration und der Hochfrequenz-Erwärmung erzeugt eine Schwebung bzw. einen Puls bzw. eine Schwebungsvibration, die gleich der Differenz zwischen der Frequenz der Ultraschallwelle (Hz) und der Hochfrequenz (Hz) ist, und diese Schwebungsfrequenz erzeugt die oben beschriebene Reibungskraft. Die Amplitude der Schwebung ist gleich der Summe der Amplitude der Ultraschallwelle und der Amplitude der Hochfre­ quenz-Spannungsversorgung. Aus diesem Grund nimmt die Reibung zur Zeit des Kontaktierens zu.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Anwendungs­ beispielen in Verbindung mit der Zeichnung.
Fig. 1 ist eine Vorderansicht, die den Zustand zeigt, wo ein Verdrahtungs­ material einen Ball an seinem Ende ausgebildet hat und auf bzw. über einer Kontaktierungs-Anschlußstelle angeordnet ist;
Fig. 2 ist eine Vorderansicht, die den Zustand zeigt, bei dem das Ball-Kon­ taktieren ausgeführt wird, so daß die Form der oberen Fläche des Kontaktierungsabschnittes flach wird;
Fig. 3 ist eine Vorderansicht, die den Zustand zeigt, bei dem das Ball-Kon­ taktieren in Überlagerung auf dem Ball-Kontaktierungsabschnitt vollzogen wird, der bereits Ball-kontaktiert worden ist;
Fig. 4 ist eine schematische Strukturdarstellung, die ein Beispiel der Kon­ taktierungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das den Zeitablauf zur Zeit des Kontak­ tierens zeigt; und
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Festigkeit des Kontaktierungsabschnittes zeigt und hilfreich ist zum Erläutern des Effektes der vorliegenden Erfindung.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben bzw. erläutert.
Fig. 4 ist eine schematische perspektivische Darstellung, die ein Beispiel der Kontaktierungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin­ dung zeigt. Eine Kontaktierungsspitze 1 mit einer flachen Oberseite wird durch einen Spitzenhalter 2 gehalten. Ein Ultraschallhorn 3 wird auf die Trommel des Halters 2 über einen Isolierungsblock 13 gedrückt. Ein Wärme­ abschnitt, der diese Teile enthält, kann vertikal durch einen Motor-Antriebs­ mechanismus 12 und eine Kugelumlaufspindel (nicht gezeigt) abgesenkt werden. Die Kontaktierungsspitze 1 wird gebildet durch Ausformen eines Wolfram-Bleches bzw. -Blattes in eine U-Form und durch Aufbringen einer abflachenden Arbeit bzw. Kraft auf seine Spitze. Eine Hochfrequenzspannung wird zwischen beiden Enden der Spitze von einer Hochfrequenz-Konstant­ spannungsquelle 9 über einen Hochfrequenz-Übertrager 8 angelegt und Spannung wird daran zugeführt. Die Intensität und Zeitdauer der Ultraschall­ oszillation wird durch einen Ultraschalloszillator 7 gesteuert. Weiterhin wird ein Controller 10 zum Steuern des Motor-Antriebsmechanismus 12 gezeigt, ein Schaltkreissubstrat bzw. Schaltungssubstrat 6, eine Kontaktierungs-Anschluß­ stelle 5 und ein Verdrahtungsmaterial 4 (ausgestattet mit einem Ball). Diese Hochfrequenz-Konstantspannungsquelle 9, der Controller 10 und der Ultra­ schalloszillator 7 werden von einer Steuereinrichtung (Mikrocomputer) 11 gesteuert.
Als nächstes werden die Kontaktierungsprozeduren unter Verwendung dieser Vorrichtung erläutert. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das Verdrahtungsmaterial 42 mit dem Ball 41 an seiner Spitze auf der Kontaktierungs-Anschlußfläche bzw. -Anschlußstelle 5 derart angeordnet, daß das Verdrahtungsmaterial 42 im wesentlichen parallel zu dem Substrat 6 ist. Druck wird von oben auf das Verdrahtungsmaterial 42 durch die Kontaktierungsspitze 1 ausgeübt, eine Ultraschallwelle wird dann angelegt und weiterhin wird eine Hochfrequenz- Spannungsversorgungs-Erwärmung zum Kontaktieren ausgeführt, so daß die Form der oberen Fläche des Kontaktierungsabschnittes 41′ flach wird, wie in Fig. 2 gezeigt. Wenn das Kontaktieren in eine solche Form ausgeführt ist, kann das Kontaktieren weiter auf dem Kontaktierungsabschnitt 41′, wie in Fig. 3 gezeigt, ausgeführt werden, und wenn eine Leistungsüberprüfung bzw. Kontaktüberprüfung nach der Verbindung ausgeführt wird, kann der flache Abschnitt der oberen Fläche des Kontaktierungsabschnittes 41′ oder 41′′ gefühlt bzw. getastet werden.
Der oben beschriebene Kontaktierungsbetrieb wird durch die Steuereinrich­ tung 11 in Übereinstimmung mit dem in Fig. 5 gezeigten Zeitablauf gesteuert und die Anwendung bzw. das Aufbringen der Ultraschallwelle wird zu dem Zeitpunkt ausgeführt, wenn das Andrücken ausreichend lange ausgeführt worden ist. Auch die Aktivierung der Hochfrequenz-Spannungsversorgung wird von einem System ausgeführt, das sofort, ein paar Sekunden nach der Ultraschalloszillation aktiviert und erwärmt, um so jeden thermischen Einfluß auf das Verdrahtungsmaterial und die metallische Struktur der Basis zu verhüten. Der Kontaktierungsbetrieb kann durch die Verfahren ausgeführt werden, die sich von dem Verfahren mit dem in Fig. 5 gezeigten Zeitablauf unterscheiden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Frequenz der Ultraschall­ welle 60 kHz und die Frequenz der Hochfrequenzerwärmung ist 400 Hz, der gleiche Effekt kann jedoch erhalten werden, wenn die Frequenz der Ultra­ schallwelle und die der Hochfrequenzerwärmung aus dem Bereich von 30 kHz bis 90 kHz bzw. aus dem Bereich von 200 Hz bis 2 kHz ausgewählt werden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann eine flache und hochfeste Kontaktierung erreicht werden, was mit den herkömmlichen Kon­ taktierungsverfahren nicht möglich war. Insbesondere bezüglich der Festigkeit können Kontaktierungsverbindungen, die eine extrem hohe Festigkeit im Vergleich zu anderen Verfahren haben, erhalten werden durch Verwenden der Ultraschallwellen- und Hochfrequenz-Erwärmungskontaktierung, wie in Fig. 6 gezeigt, und eine hochverläßliche Verbindung kann erhalten werden. Da flaches Kontaktieren, das sich von dem herkömmlichen Kontaktieren unter­ scheidet, ausgeführt werden kann, wird das Fühlen bzw. Tasten zur Überprü­ fung nach der Verbindung und Verdrahtung möglich. Weiterhin, da eine Überlagerungsverbindung der Ballkontaktierung ausgeführt werden kann, wird eine hochdichte Lage bzw. Anordnung der Verdrahtungen in einem begrenzten Raum möglich.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Kontaktieren eines Drahtmaterials mit einem ballartigen Ende auf einer Kontaktierungsanschlußstelle, wobei die Kontaktierungs­ vorrichtung aufweist:
eine Kontaktierungsspitze zum Drücken des Balls des Drahtmaterials auf die Kontaktierungsanschlußstelle;
eine Einrichtung zum Anlegen einer Ultraschallwelle an die Kontaktie­ rungsspitze; und
eine Einrichtung zum Anlegen eines Hochfrequenzstromes an die Kontak­ tierungsspitze und zum Erwärmen der Kontaktierungsspitze.
2. Kontaktierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenz der Ultraschallwelle aus dem Bereich von 30 kHz bis 90 kHz ausgewählt wird.
3. Kontaktierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Frequenz des Hochfrequenzstromes aus dem Bereich von 200 Hz bis 2 kHz ausgewählt wird.
4. Verfahren zum Kontaktieren eines Drahtmaterials mit einem ballartigen Ende auf eine Kontaktierungsanschlußstelle, wobei das Kontaktierungsver­ fahren aufweist:
Drücken des Balls des Drahtmaterials auf die Kontaktierungsanschluß­ stelle durch eine Kontaktierungsspitze;
Anlegen einer Ultraschallwelle an die Kontaktierungsspitze; und
Anlegen eines Hochfrequenzstromes an die Kontaktierungsspitze und Erwärmen der Kontaktierungsspitze.
5. Kontaktierungsverfahren nach Anspruch 4, wobei die Frequenz der Ultraschallwelle aus dem Bereich von 30 kHz bis 90 kHz ausgewählt wird.
6. Kontaktierungsverfahren nach Anspruch 4, wobei die Frequenz des Hochfrequenzstromes aus dem Bereich von 200 Hz bis 2 kHz ausgewählt wird.
7. Schaltungssubstrat mit einem Drahtmaterial, das auf eine Kontaktierungs­ stelle durch Ball-Kontaktieren kontaktiert wird, wobei das Schaltungssub­ strat dadurch gekennzeichnet ist, daß ein weiteres Drahtmaterial in Überlagerung auf dem Ball kontaktiert wird, der derart ausgebildet ist, daß die Form seiner oberen Fläche flach wird.
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