DE3933982A1 - Kontaktierungsverfahren und kontaktierungsvorrichtung - Google Patents
Kontaktierungsverfahren und kontaktierungsvorrichtungInfo
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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.
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.
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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