DE4016720A1 - Verfahren und vorrichtung zum ultraschallbonden - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum ultraschallbonden

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ultraschallbonden und einen Ultraschallbonder zum Durchführen dieses Verfahrens.
Bekanntlich dient das Ultraschallbonden dem Anbringen von Verbindungsdrähten an Halbleiterbauelementen, wobei nach dem Verfahren des sogenannten Kugel-Bondens oder nach dem Verfahren des sogenannten Keil-Bondens gearbeitet wird. Das Kugelbonden und das Keil-Bonden wird speziell mit Ultraschall-Drahtbondern durchgeführt, die an einer Trägeranordnung befestigt sind, die sie in die richtige Position zum Herstellen einer Bondverbindung bewegt. Die vorliegende Erfindung befaßt sich speziell mit dem Gebiet des Keil-Ultraschallbondens (wedge bonding).
Das Keil-Bonden von Halbleiteranordnungen ist bekannt. Dabei wird zum Bonden häufig Aluminiumdraht verwendet. Der Aluminiumdraht wird von einer Bondverbindung zu einer zweiten Bondverbindung gezogen. Der Durchmesser eines solchen Drahtes liegt in vielen Fällen im Bereich von etwa 0,025 bis 0,635 mm.
Beim Bonden wird der Draht mit Hilfe eines Bonderwerkzeugs gegen die Halbleiteroberfläche gedrückt. Das Ende des Werkzeugs wird dabei in Ultraschallschwingungen versetzt, wobei die Schwingungsrichtung in einer Ebene liegt, die im wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Halbleiters verläuft, an der die Bondverbindung hergestellt werden soll. Die Ultraschallschwingung wird für ein Zeitintervall von einigen Zehntel Millisekunden aufrechterhalten. Die Kombination von statischem Druck auf das Bonderwerkzeug senkrecht zur Halbleiter- bzw. Chipoberfläche und von Vibrationen des Werkzeugendes parallel zu dieser Oberfläche führt zu einer plastischen Verformung des Drahtes. Bei dieser plastischen Verformung verbindet sich der Draht gleichzeitig mit den Atomen des Materials an der Chipoberfläche, wobei eine Bondverbindung in Form einer Kaltschweißverbindung geschaffen wird. Ein übliches Merkmal vieler Keil-Bonder und Bonderwerkzeuge besteht in einer Klammer zum Festhalten des Drahtes in der richtigen Position unter der Werkzeugspitze. Eine solche Klammer ist erforderlich, während sich das Werkzeug von einem Punkt, an dem der Draht abgetrennt wurde, zu einem Punkt bewegt, an dem der Draht erneut angebondet wird. Die Klammer verhindert, daß sich der Draht aus der Werkzeugspitze herausbewegt und ermöglicht daher das Herstellen einer neuen Bondverbindung. Eine derartige Klammer ist im allgemeinen eine aktiv betätigbare Vorrichtung, beispielsweise mit einem Elektromagneten, der mit zwei Klemmbacken verbunden ist, die mit Steuerbefehlen in den betreffenden Bonderpositionen geöffnet und geschlossen werden. Das Sichern eines Drahtes mit Hilfe einer derartigen Klammer bzw. Klemmvorrichtung ist im all­ gemeinen wirksam. Der Elektromagnet erhöht jedoch die Masse der Bonderkopfanordnung, was unerwünscht ist, da diese im Interesse eines schnellen Betriebes und zur Minimierung der Abflachung des Drahtes aufgrund von Beschleungigungskräften beim Anpressen des Drahtes gegen die Werkstückoberfläche eine möglichst geringe Masse haben soll.
Das Arbeiten mit einer "aktiven" Klammer erfordert außer­ dem Treiberschaltungen und Einrichtungen zum Zuführen von Energie zu dem Elektromagneten. Damit wird die Klammer notwendigerweise zu einem problematischen Bestandteil des Bonderkopfes.
Ein weiterer Nachteil von Klammern zum Sichern des Drahtes besteht darin, daß diese häufig relativ viel Platz hinter dem bzw. angrenzend an das Bonderwerkzeug benötigen. Dies beschränkt die Einsatzmöglichkeiten des Bonders auf relativ offene Bereiche, in denen sich keine anderen Komponenten befinden. Das Werkzeug und die Klammer benötigen nämlich Rangierraum, wenn sie in die Position zum Herstellen einer Bondverbindung bewegt werden.
Um den Platzbedarf hinter dem Werkzeug zu vermeiden, sind bei einigen Bondern Klemmeinrichtungen vorgesehen, die im Abstand von dem Bonderwerkzeug angeordnet sind. Dies ist mit gewissen Nachteilen verbunden, da es um so schwieriger ist, nach dem Bonden die richtige Länge des abgezogenen Drahtes aufrechtzuerhalten, je weiter die Klammer von dem Werkzeug entfernt ist. Bei der abgezogenen Drahtlänge handelt es sich dabei um das Drahtstück, welches vor dem Herstellen einer Bondverbindung aus der Liefereinrichtung vorsteht. Diese Drahtlänge sollte so kurz wie praktisch möglich sein, jedoch keinesfalls kürzer als die gewünschte Länge der Bondverbindung.
Ausgehend vom Stand der Technik und den vorstehend aufgezeigten Problemen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Bondverfahren sowie einen verbesserten Ultraschallbonder anzugeben, mit dem die Mängel des Standes der Technik überwunden und weitere wichtige Vorteile erreicht werden.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß den Lehren der zu der vorliegenden Anmeldung gehörigen Patentansprüche gelöst.
Was die wesentlichen Aspekte der Erfindung im einzelnen anbelangt, so sollen nachstehend folgende Besonderheiten erwähnt werden:
Gemäß einem ersten Aspekt umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren eine exakte Kontrolle der Positionierung und der Formgebung für den für das Bonden verwendeten Draht und gemäß einem zweiten Aspekt ein spezielles Verfahren zum Schneiden des Drahtes nach der Fertigstellung der letzten Bondverbindung.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist speziell darin zu sehen, daß die Notwenigkeit für den Einsatz zusätzlicher aktiver Einrichtungen entfällt. Statt dessen wird die Grundausstattung des Bonders selbst derart gestaltet, daß gemäß einem wichtigen Verfahrensaspekt der Erfindung das Festhalten des Drahtes und das Schneiden desselben ohne spezielle Zusatzeinrichtungen erfolgen kann. Eine wichtige Teilaufgabe, die gemäß der Erfindung gelöst wird, besteht also darin, daß die effektiven Einsatzmöglichkeiten des Bonders verbessert werden, da auf eine besondere Klammer oder andere Halterungseinrichtung für den Draht verzichtet werden kann. Dadurch, daß erfindungsgemäß der Draht direkt am Bonderwerkzeug festgelegt und gehalten werden kann, entfällt die Notwendigkeit für den Einsatz einer getrennten Klammer mit zugehörigen Speise-Einrichtungen. Außerdem wird erfindungsgemäß nur wenig Platz oberhalb des Werkzeugs und hinter demselben benötigt. Dies gestattet das Arbeiten auf einem begrenzten Raum zwischen anderen Bauelementen, die von der Halbleiteroberfläche getragen werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird in einfacher und billiger Weise die Möglichkeit geschaffen, beim Abziehen des Drahtes von einer Spule die durch das Aufspulen des Drahtes auf eine Spule relativ kleinen Durchmessers zunächst vorhandene Krümmung geradezurichten. Dies ist ein wesentlicher Aspekt für die präzise Handhabung und Positionierung des Drahtes.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bestehen ver­ besserte Möglichkeiten zwischen zwei Bondverbindungen eine Krümmung bzw. einen bogenförmigen Verlauf des Drahtes zu erreichen. Dies ist ein wesentliches Merkmal zur Vermei­ dung von Spannungen in dem Draht und letztlich zum Ver­ meiden des Ausfalls des betreffenden Bauelements. Wenn die Krümmung bzw. der Drahtbogen richtig ausgebildet wird, sind dagegen Kontraktions- und Expansionsbewegungen des Drahtes und der angrenzenden Teile ohne schädlichen Einfluß auf die Bondverbindungen möglich. Die gewünschte Schleifenbildung wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache Weise erreicht, womit gegenüber dem Stand der Technik eine beträchtliche Verbesserung erzielt wird.
Eine reproduzierbare Bogen- bzw. Schleifenbildung setzt dabei voraus, daß der Draht schwach aber kontinuierlich gekrümmt wird, während sich das Werkzeug ausgehend von der ersten Bondverbindung nach oben bewegt. Erfindungsgemäß wird der Draht dabei schwach vorgeformt bzw. gekrümmt, so daß er sich in derselben Richtung weiterbiegt, wenn sich das Werkzeug vom Punkt der ersten Bondverbindung zum Punkt der nächsten Bondverbindung bewegt. Dabei ist es ganz entscheidend, daß der Draht zunächst ausgehend von der durch das Aufspulen erhaltenen Krümmung gleichmäßig gerichtet wird. Durch entsprechende Messungen läßt sich feststellen, daß gleichmäßige Schleifen bzw. Bögen dann erhalten werden, wenn die axiale Orientierung der Spulen­ krümmung konstant ist. Bei den derzeit verwendeten Bondern ergibt sich dagegen in einigen Fällen eine Verdrehung des Drahtes zwischen Spule und Werkzeug, wodurch die Anfangs­ bedingungen für den Draht beeinträchtigt werden und damit schließlich die Schleifen- bzw. Bogenform.
Mit demselben Mechanismus, mit dem der Draht bezüglich der Spulenkrümmung gerichtet wird, wird erfindungsgemäß gleichzeitig eine sehr schwache und kontrollierte Brems­ wirkung beim Abziehen des Drahtes zwischen zwei Bond­ stellen erreicht. Die Bremswirkung ist dabei ausreichend, um demselben Zweck zu dienen wie die gemäß dem Stand der Technik verwendete Drahtklammer. Gemäß dem Stand der Technik wurde der Draht zwischen Klemmbacken festgeklemmt, wenn es erforderlich war, ihn bei der Bewegung zwischen aufeinanderfolgenden Bondpositionen festzuhalten. Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich gezeigt, daß jede Bremswirkung, die höher ist als eine Kraft, bei der der Draht noch aufgrund von Gravitationskräften aus dem Werkzeug herausgleiten könnte, ausreichend ist. Erfindungsgemäß wird also mit einem einfachen passiven Bremssystem gearbeitet, anstatt eine komplizierte und teure aktive Drahtklemme einzusetzen.
Nach der Herstellung der ersten Bondverbindung, dem Abziehen des Drahtes von der Spule und der Erzeugung der Drahtkrümmung bzw. -schleife wird der Draht in die Position für die Herstellung einer zweiten Bondverbindung gebracht. In dieser zweiten Position wird der Draht nach dem Bonden mit Hilfe einer Schneidvorrichtung geschnitten. Die erfindungsgemäß verwendete Schneidvorrichtung stellt dabei einen erheblichen Fortschritt gegenüber allen vorbekannten Schneidvorrichtungen dar, wie dies nachstehend noch näher erläutert werden wird. Die Schneidvorrichtung besitzt eine Schneidkante, welche gegen die Oberfläche des zu schneidenden Drahtes getrieben wird, ohne daß zuge­ hörige elektromagnetische Antriebseinrichtungen oder andere aktive Einrichtungen zum Schneiden des Drahtes vorgesehen wären. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Relativbewegung der Schneidvorrichtung gegenüber dem Bonderwerkzeug ermöglicht wird, so daß in den Draht eingeschnitten werden kann, ohne das Werkzeug "aktiv" zu verlagern.
Nachdem in dem Draht ein Einschnitt erzeugt ist, kann der Draht anschließend durchtrennt werden, während er gleich­ zeitig in einen Schlitz bzw. eine Nut an der Spitze bzw. am unteren Ende des Werkzeugs eingelegt wird. Dies dient dazu, den Draht im Werkzeug festzuhalten, so daß das Drahtende anschließend zu einer neuen Bondposition bewegt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Möglicheit, die Schneidvorrichtung gegen ein flexibles Substrat zu bewegen, bis sie bezüglich des Bonderkopfes eine Relativstellung einnimmt, die ausreicht, um einen Einschnitt ausreichender Tiefe herzustellen. Anschließend kann der Draht dann wieder durchtrennt werden.
Wichtige Aspekte der Erfindung sind bei einer bevorzugten Ausführungsform eines Ultraschallbonders der nachstehend beschriebenen Art realisiert. Im einzelnen umfaßt ein solcher erfindungsgemäßer Ultraschallbonder Draht-Normier- bzw. -Ausrichteinrichtungen, um eine wegen des Aufspulens vorhandene Drahtkrümmung zu entfernen bzw. gerade­ zurichten. Diese Einrichtungen sorgen anschließend dafür, daß der Draht eine vorgegebene Krümmung erhält, welche besser auf die gewünschten Drahtbögen bzw. -schleifen zwischen aufeinanderfolgenden Bondverbindungen abgestimmt ist. Außerdem wird mit Hilfe der genannten Einrichtungen eine niedrige, für den angestrebten Zweck geeignete Brems- bzw. Schleppwirkung herbeigeführt, um den Draht bezüglich des Bonderwerkzeugs festzuhalten. Die gewünschten Ergebnisse werden mit einem serpentinienförmigen Kanal bzw. Laufweg erreicht, durch den der Draht sich hin­ durchbewegen muß, ehe er die Bondoberfläche bzw. die Spitze des Bonderwerkzeugs erreicht.
Der Kanal bzw. die Liefer- und Ausrichteinrichtungen für den Draht sind im wesentlichen hinter dem Bonderwerkzeug angeordnet, wobei sich der Auslaßpunkt geringfügig über und hinter dem unteren Werkzeugende befindet. Der serpentinenförmige Kanal ist insbesondere an einer dem Bonderwerkzeug zugeordneten Wandleranordnung befestigt und nimmt bezüglich des Werkzeugs eine konstante Relativ­ position ein, selbst wenn sich das Werkzeug in Richtung der X-, Y- und/oder Z-Achse bewegt und/oder um einen Winkel T von vorzugsweise maximal 200° um eine Drehachse gedreht wird.
Im Anschluß an das Bonden werden das Werkzeug und der serpentinenförmige Kanal in eine Position angehoben, die gelegentlich als "Schleifenstop (loopstop") bezeichnet wird. Die Distanz dieser Position von der fertiggestellten Bondverbindung ist dabei eine Funktion des Abstandes zur nächsten Bondposition, wobei eine zusätzliche Drahtmenge ausgeliefert wird, um einen Bogen bzw. eine Schleife in der fertigen Drahtbrücke zu erreichen. Wenn das Werkzeug zusammen mit dem gekrümmten Drahtzuführkanal angehoben wird, dann tritt der Draht aus dem Kanal aus, wobei er sich in Richtung auf das Werkzeug krümmt, da er an der Auslaßöffnung des Kanals gebogen wird. Nach dem Erreichen der Stop-Position wird kein weiterer Draht abgezogen. Die kontrollierte Bremswirkung ist ausreichend, um ein weiteres Austreten von Draht zu verhindern oder auch das Gegenteil, nämlich ein mehr oder weniger starkes Zurück­ weichen des bereits ausgelieferten Drahtes in den Kanal hinein.
Im Anschluß an die Herstellung der letzten Bondverbindung setzt der Bonderkopf seine Abwärtsbewegung fort bis die Klinge der am Bonderkopf vorgesehenen Schneidvorrichtung auf der Rückseite des Werkzeugs in den Draht einschneidet. Durch Kontrollieren der Vertikalbewegung des Bonderkopfes auf Bruchteile eines hundertstel Millimeters kann erfin­ dungsgemäß ohne weiteres eine exakte Einschnitt-Tiefe erreicht werden. Der Bonderkopf bewegt sich dann wieder nach oben, wobei aus dem Drahtzuführkanal eine aus­ reichende Drahtmenge für die nächste Bondverbindung abgezogen wird. Das Werkzeug bewegt sich dann rückwärts (um etwa eine Bondlänge) und abwärts, um den Draht in dem Werkzeug zu "fangen". Nach dem Einschneiden und dem Anheben des Bonderkopfes zum Herausziehen des Drahtes wird das Werkzeug über dem Werkstück leicht abgesenkt und nach hinten bewegt, um ein vollständiges Durchtrennen des Drahtes herbeizuführen. Der Bonder steht dann für die Herstellung einer weiteren Serie von Bondverbindungen unter Beachtung der vorstehend aufgezählten Kriterien bereit.
Zu den Besonderheiten des erfindungsgemäßen Bonders gehört eine Schneidvorrichtung, die bezüglich des Bonderwerkzeugs speziell ausgerichtet ist, wie dies bereits aus den obigen Ausführungen deutlich wird. Insbesondere wird erfindungs­ gemäß eine kontrollierte Relativbewegung der Schneidvor­ richtung gegenüber dem Bonderwerkzeug ermöglicht, um eine übermäßige Schnitt-Tiefe zu vermeiden. Vorzugsweise wird die Schnitt-Tiefe dabei mittels eines Endschalters überwacht.
Die vorstehend beschriebenen Eigenschaften einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bonders ermöglichen die Herstellung einer Bondverbindung und das anschließende Schneiden und Durchtrennen eines Drahtes auch bei einem flexiblen Substrat. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist ferner darin zu sehen, daß der Draht derart an dem Bonderwerkzeug festgelegt und gehalten werden kann, daß er sich nicht von diesem löst, wenn Werkzeug und Bonderkopf zu einer anderen Position bewegt werden.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Besonderheiten der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und sind im übrigen Gegenstand der sowohl auf das erfindungsgemäße Verfahren als auch auf besonders bevorzugte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Ultraschallbondern gerichtete Ansprüche. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung wesentlicher Teile einer bevorzugten Ausführungsform eines Ultraschallbonders gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Teilseitenansicht, gesehen in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrößerte perspektivische Ausschnitts­ darstellung des Ausschnitts 3 in Fig. 2;
Fig. 4 eine Vorderansicht des Bonderwerkzeugs und zuge­ höriger Vorspannungserzeugungs-Einrichtungen des Ultraschallbonders gemäß Fig. 1;
Fig. 5 und 5a vergrößerte Darstellungen der Ausschnitte 5 bzw. 5a, wobei jedoch in Fig. 5a die Rückseite des im Ausschnitt 5a von vorn sichtbaren Bereichs gezeigt ist;
Fig. 6 eine Seitenansicht wesentlicher Bonderteile, gesehen von der Linie 6-6 in Fig. 1;
Fig. 7 bis 14 Seitenansichten des Werkzeugs und zugehöriger Bonderteile während aufeinanderfolgender Schritte beim Herstellen von Bondverbindungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;
Fig. 15 eine vergrößerte perspektivische Darstellung des unteren Endes bzw. der Spitze des Bonderwerkzeugs;
Fig. 16 eine Seitenansicht wichtiger Teile des Bonders, gesehen von der bezüglich Fig. 6 gegenüber­ liegenden Seite;
Fig. 17 bis 21 Teilseitenansichten - jeweils mit einer Ausschnittsvergrößerung - des Bonderwerkzeugs und zugehöriger Teile bei der Herstellung von Bondverbindungen an einem flexiblen Substrat.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in Form eines Bon­ derkopfes 10 und einer Haupt-Halterungsvorrichtung 12. Die Haupt-Halterungsvorrichtung 12 wird von einem Sicherungs­ tisch bzw. einer Plattform gehalten oder bildet einen Be­ standteil einer Fertigungslinie zum Bonden von Anschluß­ drähten an Halbleitern oder elektronischen Bauteilen. Der Bonderkopf 10 ist an der Haupt-Halterungsvorrichtung 12 befestigt und wird mittels elektronischer und elektro­ mechanischer Einrichtungen angetrieben und gesteuert. Die gesamte Anordnung kann in Verbindung mit einem Rechner angetrieben und gesteuert werden, welcher programmiert sein kann, um den Kopf und die Halterungsvorrichtung in der nachstehend beschriebenen Weise zu bewegen.
Der Bonderkopf 10 wird durch die Haupt-Halterungsvor­ richtung 12 gehaltert, welche ihrerseits durch ein zylind­ risches Rohr 14 gehalten und gesteuert wird, dessen Posi­ tion für die Arbeitsbewegungen des Bonderkopfes 10 die mechanische Bezugs- bzw. Ausgangslage definieren kann. Das zylindrisches Rohr 14 ist ein drehbares Rohr bzw. ein Zylinder, welches bzw. welcher von einer Stütze oder einer mit Bügeln versehenen Halterung getragen und gehaltert wird, welche nicht gezeigt ist. Das ganze Rohr bzw. der ganze Zylinder 14 ist in einem kombinierten Linear/Dreh- Lager gelagert, welches als Linear-Lager-Rohr bezeichnet werden könnte und in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Das Linear/Dreh-Lager haltert das Rohr 14 und die Haupt-Halte­ rungsvorrichtung 12 des drehbaren Bonders gemäß der Erfin­ dung derart, daß Bewegungen in der X-, Y-, und Z-Richtung möglich sind. Diese Richtungen bzw. Achsen sind in Fig. 1 durch Doppelpfeile X, Y und Z angegeben. Außerdem ist eine Drehbewegung möglich, wie sie durch die Pfeile T angedeutet ist. Der Bonderkopf bewegt sich zusammen mit dem Rohr bzw. dem Zylinder 14 bezüglich des Linear/Dreh- Lagers längs der Achsen X, Y, und Z. Ferner kann sich das Rohr 14 bei seiner Bewegung gegenüber der Oberfläche eines Halbleiters drehen, wie dies durch die Pfeile T angedeutet ist. (T steht für einen Drehwinkel Theta.)
An dem Rohr 14 ist eine Klammer, eine Halterung bzw. ein Block 16 mittels geeigneter Befestigungseinrichtungen be­ festigt. Beim Ausführungsbeispiel ist das Element 16 ein Block mit abgeschrägten Ecken. Der Block 16 kann an einer geeigneten Stelle geteilt und mittels ein oder mehrerer Spannschrauben am Umfang des Rohres 14 nach Art einer "Klammer" festgespannt sein.
An dem Block 16 ist ein nach hinten abstehender Bügel 18 befestigt. Dieser hintere Bügel 18 besitzt ein nach unten gerichtetes Teilstück 20 zur Halterung einer flexiblen Halterung. Das Teilstück 20 endet in einem ersten seitli­ chen Element 22 und einem zweiten seitlichen Element 24. Diese seitlichen Elemente 22, 24 sind so ausgebildet, daß sie das Anbringen einer flexiblen Halterung ermöglichen.
Die seitlichen Elemente 22 und 24 haltern Arbeitselemente eines Tragarms eines Bonderwerkzeugs und eines Drahtricht­ kanals sowie den Wandler und das Horn zum Herbeiführen von Ultraschallschwingungen des Bonderwerkzeugs.
Wie speziell aus Fig. 6 in Verbindung mit Fig. 1 und 16 deutlich wird, trägt das seitliche Halterungselement 24 das Werkzeug und den Drahtrichtkanal mittels einer vierarmigen Halterung. Diese Halterung wird durch eine obere Platte 28 und eine untere Platte 30 gebildet. Diese beiden Platten 28, 30 sind im wesentlichen Verlängerungs­ arme der vierarmigen Halterung.
Die vierarmige Halterung umfaßt flexible, blattfederförmi­ ge Verbindungselemente 32, 34, welche an dem stabförmigen seitlichen Halterungselement 24 mittels Schrauben 36, 38 befestigt sind. Die beiden Platten 28 und 30 sind an in der Zeichnung nicht sichtbaren Punkten mit Hilfe eines zweiten Satzes symmetrischer Blattfedern befestigt, die in Fig. 6 verdeckt hinter den Federn 32 und 34 liegen. Die Federn des zweiten Satzes sind in derselben Weise an dem seitlichen Halterungselement 24 in derselben bilateralen Position befestigt, die in Fig. 1 und 6 für die Federn 32 und 34 gezeigt ist. Die weiteren Federn sind in Fig. 1 außerdem durch andere Teile verdeckt und sind im übrigen symmetrisch zu den Federn 32, 34 auf der linken Seite der Gesamtanordnung vorgesehen.
Die Platten 28, 30 verjüngen sich längs ihrer Kanten nach innen bzw. vorn und sind durch flexible federförmige Ein­ zelelemente 42 und 44 verbunden. Die nachstehend als Blattfedern 42, 44 bezeichneten Einzelelemente sind an­ grenzend an eine Wandlerhalterung 46 festgeklemmt. Die Wandlerhalterung 46 wird beidseitig mittels Schrauben 50, 52 an den Federn 42, 44 gehalten.
Die Platten 28 und 30 sind an den anderen Enden der Federn 42 und 44 mit Hilfe von Schrauben 56 und 58 gehaltert. Die beschriebenen Schraubverbindungen mit den Schrauben 50, 52, 56 und 58 sind im Interesse der Verbesserung der Über­ sichtlichkeit in Fig. 1 nicht dargestellt.
Bei näherer Betrachtung von Fig. 6 erkennt man, daß die als Platten 28 und 30 bezeichneten Stäbe bzw. Arme derart flexibel gehaltert sind, daß sie nach oben und unten gebo­ gen werden können. Die betreffenden Endstellungen sind in Fig. 6 gestrichelt eingezeichnet.
An der Wandlerhalterung 46 ist ein Wandler 70 befestigt. Der Wandler 70 ist mit einer Stromquelle verbunden, um eine oszillierende Antriebsbewegung zu liefern. Die os­ zillierende Bewegung erfolgt in Fig. 1 längs der Y-Achse und dient der Ausbreitung einer Welle durch ein Ultra­ schallhorn, welches insgesamt mit dem Bezugszeichen 72 bezeichnet ist. Das Ultraschallhorn 72 umfaßt drei Teile, von denen der eine Teil 74 mit dem Ultraschall-Bonder­ werkzeug 90 verbunden ist. Der Teil 74 ist mit der Wandlerhalterung 46 und mit einem verbreiterten Teil 76 verbunden. Der verbreiterte bzw. vergrößerte Teil 76 des Horns 76 ist seinerseits mit dem der Erzeugung von Ultra­ schallschwingungen dienenden Wandler 70 verbunden.
Durch elektrische Energie, welche dem Wandler 70 zugeführt wird, werden Ultraschallschwingungen erzeugt, wobei Impul­ se erhalten werden, welche das an dem Wandler befestigte Horn 72 zu Ultraschallschwingungen anregen. Die Schwingun­ gen breiten sich in Richtung der Y-Achse derart aus, daß sich in der Halterung 46 ein Schwingungsknoten ergibt. Die Halterung 46 ist am Schwingungsknoten angeordnet und derart ausgebildet, daß sich die Schwingungen ausbreiten können und sich an einem Knoten in der Halterung 46 treffen. Die Ausbreitung der Wellen längs des Horns 72 nach unten er­ möglicht ein Vibrieren des nachstehend noch näher zu be­ schreibenden Bonderwerkzeugs 90 in der Weise, daß sich dessen Endbereich in einer Ebene bewegt, die im wesentli­ chen parallel zu der Ebene verläuft, an der ein Draht durch Ultraschallbonden zu befestigen ist.
Zur Erzeugung eines Reibkontaktes und einer nach unten gerichteten Kraft mit dem von den Platten 28 und 30 gehal­ terten Bonderwerkzeug 90 sind Vorspannungserzeugungs- Einrichtungen vorgesehen. Ein Teil der Vorspannung wird mittels einer Feder 80 erreicht, welche die Platten 28, 30 nach unten drückt. Die Feder erzeugt eine nach unten ge­ richtete Kraft von etwa 500 g. Die Feder 80 ist um eine Gewindestange 86 herum angeordnet, welche dauerhaft an dem hinteren Bügel 18 befestigt ist und endet in einer Tasche 88, die in der oberen Platte 28 vorgesehen ist. Zur Ein­ stellung der Federkraft ist eine Einstellmutter 84 vorge­ sehen.
Das Bonderwerkzeug 90 ist an dem vorderen Teil 74 des Horns mittels einer Stellschraube oder dergleichen befe­ stigt. Das Bonderwerkzeug 90 wird im allgemeinen aus Werk­ zeugstahl oder Wolframcarbid hergestellt. Das aus Werk­ zeugstahl oder Wolframcarbid bestehende Bonderwerkzeug 90 ist, wie dies aus Fig. 5a und 15 deutlich wird, mit einem V-förmigen Kanal 92 versehen. Die Nut bzw. der Kanal 92 verläuft im wesentlichen senkrecht zur (im Betrieb verti­ kalen) Längsachse des Bonderwerkzeugs 90.
Ein Draht 96, welcher an einer Oberfläche bzw. einem Sub­ strat an einem Kontaktpunkt eines elektronischen Bauteils, wie z.B. einer integrierten Schaltung, durch bonden ange­ bracht werden soll, befindet sich unter dem unteren Ende des Bonderwerkzeugs 90. Das Bonderwerkzeug 90 ist dabei direkt mit dem Hornteil 74 verbunden, damit es eine Vibra­ tionsbewegung ausführt. Um den Draht 56 der Spitze des Werkzeugs zuzuführen, wird der Draht über einen Draht­ richtkanal 98 längs eines gekrümmten bzw. gewölbten Weges zugeführt. Der Kanal 98 definiert diesen gewölbten bzw. gekrümmten Pfad, welcher einer zusammengesetzten Kurve folgen kann, um einen von einer Vorratsrolle zugeführten Draht 96 gerade zu richten.
In Fig. 3 sind Einzelheiten des Kanals 98 gezeigt. Man er­ kennt einen Führungsblock aus Kunststoff oder einem wei­ chen Metall. Für den Führungsblock 100 ist Kunststoff be­ sonders geeignet, da er nicht zu einem Abrieb an dem durchlaufenden Draht 96 führt. Andererseits hat Kunststoff eine ausreichende Abriebfestigkeit, so daß kein schneller Verschleiß des Führungsblockes 100 eintritt. Als besonders günstig haben sich für den Führungsblock Polyetylenmate­ rialien mit extrem hohem Molekulargewicht erwiesen. Ein solches Polyetylen hoher Dichte führt am Draht nicht zu einer Erosion oder einem Abrieb. Es nutzt sich vielmehr mit vorgegebener Geschwindigkeit ab und gestattet ein Vor­ beilaufen des Drahtes, ohne diesen zu verkratzen oder in sonstiger Weise zu schädigen, während es im übrigen eine ausreichende Festigkeit und eine günstige Verschleiß­ charakteristik aufweist.
Beim Ausführungsbeispiel besitzt der Führungsblock 100 eine obere L-förmige Führung 102, welche zwischen der Blockoberfläche und ihrem Schenkel eine Öffnung 104 defi­ niert, durch die der Draht 96 hindurchlaufen kann. Eine zweite L-förmige Führung 106 mit einem Kanal bzw. einer Öffnung 108 gestattet ebenfalls das Hindurchlaufen des Drahtes 96, wobei der Draht 96 durch den Innenkanten­ bereich 110 der Führung 106 geradegerichtet wird. Die Form der Führungen 102 und 106 gestattet ein leichtes Einfädeln des Drahtes 96. Beispielsweise kann der Draht 96 in dem Zwischenraum 107 zwischen den Führungen 102 und 106 im wesentlichen horizontal ausgerichtet werden und dann hin­ ter die Schenkel der Führungen gezogen und in die Öffnun­ gen 104 und 108 bewegt werden.
Die Kante 110, welche etwa im Bereich 111 des Pfades auf den Draht 96 einwirkt, kann auch auf andere Weise gestal­ tet werden. Beispielsweise kann ein dem Laufweg durch die Führungen 102 und 106 entsprechender Laufweg durch eine kapillarförmige Öffnung, ein rohrförmiges Element oder eine Anzahl von abgerundeten Zylindern realisiert werden, über die der Draht 96 längs eines serpentinenförmigen oder sinusförmigen Weges hinwegläuft. Andere Drahtrichtkanäle, bei denen eine erste Fläche, wie z.B. die Kantenfläche 110, zum Richten des Drahtes mit einer zweiten Fläche zu­ sammenwirkt, können ebenfalls realisiert werden.
Eine weitere Fläche 114, die in Fig. 2 gestrichelt ange­ deutet ist, bildet eine zweite Ausrichtfläche des Draht­ richtkanals 98 zum Geraderichten des Drahtes 96. Diese zweite Fläche bewirkt in Verbindung mit der ersten Fläche 110 das Laufen des Drahtes 96 längs eines gewundenen Pfa­ des. Der Draht 96 bewegt sich dann durch ein Kanalstück 115 des Kanals 98, wobei das Kanalstück 115 derart ausge­ bildet ist, daß es das Anliegen des Drahtes 96 an der Fläche 114 erzwingt.
Die Flächen 110 und 114 können durch beliebige geeignete Einrichtungen, wie z.B. einen gekrümmten oder einen aus Kurventeilen zusammengesetzten Kanal, realisiert werden, durch den der Draht 96 hindurchläuft, wobei die wirksamen Führungsflächen seitlich gegeneinander versetzt sein können. Zum Richten des Drahtes können glatte Zylinder, Blöcke oder andere Flächen verwendet werden, über die der Draht 96 hinwegbewegt wird.
Am Ende des Abschnitts 115 besitzt der Kanal 98 eine Öff­ nung 116. Diese Öffnung 116 gestattet das Austreten des Drahtes 96 und das Vorrücken des Drahtes über eine Kante der Öffnung. Die betreffende Kantenfläche ist in Fig. 7 bis 14 und 17 bis 21 detailliert dargestellt.
Die untere Fläche 114 biegt den Draht 96 beim Einfädeln, wie dies weiter unten noch näher beschrieben wird. Hierin besteht eine der Hauptfunktionen des Bereichs 114. Der Kanalabschnitt 115 und die Öffnung 116 sorgen für eine fluchtende Ausrichtung des Drahtes bezüglich der Nut 92 des Werkzeugs im Bereich des hinteren Endes desselben. Der Kanalabschnitt 115 ist ferner beim Einklemmen und Abtren­ nen des Drahtes wichtig. Der Kanalabschnitt 115 erhält eine Abwinkelung des Drahtes um etwa 90° aufrecht. Ohne den Kanalabschnitt 115 besteht die Wahrscheinlichkeit, daß der Draht von der Rückseite des Werkzeugs weggebogen wird, wenn der Draht bei der Abtrennbewegung herausgezogen wird. Die Einspannwirkung hängt davon ab, daß der Drahtradius sehr klein ist. Folglich ist die Führungscharakteristik des Kanalabschnitts 115 und der Öffnung 116 sehr wesent­ lich, wie dies nachstehend noch deutlich werden wird. Der Drahtrichtkanal 98 wird von einem Tragzapfen, einem Rohr, einer Verlängerung oder einer Stange 118 gehaltert.
Die Stange 118 für den Drahtrichtkanal 98 ist flexibel gehaltert. Diese flexible Halterung erfolgt gemäß Fig. 6 durch ein flexibles Element 120. Das flexible Element 120 ist an einem Ende der vierarmigen Halterung befestigt und gegenüber dieser Halterung beweglich. Das flexible Element 120 ist beim Ausführungsbeispiel eine Verlängerung der Feder 44. Die Feder 44 besitzt somit zwei Biegelinien bzw. -bereiche. Der eine Biegebereich gehört zu der vierarmigen Halterung und der andere, näher an dem Werkzeug befindli­ che Bereich, bildet eine flexible Halterung für die Draht­ führungsanordnung aus der Stange 118 und dem Drahtricht­ kanal 98. Eine flexible Verbindung kann auch durch andere geeignete federnde Befestigungsmittel, z.B. unter Erzeu­ gung eines Drehmoments, erreicht werden, wobei die Feder­ wirkung des flexiblen Elements 120 nachgebildet wird. Auf diese Weise wird eine Schwenkbewegung nach vorn und hinten ermöglicht, wie sie durch den Doppelpfeil 122 in Fig. 6 angedeutet ist.
Die Platten 28 und 30 der vierarmigen Verbindung haltern das Bonderwerkzeug 90 und die Stange 118 für den Draht­ richtkanal 98, so daß diese Teile sich gemeinsam bewegen. Obwohl sich der Kanal 98 von dem Werkzeug 90 wegbewegen kann, ist diese Bewegung auf eine Schwenkbewegung be­ schränkt, die längs eines Bogens auf das Werkzeug zu und von diesem weg erfolgt, während eine unabhängige Auf- und Abbewegung verhindert wird. Die elastische Halterung der Stange 118 durch das flexible Element 120 gestattet also nur eine bogenförmige Vorwärts/Rückwärts-Bewegung der Stange 118.
Die Haupt-Halterungsvorrichtung 12 wird von dem Rohr 14 getragen, welches als mechanischer Bezugspunkt bzw. Fix­ punkt betrachtet werden kann. An dem Block 16 ist das Be­ zugszeichen G eingetragen, um anzudeuten, daß dieser Block gegenüber einer ortsfeste Grundposition eine definierte Position einnimmt. Dasselbe gilt für einen nach unten ab­ stehenden Bügel 128, an dem die Halterung 130 sowie eine Schneidvorrichtung befestigt sind.
Die Schneidvorrichtungshalterung 130 dient der Halterung einer Schneidvorrichtung 132, die mittels eines Satzes von Schrauben stramm festgelegt ist. Die Halterung 130 ist über den Bügel 128 mit dem Block 16 verbunden und nimmt bezüglich der Drehachsen X, Y, Z eine definierte Position und bezüglich des Rohres 14 einen Winkel T ein. Wenn sich also das Rohr 14 nach unten bewegt, dann folgt die Schneidvorrichtung 132 vollständig den Bewegungen des Rohres 14 und der Haupthalterungsvorrichtung 12. Auf diese Weise wird der mechanische Bezugspunkt für alle Elemente so festgelegt, daß eine Bewegung der Schneidvorrichtung 132 erzwungen wird, die direkt mit der Bewegung des Rohres 14 verknüpft ist.
Das Bonderwerkzeug 90 und der Drahtrichtkanal 98 können sich aufgrund ihrer flexiblen Aufhängung relativ zu der Schneidvorrichtung 132 bewegen. Die Feder 80 erzeugt eine Vorspannung für das Bonderwerkzeug 90.
Eine zusätzliche Vorspannung bis zu einer Gesamtkraft von z.B. 1000 g wird durch einen Anker 142 erzeugt. Der Anker 142 ist in Fig. 4 detailliert gezeigt, aber auch in Fig. 6 sichtbar, wo er mit der Halterung 46 verbunden ist. Der Anker 142 bewirkt eine Bewegung der Halterung 46 und eine entsprechende Auslenkung der vierarmigen Halterung mit den Platten 28 und 30. Der mit der Halterung 46 verbundene Anker 142 bewirkt ferner eine gemeinsame Bewegung der Stange 118 und des Werkzeugs 90. Wenn der Anker 142 in der einen oder anderen Richtung vorgespannt wird, kann er also bezüglich der von der Feder 80 auf das Werkzeug ausgeübten Vorspannkraft eine Zusatzkraft oder eine Gegenkraft er­ zeugen. Das Absenken des Bonderkopfes 10 und damit des Werkzeugs 90 auf die Oberfläche des Drahtes 96, an welche sich eine Überlaufbewegung anschließt, bewirkt eine rela­ tive Verlagerung der Wandlerhalterung 46 und des Ankers 142 bezüglich zweier Spulen 144 und 146.
Die magnetische Betätigung des Ankers 142 wird nachstehend anhand von Fig. 4 und 5 detailliert erläutert. Fig. 4 zeigt, daß die beiden Spulen 144 und 146 über den Block 16 direkt mit dem Rohr 14 verbunden sind. Zwischen den beiden Spulen 144 und 146 befindet sich der Anker 142, der das Profil eines I-Trägers mit zwei Querflanschen 148 und 150 und einem senkrechten Steg 152 besitzt. Der Steg 152 be­ sitzt einen verjüngten Bereich, in dem zwei Permanentmag­ nete 156, 158 mit bezüglich der Außenseiten des Steges entgegengesetzter Polung angeordnet sind. Die Magnete 156 und 158 bestehen vorzugsweise aus einer Samarium-Kobalt- Legierung.
Seitlich von den beiden Permanentmagneten 156, 158 liegen die beiden Pole 160 bzw. 162 der Spulen 144 bzw. 146. Die Pole bestehen aus Weicheisen und sind Elemente eines ge­ schlossenen magnetischen Kreises. Die Polarität der Pole 160, 162 wird durch die Stromrichtung in den Spulen 144 und 146 bestimmt. In der Zeichnung (Fig. 5) ist der Pol 160 als ein Nordpol N und der Pol 162 als ein Südpol S be­ zeichnet. Durch Umkehren der Stromrichtung wird auch diese magnetische Polarität umgekehrt.
Bei der in Fig. 5 eingezeichneten Polung wird die nach unten gerichtete Vorspannung der Feder 80 dadurch ver­ stärkt, daß der Südpol des Permanentmagneten 156 vom Nord­ pol 160 angezogen wird, während der Nordpol des Permanent­ magneten 156 von dem Südpol 162 angezogen wird. Die auf diese Weise erzeugte, nach unten gerichtete Kraft in Richtung des Pfeils 170 verstärkt die Vorspannkraft der Feder 80 und damit die Kraft, mit der das Werkzeug 90 ge­ gen den Draht 96 gedrückt wird. Die vierarmige Halterung mit den Federn 42, 44 sowie 32 und 34 und deren in Fig. 6 verdeckten Gegenstücken sorgt für eine Parallelver­ schiebung des Werkzeugs 90 sowie der Stange 118 und des damit verbundenen Drahtrichtkanals 98.
Die nach unten gerichtete Kraft kann in Abhängigkeit von der Größe des durch die Spulen 144 und 146 fließenden Stroms erhöht oder verringert werden. Wenn die Stromrich­ tung umgekehrrt wird, wenn also ein Südpol 160 und ein Nordpol 162 entstehen, dann wird an dem Anker 142 eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt, da nunmehr der Südpol des Permanentmagneten 158 von dem Nordpol 162 angezogen wird, während der Nordpol des Permanentmagneten 158 von dem Südpol 160 angezogen wird (bezüglich der Pole des je­ weils anderen, vorstehend nicht erwähnten Permanentmagne­ ten ergibt sich in den beiden beschriebenen Situationen eine abstoßende Wirkung mit der Tendenz, den betreffenden Permanentmagneten nach oben bzw. unten aus dem Spalt zwi­ schen den beiden Magnetpolen 160 und 162 herauszutreiben).
Das als Halterung für die Gesamtanordnung dienende Rohr 14 kann in Richtung der drei Achsen X, Y, und Z verstellt und um seine senkrechte Achse um einen Winkel T verdreht wer­ den. Der Bonderkopf 10 führt dabei entsprechende Bewegun­ gen aus. Die direkte Verbindung der Schneidvorrichtung 132 mit dem Rohr 14 sorgt dafür, daß die Schneidvorrichtung 132 entsprechende Bewegungen ausführt. Das Werkzeug 90 und die Stange 118 können federnd ausgelenkt werden, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die Werkzeugspitze an einem Gegenelement anliegt, sowie in Abhängigkeit davon, in welchem Umfang das Horn 72 durch die darauf einwirkende Vorspannung ausgelenkt ist. Die genannten Teile können sich also bezüglich der Schneidvorrichtung 132, die mit dem mechanischen Fixpunkt verbunden ist, nach oben und unten bewegen.
Betrachtet man speziell Fig. 7, so kann man sehen, wie weit das Werkzeug 90 nach unten bewegt und mit einer Vor­ spannung an den Draht 96 angelegt ist. Die nach unten ge­ richtete Vorspannung wird dabei durch die Feder 80 und das Magnetsystem gemäß Fig. 4 und 5 erzeugt. In der Position gemäß Fig. 7 erfolgt das Bonden, nämlich ein Ultraschall­ bonden.
Nach dem durch Ultraschallschwingungen des Werkzeugs 90 erfolgten Bonden bewegt sich der Bonderkopf gemäß Fig. 8 nach oben, wobei der Draht 96 aus dem Kanal 98 herausgezo­ gen wird. Der Draht 96 wird über die Kante 114, den Kanal­ bereich 115 und die Öffnung 116 abgezogen und bewegt sich durch die Führungen 102 und 106 hindurch und über die Kan­ te 110. Dabei wird auf den Draht 96 eingewirkt, um diesen geradezurichten, nachdem er beim Abziehen von der Vorrats­ rolle zunächst eine gekrümmte Form hat. Der Laufweg für den Draht 96 und der Kanalbereich 114 sind dabei so ge­ staltet, daß sich außerhalb des Kanals 98 eine deutlich wahrnehmbare Krümmung 204 ergibt. Die Krümmung bzw. der Bogen 204 wird bei der weiteren Aufwärtsbewegung von Werk­ zeug 90 und Kanal 98 vergrößert.
Anschließend bewegen sich gemäß Fig. 9 Werkzeug 90 und Kanal 98 in Richtung auf die nächste Bondposition bzw. in Fig. 9 nach rechts, während der Bogen 204 erhalten bleibt. Anschließend bewegt sich das Werkzeug 90 mit dem Kanal 98 wieder nach unten, wobei das Werkzeug 90 gegen den Draht 96 drückt. Nach dem Erreichen der Stopposition gemäß Fig. 9 bewegt sich der Kopf 10 auf der gleichen Höhe weiter in Richtung auf den nächsten Bondkontakt. Die koordinierte Abwärtsbewegung gemäß Fig. 10 und die Fortsetzung der Be­ wegung in Richtung auf den nächsten Bondkontakt beginnt nach Durchlaufen von etwa 40% der Strecke zwischen den Bondkontakten, ausgehend von dem ersten Bondkontakt. Dies ist eine typische Bewegung, die jedoch durch Änderung des Rechnerprogramms geändert werden kann. Anschließend wird der Draht 96 in der in Fig. 10 gezeigten Position festge­ halten und durch Aktivierung des Wandlers 70 durch Ultra­ schallbonden mit den Substrat verbunden.
Nachdem die letzte Bondverbindung hergestellt ist, wird das Rohr 14 gemäß Fig. 11 in Z-Richtung noch weiter nach unten bewegt. Dies hat zur Folge, daß sich die Schneidvor­ richtung 132 gegen den Draht 96 bewegt. Gleichzeitig wer­ den das Bonderwerkzeug 90 und der Kanal 98 durch die Vor­ spannung der Feder 80 und die magnetisch mit Hilfe der Spulen 144 und 146 erzeugte Kraft unter Vorspannung wei­ terhin gegen den Draht 96 gehalten. Das Werkzeug 90 und der Kanal 98 mit der Stange 118 werden also mit anderen Worten bezüglich der Schneidvorrichtung 132 nach oben be­ wegt, wenn diese in den Draht einschneidet.
Die Schneidvorrichtung 132 wird also nach unten bewegt und durchschneidet den Draht teilweise, wie dies in Fig. 11 sichtbar ist. Der teilweise durchschnittene Draht kann dann anschließend vollständig abgetrennt werden.
Im einzelnen ist die Schneidvorrichtung 132 zwischen dem Bonderwerkzeug 90 und dem Kanal 98 angeordnet. Wenn die nach unten - in Z-Richtung - gerichtete Bewegung durch Antreiben des Rohres 14 fortgesetzt wird, dann hat die Schneidvorrichtung 132 die Tendenz, den Kanal 98 nach hinten zu verschieben, wie dies aus Fig. 10 und 11 deut­ lich wird. Diese Bewegung ist aufgrund der flexiblen Be­ festigung von Werkzeug 90 und Kanal 90 möglich. Anderer­ seits können Werkzeug 90 und Kanal 98 bei (relativ zu ihnen) zurückgezogener Schneidvorrichtung für die ver­ schiedenen Bondvorgänge sehr eng beieinander angeordnet sein.
Die Abwärtsbewegung von Werkzeug 90 und Kanal 98 wird durch einen Vorsprung des Ankers 142 begrenzt. Ohne diese Maßnahme würde die Federkraft das Werkzeug völlig nach unten drücken. Der Anschlag dient gleichzeitig in der nachstehend beschriebenen Weise als Endschalter-Ein­ richtung, welche vom Rechner überwacht wird, um festzu­ stellen, wann das Werkzeug 90 die Oberfläche des Werk­ stücks gerade erreicht bzw. verläßt. Die Schalteinrichtung ist normalerweise geschlossen, wenn das Werkzeug angehoben ist, d.h. an dem Anschlag statt am Werkstück anliegt. Die Anschlaginformation besteht einfach im Öffnen der Schalt­ einrichtung (Abwärtsbewegung in Z-Richtung) oder im Schließen derselben (Aufwärtsbewegung), wenn ein bestimm­ ter Punkt auf der Z-Achse erreicht wird. Der Rechner spei­ chert die Z-Achsen-Adresse, um die folgenden Funktionen durchzuführen: Unabhängig von der tatsächlichen Höhe des Substrats wird jeweils derselbe Überlauf erzeugt. Während der Schnittbewegung wird eine relative Zahl von Schritten über den Punkt hinaus gezählt, an dem das Schließen der Schalteinrichtung erwartet wird (im Endeffekt eine Sicher­ heitsgrenze). Nach dem Schnitt wird die Anzahl von Schrit­ ten nach oben von dem Punkt aus gezählt, an dem das Werk­ zeug die Oberfläche des Bondkontaktes verläßt, um die exakte Drahtmenge für den nächsten Bondkontakt abzuziehen.
Fig. 12 zeigt, daß sich das Bonderwerkzeug 9 und die Hal­ terung bzw. Stange 118 mit dem Kanal 98 nach oben bewegen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Bondverbindung mit dem Draht 96 fertiggestellt und die Aufwärtsbewegung hat zur Folge, daß sich das Werkzeug 90 und der Kanal 98 gegenüber der Schneidvorrichtung 132, die mechanisch fest mit der Haupt- Halterungsvorrichtung 12 verbunden ist, wieder nach unten bewegen. Dabei ist die Haupt-Halterungsvorrichtung 12 natürlich mit dem mechanischen Bezugspunkt verbunden, der durch das Rohr 14 definiert ist. Zusätzlich kann der Dar­ stellung gemäß Fig. 12 entnommen werden, daß eine Draht­ länge 122 abgezogen wurde. Diese Drahtlänge wird in das Bonderwerkzeug 90 transportiert und bildet einen weiteren Bondkontakt, welcher als erster Bondkontakt an einer ande­ ren Stelle herzustellen ist.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 13 wird deutlich, daß das Werkzeug 90 und die Stange 118 nach oben und dann gleich­ zeitig nach hinten und unten bewegt wurden, um sich von dem Bondkontakt und dem von der Schneidvorrichtung 132 er­ zeugten Einschnitt wegzubewegen. Das Bonderwerkzeug 90 si­ chert den Draht 96 dann in seiner Nut durch eine Haltewir­ kung aufgrund der Tatsache, daß das Bonderwerkzeug bzw. dessen Schlitz 92 eine Fläche 93 besitzt, an die sich der Draht 96 anlegt. Da der Draht 96 verformbar ist und unter der Nut 92 verdreht wurde, und zwar aufgrund der in Fig. 12 und 13 gezeigten Bewegung, wird er gegen die Oberfläche 93 festgehalten.
Das Festhalten des Drahtes in der Nut 92 wird durch die Haltewirkung gemäß Fig. 14 weiter verstärkt, wenn das Bon­ derwerkzeug 90 mit dem teilweise in der Nut 92 befindli­ chen verdrehten Draht 96 sich von dem Einschnitt in dem Draht wegbewegt und diesen durchtrennt. Diese Bewegung ist von dem Einschnitt weg und leicht nach oben gerichtet, um eine Verlagerung des Bonderkopfes 10 und der gesamten An­ ordnung zu ermöglichen, während gleichzeitig der Draht 96 sicher in der Nut 92 des Werkzeugs festgehalten wird, um die nächste Bondverbindung herstellen zu können.
Wenn der Draht 96 bezüglich der Nut 92 des Werkzeugs seit­ lich oder in irgend eine bestimmte Richtung verlagert wird, befindet er sich nicht in der richtigen Position für die Herstellung der nächsten Bondverbindung. In diesem Fall treffen die Kanten des Bonderwerkzeugs, welche an die Nut 92 angrenzen, auf den Draht 96 und deformieren diesen, so daß keine einwandfreie Bondverbindung hergestellt wird. Der Draht füllt die Nut 92 nicht auf ihrer vollen Tiefe, da die Nut im wesentlichen V-förmig ist, um die Halterung des verdrehten Drahtes 96 in der Nut zu verbessern.
Vorstehend wird die Arbeitsweise des Bonders im wesentli­ chen für den Fall beschrieben, daß das Bonden an einem relativ steifen Substrat erfolgt. Zur Verbesserung des Arbeitens des Bonderwerkzeugs 90 des Bonderkopfes 10 ist eine Einrichtung zur Begrenzung der Relativbewegung vorge­ sehen, um zu verhindern, daß die Schneidvorrichtung 132 bezüglich des Bonderwerkzeugs 90 über einen gewissen Punkt hinausgeht. Dies wird durch einen Endschalter erreicht, der einstellbar ist, um die relativen Positionen von Bon­ derwerkzeug und Schneidvorrichtung 132 einzustellen. Bei der Abwärtsbewegung des Rohres 14 in Z-Richtung, bei der die Schneidvorrichtung 132 in den Draht getrieben wird, passiert sie einen gegebenen Punkt des Bonderwerkzeugs 90 nicht, welches vor den Vorspanneinrichtungen vorgespannt ist.
Um dies zu erreichen, sind das Bonderwerkzeug 90 und der Kanal 98 mit seiner Halterungsstange 118 mit der vierarmi­ gen Halterung mit den Platten 28 und 30 verbunden. Deren Aufwärtsbewegung bei Auslenkung nach oben geht nicht über den Endschalter hinaus. Beim Ausführungsbeispiel ist mit dem Werkzeug 90 und der Stange 118 ein Kontakt 230 verbun­ den, der eine begrenzte Relativbewegung gegenüber einem zweiten Kontakt 232 ausführen kann, der fest mit dem me­ chanischen Fixpunkt G verbunden ist. Der Kontakt 232 ist auf einem elektrischen Isolator 234 montiert. Es ist eine elektrisch isolierende Scheibe 236 mit einer Mutter 238 zum Sichern des Kontaktes 232 vorgesehen. Eine Leitung 240, die mit dem Kontakt 230 und einer Spannungsquelle verbunden ist, meldet die Berührung zwischen den Kontakten 230 und 232.
Fig. 17 bis 21 zeigen, wie der vorstehend beschriebene Endschalter 230, 232 und das Bonderwerkzeug 90 zusammen­ wirken. Diese Figuren zeigen die der in Fig. 6 gezeigten Seite der Vorrichtung gegenüberliegende Seite. In Fig. 16 erkennt man, daß ein Arbeitszyklus, wie er beispielhaft anhand von Fig. 17 bis 21 dargestellt wird, damit beginnt, daß das Bonderwerkzeug 90 gegen den Draht 96 gedrückt wird. Dieser Draht 96 wurde von einer Drahtspule abgezo­ gen. In Fig. 17 liegt das Bonderwerkzeug 90 an dem Draht an und der Bondvorgang hat begonnen. Fig. 17 zeigt ein Substrat 300, bei dem es sich um die Oberfläche eines Paketanschlusses handeln kann, welcher von unten nicht ausreichend abgestützt ist, um das Bonden eines Drahtes zu ermöglichen. Wenn das Bonderwerkzeug 90 gegen das Substrat 300 gedrückt wird, hat dieses die Tendenz, sich nach unten zu verbiegen. Das elastische Substrat biegt sich unter der resultierenden Kraft der Federvorspannung der Feder 90 und der Magnetspulen- Vorspanneinrichtungen.
Nach dem Herstellen einer Bondverbindung veranlaßt eine Abwärtsbewegung des Rohres 14 in Z-Richtung eine Abwärts­ bewegung der Schneidvorrichtung 132 und der Haupt-Halte­ rungsvorrichtung, wie dies aus Fig. 18 deutlich wird. Hierbei wird auch wieder der Kanal 98, ähnlich wie in Fig. 11, verlagert. Bei der Abwärtsbewegung durchtrennt die Schneidvorrichtung den Draht 96 teilweise. Dieser Teil­ schnitt kann aufgrund der Tatsache gesehen werden, daß er teilweise durch den Draht geschnitten ist und daß ein wei­ ter erhöhter Druck gegen das Substrat 300 ausgeübt worden ist, so daß dieses sich noch weiter nach unten gebogen hat.
Nachdem der Draht teilweise durchtrennt ist, beginnt sich das Substrat 300, wie in Fig. 19 gezeigt, insofern wieder nach oben zurückzubiegen, als die Schneidvorrichtung 132 an diesem Punkt die Mitte des Drahtes passiert hat. Der Draht bietet nämlich nunmehr eine zunehmend geringere Schnittlänge, so daß für die Schneidvorrichtung 132 weni­ ger Kraft erforderlich ist. Aufgrund der verringerten Kraft ergibt sich eine Situation, in der das Substrat 300 in der Weise reagiert, daß es sich nach oben bewegt, der­ art, daß der relative Abstand zwischen dem Bonderwerkzeug 90 und der Schneidvorrichtung 132 verändert wird. Um ein weiteres Einschneiden zu verhindern, schafft das Bonder­ werkzeug 90, welches mit dem Grenzschalterkontakt 230 ver­ bunden ist, eine Situation, in der sich ein elektrischer Kontakt ergibt und jede weitere Abwärtsbewegung des Rohres 14 beendet wird.
In Fig. 20 ist die Situation für den Fall gezeigt, daß das Substrat 300 sich aufgrund seiner Elastizität nach oben bewegt hat und dadurch das Bonderwerkzeug 90 und den Kanal 98 bis auf eine Höhe angehoben hat, in der die Kontakte 232 und 230 einander berühren. An diesem Punkt bewirkt das Schließen der Kontaktanordnung einen sofortigen Stop der Bewegung des Rohres 14 in Z-Richtung. Da die Bewegung des Rohres 14 direkt mit derjenigen der Schneidvorrichtung 132 gekoppelt ist, wird folglich auch die Schneidvorrichtung daran gehindert, tiefer in den Draht einzudringen. Der Ab­ stand zwischen dem Ende des Bonderwerkzeugs 90 und der Schneidvorrichtung dient bei der Bewegung der Schneidvor­ richtung also selbst bei einem elastischen Substrat, wie z.B. dem Substrat 300, als begrenzender Faktor für die Tiefe des Einschnitts. Nach der Herstellung eines elektri­ schen Kontaktes zwischen den Kontakten 230 und 232 zieht der mit dem Rohr 14 verbundene Z-Achsen-Motor die gesamte Anordnung nach oben, um das Werkzeug 90, den Kanal 98 und die Schneidvorrichtung 132 von der Substratoberfläche weg­ zubewegen und die Herstellung der nächsten Bondverbindung vorzubereiten.
In Anbetracht der Tatsache, daß mit Hilfe der Schneidvor­ richtung ein Einschnitt in dem Draht erzeugt wurde und daß der Draht nunmehr abgetrennt werden kann, wie dies anhand von Fig. 7 bis 14 erläutert wurde, erkennt man, daß die Steuerung der Relativbewegung eine Funktion der Elastizi­ tät des Substrats und des zwischen den Kontakten 230 und 232 eingestellten Abstands ist. Die Schneidvorrichtung sollte sich also nicht unkontrolliert über das Bonderwerk­ zeug hinausbewegen, sondern sich nur um eine relativ kurze Distanz bezüglich des Endes des Bonderwerkzeuges bewegen, um auf diese Weise eine komplette Durchtrennung des Drah­ tes zu vermeiden.
Die Einstellung bezüglich des relativen Abstands zwischen dem Punkt, an dem die Kontakte 230 und 232 einander berüh­ ren, wird durch den Abstand vorgegeben, in dem der Kontakt 230 zu Anfang zu dem Kontakt 232 angeordnet wird. Dieser relative Abstand steuert natürlich die Strecke, um die die Schneidvorrichtung 132 über das Ende des Bonderwerkzeugs 90 hinausläuft. Dieser Abstand kann durch Drehen einer Rändelscheibe 281 eingestellt werden. Die Rändelscheibe 281, die auf eine Schraube 283 aufgeschraubt ist, ermög­ licht ein Anheben und Absenken des Kontaktes 230 zur Ein­ stellung der maximalen Relativbewegung zwischen dem Bon­ derwerkzeug 90 und der Schneidvorrichtung 132.
Das Schließen des Spalts zwischen den Kontakten 230 und 232 durch Drehen der Rändelscheibe 281 bewirkt, daß die Schneidvorrichtung weniger tief in den Draht eindringt, da der elektrische Kontakt bezüglich der Position des Bonder­ werkzeugs bei einer geringeren Eindringtiefe der Klinge der Schneidvorrichtung 132 hergestellt wird. Folglich wird eine exakte Kontrolle der Schneidvorrichtung 132 aufrecht­ erhalten, wenn diese sich in den Draht bewegt. Selbst wenn bezüglich des flexiblen Substrats 300 eine gewisse Elasti­ zität und eine entsprechende Nachgiebigkeit vorhanden ist, schneidet die Schneidvorrichtung 132 niemals tiefer in den Draht als dies der eingestellten relativen Endlage der Schneidvorrichtung und des Bonderwerkzeugs entspricht. Dies erlaubt ein späteres vollständiges Durchtrennen, und der Bonderkopf 10 kann in der Weise arbeiten, die anhand von Fig. 9 bis 14 und 17 bis 21 erläutert ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Draht von dem Haltemecha­ nismus der Nut bzw. Kerbe 92 aufgenommen und in seiner verdrehten bzw. verformten Gestalt an der Halteoberfläche 93 festgehalten wird, wobei der Draht insbesondere ein Aluminiumdraht sein kann.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß gemäß der Erfindung ein erheblicher Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik erreicht wird, wobei der Grundgedanke der Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt ist sondern den Ansprüchen entnommen werden sollte. Ins­ besondere wird erfindungsgemäß erreicht, daß ein kompakter Bonderkopf erhalten wird, mit dem das Bonden des Drahtes ermöglicht wird, mit dem ein Bogen bzw. eine Schlaufe für den nächsten Bondvorgang geschaffen werden kann, mit dem der Draht nach seiner Durchtrennung sicher festgehalten wird und mit dem das Bonden an einer elastisch nachgiebi­ gen Oberfläche bzw. einem deformierbaren Substrat ermög­ licht wird.

Claims (49)

1. Verfahren zum Ultraschallbonden mit Hilfe eines Bonderwerkzeugs, welches mit einer Ultraschallquelle verbunden ist und dessen freiem Ende ein Draht zum Herstellen einer Bondverbindung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht längs seines Laufweges vor der Zuführung zum Ende des Bonderwerk­ zeugs gerichtet wird, um zumindest teilweise eine durch das Aufwickeln des Drahtes auf eine Spule ent­ standene Krümmung desselben zu entfernen und daß der Draht dann durch Ultraschallbonden mit dem Substrat verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Richten des Drahtes den Schritt umfaßt, daß der Draht über zwei Oberflächen bewegt wird, die bezüglich des Laufwegs, auf dem der Draht gerichtet wird, seit­ lich versetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Oberflächen zwischen einer ersten Oberfläche und dem Ende des Laufwegs liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht nach der Herstellung einer Bondverbindung über die dem Ende des Laufwegs näherliegende Ober­ fläche unter einem Winkel bezüglich der Achse des Bonderwerkzeugs ausgeliefert wird, um in dem Draht einen Bogen zu erzeugen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bogen zwischen der fertiggestellten Bondverbindung und einer zweiten noch herzustellenden Bondverbindung durch eine nach oben und zur Seite gerichtete Verlage­ rung über dem Substrat ausgebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der ersten Bondverbindung verbundene zweite Bondverbindung am Ende des in dem Draht erzeugten Bogens hergestellt wird und daß der Draht nach der Fertigstellung der zweiten Bondverbindung mit Hilfe einer Schneidvorrichtung geschnitten wird, wobei sich die Schneidvorrichtung unabhängig von dem Bonderwerk­ zeug und den den Draht liefernden Liefereinrichtungen bewegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneiden des Drahtes in der Weise herbeigefüht wird, daß die Schneidvorrichtung unabhängig von dem Bonderwerkzeug bewegt wird und direkt an den Positio­ niereinrichtungen befestigt wird, die zum räumlichen Positionieren des Bonders mit einem vorgegebenen Dreh­ winkel dienen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bonderwerkzeug mit einer elektromagnetisch erzeug­ ten Kraft beaufschlagt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht nach der Fertigstellung der zweiten Bondver­ bindung zumindest teilweise durchschnitten wird, wäh­ rend die von dem Bonderwerkzeug auf den Draht aus­ geübte Kraft mittels elektromagnetischer Einrichtungen verringert wird, während die Schneidvorrichtung eine Relativbewegung gegen den Draht ausführt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Draht liefernden Liefereinrichtungen nach dem Herstellen der ersten Bondverbindung zusammen mit dem Bonderwerkzeug, ausgehend von der ersten Bondverbin­ dung, nach oben bewegt werden, während in dem Draht gleichzeitig eine bogenförmige Krümmung erzeugt wird, während er aus den Liefereinrichtungen abgezogen wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die den Draht liefernden Liefereinrichtungen während der Auslieferung des Drahtes eine Bremskraft ausgeübt wird, die ausreichend ist, um ein direktes Austreten des Drahtes aus den Liefereinrichtungen aufgrund der Schwerkraft zu verhindern.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Draht liefenden Liefereinrichtungen die durch das Aufspulen des Drahtes entstandene Krümmung dessel­ ben mit Hilfe eines gewundenen Laufwegs in den Liefer­ einrichtungen geraderichten.
13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneiden des Drahtes an der zweiten Bondverbin­ dung in der Weise erfolgt, daß auf die Schneidvorrich­ tung dadurch eine Kraft ausgeübt wird, daß man eine direkte Bewegung der Halterung der Schneidvorrichtung durch die Z-Achsen-Positioniereinrichtungen für das Bonderwerkzeug, die Liefereinrichtungen und die Schneidvorrichtung herbeiführt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Bonderwerkzeug mit Hilfe von Vorspannfedermitteln eine gegen den zu bondenden Draht gerichtete Vorspannung erzeugt und daß man mit Hilfe von mit dem Bonderwerkzeug verbundenen elektromagnetischen, variablen Vorspanneinrichtungen an dem Bonderwerkzeug eine zusätzliche positive oder negative mechanische Vorspannung erzeugt.
15. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schneiden des Drahtes eine Schneidvorrichtung zwischen dem Bonderwerkzeug und den Liefereinrich­ tungen nach unten bewegt wird, während gleichzeitig die Liefereinrichtungen von dem Bonderwerkzeug wegbe­ wegt werden, daß der Draht von der Schneidvorrichtung zumindest teilweise durchschnitten wird und daß der Draht an der Schnittstelle durchtrennt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Bonderwerkzeug und die Liefereinrichtungen um eine ausreichende Strecke nach oben bewegt werden, um aus den Liefereinrichtungen eine Drahtlänge abzuzie­ hen, die der für die Herstellung einer weiteren Bond­ verbindung benötigten Drahtlänge entspricht, ehe der Draht durchtrennt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Bonderwerkzeug bezüglich des Drahtes, der aus den Liefereinrichtungen abgezogen wurde, bewegt wird, daß der Draht in eine Nut des Bonderwerkzeugs einge­ legt wird und daß das Bonderwerkzeug mit dem darin eingelegten Draht von dem Teilstück, in dem der Ein­ schnitt erzeugt wurde, derart wegbewegt wird, daß der Draht in dem Bonderwerkzeug festgehalten wird, wenn das Durchtrennen des Drahtes erfolgt, um für die Möglichkeit eines anschließenden Bondens des Drahtes durch das Bonderwerkzeug zu sorgen.
18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Liefereinrichtungen von dem Bonderwerkzeug durch die Bewegung der Schneidvorrichtung zwischen dem Bonderwerkzeug und den Liefereinrichtungen durch eine Schwenkbewegung wegbewegt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Schneidvorrichtung bezüglich des Bonderwerkzeugs durch Anschlageinrichtungen begrenzt wird, daß nach dem Schneiden des Drahtes die Schneid­ vorrichtung, das Bonderwerkzeug und die Liefereinrich­ tungen zurückgezogen werden und daß dann der Draht dadurch durchtrennt wird, daß das Bonderwerkzeug von der Einschnittstelle in dem Draht wegbewegt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht nach dem Einschneiden der Schneidvor­ richtung in denselben in dem Ende des Bonderwerkzeugs gesichert und dann an der Einschnittstelle durchtrennt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidvorrichtung zwischen dem Bonderwerkzeug und den Liefereinrichtungen angeordnet wird und daß die Liefereinrichtungen während des Schneidens des Drahtes von dem Bonderwerkzeug wegbewegt werden.
22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endschalter vorgesehen wird, um die Relativ­ bewegung der Schneidvorrichtung gegenüber dem Bonder­ werkzeug zu prüfen, wenn die Schneidvorrichtung bezüg­ lich des Bonderwerkzeugs einen gewissen Punkt passiert.
23. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Abwärtsbewegung des Bonderwerkzeugs gegen ein flexibles Substrat in der Weise gestattet, daß sich die Schneidvorrichtung gegenüber dem Bonderwerk­ zeug bewegt, um in den Draht bezüglich des Bonderwerk­ zeugs mit einer begrenzten Tiefe einzuschneiden.
24. Ultraschallbonder, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 23, mit einem Bonderwerkzeug, welches mit einem Ultraschall­ wandler verbunden ist, um einen unter dem Bonderwerk­ zeug angeordneten Draht durch Ultraschallbonden mit einer darunter befindlichen Oberfläche zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß Liefereinrichtungen (98) vorgesehen sind, welche der Zulieferung des Drahtes (96) zu dem Bonderwerkzeug (90) dienen und welche min­ destens zwei bezüglich der Achse des Laufwegs für den Draht (96) versetzte Flächen (110, 114) aufweisen, um eine durch Aufspulen des Drahtes (96) entstandene Krümmung desselben beim Abziehen des Drahtes (96) geradezurichten.
25. Ultraschallbonder nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Liefereinrichtungen (98) ein Kanalstück (115) umfassen, zu dem mindestens eine der seitlich versetzten Flächen (110, 114) zum Richten des Drahtes (96) fluchtend ausgerichtet ist.
26. Ultraschallbonder nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Liefereinrichtungen einen Kanal (98) mit einem serpentinienförmigen Laufweg und einer dem Ende des Bonderwerkzeugs (90) benachbarten Öffnung (116) aufweisen.
27. Ultraschallbonder nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß Öffnung (116) mit einer Oberfläche versehen ist, durch die beim Abziehen des Drahtes (96) aus der Öffnung (116) in dem Draht (96) ein Bogen er­ zeugbar ist und daß die Liefereinrichtungen von einem Punkt, an dem eine Bondverbindung hergestellt wurde, nach oben wegbewegbar sind.
28. Ultraschallbonder nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalstück (115) mit seiner Öffnung (116) bezüglich der Achse des Bonderwerkzeugs (90) unter einem Winkel von maximal 5° verläuft.
29. Ultraschallbonder nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Liefereinrichtungen (98) derart ausgebildet sind, daß mit ihrer Hilfe eine Bremswirkung auf den auszuliefernden Draht (96) aus­ übbar ist.
30. Ultraschallbonder nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schneidvorrichtung (132) vorgesehen ist, welche derart unabhängig von dem Bonderwerkzeug (90) und den Liefereinrichtungen (98) bewegbar ist, daß beim gemeinsamen Anliegen der Liefereinrichtungen (98) und des Bonderwerkzeugs (90) an der Oberfläche eines gebondeten Drahtes die Schneidvorrichtung (132) unabhängig beweglich ist, um in einen unter dem Bonderwerkzeug (90) befindlichen Draht einzuschneiden.
31. Ultraschallbonder, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 23, ins­ besondere nach einem der Ansprüche 21 bis 30, mit einem Bonderwerkzeug, welches mit einem Ultraschall­ wandler verbunden und von diesem zu Ultraschall­ schwingungen anregbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (142 bis 162, 80) vorgesehen sind, mit deren Hilfe eine variable, mechanische Vorspannung für das Bonderwerkzeug (90) erzeugbar ist, daß Lieferein­ richtungen (98) vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein Draht zum Ende des Bonderwerkzeugs (90) längs eines gewundenen Laufwegs derart auslieferbar ist, daß eine durch Aufspulen des Drahtes (96) entstandene Krümmung desselben geradegerichtet wird, und daß die Lieferein­ richtungen eine Öffnung (116) aufweisen, durch die der Draht (96) dem Ende des Bonderwerkzeugs (90) zuführbar ist.
32. Ultraschallbonder nach Anspruch 31, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine unabhängig von dem Bonderwerkzeug (90) bewegbare Schneidvorrichtung (132) vorgesehen ist.
33. Ultraschallbonder nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe eine Bremswirkung auf den Draht (96) ausübbar ist.
34. Ultraschallbonder nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Erzeugen einer variablen, mechanischen Vorspannung Elektromagnete (144, 160; 146, 162) zum Erzeugen eines Magnetfeldes umfassen und daß in dem Magnetfeld Einrichtungen (142, 152, 156, 158) angeordnet sind, die mit dem Bonderwerkzeug (90) verbunden sind und die durch die Elektromagneten mit einer nach oben oder unten gerichteten Kraft beaufschlagbar sind.
35. Ultraschallbonder nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schneidvorrichtung (132) vorgesehen ist, welche unabhängig von dem Bonder­ werkzeug (90) und den Liefereinrichtungen (98) gehaltert ist und relativ zu diesen Elementen zum Einschneiden in den Draht (96) beweglich ist, während das Bonderwerkzeug (90) durch die Einrichtungen zum Erzeugen einer variablen mechanischen Vorspannung mit einer Vorspannung belastet ist.
36. Ultraschallbonder zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 23, insbesondere nach einem der Ansprüche 24 bis 35, mit einem Ultraschall-Bonder­ werkzeug, welches durch einen daran befestigten Wand­ ler zu Ultraschallschwingungen anregbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
es ist eine Haupt-Halterungsvorrichtung (12) vorgesehen, welche zumindest teilweise längs einer Z-Achse bewegbar ist;
das Bonderwerkzeug (90) ist bezüglich der Z-Achse flexibel beweglich gehaltert;
es sind Liefereinrichtungen (98) vorgesehen, die bezüglich der Z-Achse flexibel beweglich gehaltert sind und mit deren Hilfe dem Ende des Bonderwerkzeugs (90) ein Draht (96) zuführbar ist;
es ist eine Schneidvorrichtung (132) vorgesehen, die mit der Haupt-Halterungsvorrichtung (12) derart verbunden ist, daß sie deren Bewegungen in Richtung der Z-Achse direkt folgt, und mit deren Hilfe in einen durch eine Bondverbindung festgelegten Draht ein Schnitt zum Abtrennen des Drahtes (96) herstellbar ist.
37. Ultraschallbonder nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Bonderwerkzeug (90) und die Liefereinrichtungen (98) derart miteinander verbunden sind, daß sie bezüglich der Z-Achse gemeinsam bewegbar sind.
38. Ultraschallbonder nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Bonderwerkzeug (90) und die Liefereinrichtungen (98) mit flexiblen Halterungs­ einrichtungen (28 bis 52) verbunden sind, welche eine parallele Relativbewegung des Bonderwerkzeugs (90) und der Liefereinrichtung (98) ermöglichen.
39. Ultraschallbonder nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Halterungs­ einrichtungen eine vierarmige Halterung umfassen, die an den Enden ihrer vier Arme gehaltert ist und daß die vier Arme durch Vorspanneinrichtungen mit einer mechanischen Vorspannung beaufschlagbar sind.
40. Ultraschallbonder nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtungen eine Feder (80) umfassen.
41. Ultraschallbonder nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtungen elektromagnetisch arbeitende Vorspannungserzeugungs- Einrichtungen mit einem Anker (142) umfassen, der mit dem Bonderwerkzeug (90) verbunden ist.
42. Ultraschallbonder, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 35, mit einem Bonderwerkzeug und Liefereinrichtungen zum Zuführen eines Drahtes, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
es sind Halterungseinrichtungen zum gemeinsamen Haltern des Bonderwerkzeugs (90) und eines damit verbundenen Ultraschallwandlers (70) vorgesehen;
es sind Einrichtungen zum Haltern der Lieferein­ richtungen (98) vorgesehen, die derart ausgebildet sind, daß der zum Herstellen von Bondverbindungen benötigte Draht (96) in der Nähe des Endes des Bonderwerkzeugs (90) zuführbar ist;
es sind Halterungseinrichtungen für eine Schneid­ vorrichtung (132) vorgesehen, welche dem Schneiden eines gebondeten Drahtes (96) dient, wobei die Halterungseinrichtungen derart ausgebildet sind, daß die Schneidvorrichtung (132) unabhängig von dem Bonderwerkzeug (90) und den Liefereinrichtungen (98) beweglich ist;
es sind Vorspannungserzeugungs-Einrichtungen vorge­ sehen, mit deren Hilfe für das an dem Draht (96) anliegende Bonderwerkzeug (90) eine mechanische Vorspannung erzeugbar ist;
es sind Einrichtungen (14) vorgesehen, mit deren Hilfe eine relative Abwärtsbewegung der Schneidvorrichtung (132) bezüglich des Bonderwerkzeugs (90) und der Liefereinrichtungen (98) bis zu einem vorgegebenen Einschneidpunkt herbeiführbar ist; und
es sind Einrichtungen zum Beenden der Schneidbewegung der Schneidvorrichtung (132) vorgesehen.
43. Ultraschallbonder nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Beenden der Bewegung der Schneidvorrichtung (132) einen Endschal­ ter (230, 232) umfassen, mit dessen Hilfe nach einer Relativbewegung der Schneidvorrichtung (132) gegenüber dem Bonderwerkzeug (90) um eine vorgegebene Strecke ein elektrischer Kontakt herstellbar ist.
44. Ultraschallbonder nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungseinrichtungen für die Schneidvorrichtung (132) eine Haupt-Halterungs­ vorrichtung (12) umfassen, mit der das Bonderwerkzeug (90) und die Liefereinrichtung (98) derart verbunden sind, daß sie in Z-Richtung eine Relativbewegung bezüglich der Haupt-Halterungsvorrichtung (12) ausführen können.
45. Ultraschallbonder nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, daß das Bonderwerkzeug in Z-Richtung der Haupt-Halterungsvorrichtung (12) mittels elektromagnetischer Vorspannungserzeugungs-Ein­ richtungen mit einer mechanischen Vorspannung beaufschlagbar ist.
46. Ultraschallbonder nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidvorrichtung (132) als Schneidklinge ausgebildet und zwischen dem Bonder­ werkzeug (90) und den Liefereinrichtungen (98) angeordnet ist, derart, daß die Schneidvorrichtung (132) die Liefereinrichtungen (98) von dem Bonder­ werkzeug (90) wegbewegt, wenn sie zum Schneiden des Drahtes (96) eine nach unten gerichtete Relativ­ bewegung bezüglich des Bonderwerkzeugs (90) ausführt.
47. Ultraschallbonder nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Liefereinrichtungen einen Kanal (98) aufweisen, welcher zwei versetzte Flächen (110, 114) aufweist, die einen gewundenen Laufweg definieren, längs welchem der Draht abgezogen wird, wobei eine durch Aufspulen des Drahtes erzeugte Krümmung desselben geradegerichtet wird, und daß der Draht nach dem Herstellen einer Bondverbindung derart über die zweite Fläche (114) bewegbar ist, daß sich durch deren Wirkung eine bogenförmige Krümmung des abgezogenen Drahtes ergibt.
48. Ultraschallbonder nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß das Bonderwerkzeug (90) derart ausgebildet ist, daß der Draht (96) durch das Bonder­ werkzeug (90) festlegbar ist und von diesem nach dem Abtrennen an einer Bondverbindung gehalten wird.
49. Ultraschallbonder nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß das Bonderwerkzeug (90) mit einer Nut (92) versehen ist, deren Seitenwände derart schräg nach innen geneigt sind, daß der Abstand zwischen ihnen geringer wird als der Durchmesser des Drahtes (96), so daß dieser in der Nut (92) mit einer Klemm­ wirkung festlegbar ist.
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