DE4312642A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kontakieren - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Kontakieren

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kontaktieren bzw. Bonden, d. h. zum Herstellen fester elektrischer Verbindungen zwischen einem Halbleiterchip und einem leitenden Element, wie etwa einem Leiterdraht und einem Kontaktflecken.
Eine Vorrichtung 1, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, wird in großem Rahmen eingesetzt, um eine feste elektrische Ver­ bindung zwischen einem Halbleiterchip und einer Zuleitung durch automatisches Filmbonden TAB herzustellen.
Die Vorrichtung 1 umfaßt ein Druckwerkzeug 7, welches einen Heizmechanismus aufnimmt, und einen Fuß 6. Bei dem Bonden, unter Einsatz der Vorrichtung 1, wird ein Halbleiterchip 2 auf dem Fuß 6 aufgebracht, wobei man die Zuleitungen 4 auf erhöhte Kontaktflecken 3 in Ausrichtung hierauf aufbringt. Ein TAB-Band TP wird durch ein Isolierband 5 gebildet, und die Zuleitungen 4 haften an dem Isolierband 5. Wenn der Halbleiterchip 2 auf dem Fuß 6 aufgebracht ist und die Zu­ leitungen 4 auf die erhöhten Kontaktflecken 3 ausgerichtet sind, drückt das erhitzte Druckwerkzeug 7 die Zuleitungen 4 nach unten. Die Wärme des Druckwerkzeuges 7 strömt in die erhöhten Kontaktflecken 3, wobei diese Kontaktflecken 3 schmelzen. Die geschmolzenen Kontaktflecken 3 kühlen dann ab und erhärten. Als Ergebnis ist der Halbleiterchip 2 elektrisch fest mit den Zuleitungen 4 verbunden.
Obwohl die erhöhten Kontaktflecken im Hinblick auf die Dicke in Fig. 1 überhöht dargestellt sind, sind in Wirklichkeit die erhöhten Kontaktflecken 3 sehr dünn. Wenn dementsprech­ end der Halbleiterchip 2 durch das erhitzte Druckwerkzeug nach unten gedrückt wird, besitzt die obere Oberfläche des Halbleiterchips 2 im wesentlichen keinen Abstand von der Bodenfläche des Druckwerkzeuges 7. Aufgrund dieser Tatsache ermöglicht das herkömmliche Bondverfahren, wie es zuvor be­ schrieben wurde, daß die Wärme des Werkzeuges 7 in einem be­ trächtlichen Ausmaß auf den Halbleiterchip 2 über die Zu­ leitungen 4 und die Kontaktflecken 3 übertragen wird.
Dies wiederum führt dazu, daß die Temperatur des Halbleiters 2 rasch ansteigt, wodurch die elektrischen und anderen Ei­ genschaften des Halbleiterchips 2 verschlechtert werden.
Des weiteren erfordert das Bonden unter Verwendung der Vor­ richtung 1 nach Fig. 1, daß der Halbleiterchip 2 unter den Zuleitungen 4 plaziert wird, d. h., mit der Chipkontaktfläche nach oben zu den Zuleitungen 4. Dies kommt daher, daß dann, wenn die Zuleitungen 4 unter den Halbleiterchip 2 plaziert würden, die Wärme des Werkzeuges 7 durch den Halbleiter­ chip 2 hindurchgeführt werden müßte, auf dem Weg zu den Kontaktflecken 3, was unausweichlich zu einem enormen An­ stieg der Temperatur des Halbleiterchips 2 führen würde.
Auf diesem soeben zuvor genannten Grund gibt es praktisch keine Wahl, den Halbleiterchip 2 mit der Oberfläche nach unten, d. h., mit der Chipkontaktfläche nach unten zu bonden, durch die Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1.
Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen fester elektrischer Verbindungen der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die sicherstellen, daß der Halblei­ terchip keine nachteiligen Temperaturerhöhung ausgesetzt wird.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen der unabhängigen Ansprüche angegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen auf die Merk­ male der Unteransprüche verwiesen wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine feste elektri­ sche Verbindung hergestellt zwischen einem Halbleiterchip und einem zweiten Gegenstand, wobei der Halbleiterchip eine erste und eine zweite Hauptoberfläche besitzt, während der hiermit zu verbindende Gegenstand ein leitendes Element um­ faßt, wobei das Verfahren durch die folgenden Schritte ge­ kennzeichnet ist, nämlich: (a) Der Gegenstand und der Halb­ leiterchip werden in einer solchen Weise abgestützt, daß die erste Hauptoberfläche des Halbleiterchips dem leitenden Ele­ ment gegenüberliegt, mit einem dazwischenliegenden erhöhten Kontaktflecken, und (b) ein Infrarotlichtstrahl wird von der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips auf den er höhten Kontaktflecken durch den Halbleiterchip hindurchge­ richtet.
Der Schritt (b) umfaßt vorzugsweise die folgenden Stufen: (b-1) man erzeugt einen Infrarotlichtstrahl und (b-2), man lenkt den Infrarotlichtstrahl ab, in Richtung auf den Kon­ taktflecken.
Eile bestimmte Anordnung von Kontaktflecken kann auf der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterchips ausgebildet sein. Der Schritt (b) kann darüber hinaus einen Schritt (b-3) um­ fassen, gemäß welchem der Infrarotlichtstrahl in einer Reihe einem nach dem anderen Kontaktflecken zugeführt wird.
Der Schritt (b-3) kann einen Schritt (b-3-1) umfassen, gemäß welchem der Infrarotlichtstrahl während erster Zeitabschnitte auf irgendeinen der Kontaktflecken gerichtet ist und während anderer Zeitabschnitte inaktiv ist, während der infrarote Lichtstrahl sich zwischen den Kontaktflecken bewegt.
Der Schritt (b) umfaßt darüber hinaus vorzugsweise einen Schritt (b-4), gemäß welchem man den Halbleiterchip in Richtung auf das leitende Element drückt, bevor man die Schritte (b-1) und (b-2) durchführt.
Der Schritt (b) umfaßt außerdem vorzugsweise einen Schritt (b-5), gemäß welchem man den infraroten Lichtstrahl durch ein konvergierendes optisches System auf die Anordnung der Kontaktflecken richtet.
Der Schritt (b-5) kann außerdem einen Schritt (b-5-1) um­ fassen, indem man den infraroten Lichtstrahl derart auf die Kontaktflecken konvergiert, daß der infrarote Lichtstrahl einen Durchmesser besitzt, der gleich oder kleiner ist als der Durchmesser der Kontaktflecken.
Der Schritt (b-5-1) kann außerdem einen Schritt umfassen, gemäß welchem der infrarote Lichtstrahl derart auf die Kon­ taktflecken konvergiert wird, daß der Lichtstrahl einen ge­ ringeren Durchmesser besitzt als der Durchmesser eines jeden der Kontaktflecken, während der Schritt (b-3-1) einen Schritt (b-3-1a) umfaßt, gemäß welchem man bei dem ersten Zeitab­ schnitt jeden der Kontaktflecken zweidimensional mit dem infraroten Lichtstrahl anstrahlt.
Das Verfahren kann außerdem einen Schritt (d) umfassen, ge­ mäß welchem man ein Plattenelement bewegt, das aus einem Material besteht, das den infraroten Lichtstrahl überträgt, wobei man das Plattenelement auf der zweiten Oberfläche des Halbleiterchips aufbringt, bevor man den Schritt (b) durch­ führt.
Der Schritt (a) kann einen Schritt (a-1) umfassen, gemäß welchem der zu befestigende Gegenstand und der Halbleiter­ chip auf einem Stützelement angeordnet sind, welches aus einem Material besteht, das den infraroten Lichtstrahl über­ trägt oder absorbiert.
Das zu befestigende Element kann ein Isolierband umfassen, mit einer Mehrzahl von Zuleitungen, die sich auf dem Isolier­ band befinden, wobei das leitende Element eine Mehrzahl von Zuleitungen darstellt.
Das zu befestigende Element kann ein Isolationssubstrat um­ fassen sowie eine leitende Struktur, die auf dem Isolations­ substrat ausgebildet ist, wobei das leitende Element die leitende Struktur darstellt.
Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung gerichtet, zur Herstellung einer festen elektrischen Verbindung zwischen einem Halbleiterchip, welches im wesentlichen aus Silicium besteht, und einem Gegenstand, der ein leitendes Element umfaßt, wobei der Halbleiterchip eine erste und eine zweite Hauptoberfläche besitzt, wobei die Vorrichtung die folgen­ den Elementen umfaßt, nämlich: (a) eine Abstützeinrichtung für den zu bondenden Gegenstand und den Halbleiterchip in einer solchen Weise, daß eine erste Hauptoberfläche des Halbleiterchips dem leitenden Element zugewandt ist, mit da­ zwischenliegendem Kontaktflecken, und (b) eine Einrichtung zur Abstrahlung eines infraroten Lichtstrahles von der zweiten Hauptoberflächenseite des Halbleiterchips auf den erhöhten Kontaktflecken durch den Halbleiterchip.
Die Beleuchtung mit infrarotem Licht umfaßt: (b-1) eine Einrichtung zur Erzeugung eines infraroten Lichtstrahles und (b-2) eine Ablenkungseinrichtung, um den infraroten Lichtstrahl in Richtung auf den Kontaktflecken zu leiten.
Ein Muster oder eine Struktur von erhöhten Kontaktflecken kann auf der ersten Hauptoberfläche des Halbleiterchips ange­ ordnet sein. Die Vorrichtung kann auch (c) eine Steuerein­ richtung umfassen zur Abgabe eines Ablenkungssteuersignals zur Strahlablenkungseinrichtung, um hiermit den infraroten Lichtstrahl auf eine Mehrzahl von Kontaktflecken nachein­ ander in einer Reihenfolge zu lenken.
Die Steuereinrichtung umfaßt (c-1) vorzugsweise eine Ein­ richtung zur Erzeugung eines Zeitgebersignals, welches syn­ chron ist mit dem Ablenkungssteuersignal, wobei bei einem vorgegebenen Zeitgebersignal die Einrichtung zur Erzeugung des infraroten Lichtstrahles während eines ersten Zeitab­ schnittes aktiviert ist, während welchem der infrarote Licht­ strahl auf einen der Kontaktflecken gerichtet ist, während im Laufe eines zweiten Zeitabschnittes die Einrichtung de­ aktiviert ist, wobei der infrarote Lichtstrahl sich zwischen den Kontaktflecken bewegt.
Die Beleuchtungseinrichtung für den infraroten Lichtstrahl kann außerdem umfassen: (b-3) einen optischen Kopf, der der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips gegenüberliegt, wobei der optische Kopf den Infrarotlichtstrahl emittiert, der durch die Ablenkungseinrichtung in Richtung auf die zweite Hauptoberfläche des Halbleiterchips abgelenkt wurde, (b-4) ein elastisches Element, das an dem optischen Kopf an einer Stelle abseits des Pfades des Infrarotlichtstrahles angeordnet ist, wobei das elastische Element in Richtung auf die zweite Hauptoberfläche des Halbleiterchips vorragt und (b-5) einen Mechanismus zum Hinführen und Wegführen des optischen Kopfes in Richtung auf die zweite Hauptoberfläche des Halbleiterchips zu und von dieser weg.
Die Einrichtung zur Erzeugung des Infrarotlichtstrahles um­ faßt vorzugsweise: (b-1-1) eine Infrarotlichstrahlquelle zur Erzeugung des Infrarotlichtstrahles sowie (b-1-2) ein optisches Konversionssystem zum Konvergieren des Infrarot­ lichtstrahles auf jeden der Kontaktflecken.
Das optische Konversionssystem kann (b-1-2a) ein optisches Element umfassen, zum Konvergieren des Infrarotlichtstrahles derart auf die Kontaktflecken, daß der Infrarotstrahl einen Durchmesser besitzt, der gleich oder kleiner ist als der Durchmesser eines jeden der Kontaktflecken.
Das optische System konvergiert vorzugsweise den Infrarot­ lichtstrahl derart auf die Kontaktflecken, daß der Infra­ rotlichtstrahl einen kleineren Durchmesser besitzt als der Durchmesser eines jeden der Kontaktflecken, und wobei die Steuereinrichtung (c-2) eine Einrichtung zum Erzeugen eines Ablenkungssteuersignals umfaßt, unter dessen Steuerung der Infrarotlichtstrahl zweidimensional auf jeden der Kontakt­ flecken gerichtet wird während der ersten Zeitabschnitte.
Die Vorrichtung zum Herstellen der festen elektrischen Ver­ bindung umfaßt vorzugsweise außerdem einen Mechanismus (d) mit: (d-1) einem Plattenelement, welches aus einem Material besteht, welches den Infrarotlichtstrahl überträgt, wobei das Plattenelement an der zweiten Oberfläche des Halbleiter­ chips befestigbar ist, sowie (d-2) einem Betätigungselement zum Bewegen des Plattenelementes auf die zweite Oberfläche des Halbleiterchips.
Das Abstützelement umfaßt vorzugsweise (a-1-1) ein Stütz­ element, welches aus einem Material besteht, welches den Infrarotlichtstrahl überträgt oder absorbiert, wobei das Plattenelement hierauf den zu bondenden Gegenstand trägt.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung umfaßt der zu bondende Gegenstand ein Isolierband sowie eine Mehrzahl von Zuleitungen, die auf dem Isolierband plaziert sind, wobei das leitende Element aus einer Mehrzahl von Zuleitungen be­ steht.
Der zu bondende Gegenstand kann andererseits ein Isolations­ substrat sowie eine leitende Struktur umfassen, die auf dem Isolationssubstrat ausgebildet ist, wobei das leitende Ele­ ment durch die leitende Struktur gebildet wird.
Wie zuvor beschrieben wurde, nutzt die Erfindung die Eigen­ schaft des Infrarotlichtes, daß Infrarotlicht durch Silicium übertragen wird. Das bedeutet, daß, obwohl der Infrarotlicht­ strahl durch den Halbleiterchip auf die Kontaktflecken ge­ richtet ist, der Halbleiterchip den Infrarotlichstrahl über­ trägt. Dementsprechend steigt, während die Kontaktflecken erhitzt werden und schmelzen, die Temperatur des Halbleiter­ chips nicht stark an. Dies macht es möglich, daß die Zu­ leitungen auch auf einer solchen Halbleitereinrichtung be­ festigt werden können, die keine hohe Wärmefestigkeit be­ sitzt, ohne daß hieraus ein Problem entsteht.
Da es nicht erforderlich ist, ein erhitztes Preßwerkzeug auf den Halbleiterchip aufzupressen, ist ein Bonden mit nach unten gerichteter Fläche möglich.
Zusätzlich kann durch die Ablenkung des Infrarotlicht­ strahles und die Ausrichtung desselben auf die Kontakt­ flecken eine unerwünschte Infrarotbeleuchtung abseits der Kontaktflächen vermindert werden. Durch die Anstrahlung der Kontaktflecken durch den Infrarotlichtstrahl in auf­ einanderfolgender Reihenfolge, um die Zuleitungen zu bon­ den, können diese mit den Kontaktflecken verbunden werden, ohne daß man eine Mehrzahl von Infrarotlichtstrahlen be­ nötigt. Es ist somit möglich, unterschiedliche Befesti­ gungsverfahren durchzuführen, bei welchen die Kontaktflecken eine unterschiedliche Lage besitzen, nur durch das Ablenken eines Infrarotlichtstrahles.
Bei einer Aufeinanderfolge der Anstrahlung des Infrarotlicht­ strahles auf die Kontaktflecken werden die Strahlungsposition und die Strahlungszeit geändert. Dementsprechend läßt sich die Erfindung an unterschiedliche Chips mit unterschiedlichen Kontaktfleckenanordnungen anpassen, so daß sich dementsprech­ end ein weiter Anwendungsbereich ergibt. Darüber hinaus wird keine Einrichtung zur Erzeugung einer Mehrzahl von Infrarot­ lichtstrahlen benötigt.
In jedem Fall muß der zu bondende Gegenstand nicht für den Infrarotlichtstrahl transparent sein, wodurch sich ein weiterer Grund für einen großen Bereich von Anwendungen der Erfindung ergibt.
Es wird dementsprechend die erfindungsgemäße Aufgabe gelöst, eine feste elektrische Verbindung zwischen einem Halbleiter­ chip und einem leitenden Element herzustellen, bei einem ge­ ringeren Temperaturanstieg des Halbleiterchips, dessen Ba­ siselement Silicium ist.
Es wird gleichzeitig eine Technik zum Bonden eines Halb­ leiterchips bereitgestellt, wobei die Verbindung mit dem leitenden Element bei nach unten gerichteter Oberfläche aus­ geführt wird, ohne daß der Halbleiterchip erhitzt wird.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen im einzelnen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Herstellung fester elektrischer Verbindungen,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 eine Darstellung der elektrischen Zuleitungen, die an einem Isolierband anhaften durch das TAB-Ver­ fahren,
Fig. 4 die Darstellung der Verschiebung eines Plattenele­ mentes,
Fig. 5 und 6 schematische Darstellungen einer bevorzugten Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines inneren Teils einer Einrichtung zur Erzeugung einer Infrarotlicht­ beleuchtung,
Fig. 8 eine Darstellung, wie die erhöhten Kontaktflecken auf einem Halbleiterchip ausgebildet werden,
Fig. 9 eine Darstellung eines erhöhten Kontaktfleckens, der von einem Infrarotlichtstrahl beleuchtet wird,
Fig. 10 eine Darstellung, gemäß welcher ein erhöhter Kon­ taktflecken durch einen Infrarotlichtstrahl abge­ tastet wird,
Fig. 11 eine schematische Darstellung des inneren Bereiches eines anderen Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Erzeugung von infrarotem Licht,
Fig. 12 eine schematische Darstellung einer zweiten Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 13 eine schematische Darstellung eines weiteren Aus­ führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Kontaktiervorrichtung 100 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung. Die Kontaktiervorrichtung 100 dient der Herstellung fester elektrischer Verbindungen zwischen einem Halbleiter­ chip 2 und einer Mehrzahl elektrischer Zuleitungen 4 durch das TAB-Bondverfahren (automatisches Filmbonden). Die Details der Kontaktiervorrichtung 1 sollen nachfolgend näher erläu­ tert werden.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 3 werden die elektri­ schen Zuleitungen 4 auf ein Isolierband 5 aufgeklebt, wo­ durch ein TAB-Band TP gebildet wird. Obwohl die Fig. 3 eine relativ geringe Anzahl von Zuleitungen 4 zur Vereinfachung der Beschreibung zeigt, ist das Isolierband 5 oft mit mehr Zuleitungen 4 in Wirklichkeit versehen. Obwohl darüber hin­ aus Fig. 3 nur eine Einheit einer Struktur des TAB-Bandes TP zeigt, ist in der Tat eine Mehrzahl der gleichen Einheits­ strukturen in Richtung der gestrichelten Linien angeordnet. Solch ein TAB-Band TP ist "ein zu bondender Gegenstand", gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform.
Ein Polysiliciumsubstrat ist als Basiselement für den Halb­ leiterchip 2 verwendet. Der Halbleiterchip 2 ist auf seiner ersten Hauptoberfläche 2a mit einer Mehrzahl von erhöhten Kontaktflecken 3 versehen, entsprechend der Darstellung in Fig. 9. Nachdem der Halbleiterchip 2 mit den Zuleitungen 4 durch eine Struktur verbunden ist, die nachfolgend noch be­ schrieben werden soll, auf eine noch zu beschreibende Art und Weise, wird der Chip 2 zusammen mit den hieran be­ festigten Zuleitungen 4 von dem Isolierband 5 durch einen Druck auf die Zuleitungen 4 von der Rückseite des Bandes 5 gelöst, durch ausgeschnittene Bereiche der Zuleitungen 4.
Die Vorrichtung 100 gemäß Fig. 2 umfaßt einen Hauptkörper 200 sowie einen Chippreßmechanismus 300.
Der Hauptkörper 200 umfaßt ein Stützelement 202, welches auf einem Fuß 201 befestigt ist. Das Stützelement 202 be­ steht aus einem Material, welches infrarotes Licht über­ trägt oder absorbiert. Bei der hier gezeigten Ausführungs­ form besteht das Stützelement 202 aus Glas.
Zunächst wird das TAB-Band TP, bei welchem eine Mehrzahl von elektrischen Zuleitungen 4 auf das Isolierband 5 aufge­ klebt ist, auf das Stützelement 202 (wird später beschrie­ ben) aufgebracht. Andererseits wird der Halbleiterchip 2, der mit den Zuleitungen 4 verbunden werden soll, über die erhöhten Kontaktflecken 3 auf die Zuleitungen 4 gelegt. Mit anderen Worten, werden das TAB-Band TP und der Halbleiter­ chip 2 auf das Stützelement 202 aufgebracht und von diesem abgestützt, wobei sich die erhöhten Kontaktflecken 3 dazwi­ schen befinden. Obwohl zur Klarheit der Beschreibung die erhöhten Kontaktflecken sehr dick gezeichnet sind, ist ihre Stärke in Wirklichkeit sehr gering.
Es ist auch herauszustellen, daß der Halbleiterchip 2 mit seiner Hauptoberfläche 2a während des Befestigungsvorganges nach unten gerichtet ist, entsprechend der Darstellung in Fig. 2, obwohl die erste Hauptoberfläche 2a in Fig. 8 nach oben gerichtet ist. Das bedeutet, daß die erste Hauptober­ fläche 2a, mit welcher der Halbleiterchip 2 an den Zu­ leitungen 4 befestigt wird, oder die Befestigungsfläche des Halbleiterchips 2 nach unten gerichtet ist. Dementsprechend ist die Vorrichtung 100 gemäß Fig. 2 für das Bondverfahren mit nach unten gerichteter Hauptfläche geeignet.
In Fig. 2 wird ein Plattenelement 301, welches aus einem Material besteht, das Infrarotlicht überträgt, auf die zweite Hauptoberfläche 2b des Halbleiterchips 2 aufgelegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht das Platten­ element 301 aus einer transparenten Glasplatte. Das Platten­ element 301 ist ein Teil des Chippreßmechanismus 300, der später im Detail näher erläutert werden soll.
Von oben wird eine Infrarotlichtbeleuchtungseinrichtung 210 durch einen Vor- und Rückschiebemechanismus 204 abgestützt, die sich oberhalb des Stützelementes 202 befindet. Der Vor- und Rückschiebemechanismus 204 ist mit einer Funktion ausge­ rüstet, um die Infrarotbeleuchtungseinrichtung 210 in die Richtungen +Z und -Z gemäß Fig. 2 zu verschieben.
Ein Bodenbereich der Infrarotlichtbeleuchtungseinrichtung 210 ist als optischer Kopf 220 ausgebildet. Der optische Kopf 220 umfaßt ein Element zur Erzeugung eines Infrarot­ lichtstrahles und zu dessen Ausrichtung nach unten, d. h., in Richtung auf den unteren Rand, gemäß Fig. 2 (was später noch erläutert werden soll).
Eine Mehrzahl von Federn 203 ist am oberen Ende der unteren Oberfläche des optischen Kopfes 220 jeweils in einer Position abseits des optischen Weges des Infrarotlichtstrahles be­ festigt. Die Federn 203 sind vorzugsweise in einem peripheren Bereich des optischen Kopfes 220 angeordnet und besitzen im wesentlichen die gleiche Federkonstante und die gleiche Länge. Entsprechend der Darstellung in Fig. 5 (später noch zu beschreiben) sind die unteren Enden der Federn 203 freie Enden.
Der Chippreßmechanismus 300 umfaßt das Plattenelement 301, welches eine horizontale Hauptoberfläche und einen hori­ zontalen Arm 203 besitzt, der auf einer Seite des Platten­ elementes 301 befestigt ist.
Der horizontale Arm 302 ist an ein Betätigungselement 305 an­ gelenkt. Das Betätigungselement 305 gleitet entlang einem vertikalen Pfosten 304 in den Richtungen +Z und -Z und ist mit einem Antriebselement 303 ausgerüstet, welches in der Richtung R drehbar ist. Die Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der X-Y-Ebene, in welcher Weise das Plattenele­ ment 301 sich dreht mit der R-Drehrichtung des Antriebsele­ mentes 303. Der zeitliche Ablauf der Rotation soll später erläutert werden.
Die Vorrichtung 100 mit dem zuvor erläuterten Aufbau stellt die elektrische Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 2 und den elektrischen Zuleitungen 4 in der nachfolgenden Weise her.
Vor der Zuführung des TAB-Bandes TP und des Halbleiterchips 2 auf das Stützelement 202 befindet sich das Plattenelement 301 nicht oberhalb des Stützelementes 202 (d. h., in der Frei­ gabeposition), entsprechend der Darstellung durch gestrichel­ te Linien in der X-Y-Ebene in Fig. 3. Die Infrarotlichtbe­ leuchtungseinrichtung 210, die durch den Vor- und Rückschiebe­ mechanismus 204 angetrieben ist, ist oben zurückgezogen.
Nachdem das Plattenelement 301 in die Freigabeposition ge­ führt ist, wird das TAB-Band TP auf dem Stützelement 202 mon­ tiert mit den elektrischen Zuleitungen 4 nach oben. Der Halb­ leiterchip 2, der die erhöhten Kontaktflecken 3 auf seiner Oberfläche dreht, wird dann derart auf dem TAB-Band TP auf­ gebracht, daß die erhöhten Kontaktflecken und die Enden der Zuleitungen 4 einander gegenüberliegen. Das Bondverfahren in diesem Augenblick wird in Fig. 5 wiedergegeben. Entsprechend der Darstellung in Fig. 5 ist die zweite Hauptoberfläche 2b des Halbleiterchips 2 nach oben gerichtet. Das Plattenelement 301 befindet sich unter dem Halbleiterchip 2 in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene.
Anschließend wird das Antriebselement 303 in Richtung R ge­ dreht, um hierdurch horizontal das Plattenelement 301 un­ mittelbar über den Halbleiterchip 2 zu schieben. Das Platten­ element 301, welches horizontal verschoben worden ist, ist in Fig. 4 durch ausgezogene Linien wiedergegeben.
Das Antriebselement 303 gleitet dann entlang des vertikalen Pfostens 304. Das Plattenelement 301 gleitet auch abwärts mit der Abwärtsbewegung des Antriebselementes 303 und hält seine Abwärtsbewegung ein, wenn es in Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche 2b des Halbleiterchips 2 tritt. In dieser Stufe, die am besten in Fig. 6 erläutert ist, übt das Plat­ tenelement 301 fast keinen Druck auf den Halbleiterchip 2 aus.
Als nächstes bewegt der Vor- und Rückschiebemechanismus 204 die Infrarotlichtsbeleuchtungseinrichtung 210 nach unten, wodurch die Federn 203 mit ihren unteren Enden die zweite Hauptober­ fläche 2b des Halbleiterchips 2 berühren. Die Infrarotlicht­ beleuchtungseinrichtung 210 wird ein klein wenig weiter nach unten geführt und dann eingehalten. In dieser Stufe befindet sich die Vorrichtung 100 in einem Zustand, wie er in Fig. 2 wiedergegeben ist, wobei die Federn 203 den Halbleiterchip 2 gegen die elektrischen Zuleitungen 4 drücken. Die Einhalte­ positionen der Abwärtsbewegung des Plattenelementes 301 und der Infrarotlichtbeleuchtungseinrichtung 210 können zuvor be­ stimmt werden.
Wenn der Halbleiterchip 2 derart gegen die elektrischen Zu­ leitungen 4 gedrückt wird, strahlt die Infrarotlichtbe­ leichtungseinrichtung 210 einen Infrarotlichtstrahl auf die Kontaktflecken 3. Der detaillierte Aufbau und der Betrieb der Infrarotlichtbeleuchtungseinrichtung 210 wird später noch beschrieben.
Der Halbleiterchip 2 besteht im wesentlichen aus Silicium, welches Infrarotlicht überträgt. Infrarotlicht wird auch durch das Plattenelement 301 übertragen, welches, wie zuvor erwähnt, aus einem Material besteht, welches Infrarotlicht überträgt. Dementsprechend durchläuft der Infrarotlichtstrahl von der Infrarotlichtbeleuchtungseinrichtung 210 das Platten­ element 301 und den Halbleiterchip 2 und trifft auf die Kon­ taktflecken 3 auf. Die Kontaktflecken 3 bestehen beispiels­ weise aus einem Lötmittel, welches infrarotes Licht absor­ biert. Dementsprechend wird der von dem infraroten Lichtstrahl angestrahlte Lötflecken 3 erhitzt und schmilzt, um damit eine enge Verbindung zwischen dem Halbleiterchip 2 und den Zuleitungen 4 zu bilden. Ein Anstieg der Temperatur der Kon­ taktflecken 3 und der hieraus resultierende Übergang eines Teils der Wärme der Kontaktflecken 3 auf den Halbleiterchip 2 führt zu praktisch keinem Anstieg der Temperatur des Halb­ leiterchips 2, da die Kontaktflecken 3 nur einen kleinen Be­ reich der ersten Hauptoberfläche 2a des Halbleiterchips 2 einnehmen und dementsprechend die Wärme, die auf den Halb­ leiterchip 2 übertragen wird, sehr gering ist.
Der infrarote Lichtstrahl wird hierauf abgestellt, und man läßt die Kontaktflecken 3 abkühlen und aushärten. Nach der Herstellung der Verbindung zwischen den Zuleitungen und dem Halbleiterchip 2 führt der Vor- und Rückschiebemechanismus 204 die Beleuchtungseinrichtung 210 für infrarotes Licht nach oben, gefolgt von einem Verschieben des Antriebsele­ mentes 303 entlang des vertikalen Pfostens 304 und dement­ sprechend des Plattenelementes 301. Damit ist der Bondvor­ gang zwischen dem Halbleiterchip 2 und den Zuleitungen 4 vervollständigt.
Die anderen verbleibenden Halbleiterchips werden dem gleichen Verfahren unterzogen. Nachdem alle Halbleiterchips 2 gebondet sind, werden die Halbleiterchips 2 und das TAB-Band TP aus der Vorrichtung 100 herausgenommen.
Als nächstes soll die Beleuchtungseinrichtung für infrarotes Licht näher beschrieben werden.
Die Beleuchtungseinrichtung 210 für infrarotes Licht kann eine Einrichtung vom selektiven Beleuchtungs-Typ sein, wel­ che einen infraroten Lichtstrahl exklusiv nur auf die Kon­ taktflecken 3 richtet, oder es kann sich um eine Einrichtung vom Totalbeleuchtungs-Typ handeln, die den Halbleiterchip 2 über die gesamten Hauptoberflächen 2a und 2b anstrahlt. Die beiden Typen sollen nachfolgend beschrieben werden.
a. Selektiver Beleuchtungs-Typ
Die Fig. 7 ist eine Ansicht einer Beleuchtungseinrichtung 210a für infrarotes Licht vom selektiven Beleuchtungs-Typ, die als Beleuchtungseinrichtung 210 für infrarotes Licht gemäß Fig. 2 eingesetzt werden kann. Die Beleuchtungsein­ richtung 210a für Infrarotlicht wird von dem optischen Kopf 220 gemäß Fig. 2 aufgenommen. Die (später zu beschreibenden) Schaltungen 211 und 212 der Einrichtung 210a können jedoch außerhalb des optischen Kopfes 220 installiert sein.
Die in Fig. 7 dargestellte Einrichtung 210a umfaßt eine Lichtemissionsquelle 213, die einen Lichtstrahl emittiert, aufgrund eines Lichtemissionstreibersignals Se, welches von der Lichtemissionstreiberschaltung 212 empfangen wurde. Eine Xenon-Lampe, eine Halogen-Lampe und ein YAG-Laser können als Lichtemissionsquelle 213 dienen.
Ein Lichtstrahl L0 von der Lichtemissionsquelle 213 durch­ läuft ein Filter 214, bei welchem nur eine Infrarotlicht­ komponente des Lichtstrahles L0 extrahiert wird. Somit läßt man nur die Infrarotlichtkomponente auf eine Konversionslinse 215 fallen, durch welche das Licht gesammelt wird zu einem Infrarotlichtstrahl L.
Der Infrarotlichtstrahl L wird durch einen ersten Galvano­ spiegel 216a reflektiert, der frei drehbar ist, um eine Achse Z in Richtung Φ. Durch die Reflexion am ersten Gal­ vanospiegel 216a wird die Fortpflanzungsrichtung des Infra­ rotlichtstrahles L in die X-Y-Ebene abgelenkt. Der Infrarot­ lichtstrahl L trifft dann auf einen zweiten Galvanospiegel 216b auf, der frei drehbar ist um eine Achse X in Richtung Ψ. Durch die Reflexion am zweiten Galvanospiegel 216b wird der Infrarotlichtstrahl in die Y-Z-Ebene abgelenkt.
Die Galvanospiegel 216a und 216b sind jeweils an Motoren 217a und 217b angeschlossen. Dementsprechend wird durch die Steu­ erung des Antriebs der Motoren 217a und 217b die Fortpflan­ zungsrichtung des Infrarotlichtstrahles L von dem zweiten Galvanospiegel 216b zweidimensional abgelenkt.
Von dem zweiten Galvanospiegel 216b trifft der infrarote Lichtstrahl L auf eine Linse FR 218 und tritt durch diese hindurch, von welcher aus er auf einen Kontaktflecken 3 auf­ trifft durch das Plattenelement 301 und den Halbleiterchip 2.
Informationen hinsichtlich der Anordnungen der jeweiligen Kontaktflecken werden zuvor in eine Steuerschaltung 211 der Beleuchtungseinrichtung 210 für infrarotes Licht aufgegeben. Die Steuerschaltung 211 wählt einen der Kontaktflecken 3 aus (beispielsweise der Kontaktflecken 3a der Fig. 8) und sen­ det Motorantriebssignale Sa und Sb ab, die den Infrarotlicht­ strahl L so steuern, daß er auf den ausgewählten Kontakt­ flecken trifft.
Synchron mit diesem Vorgang schickt die Steuerschaltung 211 ein Lichtemissionssteuersignal C an die Lichtemissionsan­ triebsschaltung 212, um hierdurch einen Lichtstrahl von der Lichtemissionsquelle 213 einzuschalten. Somit beleuchtet der infrarote Lichtstrahl L den Kontaktflecken 3a.
Die Fig. 9 zeigt den infraroten Lichtstrahl L während er auf den Kontaktflecken 3 trifft. Der Durchmesser D des Kon­ taktfleckens 3 beträgt normalerweise etwa 50 µm. Auf der anderen Seite ist der Durchmesser d des Infrarotlicht­ strahles L auf den Kontaktflecken 3 beispielsweise 30 µm. Da der Durchmesser d des Infrarotlichtstrahles L kleiner ist als der Durchmesser D des Kontaktfleckens 3, wird ver­ hindert, daß der Infrarotlichtstrahl L eine andere Fläche als den Kontaktflecken 3 beleuchtet, auch wenn hinsichtlich der Genauigkeit der Ausrichtung des Halbleiterchips 2 und der Genauigkeit der Ablenkung des Infrarotlichtstrahles L ein Fehler vorhanden ist. In den meisten Fällen bestehen die Kontaktflecken 3 aus einer Legierung, wie Lötzinn, und sind dementsprechend in hohem Maße thermisch leitend. Wenn dem­ entsprechend er Infrarotlichtstrahl L nur auf einen Teil des Kontaktfleckens 3 auftrifft, wird die Wärme, die in die­ sem Bereich erzeugt wird, rasch auf andere Bereiche des Kon­ taktfleckens 3 verteilt. Aus diesem Grund bedeutet die Tat­ sache, daß der Infrarotlichtstrahl L nur auf einen Teilbe­ reich des Kontaktfleckens 3 auf trifft, keinerlei Problem hinsichtlich des Schmelzens des Kontaktfleckens 3.
Zum Unterschied von dem Beispiel gemäß Fig. 9 kann der Durchmesser d des Infrarotlichtstrahles L auf den Kontakt­ flecken 3 weiterhin reduziert sein, wie dies in Fig. 10 wiedergegeben ist. In diesem Fall tastet der Infrarotlicht­ strahl L den Kontaktflecken 3 zweidimensional ab. Das zwei­ dimensionale Abtasten ist wesensmäßig gezeigt durch eine Kreuzdarstellung CR in Fig. 10. Zum leichteren Verständnis des Abtastens ist der Infrarotlichtstrahl L zu unterschied­ lichen Zeiten dargestellt als Lichtstrahlen L1 und L2 in Fig. 10.
Wenn ein solches zweidimensionales Abtasten erwünscht ist, muß die Steuerschaltung 210 mit einer Schaltung versehen sein, die eine oszillierende Wellenform erzeugt, welche auf die Signale Sa und Sb der Fig. 7 übertragen wird.
Der Infrarotlichtstrahl L muß nicht notwendigerweise den gesamten Kontaktflecken 3 überstreichen, sondern er kann den Kontaktflecken 3 in unterschiedlichen Positionen in der X-Y-Ebene innerhalb des Kontaktfleckens 3 anstrahlen.
Sowohl das zweidimensionale Abtasten als auch die Anstrahlung sind anpaßbar auf Kontaktflecken 3 mit unterschiedlichen Größen oder streifenförmigen Ausgestaltungen. Die Kontaktflecken 3 ent­ sprechender Größen und Ausgestaltungen können sicher geschmol­ zen werden.
Nach der Vervollständigung der Strahlung des infraroten Licht­ strahles L auf den Kontaktflecken 3a werden das Signal Sa und/ oder das Signal Sb derart geändert, daß der infrarote Licht­ strahl L sich zum nächsten Kontaktflecken 3 (beispielsweise dem Kontaktflecken 3b gemäß Fig. 8) bewegt. Während der Be­ wegung des infraroten Lichtstrahles L von dem Kontaktflecken 3a zum Kontaktflecken 3b wird das Signal Se gemäß Fig. 8 vorzugsweise deaktiviert, synchron mit dem Antrieb der Gal­ vanospiegel 216a und 216b, um hierdurch die Lichtemission von der Lichtemissionsquelle 213 zu unterbrechen.
Das Signal Se wird eingeschaltet, wenn der infrarote Licht­ strahl L abgelenkt und bereit ist, den Kontaktflecken 3b an­ zustrahlen, wobei der Beginn der Strahlung auf den Kontakt­ flecken 3b in einer ähnlichen Weise erfolgt wie bei dem Kon­ taktflecken 3a. Diese Betriebsablaufskette wird wiederholt, wobei die Kontaktflecken 3 in aufeinanderfolgender Reihen­ folge einer nach dem anderen angestrahlt werden, entlang einer Route A gemäß Fig. 8, entlang welcher die Kontakt­ flecken 3 angeordnet sind, um somit die Herstellung der Ver­ bindung zu vervollständigen.
Da der Halbleiterchip 2 auf die Zuleitungen 4 durch sein ei­ genes Gewicht und das Plattenelement 301, welches unter dem Druck der Federn 203 (Fig. 2) steht, gedrückt wird, ent­ steht die Verbindung zwischen der Zuleitung, die dem Kontakt flecken 3a entspricht, mit dem Halbleiterchip 2 beim Schmel­ zen des Kontaktfleckens 3a. Dementsprechend ergibt sich nach dem Bestrahlen des Kontaktfleckens 3a, obwohl die Temperatur des Kontaktfleckens 3a abnimmt während der nachfolgenden An­ strahlung des Infrarotstrahles L auf den nächsten Kontakt­ flecken 3b, kein Problem aufgrund des Temperaturabfalls des Kontaktfleckens 3a.
b. Totalanstrahlungs-Typ
Die Fig. 11 zeigt eine Ansicht der Beleuchtungseinrichtung 210b für infrarotes Licht vom Totalanstrahlungs-Typ. Ein Vergleich zwischen den Fig. 7 und 11 zeigt deutlich, daß die Einrichtung 210b weder eine Sammellinse noch einen Gal­ vanospiegel umfaßt. Der Infrarotlichtstrahl L von der Licht­ emissionsquelle 213 läuft durch den Filter 214 und wird auf die FR-Linse 218 gerichtet und strahlt von dort den gesamten Bereich der zweiten Hauptoberfläche 2b des Halbleiterchips 2 an. Er wird dann durch das Plattenelement 301 und den Halb­ leiterchip 2 übertragen, und ein Teil des Infrarotlicht­ strahles L erreicht die Kontaktflecken 3. Somit sind Elemente zur Ablenkung und zum Abtasten des Infrarotlichtstrahles L einfach überflüssig. Außerdem bietet die Einrichtung 210b Zeitersparnis, und eine Vervollständigung der Herstellung der elektrischen Verbindung läßt sich in einer verminderten Zeit­ spanne erreichen, da sie in der Lage ist, alle Kontaktflecken 3 zu schmelzen und dementsprechend alle Zuleitungen 4 auf einmal mit nur einer Anstrahlung zu bonden.
Die Tatsache, daß das Stützelement 202 gemäß Fig. 2 aus einem Material besteht, welches Infrarotlicht überträgt oder absorbiert, besitzt eine große Bedeutung, insbesondere, wenn die Einrichtung 210b des Totalanstrahlungs-Typs für das Bonden eingesetzt wird. Der Grund ist wie folgt.
In der Einrichtung 210b wird eine Komponente des Infrarot­ lichtstrahles L, mit welchem der Halbleiterchip 2 angestrahlt wird, in einem mittleren Bereich der Hauptoberfläche 2b nicht von den Kontaktflecken 3 absorbiert. Nachdem sie nicht von den Kontaktflecken 3 absorbiert wurde, schreitet diese Komponente weiter fort zu dem Stützelement 202, gemäß Fig. 2 als Sickerlichtstrahl LB. Wenn das Stützelement 202 aus ei­ nem Material besteht, welches infrarotes Licht reflektiert, wird dementsprechend der Lichtstrahl LB reflektiert durch das Stützelement 202 und zum Halbleiterchip 2 zurückgeführt. Obwohl Silicium als Material für den Halbleiterchip 2 infra­ rotes Licht überträgt, welches hindurchdringt, ist das Über­ tragungsausmaß nicht genau 100%. Das bedeutet, daß der infra­ rote Reflexionslichtstrahl die Temperatur des Halbleiter­ chips in manchen Fällen erhöhen kann.
Wenn im Gegensatz dazu das Stützelement 202 aus einem Materi­ al besteht, welches infrarotes Licht überträgt oder absor­ biert, tritt eine Temperaturerhöhung aufgrund des abgelenkten Lichtstromes nicht ein. Somit kann ein Temperaturanstieg des Halbleiterchips 2 wirkungsvoll verhindert werden. Die Auswahl eines Infrarotlicht-übertragenden oder -absorbieren­ den Material als Stützelement 202 ist bedeutungsvoll, auch wenn die Einrichtung 210a gemäß Fig. 7 als Infrarotlicht­ quelle 210 eingesetzt wird, da die Auswirkung, wie dies oben erläutert wurde, wichtig ist, wenn der Infrarotlichtstrahl L eingeschaltet bleibt bei seiner Fortbewegung von dem Kontakt­ flecken 3a zum nächsten Kontaktflecken 3b.
2. Zweite bevorzugte Ausführungsform
Die Erfindung ist auch anwendbar auf ein Flip-Chip-Verfah­ ren zur Montage eines Halbleiterchips auf einer Platine, wie etwa einer Platine mit gedruckter Schaltung.
Die Fig. 12 zeigt eine Ansicht einer Vorrichtung 100a, die für das Flip-Chip-Verfahren geeignet ist. Bei dem Flip-Chip- Verfahren mit der Vorrichtung 100a ist der zu bondende Ge­ genstand eine Platine mit gedruckter Schaltung PB, auf wel­ cher leitende Strukturen 21 auf einem Isolationssubstrat 22 ausgebildet sind. Die Platine PB besitzt eine Verbindungs­ struktur zum Anschluß der Kontaktstrukturen sowie ein durch­ gehendes Loch durch das Isolationssubstrat 22 hindurch, wobei diese Elemente jedoch in Fig. 12 weggelassen sind.
Die Vorrichtung 100a ist ähnlich der Vorrichtung 100 gemäß Fig. 2 hinsichtlich des Aufbaues und des Betriebes. Dement­ sprechend wird eine ähnliche Beschreibung nicht wiederholt.
Eine Vorrichtung 100b, entsprechend der Darstellung in Fig. 13, oder die Vorrichtung 100a, die modifiziert ist, unter Weglassung der Federn, kann eingesetzt werden. Die Vorrich­ tung 100b erfordert, daß ein Klebemittel 23 auf das Isola­ tionssubstrat 22 aufgetragen wird, um temporär den Halblei­ terchip 2 auf dem Isolationssubstrat 22 zu halten. Aufgrund der Anordnung des Klebemittels 23 wird verhindert, daß der Halbleiterchip 2 außer Ausrichtung zu den Kontaktstrukturen 21 gerät.
3. Vergleich der Erfindung mit anderen Techniken und Aus­ führungsformen der Erfindung
1) Bei den Bondvorrichtungen 100 und 100a kann statt der Federn 203 auch die Kraft eines Vakuums eingesetzt werden, um den Halbleiterchip 2 gegen den zu bondenden Gegenstand zu drücken. Dementsprechend wird eine Vakuumleitung vorgesehen, die an der oberen Oberfläche des Stützelementes 202 angreift. Durch Anlegen eines negativen Drucks auf den Halbleiterchip 2 über die Vakuumleitung wird der Halbleiterchip 2 in Rich­ tung auf den zu bondenden Gegenstand gezogen.
2) Zum Unterschied von der herkömmlichen Technik, die in Fig. 1 erläutert ist, eliminiert die Erfindung die Not­ wendigkeit, ein erhitztes Druckwerkzeug gegen einen Halb­ leiterchip zu pressen. Dementsprechend ist es möglich, daß die Strukturen gemäß den Fig. 2, 11 und 12 mit der Ober­ seite nach unten angeordnet sein können. Das bedeutet, daß die Erfindung in der Lage ist, die Verbindung sowohl mit der Oberfläche nach oben als auch mit der Oberfläche nach unten herzustellen.
3) Es ist bei herkömmlichen Bondverfahren möglich, das Infrarotlicht auf die erste Hauptoberfläche 2a und nicht auf die zweite Hauptoberfläche 2b des Halbleiterchips 2 zu strahlen. Dieses Vorgehen sollte jedoch definitiv ver­ mieden werden, wenn ein zu bondender Gegenstand (wie etwa das TAB-Band TP und die bedruckte Platine PB) gegenüber infrarotem Licht nicht durchscheinend ist.
Da im Gegensatz hierzu gemäß der Erfindung der infrarote Lichtstrahl von der Hauptoberfläche 2b des Halbleiterchips 2 angestrahlt wird, d. h., von der Seite, an welcher sich der zu bondende Gegenstand nicht befindet, muß der zu bonden­ de Gegenstand nicht gegenüber infrarotem Licht durchscheinend sein. Somit besitzt die Erfindung ein weites Einsatzgebiet.
Zusammenfassend ist eine Vorrichtung vorgesehen, mittels welcher man eine feste elektrische Verbindung herstellt zwischen einem Halbleiterchip und einem leitenden Element mit nach unten gerichteter Oberfläche, ohne daß der Halb­ leiterchip erhitzt wird. Der Halbleiterchip, der im wesent­ lichen aus Silicium besteht, wird auf elektrische Zulei­ tungen aufgelegt, die sich auf einem TAB-Band befinden. Ein Glasplattenelement ist auf dem Halbleiterchip montiert. Ein Infrarotlichtstrahl wird von oben auf den Halbleiter­ chip aufgestrahlt. Der Lichtstrahl wird von dem Halbleiter­ chip übertragen und strahlt die Kontaktflecken an. Dies führt dazu, daß die Kontaktflecken sich erhitzen und schmel­ zen. Da der Halbleiterchip den Infrarotlichtstrahl nicht absorbiert, führt ein Bonden des Halbleiterchips mit den elektrischen Zuleitungen nicht zu einem Temperaturanstieg des Halbleiterchips. Die Bondvorrichtung gemäß der Erfindung macht ein Bonden mit nach unten gerichteter Oberfläche mög­ lich.
Es soll an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich angegeben werden, daß es sich bei der vorangehenden Beschreibung ledig­ lich um eine solche beispielhaften Charakters handelt und daß verschiedene Abänderungen und Modifikationen möglich sind, ohne dabei den nahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (24)

1. Verfahren zum Herstellen fester elektrischer Verbindungen zwischen einem Halbleiterchip und einem zu bondenden Gegen­ stand, wobei der Halbleiterchip eine erste und eine zweite Hauptoberfläche besitzt und der zu bondende Gegenstand ein leitendes Element umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß man
  • a) den zu bondenden Gegenstand und den Halbleiterchip in einer solchen Weise abstützt, daß die erste Hauptoberfläche des Halbleiterchips dem leitenden Element gegenüberliegt, wobei sich ein Kontaktflecken dazwischen befindet, und
  • b) einen Infrarotlichtstrahl von der Seite der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterchips auf den Kontaktflecken durch den Halbleiterchip richtet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) die folgenden Schritte umfaßt, nämlich:
(b-1) die Erzeugung eines Infrarotlichtstrahles und
(b-2) die Ablenkung des Infrarotlichtstrahles auf den Kontaktflecken.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Struktur von Kontaktflecken auf der ersten Hauptober­ fläche des Halbleiterchips ausgebildet ist und der Schritt (b) außerdem einen Schritt (b-3) umfaßt, gemäß welchem der infrarote Lichtstrahl in einer Reihenfolge auf einen Kon­ taktflecken nach dem anderen gerichtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b-3) einen Schritt (b-3-1) umfaßt, gemäß welchem man den infraroten Lichtstrahl während eines ersten Zeit­ raumes aktiviert, in welchem der Lichtstrahl auf einen der Kontaktflecken gerichtet ist,und den Infrarotlichtstrahl während zweiter Zeitabschnitte deaktiviert, in welcher sich der infrarote Lichtstrahl von einem Kontaktflecken zum näch­ sten bewegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) einen Schritt (b-4) umfaßt, gemäß welchem der Halbleiterchip vor den Schritten (b-1) und (b-2) auf das leitende Element gedrückt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b) einen weiteren Schritt (b-5) umfaßt, gemäß welchem der infrarote Lichtstrahl durch ein konvergierendes optisches System auf die Struktur der Kontaktflecken gesammelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b-5) einen weiteren Schritt (b-5-1) umfaßt, gemäß welchem der infrarote Lichtstrahl derart auf die Kontakt­ flecken gesammelt wird, daß der infrarote Lichtstrahl einen Durchmesser besitzt, der gleich oder kleiner ist als der Durchmesser eines jeden der Kontaktflecken.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (b-5-1) einen weiteren Schritt umfaßt, gemäß welchem man den infraroten Lichtstrahl derart auf dem Kon­ taktflecken sammelt, daß der infrarote Lichtstrahl einen kleineren Durchmesser als der Durchmesser eines jeden Kon­ taktfleckens besitzt und wobei der Schritt (b-3-1) einen Schritt (b-3-1a) umfaßt, gemäß welchem man mit dem infra­ roten Lichtstrahl einen jeden Kontaktflecken während eines ersten Zeitabschnittes zweidimensional abtastet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Schritt (d), gemäß welchem man ein Plattenelement, welches aus einem Material besteht, das den infraroten Lichtstrahl überträgt, verschiebt und das Plattenelement auf der zweiten Oberfläche des Halbleiterchips vor dem Schritt (b) aufbringt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (a) einen Schritt (a-1) umfaßt, gemäß welchem man den zu bondenden Gegenstand und den Halbleiterchip auf einem Stützelement aufbringt, welches aus einem Material besteht, das den infraroten Lichtstrahl überträgt oder absorbiert.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zu bondende Gegenstand ein Isolierband umfaßt, sowie eine Mehrzahl von elektrischen Zuleitungen, die auf das Iso­ lierband aufgebracht sind, wobei das leitende Element aus ei­ ner Mehrzahl elektrischer Zuleitungen besteht.
12. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu bondende Gegenstand ein Isoliersubstrat sowie eine auf dem Isoliersubstrat ausgebildete leitende Struktur um­ faßt, wobei das leitende Element durch die leitende Struk­ tur gebildet wird.
13. Vorrichtung zum Herstellen einer festen elektrischen Ver­ bindung zwischen einem Halbleiterchip (2), der im wesentlichen aus Silicium besteht, und einem zu bondenden Gegenstand, der ein elektrisch leitendes Element umfaßt, wobei der Halbleiter­ chip (2) eine erste Hauptoberfläche (2a) und eine zweite Haupt­ oberfläche (2b) umfaßt, gekennzeichnet durch:
  • a) eine Stützeinrichtung (202) zum Abstützen des zu bondenden Gegenstandes (4) und des Halbleiterchips (2) in einer solchen Weise, daß die erste Hauptober­ fläche (2a) des Halbleiterchips (2) dem leitenden Element (4) mit dazwischenliegenden erhöhten Kontakt­ flecken (3) gegenüberliegt, und
  • b) eine Beleuchtungseinrichtung (110) für infrarotes Licht, zum Abstrahlen eines infraroten Lichtstrahles von der zweiten Hauptoberfläche (2b) des Halbleiterchips (2) auf die Kontaktflecken (3) durch den Halbleiterchip (2).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung für den infraroten Licht­ strahl die folgenden Merkmale umfaßt, nämlich:
(b-1) eine Erzeugereinrichtung (213) für den infraroten Lichtstrahl (L) sowie
(b-2) eine Strahlablenkungseinrichtung (216) zum Ablenken des infraroten Lichtstrahles (L) in Richtung auf die Kontaktflecken (3).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Struktur von Kontaktflecken (3) auf der ersten Haupt­ oberfläche (2a) des Halbleiterchips (2) ausgebildet ist, wo­ bei die Vorrichtung außerdem (c) eine Steuereinrichtung um­ faßt, zur Abgabe eines Ablenkungssteuersignals für die Strahl­ ablenkungseinrichtung zur seriellen Abtastung der Mehrzahl von Kontaktflecken (3) durch den infraroten Lichtstrahl (L).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (c-1) eine Einrichtung zur Er­ zeugung eines Zeitgebersignals umfaßt, welches synchron mit dem Ablenkungssteuersignal an die Erzeugereinrichtung für den infraroten Lichtstrahl derart abgegeben wird, daß der Lichtstrahl aktiviert ist während erster Zeitabschnitte, in welchen der Lichtstrahl einen der Kontaktflecken anstrahlt und deaktiviert wird während zweiter Zeitabschnitte, in welchen der infrarote Lichtstrahl sich zwischen den Kontakt­ flecken bewegt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungseinrichtung für den infraroten Lichtstrahl die folgenden Merkmale umfaßt, nämlich:
(b-3) einen optischen Kopf (220), der der zweiten Hauptober­ fläche (2b) des Halbleiterchips (2) gegenüberliegt, wobei der optische Kopf den Infrarotlichtstrahl emit­ tiert, der durch die Ablenkungseinrichtung abgelenkt wurde in Richtung auf die zweite Hauptoberfläche des Halbleiterchips,
(b-4) ein elastisches Element (203), das außerhalb des opti­ schen Pfades für den infraroten Lichtstrahl an dem optischen Kopf angeordnet ist, wobei das elastische Element auf die zweite Hauptoberfläche des Halbleiter­ chips gerichtet ist, und
(b-5) einen Vor- und Rückschiebemechanismus (204) zur Vor- und Rückführung des optischen Kopfes zur zweiten Haupt­ oberfläche des Halbleiterchips hin und von dieser weg.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarotlichtstrahlerzeugereinrichtung folgende Merk­ male umfaßt, nämlich:
(b-1-1) eine Infrarotlichtstrahlquelle zur Erzeugung des Infrarotlichtstrahles und
(b-1-2) ein optisches Konversionssystem zum Sammeln des infraroten Lichtstrahles auf jeden der Kontakt­ flecken.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Konversionssystem (b-1-2a) ein optisches Element umfaßt, mittels welchem der infrarote Lichtstrahl derart auf die Kontaktflecken richtbar ist, daß der infra­ rote Lichtstrahl einen Durchmesser besitzt, der gleich oder kleiner ist als der Durchmesser eines jeden der Kontakt­ flecken.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des optischen Systems der Infrarotlichtstrahl derart auf die Kontaktflecken konvergierbar ist, daß der Infrarotlichtstrahl einen kleineren Durchmesser besitzt als der Durchmesser eines jeden Kontaktfleckens, wobei die Steuereinrichtung eine Einrichtung (c-2) umfaßt, zur Er­ zeugung eines Ablenkungssteuersignals, unter dessen Steue­ rung die Kontaktflecken während der ersten Zeitabschnitte durch den Infrarotlichtstrahl zweidimensional abgetastet werden.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mechanismus (d) vorgesehen ist, der die folgenden Merkmale umfaßt, nämlich:
(d-1) ein Plattenelement, welches aus einem Material besteht, das den Infrarotlichtstrahl überträgt, wobei das Plat­ tenelement an der zweiten Hauptoberfläche des Halb­ leiterchips montierbar ist, und
(d-2) ein Betätigungselement zur Bewegung des Plattenelemen­ tes auf die zweite Oberfläche des Halbleiterchips.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützeinrichtung (a-1-1) ein Stützelement umfaßt, welches aus einem Material besteht, das den Infrarotlicht­ strahl überträgt oder absorbiert, wobei das Plattenelement hierauf den zu bondenden Gegenstand trägt.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das zu bondende Element ein Isolierband umfaßt, sowie eine Mehrzahl elektrischer Zuleitungen, die auf dem Iso­ lierband plaziert sind, wobei das leitende Element durch eine Mehrzahl elektrischer Zuleitungen gebildet wird.
24. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der zu bondende Gegenstand ein Isoliersubstrat umfaßt, sowie eine leitende Struktur, die auf dem Isoliersubstrat ausgebildet ist, wobei das leitende Element durch die leiten­ den Struktur gebildet wird.
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