DE4317131C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung eines Drahtkontaktierens unter Verwendung von Lötdraht - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung eines Drahtkontaktierens unter Verwendung von Lötdraht

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Tomoyasu Hirano
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Description

Die Erfindung betrifft ein Drahtkontaktierungsverfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bondabschnitt eines Werkstücks mittels eines Bondierdrahtes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Drahtkontaktierungsvorrichtung zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bondabschnitt eines Werkstücks mittels eines Bondierdrahtes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10, wie bereits aus der EP 0 169 574 A2 bekannt.
Bei elektronischen Schaltungen oder Bauteilen ist es üblicher­ weise nötig, zwei verschiedene Abschnitte eines Werkstücks elektrisch miteinander zu verbinden. Beispielsweise muß eine Leitung eines Halbleiterchips elektrisch mit einem relevanten Bondanschlußfeld des Chipkörpers durch einen Metalldraht verbunden werden.
Allgemein wird bei dem Drahtkontaktieren ein Gold- oder Alumi­ niumdraht an beiden Enden angeschmolzen, um Kugeln zu bilden, die nacheinander für eine feste Anbringung an zwei unter­ schiedlichen Abschnitten eines Werkstücks verwendet werden. Ein derartiges Drahtkontaktierungsverfahren, das "Kugelbonden" ge­ nannt wird, ist möglich, weil entweder Gold oder Aluminium ei­ nen hohen Schmelzpunkt besitzt und nur zögernd oxidiert.
Falls der Schmelzpunkt eines Metalldrahtes niedrig ist, ist es schwierig, die Kugelbildung (bezüglich des Kugeldurchmessers beispielsweise) zum Zeitpunkt des thermischen Schneidens eines Metallmaterialdrahtes mittels eines Schneidbrenners (Brennen mit Wasserstoffgas beispielsweise) zu kontrollieren. Wenn fer­ ner der Metalldraht zum Zeitpunkt der Kugelbildung leicht oxi­ diert, kann der Metalldraht keine ausreichend feste und zuver­ lässige Verbindung mit dem Werkstück erzielen.
Andererseits wurde kürzlich vorgeschlagen, einen Lötdraht zum Drahtkontaktieren anstelle eines Gold- oder Aluminiumdrahtes zu verwenden, weil Lot bekannterweise preiswerter ist als Gold oder Aluminium. Desweiteren ist ein Lötdraht auch insoweit gün­ stig, als er leicht eine zusätzliche Funktion, wie beispiels­ weise eine Temperaturschmelzsicherung (oder eine kombinierte Temperatur-/Überstromschmelzsicherung) übernehmen kann, da der Schmelzpunkt von Lot relativ niedrig ist.
Der niedrige Schmelzpunkt von Lot erschwert es jedoch, die Ku­ gelbildung an beiden Enden eines Lötdrahtes zu kontrollieren. Weiterhin oxidiert Lot bekannterweise sehr leicht beim Schmel­ zen. Demgemäß wird es nicht für praktikabel gehalten, das Ku­ gelbondverfahren bei Lötdraht anzuwenden.
Bei einem Drahtkontaktierungsverfahren unter Verwendung eines Lötdrahtes werden demzufolge zwei unterschiedliche Verfahren üblicherweise zum Bonden des Lötdrahts verwendet. Ein erstes Verfahren ist das Lötverfahren, bei dem eine separate bondende Lötschicht zwischen jedem Ende des Lötdrahtes und einem rele­ vanten Abschnitt eines Werkstücks gebildet wird. Ein zweites Verfahren ist das sogenannte "Keil-Verbindungs"-Verfahren, bei dem jedes Ende des Lötdrahtes mittels eines Bondwerkzeugs zum Ab­ platten zum Zeitpunkt des Bondens an das Werkstück zusammenge­ drückt wird.
Das Lötverfahren erfordert jedoch die Verwendung von Lot zu­ sätzlich zu dem Lötdraht selbst, was zu einer Materialver­ schwendung führt. Von größerer Bedeutung ist es, daß das Draht­ bondverfahren nicht schnell und wirksam durch das Lötverfahren durchgeführt werden kann. Weiterhin kann das Lötverfahren nicht angewendet werden, wenn der Abschnitt zwischen den Bondstellen zu eng ist.
Andererseits besitzt das Keil-Bond-Verfahren nicht das Problem einer Materialverschwendung und ist selbst dann anwendbar, wenn der Zwischenraum zwischen Bondpunkten eng ist. Im Vergleich mit dem Kugelbondverfahren existiert dort jedoch eine höhere Be­ grenzung bei der Zunahme bei der Erhöhung der Bondfläche durch Abplatten des Drahtendes, so daß es schwierig ist, eine ausrei­ chende Bondfestigkeit zu erhalten. Desweiteren ist der abge­ plattete Endabschnitt des Drahtes ziemlich dünn und bricht leicht, was zu einer Qualitätsverschlechterung der Produkte führt.
Aus der US 4 390 771 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kugel an dem Ende eines Bondier- bzw. Bleidrahtes bei einem Kapillarwerkzeug bekannt, bei dem bzw. der eine Kugel oxidationsfrei am Ende des Bondierdrahtes dadurch gebildet wird, daß dieses Ende in eine Form eingeführt, mit Edelgas umspült und mit kontrollierten Impulsen eine Lichtbogenentladung erzeugt wird.
Aus der DE-OS 23 53 100 ist ein Verfahren zum fortlaufenden Herstellen mindestens einer Drahtverbindung in Halbleiter-Bauteilen und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens bekannt, bei dem Drahtstückenden durch Thermokompression mit Anschlußstellen des Halbleiterbauteils verbunden werden, wobei ohne Rücksicht auf Oxidationsprobleme Kugeln an Drahtenden angeschmolzen und anschließend auf erhitzte Anschlußstellen des Halbleiter-Bauteils gepreßt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur oxidationsfreien Drahtkontaktierung mit einem Bonddraht anzugeben, wobei der Draht gegenüber konventionellen Bonddrähten eine andere stoffliche Zusammensetzung besitzt und kostengünstiger ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensseitig durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale und vorrichtungsseitig durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 10 genannten Merkmale gelöst. Bevorzugte Merkmale, die das Verfahren bzw. die Vorrichtung vorteilhaft weiterbilden, sind den jeweils nachgeordneten Patentansprüchen zu entnehmen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Vorderansicht einer Vorrichtung, die zur Durchführung eines Drahtkontaktierungsverfah­ rens gemäß der Erfindung verwendet wird;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 1;
Fig. 3 ein vergrößerter Schnitt längs der Schnittlinie III- III in der Fig. 1;
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3;
Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie V-V in Fig. 3;
Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Schnittlinien VI-VI in Fig. 3;
Fig. 7 eine Schnittansicht ähnlich Fig. 3, die jedoch dar­ stellt, wie ein erster Kontaktierungsschritt durch­ zuführen ist;
Fig. 8 eine Schnittansicht ebenfalls ähnlich Fig. 3, die jedoch zeigt, wie ein Lötdraht abzutrennen ist;
Fig. 9 eine Schnittansicht, wiederum ähnlich Fig. 3, die jedoch darstellt, wie ein neues unteres Kugelende für den Lötdraht zu bilden ist;
Fig. 10 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie X-X in Fig. 1;
Fig. 11 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XI-XI in Fig. 1;
Fig. 12 eine Schnittansicht der Schnittlinie XII-XII in Fig. 1;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht, die aufeinander folgen­ de Verfahrensschritte zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung veranschaulicht; und
Fig. 14 eine Schnittansicht, die einen Festelektrolytkonden­ sator darstellt, bei dem die vorliegende Erfindung in günstiger Weise angewendet werden kann.
Fig. 14 der beiliegenden Zeichnungen zeigt einen Tantalfest­ elektrolytkondensator als Beispiel, bei dem die vorliegende Erfindung in günstiger Weise angewendet werden kann. Die Erfin­ dung kann jedoch auch bei irgendwelchen anderen elektronischen Komponenten oder Schaltungen benutzt werden, bei denen eine Drahtkontaktierung benötigt wird.
Das Werkstück 1 besitzt einen zweiten Bondabschnitt 2 mit einem vorstehenden Schmelzsicherungsdraht 3. Das Werkstück 1 besitzt ferner eine Leitung 4, die elektrisch mit dem Schmelzsicherungsdraht 3 bei­ spielsweise durch Löten verbunden ist, und einen ersten Bondabschnitt 5, der elektrisch mit dem Chipkörper des zweiten Bondabschnitts 2 über ein Lötdrahtsegment 6 verbunden ist, das so aus­ gelegt sein kann, daß es bei einer speziellen Temperatur oder bei Durchtritt eines bestimmten Überstroms bricht. Das Lötdrahtsegment 6 ist teilweise in einem relativ weichen Licht­ bogenlöschteil 8 eingeschlossen, das aus einem Silikonkunstharz bestehen kann.
Der zweite Bondabschnitt 2 ist zusammen mit dem Lötdrahtsegment 6 und einem Teil der entsprechenden Leitung 4 und dem ersten Bondabschnitt 5 in einem Schutzgehäuse 7 eingeschlossen, das aus einem relativ harten Kunstharz, wie beispielsweise Oxidharz, besteht. Die vorstehenden Abschnitte der Leitung 4 und des ersten Bondabschnitts 5 sind zur Anordnung unter dem Schutzgehäuse abgebogen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Lötdrahtsegment 6 vorgesehen, der an den Chip­ körper des zweiten Bondabschnitts 2 und an dem ersten Bondabschnitt 5 gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gebonded wird.
Bei der Herstellung wird ein Leitungsrahmen 10 (siehe Fig. 1 bis 13) für das sukzessive Herstellen zahlreicher Festelektro­ lytkondensatoren verwendet, die die oben beschriebene Konfigu­ ration aufweist. Wie am besten in Fig. 4 gezeigt, besitzt der Leitungsrahmen 10 zahlreiche einstückige Leitungen 4, die in geeigneter Weise in Längsrichtung des Leitungsrahmens beab­ standet sind, und zahlreiche einstückige erste Bondabschnitte 5, die ebenfalls in Längsrichtung des Leitungsrahmens in entspre­ chender Zuordnung zu den Leitungen 4 zur Bildung von Paa­ ren mit diesen angeordnet sind. Der zweite Bondabschnitt 2 ist an dem Leitungsrahmen 10 durch Befestigung des Schmelzsicherungsdrahtes 3 an jeder Leitung 4 montiert.
Zur Durchführung des Drahtbond- bzw. Drahtkontaktierungsverfah­ rens gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Leitungsrahmen 10 in Längsrichtung (in Richtung eines Pfeils A in den Fig. 1 und 2), jedoch intermittierend um eine Abstandsgröße befördert, die dem Zwischenraum zwischen den Leitungen 4 und den ersten Bondabschnitten 5 entspricht. Hierdurch wird der Leitungsrahmen 10 sukzessiv zur Bewegung durch die erste bis vierte Bearbeitungs­ station B-E (siehe Fig. 1 und 2) gebracht.
Eine Transferbahn des Leitungsrahmens 10 ist hauptsächlich durch eine Kombination aus einem Heizblock 11 und einem Abdeck­ teil 12 vorgesehen. Genauer gesagt, ist zwischen dem Heizblock 11 und dem Abdeckteil 12 ein Tunnel 13 gebildet, und der Lei­ tungsrahmen 10 wird dazu gebracht, im wesentlichen horizontal durch den Tunnel (siehe Fig. 1 bis 4) hindurchzutreten. Der Heizblock 11 wird von einem (nicht dargestellten) Maschinenrah­ men gehalten und ist in seinem Innern mit einer (nicht darge­ stellten) Heizeinrichtung zum Erhitzen des Leitungsrahmens 10 auf eine geeignete Temperatur versehen.
Der Tunnel 13 steht in Verbindung mit Gaszuführdüsen 14 (siehe Fig. 1 und 3), die mit der Unterseite des Heizblocks 11 verbun­ den sind. Während des Bondvorgangs wird ein reduzierendes Gas (das beispielsweise Stickstoffgas gemischt mit etwa 4 bis 5 % Wasserstoffgas enthält) dem Tunnel 13 von unten durch die Gas­ zuführdüsen 14 zugeführt. Demzufolge hindert die durch das re­ duzierende Gas erzeugte sauerstofffreie Atmosphäre den Lei­ tungsrahmen 10 an einer Oxidierung während des Hindurchtretens durch den Tunnel 13, der durch den Heizblock 11 einer relativ hohen Temperatur erhitzt wird. Es ist darauf hinzuweisen, daß das reduzierende Gas auch durch irgendein anderes sauerstoff­ freies Gas, wie beispielsweise ein Edelgas (das nur Stickstoff­ gas oder Argongas beispielsweise enthält) ersetzt sein kann.
Das Abdeckteil 12 ist mit einer ersten bis vierten Öff­ nung 15-18 an Stellen versehen, die der ersten bis vierten Be­ arbeitungsstation B-E entspricht (siehe insbesondere Fig. 2). Demzufolge tritt das aus den Gaszuführdüsen 14 gelieferte re­ duzierende Gas nach oben durch die entsprechenden Öffnun­ gen 15-18 aus. Hierdurch wird auch eine sauerstofffreie Atmo­ sphäre oberhalb der entsprechenden Öffnungen 15-18 er­ zeugt.
Gemäß Fig. 2 ist ein erster Schlitz 19 in den Abdeckteil 12 gebildet, um eine Verbindung zwischen der ersten und der zwei­ ten Öffnung 15, 16 herzustellen, während ein zweiter Schlitz 20 in dem Abdeckteil 12 gebildet ist, um eine Verbin­ dung zwischen der zweiten und dritten Öffnung 16, 17 her­ zustellen. Desweiteren sind der erste und der zweite Schlitz 19, 20 jeweils mit einem ersten und zweiten Dachelement 19a, 20a derart abgedeckt, daß das reduzierende Gas daran gehindert wird, durch die jeweiligen Schlitze 19, 20 auszutreten.
Bei der ersten Bearbeitungsstation B ist oberhalb der ersten Öffnung 15, wie in Fig. 3 gezeigt, ein vertikal bewegba­ res Kapillarwerkzeug 22 angeordnet. Ein ununterbrochener Lötdraht 21 wird von dem Kapillarwerkzeug 22 gehalten und durch dieses zugeführt.
Das Kapillarwerkzeug 22 ist einer L-förmigen thermischen Schmelzeinrichtung 23 in Form eines Schweißbrenners 28 zugeordnet. Dieser Schweißbrenner besitzt einen horizontalen Rohrabschnitt 23a mit einer Düsenspitze 23b und einen vertika­ len Rohrabschnitt 23c, der sich senkrecht zu dem horizontalen Rohrabschnitt 23a erstreckt. Die Düsenspitze 23b sorgt für die Bildung einer Flamme 24, die durch Verbrennen eines Wasser­ stoffgases erzeugt wird.
Gemäß Fig. 6 ist die thermische Schmelzeinrichtung 23 um ihren vertikalen Rohrabschnitt 23c schwenkbar, um unterschiedliche Schwenkstellungen einzunehmen. Zu diesen Stellungen gehören eine erste Grenzposition (in Fig. 6 mit einer ausgezogenen Linie angedeu­ tet) zum Richten der Flamme auf den Lötmaterialdraht 21, eine Zwischenstellung (in Fig. 6 durch eine Strichpunktlinie ange­ deutet), die im Winkel geringfügig von der ersten Grenzposition abweicht, und eine zweite Grenzstellung (die in Fig. 6 durch eine Punkt-Punkt-Strich-Strich-Linie angedeutet ist), die im Winkel weiter von der ersten Grenzstellung angeordnet ist als die Zwischenstellung.
Desweiteren ist das Kapillarwerkzeug 22 auch einer Kühlmittel­ zuführdüse 25 zugeordnet, die oberhalb der ersten Öffnung 15 zum Abgeben eines Kühlmittelgases in Richtung auf den Lötdraht 21 unter einer relativ niedrigen Temperatur ange­ ordnet ist. Das Kühlmittelgas kann reduzierend sein, so daß es dieselbe Zusammensetzung haben kann, wie das dem Tunnel 13 zu­ geführte reduzierende Gas.
Die folgenden Vorgänge werden zum Drahtbonden bzw. Drahtkontak­ tieren durchgeführt, welches bei der ersten Bearbeitungsstation B beginnt. Hinzuweisen ist darauf, daß das reduzierende Gas stets dem Tunnel 13 während der gesamten nachfolgend beschrie­ benen Verfahrensschritte zugeführt wird.
Zunächst wird in der ersten Bearbeitungsstation B das untere Ende 21a des Lötdrahtes 21, das zuvor zu einer Kugel (siehe Fig. 3 und 5) geformt worden ist, an einen ausgewählten ersten Bondabschnitt 5 mittels Absenkens des Kapillarwerkzeugs zum Aufpressen des unteren Kugelendes 21a auf den Bondabschnitt 5 unter Anwendung von Wärme (die durch den Heizblock 11 vorgesehen wird) und/oder Ultraschallschwingung gebonded bzw. kontaktiert, wie in Fig. 7 gezeigt. Hierdurch wird das Kugelende 21a so deformiert, daß es eine Nagelkopfform aufweist. Zu diesem Zeit­ punkt wird die thermische Schmelzeinrichtung 23 zu der zweiten Grenzstellung (die Punkt-Punkt-Strichlinienstellung in Fig. 6) geschwenkt, um die Flamme 24 aus dem Eingriff mit dem Kapillarwerkzeug 22 zu bringen.
Dann wird in der ersten Bearbeitungsstation B das Kapillarwerk­ zeug 22 angehoben, wobei, wie in Fig. 8 gezeigt, der Lötdraht 21 zum Auslauf freigegeben wird. Wenn das Kapillarwerk­ zeug um eine vorbestimmte Größe angehoben ist, wird die thermische Schmelzeinrichtung 23 auf die erste Grenzstellung (die mit ausgezo­ genen Linien in Fig. 6 gezeigte Stellung) zum thermischen Schneiden des Lötdrahtes 21 mittels der Flamme 24 schwenkt. Hierdurch wird ein kürzeres Lötdrahtsegment 21′, das an dem Nagelkopfende 21a mit dem ersten Bondabschnitt 5 verbunden ist, von dem Rest des Lötdrahts 21 getrennt und veranlaßt, ein oberes Kugelende 21b anzunehmen, das durch die Oberflächen­ spannung des geschmolzenen Lötabschnitts gebildet wird. Da zu dieser Zeit die Bildung des oberen Kugelendes 21b mit dem nach oben gerichteten reduzierenden ersten Aufwärtsstrom 15a durchge­ führt wird, der durch die erste Öffnung 15 abgegeben wird, ist es möglich, eine Oxidation des oberen Kugelendes 21b zu ver­ hindern.
Zum Zeitpunkt des thermischen Trennens wird keine Kugel an dem unteren Ende des Lötdrahts 21, der an dem Kapillarwerk­ zeug 22 verbleibt, gebildet, wie in Fig. 8 gezeigt. Der Grund hierfür liegt darin, daß der geschmolzene Abschnitt des Lötdrahts 21 zu dem abgetrennten Lötdrahtsegment 21′ nur auf­ grund der Schwerkraft kombiniert mit der Oberflächenspannung des geschmolzenen Drahtabschnitts abgezogen wird.
Bei dem nächsten Bearbeitungsschritt in der ersten Bearbei­ tungsstation B wird die thermische Schmelzeinrichtung 23 unter Verschwenkung in die Zwischenstellung (in Fig. 6 die mit Punkten und Strichen angedeutete Stellung) gebracht und dort während einer vorbe­ stimmten Zeit gehalten. In der Zwischenschwenkstellung der Schmelzeinrichtung 23 befindet sich die Flamme 24 immer noch rela­ tiv dicht zu dem Lötdraht 21, und die von der Flamme 24 erzeugte Hitze wird durch die Aufwärtsströmung 15a des reduzie­ renden Gases nach oben getragen. Demzufolge reicht die nach oben gerichtete Hitze der Flamme 24 aus, um ein Schmelzen an dem neuen unteren Kugelende 21a des Lötdrahts 21 zu veran­ lassen, reicht jedoch nicht aus, um ein erneutes Schmelzen des oberen Kugelendes 21b des abgetrennten Lötdrahtsegments 21′ zu verursachen. Hierdurch wird das untere Kugelende 21a des Lötdrahts 21 zu einer Kugel geformt, wie in Fig. 9 gezeigt. Of­ fensichtlich verhindert der nach oben gerichtete erste Aufwärtsstrom 15a ein Oxidieren der jeweiligen Kugeln 21a, 21b wäh­ rend dieses Bearbeitungsschrittes.
Statt die thermische Schmelzeinrichtung 23 unmittelbar in die vorbestimmte Zwischenstellung (die in Fig. 6 angedeutete Punkt-Strich-Posi­ tion) zu bringen und sie dort eine vorbestimmte Zeitlang zu halten, kann sie in die zweite Grenzstellung (in Fig. 6 mit Punkt-Punkt-Strich angedeutete Stellung) mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit verschwenkt werden. Gemäß dieser Alternative kann das untere Kugelende 21a des Lötdrahts 21 zu einer neuen Kugel geformt werden, während sich die Schmelzeinrichtung 23 langsam von dem Lötdraht wegbe­ wegt.
Wie ebenfalls in Fig. 9 veranschaulicht, wird das niedrigtempe­ raturige Kühlmittelgas durch die Kühlmittelzuführdüse 25 kurz nach dem Beenden der Bildung der jeweiligen Kugelenden 21a, 21b zugeführt. Zu der Zeit ist die Schmelzeinrichtung 23 in die zweite Grenzstellung (in Fig. 6 die Punkt-Punkt-Strich Stellung) ge­ schwenkt. Hierdurch verfestigen sich die jeweiligen Kugelenden 21a, 21b in einer beschleunigten Weise derart, daß es möglich ist, das Drahtbond- bzw. das Drahtkontaktierungsverfahren ins­ gesamt zu beschleunigen. Offensichtlich vermeidet die Reduzie­ rungseigenschaft des Kühlmittelgases das Oxidieren der Kugelen­ den 21a, 21b während einer derartigen Verfestigung.
Nach Vollendung der Verfestigung der jeweiligen Kugel, wird der Leitungsrahmen 10 um eine Größe vorgeschoben, die der Abstands­ größe zwischen den Leitungen 4 und den Bondabschnitten 5 ent­ spricht, um bezüglich des nächsten Bondabschnitts 5 eine ähn­ liche Drahtkontaktierung vorzunehmen. Bei der Vorschubbewegung des Leitungsrahmens wird dem Lötdrahtsegment 21′, das aufrecht durch den ersten Schlitz 19 steht, ermöglicht, unter das erste Dachelement 19a hindurchzutreten.
Bei der zweiten Bearbeitungsstation C wird das obere Kugelende 21b des Lötdrahtsegments 21′ in eine in etwa scheibenartige Form abgeplattet, indem es zwischen einem Paar Klemmenteile 26a, 26b zusammengedrückt wird, wie in Fig. 10 gezeigt. Zu die­ sem Zeitpunkt verhindert ein zweiter Aufwärtsstrom 16a, der durch die zweite Öffnung 16 abgege­ ben wird, ein Oxidieren des oberen Kugelendes 21b. Bei Abschluß des Abplattungsvorgangs wird der Leitungsrahmen 10 weiter der­ art vorgeschoben, daß das Lötdrahtsegment sich auf die dritte Bearbeitungsstation D bewegt, indem es durch den zweiten Schlitz 20 unter dem zweiten Dachelement 20a (Fig. 2) hindurchtritt.
In der dritten Bearbeitungsstation D wird das abgeplattete obe­ re Kugelende 21b des Lötdrahtsegments 21′ in Richtung auf den Chip­ körper des zweiten Bondabschnitts 2 abgebogen, indem ein hin- und hergehendes Biegewerkzeug 27, wie in Fig. 12 veranschaulicht, herangebracht wird. Während dieses Biegevorgangs verhindert ein dritter Aufwärtsstrom 17a, der durch die dritte Öffnung 17 abgegeben wird, eine Oxidation des ab­ geplatteten oberen Endes 21b. Bei Vollendung des Biegevorgangs wird der Leitungsrahmen 10 weiter in Richtung auf die vierte Bearbeitungsstation E (Fig. 2) voranbewegt.
In der vierten Bearbeitungsstation E wird schließlich das abge­ plattete obere Kugelende 21b des Lötdrahtsegments 21′ gegen den Chipkörper des zweiten Bondabschnitts 2 unter Anwendung von Hitze und/oder Ultraschallschwingung mittels eines vertikal bewegba­ ren Bondwerkzeugs 28, wie in Fig. 12 gezeigt, gedrückt. Hier­ durch wird das abgeplattete Ende des Lötdrahts 21 elektrisch an den Konden­ satorchipkörper gebondet bzw. kontaktiert. Während dieses Kon­ taktierungsvorgangs verhindert eine vierte Aufwärtsströmung 18a, die durch die vierte Öffnung 18 ab­ gegeben wird, ein Oxidieren des abgeplatteten oberen Kugelendes 21b. Offensichtlich vergrößert das vorherige Abplatten des oberen Kugelendes 21b die Adhäsionsfläche, um auf diese Weise eine festere Bond- bzw. Heftkraft bezüglich des Chipkörpers des zweiten Bondabschnitts 2 vorzusehen.
Fig. 13 veranschaulicht in einer zusammenfassenden Version die aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritte zur Durchführung des Drahtkontaktierungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Es ist wichtig für die vorliegende Erfindung, daß alle Draht­ kontaktierungsbearbeitungsschritte in einer sauerstofffreien Atmosphäre (insbesondere einer reduzierenden Atmosphäre) zur Vermeidung einer Oxidation des Lötdrahtes durchgeführt werden. Da weiterhin sauerstofffreies Gas in den Tunnel 13, der zum Durchtritt des Leitungsrahmens 10 verwendet wird, eingeführt wird, ehe es durch die jeweiligen Öffnungen 15-18 ab­ gegeben wird, kann das Gas auch zur Vermeidung von Oxidation des Leitungsrahmens 10 mit einer minimalen Menge des Gases aus­ genutzt werden, ohne daß ein separates Gaszuführsystem benötigt wird.
Die insoweit beschriebene Erfindung ist offensichtlich in vie­ lerlei Hinsicht variierbar. Beispielsweise kann die Erfindung zum Bonden bzw. Kontaktieren zwischen einem Halbleiterchip und einem Leiterdrahtmuster auf einer gedruckten Schaltung verwen­ det werden. Weiterhin kann die Schmelzeinrichtung 23 auch durch einen elektrischen Erhitzer oder einen Dampf eines erhitzten Edelgases ersetzt sein.

Claims (17)

1. Drahtkontaktierungsverfahren zur Herstellung einer elek­ trischen Verbindung zwischen einem ersten und einem zwei­ ten Bondabschnitt (5, 2) eines Werkstücks (1) mittels eines Bondierdrahtes mit fol­ genden Schritten:
Bilden eines Aufwärtsstroms (15a) aus einem sauerstoff­ freien Gas von der Unterseite eines vertikal bewegbaren Kapillarwerkzeugs (22), wobei durch das Kapillarwerkzeug (22) kontinuierlich ein Bondierdraht zuführbar ist, der ein unteres Kugelende (21a) aufweist, das von dem Kapillarwerkzeug (22) vorsteht;
Absenken und anschließendes Anheben des Kapillarwerkzeugs (22) zum Kontaktieren des unteren Kugelendes (21a) des Bondierdrahts mit dem ersten Bondabschnitt (5) des Werkstücks (1) in der sauerstofffreien ersten Aufwärtsströmung (15a);
Bringen einer thermischen Schmelzeinrichtung (23) zu einer ersten am nächsten zu dem Bondierdraht angeord­ neten Grenzstellung zur thermischen Trennung des Bondierdrahtes in der sauerstofffreien ersten Aufwärtsströmung (15a) zwecks Schaffung eines Bondierdrahtsegments, das an dem er­ sten Bondabschnitt (5) des Werkstücks (1) kontaktiert gehalten ist und ein oberes Kugelende (21b) besitzt, wobei die thermische Schmelzeinrichtung (23) auch in eine zweite am weitesten von dem Bondierdraht (21) entfernte Grenzstellung bewegbar ist;
Bilden eines neuen unteren Kugelendes (21a) des Bondierdrahts in der sauerstofffreien ersten Aufwärtsströmung (15a) mittels der thermischen Schmelzeinrichtung (23); und
Kontaktieren des oberen Kugelendes (21b) des Bondierdrahtsegments mit dem zweiten Bondabschnitt (2) des Werk­ stücks (1);
dadurch gekennzeichnet, daß das Bilden des neuen unteren Kugelendes (21a) des Bondierdrahts, der als Lötdraht (21) vorgesehen ist, während des Positionierens der thermischen Schmelzeinrichtung (23) zwischen der ersten und zweiten Grenzstellung vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bildung des neuen unteren Kugelendes (21a) für den Lötdraht (21) dadurch durchgeführt wird, daß die thermische Schmelzein­ richtung (23) während einer vorgegebenen Zeit in einer Zwischenstellung gehalten wird, die geringfügig von der ersten Grenzstellung abweicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bildung des neuen unteren Kugelendes (21a) für den Lötdraht (21) vorgenommen wird, indem die thermische Schmelzeinrichtung (23) langsam aus der ersten Grenzstellung bewegt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Kontaktieren des oberen Kugelendes (21b) des Lötdrahtseg­ ments (21′) mit dem zweiten Bondabschnitt (2) des Werk­ stücks (1) in einer vierten Aufwärtsströmung (18a) eines sauerstofffreien Gases durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das obere Kugelende (21b) des Lötdrahtsegments (21′) abgeplat­ tet wird, ehe es mit dem zweiten Bondabschnitt (2) des Werkstücks (1) kontaktiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Abplatten des obe­ ren Kugelendes (21b) des Lötdrahtsegments (21′) in einer zweiten Aufwärtsströmung (16a) eines sauerstofffreien Gases durchge­ führt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das sauerstofffreie Gas ein reduzierendes Gas ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das sauerstofffreie Gas ein Edelgas ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das obere Ende (21b) des Lötdrahtsegments (21′) und das neue untere Ende (21a) des Lötdrahtes (21) einer be­ schleunigten Verfestigung durch Beaufschlagung mit einem sauerstofffreien Kühlmittelgas unterzogen werden.
10. Drahtkontaktierungsvorrichtung zur Herstellung einer elek­ trischen Verbindung zwischen einem ersten und einem zwei­ ten Bondabschnitt (5, 2) eines Werkstücks (1) mittels ei­ nes Bondierdrahtes, bestehend aus:
einem Tunnel (13), durch den das Werkstück (1) transfe­ rierbar ist;
Gaszuführdüsen (14) für das Zuführen eines sauer­ stofffreien Gases zu dem Tunnel (13);
einer ersten Öffnung (15) für das Abgeben des sauer­ stofffreien Gases in einer ersten Aufwärtsströmung (15a) aus dem Tunnel (13);
einem vertikal bewegbaren Kapillarwerkzeug (22), das ober­ halb der ersten Öffnung (15) zum Halten und zum Zufüh­ ren eines Bondierdrahts angeordnet ist, wobei durch das Kapillarwerkzeug (22) auch als erstes Bondwerk­ zeug ein unteres Kugelende (21a) des Bondierdrahtes mit dem ersten Bondabschnitt (5) des Werkstücks (1) kontaktierbar ist;
einer thermischen Schmelzeinrichtung (23), die in eine erste dem Bondierdraht nächstliegende Grenzstellung zum thermischen Schneiden des Bondierdrahts unter dem Kapillarwerkzeug (22) zur Schaffung eines Bondierdrahtsegments bewegbar ist, das kontaktiert mit dem ersten Bondabschnitt (5) des Werkstücks (1) gehalten ist und ein oberes Kugelende (21b) besitzt, wobei durch die Schmelzeinrichtung (23) weiterhin ein neues unteres Kuge­ lende (21a) des Bondierdrahts vor der Bewegung in eine zweite am weitesten von dem Bondierdraht entfernte Stellung formbar ist; und aus
einem zweiten Bondwerkzeug (28) zum Kontaktieren des obe­ ren Kugelendes (21b) des Lötdrahtsegments (21′) mit dem zweiten Bondabschnitt (2) des Werkstücks (1);
dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzeinrichtung (23) zum Bilden des neuen unteren Kugelendes (12a) des Bondierdrahtes der aus Lötdraht (21) besteht, während des Positionierens der Schmelzeinrichtung (23) zwischen der ersten und zweiten Grenzstellung vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Tunnel (13) aus einer Kombination aus Heizblock (11) und einem Abdeckteil (12) gebildet ist, wobei die Abgabeeinrichtung wenigstens eine erste Öffnung (15) besitzt, die in dem Abdeckteil (12) unmittelbar unter dem Kapillarwerkzeug (22) gebildet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabeeinrichtung weiterhin eine zweite Öffnung (16) aufweist, die in dem Abdeckteil (12) gebildet ist, wobei eine Spanneinrichtung (26a, 26b) oberhalb der zwei­ ten Öffnung (16) zum Abplatten des oberen Kugelendes (21b) des Lötdrahtsegments (21′) in eine etwa scheibenar­ tige Form vor dem Kontaktieren mit dem zweiten Bondab­ schnitt (2) des Werkstücks (1) vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Abgabeeinrich­ tung weiterhin eine dritte Öffnung (17) aufweist, die in dem Abdeckteil (12) gebildet ist, wobei eine Bie­ geeinrichtung (27) oberhalb der dritten Öffnung (17) vorgesehen ist, durch die das abgeplattete obere Ende (21b) des Lötdrahtsegments (21′) in Richtung auf den zwei­ ten Bondabschnitt (2) des Werkstücks (1) bringbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Abgabeeinrich­ tung weiterhin eine vierte Öffnung (18) aufweist, die in dem Abdeckteil (12) gebildet ist, wobei das zweite Bondwerkzeug (28) oberhalb der vierten Öffnung (18) vorgesehen ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das Abdeckteil (12) mit einem ersten Dachelement (19a) versehen ist, daß sich zwischen der ersten und der zweiten Öffnung (15, 16) erstreckt, wobei das Abdeckteil (12) weiterhin mit einem zweiten Dachteil (20a) versehen ist, das sich zwischen der zweiten und der dritten Öffnung (16, 17) erstreckt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, weiterhin gekennzeichnet durch eine dem Kapillarwerkzeug (22) zuge­ ordnete Kühlmittelzuführdüse (25) zum Zuführen eines sauerstoff­ freien Kühlmittelgases zur Beschleunigung der Verfestigung des oberen Kugelendes (21b) des Kühldrahtsegments (21′) und des unteren Kugelendes (21a) des Lötmaterialdrahtes (21).
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei der die thermische Schmelzeinrichtung (23) um eine vertikale Achse (29c) schwenkbar ist.
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