DE4329708C2

DE4329708C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbindungsherstellung

Info

Publication number: DE4329708C2
Application number: DE4329708A
Authority: DE
Inventors: David Finn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1993-09-02
Publication date: 1997-02-13
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: DE4329708A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung von zwei Kontaktelementen, bei dem die beiden über deckend angeordneten Kontaktelemente mittels einer in einer Kapillare geführten, stempelartig ausgebil deten Energieübertragungseinrichtung zur Ausbildung eines Kontaktbereichs aneinandergedrückt und durch die Energieübertragungseinrichtung hindurch zur Ver bindung im Kontaktbereich mit Energie beaufschlagt werden. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung einer elektrisch leitfä higen Verbindung von zwei Kontaktelementen mit einer in einer Kapillare eines Bondkopfs geführten, stem pelartig ausgebildeten Energieübertragungsein richtung zum Anschluß an eine Energiequelle und zum Aneinanderdrücken der zu verbindenden Kontaktelemen te.

Ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art sind aus der DE 42 00 492 A1 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Verfahren wird eine Lichtleitfaser, die mit einer Laseranordnung verbun den ist, gegen einen Kontaktleiter gedrückt, der sich oberhalb einer Anschlußfläche eines Chips be findet. Dabei dient das Andrücken des Kontaktleiters auf die Anschlußfläche zur Verhinderung einer Spalt ausbildung zwischen den beiden Kontaktelementen und Ausbildung eines sicheren Kontaktbereichs. Zur Ver bindung der Kontaktelemente werden diese durch die Lichtleitfaser mit Laserenergie beaufschlagt.

Das bekannte Verfahren sowie die bekannte Vorrich tung eignen sich für die Inner-Lead-Bondtechnik, die beispielsweise beim Tape-Automated-Bonding (TAB) Anwendung findet. Hierbei werden in sich starre Lei terbahnen (Inner Leads) einer Leiterbahnanordnung (Lead Frame) mit den mit Bumps versehenen Anschluß flächen (Pads) eines Chips verbunden.

Im Gegensatz hierzu werden in der Drahtbondtechnik flexible, vom Material her bondfähige Anschlußdrähte an einem Ende mit der Anschlußfläche eines Chips oder eines anderen elektronischen Bauelements und am anderen Ende mit einer Anschlußfläche eines weiteren elektronischen Bauelements verbunden. Die bekannte sten Verbindungstechniken, die in der Draht-bond technik angewandt werden, sind das Thermosonic- Schweißverfahren, das Ultraschall-Schweißverfahren und das Thermokompressions-Schweißverfahren. Diese Verfahren werden mit Drahtbond-Werkzeugen durchge führt, die im Fall des Thermosonic-Schweißverfahrens und des Thermokompressions-Schweißverfahrens die Herstellung einer sogenannten Ball-Wedge-Verbindung ermöglichen und im Fall des Ultraschall-Schweißver fahrens eine sogenannte Wedge-Wedge-Verbindung schaffen.

Die mit Ultraschall arbeitenden Verfahren, also das Thermosonic-Schweißverfahren und das Ultraschall schweißverfahren sind zur Verbindung ultraschallemp findlicher Bauteile nicht verwendbar. Das Thermokom pressions-Schweißverfahren ist wegen der hohen Ar beitstemperaturen bei temperatursensiblen Bauelemen ten nur begrenzt anwendbar.

Aus der DE 39 41 558 A1 ist eine Laser-Verbindungs- Vorrichtung mit einer Lichtleitfaser bekannt, bei der die als Energieübertragungseinrichtung verwen dete Lichtleitfaser lediglich zur Übertragung der Laserenergie und nicht zur Übertragung des für die Kontaktierung notwendigen Anpreßdrucks dient. Die bekannte Laser-Verbindungsvorrichtung wird zur Ver bindung zweier in einem Kontaktbereich aufeinander liegender Drahtleiter verwendet.

Aus der DE 27 34 759 A1 ist eine ebenfalls mit La serenergie arbeitende Verbindungsvorrichtung be kannt, wobei auch hier keine stempelartig ausgebil dete Energieübertragungsvorrichtung vorgesehen ist und, wie im Fall der vorstehend erläuterten Vor richtung, auch nicht die Durchführung einer Draht bondtechnik möglich ist.

Die DE 40 22 664 A1 zeigt ein in der Drahtbondtech nik verwendetes Bondwerkzeug, das die Verbindung eines freien Drahtendes mit einem Kontaktleiter er möglicht, wobei der Drahtquerschnitt des durch eine Kapillare zugeführten Bonddrahts durch das Mund stück des Bondwerkzeugs mit Druck und/oder Tempera tur beaufschlagt wird.

Aus der DD 1 45 147 A und aus Tschernev, R.: "Bondverfahren in der Hybrid-Mikroelektronik", ELEK TRONIK PRODUKTION UND PRÜFTECHNIK, Mai 1983, Heft 5, Seite 258, Bild 1, ist ein Verfahren zur Ausbil dung einer Kugel am Ende eines Bonddrahts bekannt. Dabei erfolgt die zur Verbindung des kugelförmig ausgebildeten Bonddrahtendes mit einem Kontaktlei ter notwendige Energiebeaufschlagung ähnlich, wie bei dem vorstehend beschriebenen, aus der DE 40 22 664 A1 bekannten Bondwerkzeug, über das Mundstück des Bondwerkzeugs.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrun de, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, das bzw. die den Einsatz einer stempelartig ausge bildeten Energieübertragungseinrichtung in der Drahtbondtechnik ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merk malen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird am Ende eines in einen Überdeck ungsbereich mit dem Endquerschnitt der Energieüber tragungseinrichtung hineingeführten Drahtleiters als erstes Kontaktelement eine Kugel ausgebildet, die nachfolgend unter Verformung durch die Energieüber tragungseinrichtung gegen eine Anschlußfläche des zweiten Kontaktelements gedrückt und zur Verbindung mit dem zweiten Kontaktelement mit Energie beauf schlagt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Ener gieübertragungseinrichtung nicht nur zur Erzeugung eines Kontaktgegendrucks zwischen den Kontaktelemen ten verwendet, sondern darüber hinaus zur Verformung eines Drahtleiters, der durch die Energieübertra gungseinrichtung auf die Anschlußfläche des zweiten Kontaktelements aufgepreßt wird, um die zur Durchführung der Draht-Bond-Technik notwendige Preß schweißung auszuführen.

Im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Verfahren er folgt bei den konventionellen Drahtbondtechniken die Verformung des Drahtleiters durch den Randbereich der Kapillarenöffnung im sogenannten Bondkopf, durch die der Drahtleiter austritt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht die Verwendung der Energieübertragungseinrichtung als Druckstempel eine möglichst flache Ausgestaltung des Verbindungsbereichs. Darüber hinaus kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Öffnungsbereich ei ner Kapillare zur Führung der Energieübertragungs einrichtung im Bondkopf quasi als Formmatrize zur Festlegung der äußeren Abmessungen der Drahtleiter verbindung nach Stauchung der Kugel durch die Ener gieübertragungseinrichtung verwendet werden.

In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemä ßen Verfahrens werden als Energieübertragungsein richtung alternativ eine Lichtleitfaseranordnung oder ein Thermo-Kompressionswerkzeug verwendet. Die Lichtleitfaseran ordnung dient dabei zur Übertragung von Laserener gie; das Thermo-Kompressionswerkzeug zur Übertragung von Wärmeenergie.

Die nachfolgend angeführten, vorteilhaften Ausfüh rungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten, wenn nicht ausdrücklich anderes festgestellt wird, sowohl in Verbindung mit einer Lichtleitfaseranord nung als Energieübertragungseinrichtung als auch in Verbindung mit einem Thermo-Kompressionswerkzeug als Energieübertra gungseinrichtung.

Als vorteilhaft erweist es sich, die Ausbildung der Kugel mittels einer Kathoden/Anoden-Anordnung durch zuführen, wobei das Aufschmelzen der Kugel am Draht leiterende durch die bei einer Funkenentladung frei werdende Energie erfolgt. Hierzu kann ein Bereich einer Drahtleiterkapillare, die zur Zuführung des Drahtleiters dient, als Kathodenanschluß und ein Be reich der Kapillare, die zur Zuführung der Energie übertragungseinrichtung dient, als Anodenanschluß verwendet werden.

Alternativ ist es auch möglich, die Ausbildung der Kugel mittels der von der Energieübertragungsein richtung in das Ende des Drahtleiters eingeleiteten Energie durchzuführen. Dies erweist sich als beson ders vorteilhaft, da somit zur Realisierung der Ein richtung zur Ausbildung der Kugel am Drahtleiterende keine besonderen Vorkehrungen notwendig sind.

Wenn nach Ausbildung der Kugel und vor der Verbin dung der Kugel mit der Anschlußfläche eine Abtren nung der Kugel vom Drahtleiter erfolgt, ist es mög lich, die vom Drahtleiterende abgetrennte Kugel quasi als Bump auf die Anschlußfläche aufzubringen. Wie vorstehend schon erwähnt, kann dabei durch das Zusammenwirken der stempelartig ausgebildeten Ener gieübertragungseinrichtung und der als Formmatrize wirkenden Austrittsöffnung der Energieübertragungs einrichtungskapillare ein in seinen Abmessungen ge nau festgelegter Bump erzeugt werden. Darüber hinaus ist bei entsprechender Gestaltung des Endquer schnitts der Energieübertragungseinrichtung eine beliebige Oberflächengestaltung möglich. Im Gegen satz zu den bislang bekannten Bumps, die bedingt durch ihr Herstellungsverfahren eine konvexe Ober fläche aufweisen, ist somit auch die Erzeugung von flachen Bumps möglich. Dies wirkt sich nicht nur vorteilhaft auf die Höhe der mit den Bumps versehenen Bauelemente aus, sondern erleichtert auch die nach folgende Verbindung der Bumps mit Leads oder Draht leitern.

Wenn die Kugel nach ihrer Abtrennung von einer Hal teeinrichtung gegen den Endquerschnitt der Energie übertragungseinrichtung gehalten wird, kann der Bondkopf nach Art einer pick-and-place-Einrichtung gegenüber der Anschlußfläche bewegt werden, ohne daß mit einem Verlust der Kugel gerechnet werden muß.

In der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausfüh rungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren beson ders zur Aufbringung von Bumps auf Anschlußflächen elektronischer Bauelemente geeignet. Wenn das erfin dungsgemäße Verfahren zur Verbindung zweier An schlußflächen mittels der Drahtbondtechnik angewen det werden soll, kann gemäß einer vorteilhaften Aus führungsform nach Verbindung des durch die Kugel gebildeten, ersten Kontaktelements mit dem zweiten Kontaktelement der Drahtleiter unter Ausbildung ei ner Drahtleiterschleife (Loop) zu einem weiteren Kontaktelement geführt, das laufende Ende der Draht leiterschleife von einer Halteeinrichtung an der Drahtleiterkapillare gehalten, am Drahtleiterschlau fenende eine Kugel ausgebildet und diese nach Durchtrennung des Drahtleiters unterhalb der Ener gieübertragungseinrichtung unter Verformung durch die Energieübertragungseinrichtung gegen eine An schlußfläche des weiteren Kontaktelements gedrückt und zur Verbindung mit dem weiteren Kontaktelement mit Energie beaufschlagt werden.

Mittels der vorbeschriebenen Variante des erfin dungsgemäßen Verfahrens ist es erstmalig möglich abweichend von dem bislang bekannten Wedge-Wedge- Verfahren und dem Ball-Wedge-Verfahren ein Ball- Ball-Verfahren in der Drahtbondtechnik durchzufüh ren. Bei den bekannten Verfahren wurde die Verbin dung des Drahtleiters mit der Anschlußfläche des weiteren Kontaktelements stets in der Wedge-Technik ausgeführt, bei der der Drahtleiter unter Ausführung einer Preßschweißung gegen die Anschlußfläche ge drückt wird und nach ausgeführter Preßschweißung eine Durchtrennung des Drahtleiters erfolgt. Dies hat zur Folge, daß bei derartigen Verbindungen stets ein Drahtüberstand im Bereich der Anschlußfläche vorhanden ist, der seitlich nach oben vorsteht. Dies wirkt sich ungünstig auf die Gesamtdicke eines mit einer derartigen Drahtverbindung versehenen Bauele ments aus. Darüber hinaus erweist sich der Draht überstand auch als störend, wenn ein weiterer Draht leiter mit einer derartig beschaffenen Verbindungs stelle verbunden werden soll. Ein weiterer Nachteil, der vorbeschriebenen, in der Wedge-Bond-Technik her gestellten Verbindungsstellen besteht darin, daß die durch Abreißen oder Durchtrennen geschaffene Trenn stelle des Drahtleiters sich als besonders korro sionsgefährdet erweist. Wenn die Verbindungsstelle jedoch in der Ball-Bond-Technik hergestellt wird, ergibt sich eine gleichmäßige, unverletzte Oberflä che der Verbindungsstelle, die keine exponierten Angriffspunkte für eine Korrosion aufweist.

Sowohl die Durchführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens zur Bumpapplikation als auch der Verfahrens variante zur Herstellung einer Ball-Ball-Verbindung kann in einer Schutzgasatmosphäre oder unter Vakuum erfolgen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist die Merkmale des Anspruchs 8 auf.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Bond kopf mit einer Drahtleiterkapillare zur Zuführung eines Drahtleiters und einer Einrichtung zur Ausbil dung einer Kugel am Drahtleiter versehen. Eine der artige Ausbildung der Vorrichtung ermöglicht in der vorbeschrieben, vorteilhaften Art und Weise die Aus führung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Energieübertragungseinrichtung kann in besonde ren Ausführungsformen aus einem Thermo-Kompressionswerkzeug oder einer Lichtleitfaseranordnung mit zumindest einer Licht leitfaser gebildet sein. Die Ausbildung als Licht leitfaser erweist sich als besonders vorteilhaft, da es hiermit möglich ist, in sehr konzentrierter Weise große Energiemengen innerhalb kürzester Zeit in die Verbindungsstelle einzubringen. Hierzu kann die mit dem Lichtleitfaser zu verbindende Laserquelle im Pulsverfahren betrieben werden, so daß trotz eines hohen Energieeintrags eine unzulässige Erwärmung des Bauelements, auf dessen Anschlußfläche die Verbin dung durchgeführt werden soll, vermieden wird.

Um einerseits eine Abtrennung eines zu einer Kugel ausgebildeten Drahtleiterendes, wie es zur Ausfüh rung einer, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Bumpver bindung notwendig ist, andererseits eine Durchtren nung des Drahtleiters am Ende einer Drahtleiter schleife zur Ausbildung einer Ball-Ball-Verbindung zu ermöglichen, ist die Vorrichtung mit einer Ab trenneinrichtung versehen.

Auf besonders einfache Art und Weise läßt sich eine derartige Abtrenneinrichtung realisieren, wenn die Lichtleitfaseranordnung mit einer den Endquerschnitt der Lichtleitfaseranordnung zumindest teilweise überragenden Ummantelung versehen ist, die eine Schneidkante aufweist.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine etwa als Vakuumeinrichtung ausgebildete Halteein richtung zum Halten eines durch die Abtrennungsein richtung abgetrennten Drahtleiterendes gegen den Endquerschnitt der Energieübertragungseinrichtung aufweisen. Eine derartige Halteeinrichtung ermög licht in vorteilhafter Weise ein besonders einfaches und sicheres Handling des abgetrennten, zu einer Kugel ausgebildeten Drahtleiterendes. Im Fall der Ausbildung als Vakuumeinrichtung kann die Halteein richtung besonders einfach in den Bondkopfinte griert werden, wenn sie als eine konzentrisch zur Kapillare für die Energieübertragungseinrichtung angeordnete Vakuumleiteinrichtung ausgebildet ist.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Halteeinrichtung mechanisch, etwa durch eine Klemm einrichtung zu realisieren.

Um mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Durch führung einer Ball-Ball-Drahtverbindung zu ermögli chen, kann benachbart der Kapillarenaustrittsöffnung für die Energieübertragungseinrichtung eine Halte einrichtung vorgesehen sein. Diese Halteeinrichtung ist besonders einfach realisierbar, wenn sie als eine an der Bondkopfoberfläche angeordnete Vakuum einrichtung ausgebildet ist. Auch diese Halteein richtung kann mechanisch wirkend ausgebildet sein.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren so wie die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand bei spielhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform zur Applizierung eines Bumps auf einer Anschlußfläche eines Bauelements in sche matischer Darstellung;

Fig. 2 eine Teilschnittansicht der in Fig. 1 darge stellten Vorrichtung entlang dem Schnittlinienver lauf II-II;

Fig. 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Ausführungsform zur Durchführung einer Drahtbond technik;

Fig. 4 die Darstellung einer mittels der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung zwischen zwei Anschlußflä chen durchführbaren Drahtverbindung.

Fig. 1 zeigt einen Bondkopf 10 mit einer Kapillare 11 zur längsverschiebbaren Aufnahme einer Lichtleit faser 12′′ und einer quer hierzu angeordneten Draht leiterkapillare 13 zur Zuführung eines Drahtleiters 14 in einen Kugelausbildungsraum 15, der durch den Austrittsbereich der Kapillare 11 in einem Bondkopf körper 16 gebildet ist.

Die Lichtleitfaser 12 ist mit einer Ummantelung 17 versehen, die zur Ausbildung einer Abtrenneinrich tung in ihrem über einen Endquerschnitt 18 der Lichtleitfaser 12′′ hinausragenden Bereich mit einer Schneidkante 19 versehen ist. Es ist aber auch mög lich, die Lichtleitfaser selbst im Bereich ihres Endquerschnitts mit einer Schneidkante zu versehen.

Wie auch aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist die Licht leitfaser 12′′ bzw. deren Ummantelung 17 von einer rohrförmig ausgebildeten Vakuumleiteinrichtung 20 umgeben, die fest in die Kapillare 11 eingesetzt ist, und gegenüber der die Lichtleitfaser 12′′ mit ihrer Ummantelung 17 längsverschiebbar ist.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vakuumleiteinrichtung mit konzentrisch zur Mittelachse 21 der Lichtleitfaser 12′′ angeordneten Längsnuten 22 versehen, die durch Längsstege 23 von einander beabstandet Röhren bilden, welche eine Va kuumverbindung zwischen dem Kugelausbildungsraum 15 und einer nicht näher dargestellten Einrichtung zur Erzeugung eines Vakuums bilden.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Bondkopf 10 dar über hinaus im Bereich des Kugelausbildungsraums 15 mit einer Kathoden/Anoden-Anordnung 24 versehen, wobei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Anodenanschluß 25 gegenüberliegend einer Aus trittsöffnung der Drahtleiterkapillare 13 und ein Kathodenanschluß 27 im Austrittsbereich der Draht leiterkapillare 13 um diese herum angeordnet ist. Sowohl der Anodenanschluß 25 als auch der Kathoden anschluß 27 sind mit hier nicht näher dargestellten elektrischen Zuleitungen versehen. Weiterhin befin det sich im Bereich der Drahtleiterkapillare 13 eine Drahtvorschubeinrichtung 28, die auch außerhalb des Bondkopfkörpers 16 angeordnet sein kann.

Zur Erläuterung der Funktion des in Fig. 1 darge stellten Bondkopfs 10 ist dieser neben der Darstel lung mit ausgezogenen Linien auch mit durchbrochenem Linienverlauf in einem auf die Anschlußfläche 29 eines Chips 30 abgesenkten Zustand dargestellt.

Zu Beginn des Verfahrens zur Applikation eines Bumps 31 auf die Anschlußfläche 29 des Chips 30 befindet sich der Bondkopf 10 in seiner in ununterbrochenem Linienverlauf dargestellten Position oberhalb der Anschlußfläche 29. Zur Ausbildung der in Fig. 1 dar gestellten Kugel 32 (Ball) wird der Drahtleiter 14 durch die Drahtleiterkapillare 13 mit seinem im Querschnitt noch mit dem übrigen Drahtleiter 14 übereinstimmenden Drahtleiterende mittels der Draht vorschubeinrichtung 28 bis in den Kugelausbildungs raum 15 im Austrittsbereich der Kapillare 11 vorge schoben. Hierbei befindet sich die Lichtleitfaser 12′′ mit ihrem Endquerschnitt 18 in etwa in der in Fig. 1 dargestellten Position.

Zur Ausbildung der in Fig. 1 dargestellten Kugel 32 wird an die Kathoden/Anoden-Anordnung 24 eine elek trische Spannung angelegt, die ausreichend groß ist, um eine Funkenentladung zwischen dem Anodenanschluß 25 und dem Kathodenanschluß 27 zu bewirken. Infolge dieser Funkenentladung und der damit verbundenen großen Hitze im Kugelausbildungsraum 15 ergibt sich eine Aufschmelzung des Drahtleiterendes, so daß die ses eine kugelförmige Gestalt annimmt. Dabei wird durch die Drahtvorschubeinrichtung 28 Draht nachge führt. Die Ausbildung der in Fig. 1 dargestellten Kugel 32 kann durch eine entsprechende Gestaltung des Kugelausbildungsraums 15 gefördert werden.

Nach Ausbildung der Kugel 32 im Kugelausbildungsraum 15 wird der Bondkopf 10 in seine durch den unterbro chenen Linienverlauf dargestellte Position auf den Chip 30 überführt. Hierbei liegt der Bondkopf 10 im wesentlichen drucklos auf dem Chip 30 auf oder ist zumindest sehr dicht an diesen herangeführt. Durch ein Absenken der Lichtleitfaser 12′′ in Richtung auf die Anschlußfläche 29 kommt die Schneidkante 19 der Ummantelung 17 in Berührung mit dem Drahtleiter 14 und trennt die Kugel 32 von diesem ab. Um auch nach Abtrennung der Kugel 32 einen Kontakt zwischen dem Endquerschnitt 18 der Lichtleitfaser 12′′ und der Ku gel 32 aufrechtzuerhalten, wird spätestens in diesem Stadium die in Fig. 1 nicht dargestellte Vakuumein richtung aktiviert, so daß durch die Vakuumleitein richtung 20 eine Saugkraft auf die Kugel 32 ausgeübt wird. Wenn die Vakuumeinrichtung bereits bei der Kugelausbildung aktiviert wird, verhindert dies das Entstehen von Oxidschichten, wodurch die Kugelbil dung vereinfacht wird.

Die abgetrennte Kugel 32 wird dann zusammen mit der Lichtleitfaser 12′′ gegen die Anschlußfläche 29 be wegt. Spätestens zu diesem Zeitpunkt, aber auch schon vorher kann über den eine Kontaktfläche zur Kugel 32 bildenden Endquerschnitt 18 eine Übertra gung von Laserenergie von der Lichtleitfaser 12′′ in die Kugel 32 erfolgen. Die erwärmte und somit leicht verformbare Kugel 32 wird schließlich durch die als Druckstempel wirkende Lichtleitfaser 12′′ gegen die Anschlußfläche 29 gedrückt. Dabei bildet der auf den Chip abgesenkte Kugelausbildungsraum 15 eine Formma trize, die für die hier beispielhaft dargestellte, rechteckförmige Querschnittsausbildung des Bumps 31 auf der Anschlußfläche 29 sorgt. Gleichzeitig mit der Formgestaltung des Bumps 31 erfolgt aufgrund der Temperatur- und Druckeinwirkung eine Preßschweißung zwischen dem Bump 31 und der Anschlußfläche 29.

Sowohl bei der möglichen Ausbildung der Kugel 32 infolge eines Energieeintrags durch die Lichtleitfa ser 12′′ als auch beim Einbringen von Laserenergie in die ausgebildete Kugel 32 zur Verbindung der Kugel 32 mit der Anschlußfläche erweist es sich als vor teilhaft, wenn, wie in Fig. 1 durch den strichpunk tierten Linienverlauf angedeutet, im Bereich der Verbindungsstelle eine, etwa trichterartig ausgebil dete, zur Anschlußfläche 29 hin geöffnete, reflek tierende Laserstrahlabschirmung 44 vorgesehen ist. Diese Laserstrahlabschirmung 44 kann balgartig aus geführt sein, so daß sie sich beim Absenken des Bondkopfs 10 in Richtung auf die Anschlußfläche 29 zusammenschiebt. Die Laserstrahlabschirmung 44 be wirkt zum einen infolge der Reflexion eine Konzen tration der Laserenergie im Kugelausbildungsraum 15 und verhindert Abstrahlverluste, wodurch die zur Ausbildung der Kugel 32 und zur Verbindung der Kugel 32 mit der Anschlußfläche 29 notwendige Laser leistung reduziert werden kann. Zum anderen wird verhindert, daß Laserstrahlung in die Umgebung aus tritt und etwa in der Nähe des Bondkopfs 10 befind liches Bedienungspersonal gefährden kann.

Durch das Zusammenwirken von Stempel und Formmatrize ist eine reproduzierbare, flache Ausgestaltung des Bumps möglich. Darüber hinaus kann durch eine ent sprechende Ausbildung des Endquerschnitts 18 eine beliebige Oberflächengestaltung des Bumps 31 erzielt werden.

Wenn während der Verbindung zwischen dem Bump 31 und der Anschlußfläche 29 die Vakuumeinrichtung betätigt bleibt, kann eine Oxydation der Bumpoberfläche im wesentlichen verhindert werden. Statt der Ausbildung eines Vakuums im Kugelausbildungsraum 15 kann jedoch auch über die Vakuumleiteinrichtung 20 ein Schutzgas zur Erzeugung einer Schutzgasatmosphäre im Kugelaus bildungsraum 15 eingeleitet werden.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung ei nen Bondkopf 33, der abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Bondkopf neben der durch die Vakuum leiteinrichtung 20 gebildeten Halteeinrichtung mit einer weiteren Halteeinrichtung 34 versehen ist. Die Halteeinrichtung 34 besteht in dem in Fig. 3 darge stellten Ausführungsbeispiel aus einer mit einer nicht näher dargestellten Vakuumeinrichtung verbun denen Saugleitung 35, deren Saugöffnung 36 in der Bondkopfoberfläche dazu dient, ein Drahtleiterende 37 gegen die Bondkopfoberfläche zu halten. Die in Fig. 3 dargestellte Konfiguration des Bondkopfs 33 wird erreicht, wenn der Bondkopf 33 zur Herstellung einer in Fig. 4 dargestellten Drahtverbindung zwi schen zwei Anschlußflächen 38 und 39 verwendet wird. Hierbei wird eine erste Drahtverbindung 40 zwischen dem Drahtleiter 14 und der ersten Anschlußfläche 38 nach Ausbildung einer Kugel 32, wie in Fig. 1 darge stellt, durchgeführt. Im Unterschied zu der anhand von Fig. 1 erläuterten Bump-Applikation auf die An schlußfläche 29 des Chips 30 erfolgt bei dem in Fig. 4 dargestellten Drahtbond-Verfahren kein Ab trennen der Kugel 32 vom Drahtleiter 14. Vielmehr wird der Bondkopf 33 unter Ausbildung einer Drahtleiterschleife 41 zur zweiten Anschlußfläche 39 be wegt, um auch dort eine Drahtverbindung 42 zwischen dem Drahtleiter 14 und der Anschlußfläche 39 durch zuführen. Fig. 3 zeigt den Bondkopf 33 vor Ausbil dung der zweiten Drahtverbindung 42 oberhalb der Anschlußfläche 39. Nachdem die Drahtleiterschleife 41 von der Halteeinrichtung 34 am Drahtleiterschlei fenende 37 erfaßt worden ist, erfolgt eine Aktivie rung der Kathoden/Anoden-Anordnung 24, wobei gleich zeitig über die Drahtvorschubeinrichtung 28 der Drahtleiter 14 in den Kugelausbildungsraum 15 nach geführt wird. Hierbei bildet sich in ähnlicher Wei se, wie vorstehend anhand der Fig. 1 bereits be schrieben, am Drahtleiterschleifenende 37 eine Kugel 32 aus. Nach Ausbildung der Kugel 32 wird die Licht leitfaser 12′′ abgesenkt, wodurch eine Durchtrennung des Drahtleiters 14 an einer Trennstelle 43 erfolgt und die Kugel 32 zur Ausbildung der Drahtverbindung 42 gegen die Anschlußfläche 39 gepreßt wird.

Wie bereits zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 1 be schrieben, erfolgt die Verformung der Kugel 32 zur Ausbildung der Drahtverbindung 42 unter gleichzeiti ger Einleitung von Laserenergie in die Kugel 32. Um auch bei der zweiten Drahtverbindung 42 die Bildung von Korrosion während der Ausführung der Drahtver bindung zu verhindern, kann auch hier die Vakuum leiteinrichtung 20 zur Erzeugung eines Vakuums oder der Ausbildung einer Schutzgasatmosphäre im Kugelausbildungsraum 15 genutzt werden.

Um sowohl bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Bump-Applikation als auch bei dem Verfahren zur Durchführung der Drahtbondtechnik ein Vakuum oder eine Schutzgasatmosphäre im Bereich der Verbindungs stelle zu erzeugen, ist es auch möglich, den Bond kopf oder zumindest den Austrittsbereich der Kapillare 11 zur Führung der Energieübertragungseinrich tung 12 in einer Vakuum- oder Schutzgaskammer anzu ordnen. Um gegenseitige Störeinflüsse zwischen den vorgenannten Halteeinrichtungen und dem in der Kam mer ausgebildeten Vakuum bzw. der Schutzgasatmosphä re auszuschließen, können die Halteeinrichtungen in diesem Fall als mechanische Klemmeinrichtungen aus gebildet sein.

Abweichend von dem in Fig. 4 dargestellten Verfahren kann natürlich auch bei entsprechender Ausbildung des Bondkopfs bzw. des Austrittsbereich der Kapilla re 11 die erste Drahtverbindung mit der Anschlußflä che 38 in Ball-Bondtechnik und die zweite Drahtver bindung mit der Anschlußfläche 39 in an sich bekann ter Wedge-Bondtechnik durchgeführt werden.

Bezugszeichenliste

10 Bondkopf
11 Kapillare
12 Energieübertragungseinrichtung
12′′ Lichtleitfaser
12′ Thermo-Kompressionswerkzeug
13 Drahtleiterkapillare
14 Drahtleiter
15 Kugelausbildungsraum
16 Bondkopfkörper
17 Ummantelung
18 Endquerschnitt
19 Schneidkante
20 Vakuumleiteinrichtung
21 Mittelachse
22 Längsnut
23 Längssteg
24 Kathoden/Anoden-Anordnung
25 Kathodenanschluß
26 -.-
27 Anodenanschluß
28 Drahtvorschubeinrichtung
29 Anschlußfläche
30 Chip
31 Bumps
32 Kugel
33 Bondkopf
34 Halteeinrichtung
35 Saugleitung
36 Saugöffnung
37 Drahtleiterende
38 Anschlußfläche
39 -.-
40 Drahtverbindung
41 Drahtleiterschleife
42 Drahtverbindung
43 Trennstelle
44 Laserstrahlabschirmung
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung von zwei Kontaktelemen ten (32, 29), bei dem die beiden einander über deckend angeordneten Kontaktelemente (32, 29) mittels einer in einer Kapillare (11) geführ ten, stempelartig ausgebildeten Energieübertra gungseinrichtung (12) zur Ausbildung eines Kon taktbereichs aneinandergedrückt und durch die Energieübertragungseinrichtung hindurch zur Verbindung im Kontaktbereich mit Energie beauf schlagt werden, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende eines in einen Überdeckungsbereich mit dem Endquerschnitt (18) der Energieübertra gungseinrichtung (12) hineingeführten Drahtlei ters (14) als erstes Kontaktelement eine Kugel (32) ausgebildet wird, und nachfolgend die Kugel (32) unter Verformung durch die Energieübertragungseinrichtung (12) gegen eine Anschlußfläche (29) des zweiten Kontaktelements gedrückt und zur Verbindung mit dem zweiten Kontaktelement mit Energie beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung der Kugel (32) mittels einer Kathode/Anode-Anordnung (24) durch Funkenent ladung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung der Kugel (32) mit tels in das Ende des Drahtleiters (14) einge leiteter Energie aus der Energieübertragungs einrichtung (12) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ausbildung der zweiten Kugel (32) am Drahtleiter (14) und vor Verbindung dieser Kugel mit der Anschlußfläche (39) eine Abtrennung der Kugel (32) vom Draht leiter (14) in Richtung der Drahtleiterkapillare (13) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (32) nach der Abtrennung von einer Vakuumleiteinrichtung (20) mittels Unterdruck gegen den Endquerschnitt (18) der Energieübertragungsein richtung (12) gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprü che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verbindung der Kugel (32) mit einer Anschlußfläche (38) des zweiten Kontakt elements der Drahtleiter (14) unter Ausbildung einer Drahtleiterschleife (41) zu einem weite ren Kontaktelement geführt wird, wobei das laufende Ende der Drahtleiterschleife (41) von einer Halteeinrichtung (34) gehalten, am Drahtleiterschleifenende (37) eine Kugel ausgebildet und diese nach Durchtrennung des Drahtleiters (14) unterhalb der Energieübertra gungseinrichtung (12) unter Verformung durch die Energieübertragungseinrichtung (12) gegen eine Anschlußfläche (39) des weiteren Kontaktele ments gedrückt und zur Verbindung mit dem wei teren Kontaktelement mit Energie beaufschlagt wird.

7. Verfahren nach einem der vorange henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Ausbildung der Kugel (32) als auch deren Verbindung mit der Anschlußfläche (29, 38, 39) des Kontaktelements in einer Schutzgasatmosphäre oder unter Vakuum erfolgt.

8. Vorrichtung zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung von zwei Kontaktelementen mit einer in einer Kapillare (11) eines Bondkopfs (10, 33) geführten, stem pelartig ausgeführten Energieübertragungseinrichtung (12) mit Anschluß an eine Energiequelle und zum Aneinander drücken der zu verbindenden Kontaktelemente, dadurch gekennzeichnet, daß der Bondkopf (10, 33) mit einer Drahtleiterkapillare (13) zur Zuführung eines Drahtleiters (14) in einen Ku gelausbildungsraum (15) und einer Einrichtung (24) zur Ausbildung einer Kugel (32) am Drahtleiterende versehen ist, wobei sich der Kugelausbildungsraum (15) innerhalb des Bondkopfs (10, 33) befindet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieübertragungseinrichtung (12) aus einem Thermokompressionswerkzeug (12′) gebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieübertragungseinrichtung (12) aus ei ner Lichtleitfaseranordnung mit zumindest einer Lichtleitfaser (12′′) gebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Abtrenneinrichtung (19) zum Abtrennen ei nes von der Drahtleiterkapillare (13) in die Kapillare (11) zur Führung der Energieübertra gungseinrichtung (12) hervorragenden Drahtlei terendes.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaseranordnung (12′′) zur Aus bildung der Abtrenneinrichtung mit einer den Endquerschnitt (18) der Lichtleitfaseranordnung (12′′) zumindest teilweise überragenden Ummante lung (17) mit Schneidkante (19) versehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der An sprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch eine als Vakuumeinrichtung ausge bildete Halteeinrichtung zum Halten eines durch die Abtrenneinrichtung (19) abgetrennten Drahtleiterendes gegen den Endquerschnitt (18) der Energieübertragungseinrichtung (12).

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumeinrichtung eine konzentrisch zur Kapillare (11) für die Energieübertragungsein richtung (12) angeordnete Vakuumleiteinrichtung (20) aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der An sprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß am Bondkopf (33) benachbart zur Austritts öffnung der Energieübertragungseinrichtung (12) eine Halteeinrichtung (34) vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung (34) als eine an der Bondkopfoberfläche angeordnete Vakuumeinrich tung ausgebildet ist.