DE4427111A1 - Verfahren zur Herstellung einer zuverlässigen Bondverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren entspre­ chend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der Herstellung beispielsweise von Hybridschaltungen oder Leiterplatten, die einerseits aus einer, auf ein Trägermaterial aufgebrachten Schichtschaltung einerseits und in diese nicht integrierbare Schaltkomponenten wie z. B. Halbleiter, Chips und dergleichen andererseits bestehen, müssen zwischen diesen Schaltkomponenten und der Filmschaltung elektrisch leitfähige Verbindungen hergestellt werden. Neben unterschiedlichen Lötverfahren ist hierzu das Bonden bekannt.

Wesensmerkmal des Bondens ist die Herstellung einer unmittelbaren metallischen Verbindung zwischen zwei Kontaktflächen der zu verbindenden Elemente nach Art eines Kaltpreßschweißens, wobei eine Reihe von unter­ schiedlichen Verfahren zur Anwendung kommen. Genannt seien in diesem Zusammenhang lediglich beispielhaft das Verfahren der Thermokompression, bei welchem die Verbin­ dung durch Andrücken unter gleichzeitiger Erwärmung aufgebaut wird und das Verfahren des Ultraschall-Bon­ dens, wobei die zu verbindenden Kontaktflächen unter Druck intensiv relativ zueinander bewegt werden, wobei insbesondere eine Oxidhaut entfernt wird und über die miteinander in Wechselwirkung tretenden Flächen schließ­ lich eine metallische Verbindung hergestellt wird.

Die Qualität einer solchen Bondverbindung hängt zum einen von den miteinander zu verbindenden Metallen, jedoch maßgeblich auch von der Reinheit und der Oberflä­ chenbeschaffenheit der zu verbindenden Bondflächen ab. Auf diesen können sich, bedingt durch einen vorangegan­ genen Herstellungsprozeß durch Handhabungsvorgänge usw. Ablagerungen der unterschiedlichsten Art gebildet haben, wobei insbesondere auch die Umgebungsatmosphäre eine bedeutsame Rolle spielt. Auch kleinste Verunreinigungen in diesem Sinne können die Qualität in der hergestellten Bondverbindung nachhaltig beeinflussen, insbesondere deren elektrische Parameter.

Zur Bereitstellung hinreichend geeigneter Bondflächen sind diverse Reinigungsverfahren bekannt, insbesondere Ätzverfahren wie z. B. ein Plasmaätzen. Dies bringt jedoch eine beträchtliche Verteuerung des gesamten Verfahrens mit sich.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer zuverlässigen Verbindung der eingangs bezeichneten Art insbesondere mit Hinblick auf eine Kostensenkung hin auszugestalten. Gelöst ist diese Aufgabe bei einem solchen Verfahren durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist hiernach, daß die zu verbinden­ den Bondflächen einer Laserstrahlung unterzogen werden, deren Parameter im Auftreffbereich der zu reinigenden Bondfläche derart gewählt sind, daß ein Entfernen mögli­ cher Verunreinigungen und ein unmittelbares Freilegen einer metallischen Fläche erreicht wird. Unmittelbar an diesen Reinigungsprozeß schließt sich ein herkömmlicher Bondprozeß an, der auf das Herstellen der oben skizzier­ ten metallischen Verbindung gerichtet ist.

Ein erster Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es äußerst wirtschaftlich durchführbar ist, nachdem Lasereinrichtungen der unterschiedlichsten Art zwischen­ zeitlich eine sehr weite Verbreitung gefunden haben. Eine vorhandene Vorrichtung zur Herstellung einer Bond­ verbindung ist in einfacher Weise nachrüstbar, so daß einem Einführen dieses Verfahrens in den Herstellungs­ prozeß keine besonderen Schwierigkeiten, insbesondere keine übermäßigen Investitionskosten gegenüberstehen.

Weiterhin können über geeignete Laserparameter Oberflä­ chenveränderungen derart vorgenommen werden, daß sich hierdurch die Qualität der Bondverbindung erhöht.

Bei den genannten Verunreinigungen kann es sich um solche handeln, die auf chemischen Wechselwirkungen des Metalls mit der Umgebung beruhen und beispielsweise oxidischer oder auch sulfidischer Art sein können. Es kann sich jedoch auch um organische bzw. sonstige anor­ ganische Ablagerungen der unterschiedlichsten Art han­ deln, die ebenfalls umgebungsbedingt sind und/oder aus Handhabungs- und Transportvorgängen resultieren. Diese Verunreinigungen überlagern die Bondfläche und würden die Herstellung einer einwandfreien Bondverbindung behindern bzw. verhindern. Sämtliche dieser Verunreini­ gungen können jedoch durch die auftreffende Laserstrah­ lung thermisch zersetzt werden, so daß eine saubere, für einen Bondprozeß geeignete metallische Kontaktfläche freigelegt wird. Entsprechend der Art der vorhandenen Verunreinigungen der Bondfläche kann stets eine Laser­ strahlung geeigneter Wellenlänge, Energie und insbeson­ dere Pulslänge eingesetzt werden.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 wird vorzugsweise die Strahlung eines Excimer-Lasers verwendet, um die Bondflächen zu reinigen. Von besonderem Vorteil ist hierbei die vergleichsweise kurze Wellenlänge des Exci­ mer-Lasers, welches die Behandlung kleinstmöglicher Flächen ermöglicht. Der in der Regel pulsweise Betrieb dieses Lasers bringt darüber hinaus den weiteren Vorteil mit sich, daß eine Behandlung der Bondfläche derart möglich ist, daß sich praktisch keine Wärmeeinwirkung auf die, dem Auftreffpunkt des Laserstrahls unmittelbar benachbarten Materialien ergibt. Dies bedeutet, daß der Einwirkungsbereich der Strahlung sehr genau begrenzt werden kann.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 wird für eine Teil­ strecke vorzugsweise eine geeignete Faseroptik zur Strahlführung verwendet, so daß die Laserenergie hin­ reichend genau auf die zu reinigende Oberfläche gerich­ tet werden kann.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ermöglicht insgesamt ein sehr wirtschaftliches Herstellen einwand­ freier Bondverbindungen und mindert somit den zur Quali­ tätssicherung und -überwachung ansonsten erforderlichen Aufwand.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer zuverlässigen Verbin­ dung zwischen wenigstens zwei elektrisch leitfähigen Elementen durch Bonden, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die zur Verbindung vorgesehenen Bondflächen der Elemente vor dem Bonden einer reinigenden Behand­ lung mittels einer Laserstrahlung unterzogen werden und
• - daß anschließend ein herkömmlicher Bondprozeß durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Laserstrahlung eines Excimer-Lasers benutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß die Laserstrahlung über geeignete Faseroptiken an die Bondfläche geführt wird.