DE7041069U - Vorrichtung zum Kontaktieren von Mikro schaltelementen, vorzugsweise integrierten Halbleiterplattchen - Google Patents

Description

PATENTANWALT

DIPL-ING. LEO FLEUCHAUS

8 MDNCHEN 71. j. K₀V. 1970

Melchiorstraße 42

MeinZe.ehen. M142P/0-

Motorola, Inc. 9401 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois V.St.A.

Vorrichtung zum Kontaktieren von Mikroschaltelementen vorzugsweise integrierten Halbleiterplättchen

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zum Kontaktieren von Mikroschaltelementen, vorzugsweise integrierten Halbleiterplättchen mit einem Kontaktieramboss und einem Kontaktierstift, der zum Kontaktieren auf die Spitzen der Kontaktzungen eines Kontaktrahmens einwirkt und diese mit den Kontaktflächen des auf dem Kontaktieramboss liegenden rlikroschaltelementes unter Einwirkung einer Vibration verbindet.

Es sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, um elektrische Kontaktverbindungen zwischen den ohmischen Kontaktflächen eines integrierten Mikroschaltelementes und den nach aussen führenden Anschlussleitungen der Fassung herzustellen. Das

Fs/wi bekannteste

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bekannteste Verfahren beruht auf einer thermokompression Schweissung, wobei extrem dünne Drähte mit den zu verbindenden Kontaktpunkten verschweisst werden. Bei dieser Technik »lud ζ,.ύ. iiu- (jiju nükx*üöchau.oelcmöixb Μχυ viexiioilu Lei büHgcu. achtundzwanzig voneinander unabhängige Eontaktiervorgänge erforderlich, wobei jeder eine sehr sorgfältige Positionierung des teilweise montierten Elementes in der Kontaktiervorrichtung erfordert.

Für die rationellere Fertigung solcher Mikroschaltelemente ist es wünschenswert, den mit der Verschweissung von Drähten •rforderlichen Zeit- und Kostenaufwand zu veningern. Besondere Aufmerksamkeit wurde dabei auf einen Ausweg gerichtet, der in der einfachen Verlängerung und keilförmig verjüngten Ausführung der als Durchführungsleitungen für die Fassung

taktzungen genügend klein sind, um sie direkt mit den Kontaktflächen des integrierten Halbleiterelementes zu verbinden. Dieser Versuch führt nicht immer zu dem gewünschten Erfolg, insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften, welche die Durchführungsleitungen im Vergleich zu den Eigenschaften erfordern, die für die direkte Kontaktierung mit der Kontaktfläche des Halbleiterelementes erforderlich sind.

Für die Herstellung von Kontaktstreifen wird in der Regel ein Kovar-Material mit einer Dicke von 2,54 χ 10 mm verwendet. Bemühvngen, um Kontaktzungen dieser Dicke direkt mit den Kontaktflächen integrierter Schaltungen zu verbinden, führen in der Regel zu keinem Erfolg. Die Kontaktiertechnik für GoId- und Aluminiumdrähte, die in der Regel aus einer thermokompressiven Schweissung und einer Vibrationsdruckschweissung besteht, führt nur sehr schwer zu einer zuverlässigen Verbindung bei der Verwendung von Kontaktzungen der erwähnten Dicke, oder wenn das für die Kontalrfc zungen verwendete Metall weniger nachgiebig ist als i.B. Gold, Aluminium oder Kupfer. Selbst wenn

- 2 - sich

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sich anfänglich bei Kontaktzungen mit einer Dicke von etwa 2,54- χ 1O~ mm annehmbare Verbindungen herstellen lassen, sind derartige Leitungen sehr anfällig und könneu sich infolge einer durch normale Handnabung bzw. unbeabsichtigte Ysrbisgüiis des Montageaufbaue eingeführten Spannungen wieder von dem HaIbleiterplättchen lösen.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, die Drahtverbindungen eines Halbleitermontageaufbaus durch individuelle starre Metallklemmen zu ersetzen, Jedoch ist ein solches Verfahren nur für bestimmte Anwendungsfälle günstig und führt auch kaum zu einer Verringerung der Montage-Gesamtkosten.

Es ist auch bekannt, ein Metallisches Leitungsmu. . f auf einer Keramikplatte oder einem sonstigen Träger anzuordnen und die integrierte Halbleiterschaltung sit dsr die Halbleiterschaltung tragenden Oberfläche mit einem derart präparierten Leitungsträger zu verbinden. Auch dieses Verfahren ist besonders kostenintensiv und insbesondere unzweckmässig, da die Kontaktierung einer Sichtinspektion entzogen ist. Wegen der fehlenden Möglichkeit ein>;r Sichtinspektion können d*her Defekte frühestens bei einer elektrischen Prüfung festgestellt werden.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen (deutsche Patentanmeldung P 1 813 164.1-33), einen im wesentlichen flachen Kontaktrahmen mit einer Vielzahl nach innen verlaufender dünner Kontaktfinger vorzusehen, deren Spitzen mit den Kontaktflächen des Halbleiterplättchens verschwelest werden. Dabei wird die Verschweise-ong für alle Kontaktflächen gleichzeitig in einem Verfahrensschritt hergestellt, wobei zur Verbesserung der Schweissverbindung während des Kontaktiervorganges eine Hochfrequenzvibration angelegt wird. Auf diese Weise kann die hohe Temperaturbelastung vermieden werden, die bei einer thermokompressiven Schweissung auftritt.

- 3 - Die

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Die Kontaktierung läuft in der Weise ab, dass der Kontaktrahmen und das Halbleiterscheibchen aufeinander ausgerichtet wer lan, so dass die Spitzen der Kontaktzungen mit den zugehörigen Kontaktflächen auf dem Halbleiterscheibchen in Berührung kommen. Sodann wird die Schweissenergie allen Kontaktbereichen gleichzeitig zugeführt. Die Druckversohweissung er- : folgt an allen Kontaktbereichen zur gleichen Zeit, da nämlich,

\ wie erwähnt, der Schweissdruck und die Hochfrequenzvibration

• gleichzeitig einwirken. Zu diesem Zweck wird ein Kontakt!er-

stift auf die Rückseite des Halbleiterscheibchens aufgesetzt, das mit seinen Kontaktflächen auf der gegenüberliegenden Ober-

' fläche auf den Spitzen der Kontaktzungen aufliegt. Dia Vibra-

] tionsenergie wird über den Kontaktierstift und das Halbleiter-

prättche gleichmässig allen Kontaktbereichen zugeführt. Das Halbleiterscheibchen sowie die zugehörigen Kontaktfinger des ] Kontaktrahmens liegen während des Verschweissvorgangs auf

• einem Konta^kfiieramboss geeigneter Konxigüravion auf.

Aufgrund der Zuordnung der Kontaktfinger zum Kontaktrahmen tritt eine seitliche Verschiebung von einseinen oder mehreren Kontaktflrgern auf, die wegen der Verformung der Kontaktfinger während des Schweissvorgangs eine längs verlaufende Spannung in die Kontaktfinger einführt. Diese Spannung reicht aus, um die Kontaktfinger in Richtung des geringsten Widerstandes merklich zu verbiegen. Dabei ist vorgesehen, dass sich ein Abstand zwischen den Kanten des Halbleiterplättchens und den Kontaktfingern ausbildet, der einen elektrischen Kurzschluss in diesem Bereich verhindern soll.

Der Kontaktrahmen wird aus Aluminium oder Kupfer hergestellt

und besitzt eine Bruchfestigkeit von ungefähr 700 kg/cm bis

p .. ρ

ungefähr 1700 kg/cm bei einer Dicke von ungefähr 2,54- χ 10 mm bis etwa 1,2 2: 10"¹IBm, wobei eine Dicke von etwa 5 x 10 mm bevorzugt wird. Selbstverständlich können auch andere Metalle

- 4- - Verwendung

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Verwendung finden. Die exakte Konfiguration der Eontaktfinger kanr. duuren Stanzen oder ait 7T-Mf* chemischer Ätzverfahren in bekannter Weise hergestellt werden. Als vorteilhaft erweist eich die Verwendung eines Kontakt^treifens mit mehreren Kontaktrahmen, wobei die extreme Flexibilität eines selchen *kmtakt^treifens eine Lagerung Ia aufgerollten Zustand möglich macht. Das vorgeschlagene Kontaktierverfahren umfasst die Verfahrensschritte des Ausrichtens des Halbleiterscheibchens auf die Spitsen der Kontaktfinger des Kontaktrahmens und das gleichseitige Zuführen eines Kontaktdruckes zusammen mit einer hochfrequenten Vibration an alle Kontaktbereiche in einem einzigen Schritt. Dabei findet vorteilhafterweise ein Kontaktstift Verwendung, dessen Auflagefläche genügend gross ist, um den grössten Teil des Halbleiterplättchene zu Oberdecken. Die Auflagefläche des Kontaktstiftes wirkt auf die Rückseite des HaIbleiterpllttcliens ein, wogegen der Kontaktieramboss derart angeordnet ist, dass auf ihm die Spitzen der Kontaktfinger aufliegen und das Halbleiterplättchen mit seiner Oberseite gegen den Kontaktieramboss schauend mit den Kontaktflächen auf den Spitzen der Xontaktfinger aufliegt. In dieser Lage wird die Schweissenergie durch da« Halbleiterpiattchen gleiohm&ssig auf alle Kontaktierbereiche übertragen, wobei sich günstigere Ergebnisse erzielen lassen als bei den herkömmlichen Kontaktierverfahren, bei denen die Schweiesenergie direkt dem Kontaktbereich zugeführt wird.

Um eine gleichmässige Übertragung der Vibrationsenergie von dem Kontaktierstift auf das Halbleitermaterial und durch dieses hindurch zu übertragen, erwies es sich als sehr zweckoässig, sowohl die Anlagefl&che des Kontaktierstiftes als auch die Rückseite des Halbleiterplättchens aufzurauhen. Auch das Vorhandensein einer Goldschicht oder einer Schicht eines anderen weichen Haterials auf der Rückseite des Halbleiterplättchens wurde als sehr unzweckmäesig angesehen und vermieden, da ein solches weiches Hetall die Übertragung der Schwingungsenergie ver-

- 5 - schlechtert

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schlechtert. Das Versnhweiss _x der integrierten Halbleiterplättchens mit den Kontaktzungen des ersten Kontaktrahmens wird vorzugsweise in einem Automaten vorgenoiamen, dem der Kontaktstreifen kontinuierlich zugeführt wl^-d. Der Kontaktstreifen, mit dem daran angöschweissten Halbieiterplättchen kann nach der Kontaktierung zur Lagerung oder aus Transportgründen wieder aufgewickelt werden, Durch die hierbei auftretende Krümmung ergibt sich eine weitere, auf die Kont&ktbereiche einwirkende Spannung, die in einem verhältnismassig hohen Prozentsatz ein Abreissen der Kontaktzungen von den Kontaktflächen insbesondere biegen der Dicke der Kontaktfinger bewirkt.

Bei dem vorgeschlagenen Kontaktierverfahren wird sodann ein zweiter Kontaktstreifen vorgesehen, der gegenüber dem ersten Kontaktstreifen kräftiger und dicker ausgebildet ist und eine Vielzahl nach innen gerichteter Kontaktfinger besitzt. Diese Kontaktfinger dienen als Durchführungsleitung bei der Kapselung des Halbleiterelementes und sind derart ausgebildet, dass sie auf eine Kontaktzunge des ersten Kontaktrahmens ausgerichtet werden können. Dieser zweite Kontaktrahmen kann aus Konvar, Nickel, Kupfer, Stahl oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein und ist vorzugsweise auch in einem Kontaktstreifen mit mehreren in gleichen Abständen nebeneinander angeordneten Kontaktrahmen vorgesehen. Die Dicke des

^Teiten Kontaktrahmens beträgt in der Regel etwa 1,5 ι 10" mm bis etwa 3 x 10 mm bei einer Zugfestigkeit von zumindest etwa 2100 kg/cm².

Bei der Hontage wird der zweite Kontaktrahmen auf den ersten Kontaktrahmen derart ausgerichtet, dass die entsprechenden Kontaktzungen auf die zugehörigen Kontaktfinger ausgerichtet sind. In dieser Lage werden die Kontaktfinger mit den Kontaktzungen verschwelest oder in einer anderen Weise verbunden. Die Verschwelssung der beiden Kontaktrahmen miteinander bereitet im wesentlichen keine Schwierigkeiten.

- 6 - Beim

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Verschweissen der Kontaktzungen ait den Kontaktflächen d. ^ T¹JtL'üleiterplättChens wird, wi< bereits erwähnt, der vorz preise aus ^stahl bestehende Kontaktstift auf die Rückseite ds.-_ Jalbleiterplättchens aufgesetzt. Die Anlagefläche des Kontaktstiftes ist vorzugsweise der Form des Halbleiterplättchens entsprechend rechtwinklig. Wenn der Kontaktstift in Vibration versetzt wird, ist es nicht zu vermeiden, dass zwischen dem Kontaktstift und dem Halbleiterplättchen ein gewisses Schlupf auftritt, der die Ursache dafür ist, dass für eine gute Kontaktverbindung der Schweissdruck und die Hochfrequenzvibration länger- einwirken nüssen als dies bsim Fehlen eines Schlupfes der Fell ware. Dieser Schlupf, d.h. die geringere mechanische Kopplung zwischen dem Kontaktstift und dem Halbleiterplattchen ist eine Folge des Siliciumstaubs, der sich auf der Rückseite des Halbleiterplättchens befindet und aufgrund seiner ESrnigkeit einen Kugellagereffekt bewirkt. Der Schlupf zwischen dem Kontaktierstift und dem Halbleiterplättchen kann auch el^ne Erwärmung des Halbleiterplättchens hervorrufen, wobei es in einzelnen Fällen nicht auszuschliessen ist, dass dieses durch den Wärmeeinfluss beschädigt oder zerstört wird. Eine weitere Notwendigkeit ist, dass die rechteckige Auflagefläche des Kontaktierstiftes genau auf das rechteckige Halbleiterplättchen ausgerichtet sein muss, wobei die seitlichen Kanten zueinander parallel verlaufen, um ein Absplittern der Kanten des Halbleiterplättchens zu vermeiden. Entsprechend darf auch die Auflagefläche nicht zu gross bzw. zu klein im Vergleich zur Grosse des Halbleiterplättchens sein, so dass mehrere Kontaktierstifte vorhanden sein müssen, die entsprechend der (xrSsse der Halbleiterplättchen ausgewechselt werden. Bei der bekannten Kontaktiereinrichtung sind ferner die Kanten des Kontaktieramboss, die mit den Kontakt zungen in Berührung kommen, unter einem Winkel von 4-5° zur Seitenfläche des Kontaktieramboss gezahnt, wobei die Zähne etwa 0,017 ■» hoch und etwa 0,05 mm voneinander entfernt sind. Die Spitze der Zähne ist ungefähr 0,005 mm breit, so dass sie durch die Kontakt-

- 7 - zungen

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zungen hiniurchscnneiden können und einen Kurzschluss ex zeugen bzw. die Kontakt zungen erheblich, schwächen. In der Sat wurde festgestellt, dass ein derart ausgebildeter Kontaktieramboss die Kontaktzuagen im Kantenbereich, teilweise durchschneidet und diese Stella dar Kontakt zunge besondere toch gefahr«? 3t ist. Schliesslich muss auch festgestellt werden, dass ein im Arbeitsbereich alt Zähnen versehener Kontaktieramboss verhältnismassig teuer in der Herstellung ist·

Per Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorausstehend erörterten flacht eile bei einer Yorrichtuag sum Keütaktisres. von Klkroschaltelementen, vorzugsweise integrierten Halbleiterplättchen, zu überwinden.

Diese Auf gate wird, ausgehend von der eingangs erwähnten Torrichtung, arfindungsgeaäss dadurch gelöst, dass die Auflagefläche des Kontaktleramboßs durch Daaptaonen oberflachenbearbeitet 1st, und dass der Kontaktierstift beim Aufbringen des Kontaktierdruckes mit einer transversalen Vibration beaufschlagbar ist. Nach einem weiteren Merkmal der Neuerung ist vorgesehen, dass seine auf dem Rikroschaltelement aufliegende Endfläche mit einem verhältnismaeslg weichen Material versehen ist, das vorzugsweise aus Kupfer besteht.

Weitere Ausgestaltungen der Neuerung sind Q-egenstand von. weiteren Unteransprüchen.

- 8 - Eine

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Eine nach den Merkmalen der Erfindung ausgeführte Kontaktiervorrichtung besitzt in vorteilhafter Weise einen Kontaktierst-ift aus Btahl, dessen Auflagefläche mit einer Kupferschicht übersogen ist. Diese Kupferschicht verhindert einen Schlupf zwischen de» Kontaktierstift und dem Halbleiterplättchen, da der auf der Rückseite des Halbleiterplättchens vorhandene Siliciumetaub sich in das verhältnismässig weiche Kupfer einbettet und die einzelnen Staubkönichen den bereits erwähnten Kugellager^effekt nicht mehr ausläsen können. Ein in seiner Gesamtheit aus Kupfer hergestellter Kontafctierstift ist unzweckmässig, da er die Hochfrequenzvibration nicht infolge einer Eigenverbiegung in der (gewünschten Weise dem Halbleiterplättchen zuführt. Für den Fall, dass eine spezielle Ausrichtung auf dme Halbleiterplättchen nicht erforderlich ist, kann der Kontaktierstift zylindrisch ausgebildet sein. Ein solcher zylindrischer Kentaktierstift kann für mehrere Grossen von Halbleiterplättchen Verwendung finden. Der Kupferüberzug auf dem aus Stahl hergestellten Kontaktierstift liegt bei einer in Einsatz erfolgreichen Kontaktiervorrichtung mit einem rechteckigen Kontaktierstift in der Grössenordnung von 1,25 um. Kit dem Kontaktierstift arbeitet ein Kontaktieramboss zusammen, der nicht gezahnt ist, und dessen Zentr\xüsbereich eine Ausnehmung mit einer Tiefe von einigen Tausendstel Millimeter aufweist. Bei einem solchen Kontaktieramboss liegt das Halbleiterscheibchen nur längs einer dem Umfang verlaufenden Fläche auf. Diese Fläche ist nur geringfügig breiter als die Breite der Kontaktierflächen auf dem Halbleiterplättchen und ist durch

- 9 - Dampfhonen

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Dampfhonen oberflächenbearbeitet. Durch das Dampfhonen werden die Eontaktbereiche aufgerauht, so dass sich die Reibung zwischen dem Kontaktieramboss und den Kontaktzungen erhöht und die Spitzen der Kontaktzungen stationär festgehalten werden, obwohl das Halbleiterplättchen und die Kontaktflächen während des Schweissvorgangs vibrieren. Die Oberflächenbearbeitung durch Dampfhonen bewirkt, dass die an der einzelnen Eontaktzunge anliegende Fläche erheblich grosser ist als bei den vorgeschlagenen Kontaktieramboss mit einer gezahnten Oberfläche. Dadurch wird erreicht, dass die Verechweissung der Kontaktzungen alt den Kontaktflächen ohne ein Einschneiden oder Schwächen der Kontaktzungen erfolgt, wenn die Kontaktierung entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren ausgeführt wird. Die Oberflächenbearbeitung durch Dampfhonen bewirkt auch, dass die Kanten des Kontakt!eramboss leicht abgerundet werden, so dass auch die aui* den Kontaktisraabcss aufgedrückten Teile der Kontaktzunge der Rundung der Kante folgend verbogen werden und keine Kerbwirkung an einer scharfen Kante entsteht. Ein Vorteil des geaäss der Neuerung ausgeführten Kontaktierambcss besteht auch darin, dass seine Herstellungskosten auf etwa ein Sechstel gegenüber einem gezahnten Amboss zurückgehen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Neuerung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Ansprüche und der Zeichnung hervor. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines integrierten Halbleitarplättchens mit darauf vorgesehenen Kontaktflächen;

Fig., 2 eine Draufsicht auf einen Kontaktstreifen;

Fig. 3 eine vergrSsserte Seitenansicht einer Kontaktiervorrichtung nach dem bekannten Stand der Technik,

_ 10 - mit

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mit der alle Kontaktzungen gleichzeitig an den Kontaktflachen des Halbleiterplättchens befestigt werden können;

Fig. 4 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Eontaktrahmen mit einem daran befestigten Halbleiterplättchen}

Fig. 5 eine auseinandergezogene Ansicht, welche einen Kontak -tierstift, ein Halbleiterplättchen, einen Kontaktrahmen und einen Kontaktieramboss darstellt;

Fig. 6 eine vergrosserte Draufsicht auf einen Kontaktieramboss ;

Fig. 7 eine vergrösserte Seitenansicht der KontaKtiervorrichtung gemäss der Neuerung in einer Arbeitsposition, in welcher die Kontaktflächen des Halbleiterpiättchens mit den Spitzen der Kontaktzungen verschwelest werden.

In Fig. 1 ist ein Halbleiterplättchen 10 dargestellt, das mit acht Kontaktflächen 12 versehen ist. Diese Kontaktflächen können aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Metall bestehen und ragen etwa 1/um über die sie umgebende Oberfläche des Halbleiterplättchens hinaus. Diese Kontaktflächen sind derart hergestellt, dass ihre Oberflächen koplanar zueinander liegen, wodurch die Zuverlässigkeit der Kontaktverbindung wesentlich verbessert wird. Das Halbleiterplättchen ist ohne die übrigen integrierten Schaltungsteile dargestellt und kann abweichend von der Darstellung sowohl weniger biz auch mehr Kontaktflächen aufweisen.

In Fig. 2 ist ein Teil eines Kontairbstreifens dargestellt, wie er für die Kontaktierung von Halblciterplättchen Verwendung findet. Der Kontaktstreifen 14 besitzt eine Vielzahl von iden-

- 11 - tisch

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tisch ausgeführten Kontaktrahmen 16. Der Kontaktstreifen kann zum Befestigen des HaTbIeiterplättchens an den Kontaktzungen 18 der einzelnen Rahmen von einer Holle abgerollt und nach der Kontaktierung wieder aufgerollt werden. Dieser Vorgang kann halbautomatisch oder vollautomatisch ablaufen. Der aufgerollte Kontaktstreifen kann sodann einer weiteren Maschine zugeführt werden, um den zweiten Kontaktrahmen mit den Eontaktzungen in einem weiteren Verfahrens schritt zu verbinden. Jeder Kontaktrahmen 16 besitzt eine Vielzahl von nach innen verlaufenden Kontaktzungen 18, die mit Spitzen 19 versehen sind. Die Anzahl der Kontaktzungen entspricht der Anzahl der Kontaktflächen des zu kontaktierenden Halbleiterplättchene. An dem Kontaktstreifen sind Positionierungslöcher 20 vorgeae-• hen, ait denen der jeweilige Kontaktrahmen 16 während de· Kon-

< taktier-vorganges ausrichtbsr ist. Ferner sind Schlitze 22 im

Kontaktstreifen vorgesahen, um dafür zu sorgen, dass die Steifigkeit über die gesamte Länge des Kontaktstreifens ν alt gehend gleichförmig und dieser leichter aufzurollen ist.

Die dem Stand der Technik entsprechende Kontaktiervorrichtung gemftss Fig. 3 seigt einen auf einem Kontaktieramboes 24 angeordneten KontakSrahmen 16. Ein HaTbIeiterpltttchen Io int über den Spitzen 19 der Kontaktzungen 18 so angeordnet, dass dlo Kontaktflächen 12 auf den Spitzen 19 zu liegen kommen. Dabei liegt das Halbleiterplättchen 10 mit seiner Oberseite» gemäss Fig. 1 zu unterst. Ein Kontaktierstift 26 mit einem rechteckigen Querschnitt, wobei die Seitenflächen auf die Kanten des Halbleiterplättchens ausgerichtet sind, wird dazu benutzt, um im mittleren Bereich des Halbleiterplättchens angreifend dieses nach unten zu drücken. Der Kontaktierstift 26 vibriert mit einer Frequenz von ungefähr 60 000 He, wobei er eine Auslenkung von ungefähr 2,5 x 10~*mm erfährt. Diese Vibrationsschwingung wird von einer Vibrationsstufe 28 aus aufgebracht. Das Halbleiterplättchen 10 bewegt sich von aem vorausstehend erwähnten Schlupf abgesehen zusammen mit dem

• - 12 - Kontaktierstift

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Kontaktierstift 26. Die Oberfläche des Kontaktieramboss 24 isL mit einer Zähnung 50 ver.?eh&3., die verhindert, dass sich die Spitzen 19 der Kontaktaix&gen 18 verschieben können. Dar aufgebrachte und »wischen den Kontaktflächen 12 sowie ^Λ.βη Spitzen 19 wirksame Druck bewirkt, dass sich aufgrund der duTbh die Vibration hervorgerufenen Eel at i wer Schiebung der beiden Teile Wärme ausbildet, die die Spitzen 19 mit den Kontaktflächen 12 verschweisst. Bei diesem Schwel ss vor gang werden die Spitzen 19 flachgedrückt, wodurch sie sich etwas in ihrer Längsrichtung auedehnen· Dies hat zur Folge, dass die Kontaktzungen 18, wie in Fig. 3 dargestellt, nach unten gebogen werden, da der äussere Rand des Kontaktrahmens eine Verschiebung der Kontaktzungen nach aus sen nicht zulässt. Obwohl die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung zum Kontaktieren von Halbleiterplättchen mit gutem Erfolg einsetzbar ist, zeigt sich ein nachteiliger Effekt in Form eines Schlupfes zwischen dem Kontaktierstift 26 und dem Halbleiterplättchen 10, so dass die von dem Kontaktierstift zugeführte Vibrationebewegung nicht vollständig auf das Halbleiterplättchen 10 übertragen wird. Dieser Schlupf wird von dem Siliciumstaub auf der Bückseite des Halbleiterplättchens ausgelöst, da die Staubkörnchen wie winzige Kugeln wirken, die zwischen dem Kontaktieretift 26 und dem Halbleiterplättchen liegen. Dieser Effekt wird auch als Kugellager effekt bezeichnet. Ferner erweist sich die Zahnung 30 auf der Oberfläche des Kontakt ierambofcs als nicht sehr vorteilhaft, da insbesondere die aussen liegenden Zähne teilweise die Spitzen 19 der Kontaktzungen 18 durchstossen und die Ursache dafür sein können, dass die Kontaktzungen 18 mit der Kontaktfläche 12 nicht richtig verbunden werden bzw. die Spitze der Kontaktzunge soweit schwächt, dass sie bei einer späteren Handhabung abbrechen kann. Es wurde auch für das für die Kontaktzungen verwendete Material eine !Teigung zum Hängenbleiben der Spitzen 19 in der Zahnung 30 festgestellt, so dass das Halbleiterplättchen 10 aufgrund der in der Zahnung hängenden Spitzen 19 nur

- 13 - schwer

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schwer vom Kontaktler«mbos3 aogenommen werden kann. Ferner wird auch durch das Zusammendrücken der Spitzen der Kontaktzungen an der Längskante des Kontakt!eramboss 24 eins iCerbwirkung verursacht, indem sich die Kante ίΛ das Materitil der Kontaktzunge eindrückt.

In den Fig. 5» 6 und 7 ist eine Kontaktiervorrichtung gemäss der Neuerung dargestellt, die einen Kontaktierstift 36 mit einem zylindrischen Schaft 38 aufweist, der an seiner Auflagefläche mit einem weichen Metall 40, z.B. Kupfer, überzogen ist. Der Schaft 38 besteht aus Stahl und ist sehr- starr, so dass die von der Vibrationsstufe 28 aus angelegte Schwingung gut zum Kupferübarzug 40 übertragen wird. Dieser Kupferüberzug 40 unterdrückt den Schlupf, so dass die Schwingungsenergie mit keinem oder nur sehr geringen Schlupf auf das Halbleiterplättchen 10 übertragen werden kann. Dieser Kupferüberzug 40 ist ausreichend weich, damit der auf der Rückseite des Halb-* leiterplättchens befindliche Siliciumstaüb in diesen eingedrückt werden kann und der Kugellagereffekt nicht mehr auftritt. Die zylindrische Ausführung des Kontaktierstiftes 36 macht es nur noch notwendig, den Kontaktierstift auf das Zentrum des Halbleiterplättchens auszurichten, wobei ein Ausrichten auf die Richtung des Kantenverlaufs der Halbleiterplättchen automatisch entfällt. Durch die zylindrische Form des Xontaktierstiftes kann dieser auch für Halbleiterplättchen terschiedlicher GrSsse verwendet werden.

Aus den Fig. 5» 6 und 7 geht auch hervor, dass die Oberfläche 42 des Kontaktieramboss 44 keine Zahnung aufweist. Die Oberfläche 42 ist vielmehr durch Dampfhonen bearbeitet, wodurch sie leicht aufgerauht wird. Bei der Bearbeitung nach diesem Verfahren werden feinste Teilchen eines Schleifmaterials mit Dampfdruck gegen die Oberfläche 42 geblasen, so dass diese eine nahezu gleichmässige Rauhigkeit bekommt, wobei sich keine scharfen Spitzen oder Kanten ausbilden und die Höhenunterschiede in

- 14 - der

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der Oberflache wesentlich kleiner sind als bei einer Zahnung. Bi." -^Jiv3ea Vorgang wird die Aussei: :ante 48 der Oberfläche des E\ rfctieramboss auch leicht abgerundet, Palis es wünschensw?/> erscheint, kann im Zentrumsbereich der Oberfläche des Kontaktieramboss geaäss den Fig. 6 und 7 eine Ausnehmung bzw. Vertiefung 46 vorgesehen werden, die z.B. durch Kathodenerosion hergestellt wird. Auf diese Weise bleibt als Auflageoberfläche nur ein Randbereich 42 übrig, der von den Eckbereichen abgesehen nahezu gleiche Breite aufweist. Diese Breite wird entsprechend den Abmessungen der Kontaktflächen des HaIbieiterplätüchöüä ausgebildet. Aufgrund dsr fehlenden Z-ahnung in der Oberfläche des Kontaktieramboss werden die Spitzen 19 der Eontaktzungen 13 wieder durchstochen, noch entsteht die Kerbwirkung längs der Aussenkante des Eontaktieramboss, so d&es die Spitzen im wesentlichen nur in der gewünschten Weise plattgedrückt werden. Die durch Dampfhonen oberflächenbearbeitete Fläche verhindert, dass sich die Spitzen 19 gegenüber dem Kontaktieramboss 44 verschieben, was zu einer besseren Schweissverbindung führt und die Ausbeute bei der Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung gegenüber der Ausbeute bei der Verwendung der bekannten Vorrichtung erheblich verbessert. Durch die Vertiefung 46 in der Oberfläche 42 des Kontaktieramboss wird auch eine Konzentration des aufgebrachten Druckes und der zugeführten Vibrationsbewegung im Randstreifen des Kontaktieramboss bewirkt, so dass insgesamt ein geringerer Arbeitsdruck als bei den bekannten Vorrichtungen erforderlich ist.

Der Kontaktierstift 36 ist wegen der zylindrischen Ausführung verhältnismässig billig herzustellen und nützt sich in der Praxis kaum ab, da lediglich der Kupferüberzug 40 einer Abnützung unterliegt. Dieser Kup^rüberzug kann jedoch mit sehr geringen Koeten erneut auf den Schaft J8 aufgebracht werden. Da der Kontaktieramboss aus einem sehr harten Material bestehen

- 15 - muss

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muss, ist das Anbringen einer Zähnung 30 sehr aufwendig und teuer. Der KontaJctieramboss gemäss der Erfindung beläuft sich durch d-& Oberflächenbehandlung mittels Dampfhonen auf etwa ein Sechstel der Kosten für einen Kontakt! arambosF nach dem beirannten Verfahren gemäes Fig. 3. Wenn bei dem bekannten Kontakwieramboss die Zahnung 30 abgenützt 1st, muss der Kentaktieraasboss aus dem (rebrauch gezogen werden. Demgegenüber kann der Kontaktier amboss 44- gemäss der Neuerung wesentlich länger benutsst werden, da die Oberfläche sehr einfach neu bearbeitet werden kann. Bei der Herstellung von integrierton Schaltkreisen werden baksnstsrweiss eine Tieisahl ssleker Kontaktierungen an Halbleiterplftttchen notwendig· Diese Kon-] taktierungen können mit Hilfe der Vorrichtung gem&se der

Neuerung > und dem damit durchführbaren Verfahren automatisch oder halbautomatisch in einer solchen Qualität ausgeführt werden, dass sich die Kosten gegenüber ä*n bisherigen Verfahren um ein Erhebliches verringerjc.»

_ 16 - Schutzansprüche

Claims (1)

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   Schutzansprüche

   1. Vorrichtung zum Eontaktieren von Mikroschalt element en, vorzugsweise integrierten Halbleiterplättchen, mit einem Eontaktieramboss und einem Eontaktierstift, der zum Eontaktieren auf die Spitzen der Eontaktzungen eines Eontaktrahmens einwirkt und diese mit den Kontaktflächen des auf dem Eontaktieramboss liegenden Mikroschaltelementes unter Einwirkung einer Vibration verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche des Eontaktieramboss (Vi-) durch Dampfhonen oberflächenbearbeitet ist, und dass der Eontaktierstift (36) beim Aufbringen des Eontaktierdruckes mit einer transversalen Vibration beaufschlagbar ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eontaktierstift (36) auf seiner auf dem Mikrοsehaltelement aufliegenden Endfläche mit einem verhältnismässig weichen Material versehen ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das verhältnismässig weiche Material Eupfer ist.

   4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eontaktiaramboss (44) im Mittelbereich mit einer Vertiefung (46) versehen ist.

   H142P/G-441/2

   Vorrichtung nach einsa oder mehreren der Ansprüche i bis 4, dadurch fekennzsichnet, dues die Oberflache des Kontaktiersjsboss rechteckig ausgebildet ifct
   und »it eines zylindrischen Kontaktierstift ^

   6. ^vorrich"cung nach einem oder aahreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft des Kontaktierstiftes aus Stahl besteht.