CH654142A5

CH654142A5 - Verfahren zur herstellung einer drahtverbindung.

Info

Publication number: CH654142A5
Application number: CH6815/81A
Authority: CH
Inventors: De Pas Hermanus Antonius Van; Johannes Bernardus Pet Janssen; Wilhelmus Jan Jacob Lorenz
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1981-10-26
Publication date: 1986-01-31
Also published as: DD205294A5; DE3141842C2; GB2086297A; BR8106902A; ES8301390A1; GB2086297B; NL8005922A; KR890000585B1; PL233586A1; MY8500623A; JPS57102036A; DE3141842A1; BE890887A; ES506580A0; HK40885A; JPS5916409B2; AU546818B2; FR2493044A1; SG21984G; IT1139570B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstellt auf einer elektronischen Mikroschaltung und einem Anschlussleiter, mit einem Draht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, der durch eine Kapillare geführt wird, bei dem am Ende des Drahtes eine Kugel mit Hilfe einer Funkenentladung zwischen dem Draht und der Elektrode gebildet wird, wobei diese Funkenentladung in einer schützenden Gasatmosphäre stattfindet und danach der Draht mit Hilfe der Kapillare mit einer Kontaktstelle auf der elektronischen Mikroschaltung Verbunden wird, wonach eine Anschliessung mit dem Anschlussleiter folgt.

Zur Herstellung einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstelle auf z.B. einem Halbleiterkörper und einem elektrischen Leiter hat es sich als günstig erwiesen, vor Befestigung des Drahtes an dem Halbleiterkörper eine Kugelverbindung («ball bond») zu verwenden. Die Kugel kann mit Hilfe eines Ultraschallwerkzeuges oder mittels einer Wärme-Druckverbindung, oder gegebenenfalls mit einer Kombination dieser beiden Möglichkeiten an der Kontaktstelle befestigt werden. Bei einem aus Gold bestehenden Draht kann die Kugel vorzugsweise mit Hilfe einer elektrischen Funkenentladung gebildet werden. Die Bildung einer Kugel an einem Draht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegxerung bereitet jedoch Schwierigkeiten.

Es wurde bereits vorgeschlagen, mit Hilfe einer elektrischen Funkenentladung eine Kugel am Ende eines Aluminiumdrahtes dadurch zu bilden, dass bei einem Spanriungsunterschied zwischen dem Draht und der Elektrode von weniger als 200 V in einer schützenden Gasatmosphäre der Draht und die Elektrode kurzzeitig miteinander in Berührung gebracht werden. Dabei schmilzt das Ende des Drahtes und die Berührung wird unterbrochen, was zur Folge hat, dass eine Funkenentladung stattfindet, die zu der Bildung der Kugel führt. Das Schutzgas dient dazu, zu verhindern, dass bei der Bildung der Kugel Oxydationserscheinungen auftreten. Dieses Verfahren zur Anbringung der Kugel, bei dem Berührung zwischen dem Draht und der Elektrode erforderlich ist, ist für Massenherstellung umständlich. Weiter tritt eine ausserordentlich starke Abnutzung der Elektrode auf, die deshalb oft ersetzt werden muss.

Weiter wurde vorgeschlagen, bei einem Spannungsunterschied von 350 V bis 10 000 V das Drahtende und die Elektrode in einen geringen Abstand voneinander zu bringen, um eine Funkenentladung zu erhalten, wobei der ohmsche Widerstand in dem Entladungsstromkreis derart gewählt wird, dass der Spitzenwert der Stromdichte in dem Drahtquerschnitt 1,2 . 109 A/m2 bis 13,5 . 109 A/m2 beträgt. Es ist jedoch zu bevorzugen, dass die Funkenentladung bei einer niedrigeren Spannung stattfindet. Ausserdem muss bei diesem bekannten Verfahren ein sehr geringer Abstand (etwa 0,125 mm) zwischen dem Drahtende und der Elektrode ziemlich genau eingestellt werden. Bei der Massenherstellung will man aber vorzugsweise nicht von einer genauen Einstellung abhängig sein und weiter wird der Abstand zwischen dem Drahtende und der Elektrode vorzugsweise erheblich grösser als bei dem bekannten Verfahren gewählt.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren eingangs genannter Art zu schaffen, bei dem eine Funkenentladung bei Anwendung eines verhältnismässig kleinen Spannungsunterschiedes zwischen dem Drahtende und der Elektrode erhaltenwird und bei dem der gegenseitige Abstand zwischen Drahtende und Elektrode verhältnismässig gross sein kann und nicht genau eingestellt zu werden braucht. Dazu wird nach der Erfindung eine elektrische Funkenentladung zwischen zwei Hilfselektroden hervorgerufen, wobei durch Ionisierung des Schutzgases ein Plasma erzeugt wird, während durch den niedrigen Widerstand im Plasma eine elektrische Funkenentladung zwischen der Elektrode und dem Draht bei einer Spannung zwischen 25 V und 200 V hervorgerufen wird, wobei durch diese Funkenentladung eine Kugel am Ende des Drahtes gebildet wird.

Die Entladung zwischen den Hilfselektroden, zwischen denen ein ziemlich grosser Spannungsunterschied erzeugt werden darf, erzeugt ein Plasma im Schutzgas. Der Widerstand im Plasma ist sehr niedrid gegenüber dem Widerstand in dem un-ionisierten Gas." Dadurch wird bei einem verhältnismässig kleinen Spannungsunterschied zwischen der Elektrode und dem Draht eine Funkenentladung erhalten, durch die die Kugel an dem Draht gebildet wird. Der Abstand zwischen Elektrode und Drahtende ist dabei nicht kritisch; wenn der Widerstand des Gases genügend niedrig geworden ist, wird die kugelbildende Funkenentladung automatisch stattfinden.

Durch dieses für die Massenherstellung geeignete Verfahren wird an einem Draht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eine Kugel mit einer gut reproduzierbaren Grösse gebildet. Diese Grösse ist von dem Spannungsunterschied zwischen der Elektrode und dem Draht und von der elektrischen Ladung abhängig; es hat sich herausgestellt, dass zum Erhalten einer günstigen Form der Kugel der Spannungsunterschied vorzugsweise kleiner als 200 V sein muss.

Bei einer günstigen Ausführungsform eines Verfahrens nach der Erfindung wird das Plasma durch eine Funkenentladung mit Hilfe einer Spule erzeugt, wobei die Spannung zwischen den Hilfselektroden in der Grössenordnung von 10 000 - 20 000 V liegt. Dann sind zur Erzeugung des Plasmas in dem Schutzgas nur einfache Mittel erforderlich.

Es ist zu bevorzugen, dass die Funkenentladung zwischen der Elektrode und dem Draht durch Entladung eines elektrischen Kondensators bei einer Spannung von 50 - 100 V erhalten wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach

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der Erfindung wird während der Bildung der Kugel der Abstand zwischen der Elektrode und dem Ende des Drahtes auf einem Wert in der Grössenordnung von 2 mm gehalten. Der Abstand kann zwar grösser oder kleiner gewählt werden, aber der Abstand von etwa 2 mm hat sich sowohl für die Massenherstellung als auch zum Erhalten einer günstigen Kugelform als besonders geeignet erwiesen.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Anbringen der Drahtverbindung,

Fig. 2 bis 4 im Längsschnitt, in Draufsicht bzw. in Vorderansicht ein Gerät, in dem die Kugel an dem Draht gebildet wird.

Fig. 5 eine elektrische Schaltung zum Erhalten der Funkenentladung, und

Fig. 6 bis 8 das Verfahren zum Verbinden des Drahtes mit der elektronischen Mikroschaltung bzw. mit einem Stromleiter.

In Fig. 1 ist ein Ultraschallgenerator 1 dargestellt, der um eine Welle 2 schwenkbar ist, die in eine Stütze 3 aufgenommen ist. Der Schweissarm 4 des Generators 1 ist mit einer Kapillare 5 versehen, durch die ein Draht 6 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung geführt ist. Am Ende des Drahtes 6 muss eine Kugel gebildet werden. Der Draht ist dazu in einen Schlitz 7 einer Funkeneinheit 8 geführt (siehe auch Fig. 2, 3 und 4). Der Körper der Funkeneinheit besteht aus einem Isoliermaterial, z.B. einem Kunststoff. In dem Schlitz 7 endet eine Bohrung 9, durch die ein Schutzgas, z.B. Argon, über einen Schlauch 10 eingeführt wird. In die Funkeneinheit 8 sind eine Elektrode 11 sowie zwei Hilfselektroden 12 und 13 eingenommen. Der Abstand zwischen den Enden der Hilfselektroden ist vorzugsweise etwa 2 mm. Auch der Abstand zwischen der Elektrode 11 und dem Ende des Drahtes 6 ist etwa 2 mm. Die Funkeneinheit ist um eine Welle 19 schwenkbar und kann somit zu der Kapillare 5 hin und auch von der Kapillare fort gedreht werden.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 enthält weiter einen Träger 14, auf dem ein Schlitten 15 angeordnet ist. Auf dem Schlitten 15 kann ein Leitergitter angebracht werden. Auf einem Trägerteil 16 des Leitergitters befindet sich ein Halbleiterbauelement 17, das mit Kontaktstellen zum Anbringen eines elektrisch leitenden Drahtes versehen ist. Der Draht wird von einer Kontaktstelle der Halbleiteranordnung 17 zu einem Leiter 18 des Leitergitters geführt.

Die Bildung einer Kugel an dem Draht 6 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wird anhand der Fig. 2 bis 5 näher erläutert. Das Ende des Drahtes 6 wird in den Schlitz 7 der Funkeneinheit 8 eingeführt. In den Schlitz wird ein Schutzgas, wie Argon, über die Bohrung 9 eingeführt; vorzugsweise findet die Gaszufuhr nur kurzzeitig statt, und zwar nur während der Bildung der Kugel. Zwischen den Hilfselektroden 12 und 13 wird nun ein Spannungsunterschied, vorzugsweise von 10 000 bis 20 000 V, mit Hilfe einer Spule erzeugt, wodurch eine Funkenentladung stattfindet. Diese Funkenentladung erzeugt ein Plasma im schützenden Argongas. In diesem Gas nimmt dadurch der elektrische Widerstand auf einen sehr niedrigen Wert ab. Zwischen der Elektrode 11 und dem Ende des Drahtes 6 wird ein Spannungsunterschied von 200 V oder weniger, vorzugsweise von etwa 70 V, aufrechterhalten.

Infolge des niedrigen Wertes des elektrischen Widerstandes im Plasma kann eine Funkenentladung zwischen der Elektrode 11 und dem Ende des Drahtes 6 trotz der Tatsache stattfinden, dass der Abstand zwischen Elektrode und Drahtende verhältnismässig gross, z.B. 2 mm, sein kann. Durch die Funkenentla-5 dung wird am Ende des Drahtes eine Kugel gebildet, deren Grösse sehr genau reproduzierbar ist.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Schaltung zum Erzeugen eines Funkens zur Bildung einer Kugel an dem Aluminiumdraht. Ein von einem nichtdargestellten monostabilen Multivibrator her-lo rührender Impuls 20 bringt die Basis eines Transistors 21 auf eine genügend hohe Spannung, um zu bewirken, dass Strom durch den Transistor fliesst. Infolge dieses Stromes wird die Basis eines Transistors 22 auf eine derartige Spannung gebracht, dass auch durch den Transistor 22 Strom fliesst. Der 15 Strom durch den Transistor 22 ist genügend gross, um einen Hochspannungstransistor 23 zu steuern; dabei fliesst Strom durch den Primärzweig 24 einer Spule 26. Am Ende des kurzen Impulses 20 sperren nacheinander die Transistoren 21, 22 und 23 und nimmt der Strom im Primärzweig 24 der Spule plötzlich 20 auf einen Wert Null ab. Durch Induktionswirkung wird nun im • Sekundärzweig 25 der Spule eine hohe Spannung, z.B. 20 000 V, erzeugt. Dadurch wird die elektrische Funkenentladung zwischen den Elektroden 12 und 13 erhalten und wird ein Plasma im schützenden Argongas erzeugt.

25 Zwischen dem Draht 6 und der Elektrode 11 ist ein elektrischer Kondensator 27 eingeschaltet; der Kondensator steht mit einer Spannungsquelle in Verbindung und ist demzufolge aufgeladen. Infolge des niedrigen Widerstandes im Plasma wird sich der Kondensator 27 unter der Bildung eines Funkens zwischen 30 der Elektrode 11 und dem Ende des Drahtes 6 entladen. Dabei wird an dem Draht die Kugel gebildet.

Die Spannung über dem Kondensator 27 und die Kapazität dieses Kondensators können in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Drahtes, an dem die Kugel gebildet wird, gewählt 35 werden. Es hat sich z.B. als sehr günstig erwiesen, bei einem Draht mit einem Durchmesser von 200 um einen Kondensator von 500 |iF bei einer Spannung von 70 V zu verwenden. Bei einem Draht mit einem Durchmesser von 40 |im wurde eine günstige Kugelform durch Entladung eines Kondensators von 15 40 |xF, der bei einer Spannung von 70 V aufgeladen war, erhalten.

In den Fig. 6 bis 8 wird das Verfahren zum Verbinden des Drahtes mit der elektronischen Mikroschaltung einerseits und einem Stromleiter andererseits dargestellt.

Auf dem auch in Fig. 1 gezeigten Schlitten 15 ist einLeiter-45 gitter mit einem Trägerteil 16 angeordnet, auf dem ein Halbleiterbauelement 17 befestigt ist. Ein Stromleiter ist mit der Bezugsziffer 18 bezeichnet. Die Kapillare 5 mit darin dem Draht 6, an dem eine Kugel gebildet ist, befindet sich über einer Kontaktstelle auf dem Halbleiterbauelement 17.

50 Die Kapillare wird z.B. dadurch, dass der Ultraschallgenerator 1 um die Welle 2 gedreht wird (Fig. 1), zu dem Halbleiterbauelement hin bewegt. Wenn die Kugel gegen die Kontaktstelle auf dem Halbleiterbauelement drückt, wird mit Hilfe von Ultraschallschwingungen eine Verbindung hergestellt (Fig. 7), wo-55 bei die Kugel zu einem platten Kopf geformt wird. Dann wird die Kapillare aufwärts bewegt und zu dem Stromleiter 18 verschoben. Dort wird der Draht zwischen dem Leiter 18 und der Unterseite der Kapillare festgeklemmt und mit Hilfe von Ultraschallenergie am Leiter 18 befestigt. Fig. 8 zeigt die endgültige 60 Drahtverbindung. Die Drahtverbindung mit dem Stromleiter 18 braucht nicht bedingt mit der Kapillare angebracht zu werden, doch kann sie in jeder gewünschten Weise geschehen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung einer Drahtverbindung zwischen einer Kontaktstelle auf einer elektronischen Mikroschaltung und einem Anschlussleiter, mit einem Draht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, der durch eine Kapillare geführt ist, wobei am Ende des Drahtes mit Hilfe einer Funkenentladung zwischen dem Draht und einer Elektrode eine Kugel gebildet wird, wobei diese Funkenentladung in einer schützenden Gasatmosphäre stattfindet, wonach der Draht mit Hilfe der Kapillare mit einer Kontaktstelle auf der elektronischen Mikro-schaltung verbunden wird, wonach eine Anschliessung mit dem Anschlussleiter folgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Funkenentladung zwischen zwei Hilfselektroden erzeugt wird, wobei durch Ionisierung des Schutzgases ein Plasma erzeugt wird, während durch den niedrigen Widerstand im Plasma eine elektrische Funkenentladung zwischen der Elektrode und dem Draht bei einer Spannung zwischen 25 V und 200 V erzeugt wird, wobei durch diese Funkenentladung am Ende des Drahtes eine Kugel gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasma durch eine Funkenentladung mit Hilfe einer Spule erzeugt wird, wobei die Spannung zwischen den Hilfselektroden in der Grössenordnung von 10 000 - 20 000 V liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkenentladung zwischen der Elektrode und dem Draht durch Entladung eines elektrischen Kondensators bei einer Spannung von 50 - 100 V erhalten wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Elektrode und dem Ende des Drahtes und der Abstand zwischen den Hilfselektroden während der Bildung der Kugel auf einem Wert in der Grössenordnung von 2 mm gehalten werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Schutzgas nur während der Bildung der Kugel stattfindet.