DD279980A1 - Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung, mit der Kontaktstellen mittels Ultraschallschweissen durch Drahtbruecken verbunden werden koennen, insbesondere die Fuehrung des Bonddrahtes. Erfindungsgemaess weist der den Bondkopf 2 tragende Zapfen 3 eine in Richtung des Ultraschallschwingers 35 angeordnete Laengsnut 4 auf, in die ein Fuehrungsrohr 5 eingelegt ist, dessen oberes Ende in der Naehe der Drehachse vertikal aus dem Flansch 6 und dessen unteres Ende im Bereich der Bondkopfbefestigung schraeg nach aussen aus dem Zapfen 3 austritt. Ueber dem oberen Ende des Fuehrungsrohres 5 ist ein nicht mit der Drehbewegung gekoppeltes Umlenkelement 24 fuer den Draht 40 angeordnet. Die ortsfeste Anordnung der Vorratsspule ermoeglicht den Einsatz aller praktisch ueblichen Spulentypen mit den dazu erforderlichen Halterungen und Hilfselementen fuer den Drahtabzug. Fig. 4

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung, mit der Kontaktstellen mittels Ultraschallschweißen durch Drahtbrücken verbunden werden können, beispielsweise Anschlußstellen auf Bauelementeträgern mit den Bondinseln von Halbleiterchips.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei den bekannten Vorrichtungen zur Ultraschall-Drahtkontaktierung wird in der Regel der Draht durch eine hinter der Schweißfläche einer Sonotrode angeordnete schräge Bohrung in Längsrichtung des Ultraschallschwingers zugeführt und geschweißt. Dieses übliche Arbeitsprinzip verlangt, daß vor der Ausführung jeder Drahtbrücke die Verbinduiigsrichtung ihrer zwei Anschlußstellen mit der Achsrichtung des Ultraschallschwingers in Übereinstimmung gebracht werden muß.

Dazu kann entweder die Bauteilaufnahme oder ein den Ultraschallschwinger enthaltender Bondkopf in die erforderliche Richtung eingestellt werden. Bei automatisch arbeitenden Vorrichtungen ist für bestimmte Anwendungsgebiete, z. B. für die Bearbeitung sogenannter Hybrid-Bauelemente die Realisierung durch Einstellen des Bondkopfes vorteilhaft. Bekannte Vorrichtungen dieser Art besitzen einen um eine vertikale, annähernd durch die Schweißfläche am Fuß der Sonotrode verlaufende Achse drehbaren Bondkopf, der in der Regel auch eine vertikale Hubbewegung ausführen kann. Alle bekannten Ausführungen besitzen außerdem eine in der Nähe der Drehachse liegende optische Anordnung, mit der das zu bearbeitende Bauelement mittels einer TV-Kamera auf einem Monitor abgebildet werden kann. Die Drahtzuführung verläuft bei diesen Vorrichtungen in der Regel durch eine im Bereich von 30 bis 60 Grad zur Horizontalen geneigte schräge Bohrung im Bondrüssel. Das automatische Vorschieben und Trennen des Drahtes wird üblicherweise durch eine Zange bewirkt, die den Draht hinter der Sonotrode mit zwei Klemmbacken spannt. Durch 3ewegung der Klemmbacken in Längsrichtung des zuzuführenden Drahtes, koordiniert mit der Spannbewegung der Klemmbacken, wird der Draht vor der Ausführung der 1. Schweißverbindung einer Drahtbrück i unter die Schwjißfläche der Sonotrode vorgeschoben und nach Ausführung der 2. Schweißverbindung dieser Drahtbrürke an der Hinterkante der Schweißfläche der Sonotrode abgerissen.

Bei bekannten Vorrichtungen mit drehbarem und vertikal beweglichem Bondkopf ist die Vorratsspule für den Draht am Bondkopf angeordnet. Diese Anordnung erfordert die Verwendung relativ kleiner und leichter Drahtvorratsspulen, um den speziell für die Bondkopfdrehung benötigten Freiraum und das Massenträgheitsmoment um die Drehachse in Grenzen zu halten. In der Praxis bekannt und z. B. in US-PS 4239144 beschrieben sind Vorrichtungen, bei denen eine übliche leichte Spule mit etwa 12,5mm Durchmesser und 19 mm Länge drehbar auf einen Zapfen am Bondkopf aufgesteckt wird. Beim Ziehen der Drahtbrücken wird der Ci'iht von der Spule abgerollt. Nachteilig bei dieser Ausführung ist, daß der Spulenkörper mit beschleunigt und gedreht werH i.i ir.uii. Dadurch schwanken die Nachzugskräfte für den Draht, und die sichere Zuleitung der für eine elektrische Bondfehlerkontrolle erforderlichen Prüfspannung zum Bonddraht ist problematisch. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Spulen für Drähte über etwa 0,05mm Durchmesser scnlecht geeignet sind.

In der Praxis bekannt ist weiterhin eine Vorrichtung, bei der der Draht über die Stirnseite eines fest am Bondkopf gehaltenen Spulenkörper abgezogen wird. Der Spulenkörper ist kleiner, als bei den üblicherweise für diese Art des Drahtabzuges verwendeten Spulen ausgeführt. Nachteilig dabei ist, daß dadurch auch die Vorratsmenge an Draht je Spule geringer ist und die Spulen ebenfalls nur für dünne Drähte geeignet sind. Außerdem sind Platzbedarf und Masse für die Spule und ihre Halterung bei dieser Ausführung bereits relativ groß.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur UltraschallDrahtkontaktierung zu schaffen, bei der der Einsatz beliebiger üblicher Drahtvorratsspulen bei solchen Vorrichtungen möglich, der Bereich der verarbeitbaren Drahtdurchmesser erweitert ist, günstige Bedingungen für eine automatische Bondfehlerkontrolle geschaffen sind und die Arbeitsgeschwindigkeit bei der Herstellung der Drahtverbindungen verbessert ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung zu schaffen, die eine Drahtzuführung beinhaltet, bei der die Vorratsspule für den Draht ortsfest außerhalb des drehbaren und vertikal bewegbaren Bondkopfes angeordnet ist und bei der die bei der Herstellung der Drahtverbindungen auftretenden Nachzugskräfte für den Draht gering und konstant reproduzierbar sind.

Zur Lösung der Aufgabe wird von einer Vorrichtung zur Ultraschallkontaktierung ausgegangen, bei der der Bonddraht durch Schrägbohrungen in Bondrüssel und Sonotrode zugeführt und durch hinter der Sonotrode angeordnete Zarigenbacken vorgeschoben und getrennt wird und bei der ein im wesentlichen aus Ultraschallschwinger mit Sonotrode und einem Zangenmechanismus bestehender Bondkopf an einen Zapfen befestigt ist. Der Zapfen weist eine exzentrische Längsbohrung mit einem am unteren Bohrungsaustritt eingeschraubten Mikroskopobjektiv sowie einen an der oberen Stirnseite zentrisch befestigten Flansch auf und ist in einer kombinierten Axial- und Radialführung montiert, in der er mittels zweier unabhängiger Antriebe vertikal in Richtung der Sonotrodenachse beweg? und um seine annähernd zentrisch zur Schweißfläche am Fuß der Sonotrode liegende Achse gedreht werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Zapfen für die Drahtzuführung eine in Richtung des Ultraschallschwingers angeordnete Längsnut aufweist. In diese Längsnut ist ein Führungsrohr eingelegt, dessen oberes Ende in der i'Jähe der Drehachse vertikal aus dem Flansch austritt und dessen unteres Ende im Bereich der Bondkopfbefestigung, das heißt unterhalb der kombinierten Axial- und Radialführung, schräg nach außen etwa in Richtung einer Tangente an den oberen Umfar.gsbereich eines am Bondkopf angeordneten Umlenkzapfens geneigt aus dem Zapfen austritt. Über dem oberen Ende des Führungsrohres ist ein nicht mit der Drehbewegung gekoppeltes Umlenkelement für den Draht angeordnet. Der von einer ortsfest außerhalb der Bondkopfführung angeordneten Vorratsspule kommende Draht läuft über dieses Umlenkelement in das Führungsrohr. Nach dem Austritt aus dem Führungsrohr wird der Draht durch den am E ondkopf angeordneten Umlenkzapfen in die Richtung der schrägen Bohrung im Bondrüssel umgelenkt und durch diese Bohrung und die Klemmbacken der Zange zur Sonotrode geführt. Durch die feste Zuordnung von Bondkopf, Optikanordnung und Führungsrohr und den Drahteintritt in der Nähe der Drehachse ist die Winkelstellung des Bondkopfes für die Drahtzuführung ohne Bedeutung.

In einer vort« ilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Umlenkzapfen an einem um eine zu ihm parallele Achse schwenkbaren Hebel angeo 'dnet, der durch eine Zugfeder in bezug auf den Bonddraht nach innen gegen einen Anschlag gezogen ist. Am Hebel ist ein parallel zur Achse liegender Stift angeordnet. Weiterhin befindet sich an der Radialführung für den Bondkopf ein in der Höhe verstellbarer Steg. Beim Anheben des Bondkopfes kann der Steg den Stift nach außen drücken und damit auch den Umlenkzapfen in bezug auf den Bonddraht nach außen bewegen. Der Steg ist so eingestellt, daß diese Bewegung im oberen Bereich des Anhebens nach Beendigung einer Drahtbrücke erfolgt. Die Drahtzange ist zu diesem Zeitpunkt geschlossen, und durch die Bewegung des Umlenkzapfens wird Draht von der Vorratsspule nachgezogen.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Umlenkelement über dem Führungsrohr an einem zur Übertragung der Vertikalbewegung vom Antrieb auf den Flansch des Zapfens dienenden Hebel befestigt, dadurch folgt es der Vertikalbewegung des Zapfens. In einer anderen Ausges:altung der Erfindung setzt sich das Führungsrohr nach seinem unteren Austritt aus dem Zapfen in einem zunächst nach außen und dann nach innen gerichteten Bogen fort, dessen Austrittsrichtung etwa mit der Richtung der Bohrung im Bondrüssel übereinstimmt. Der Bonddraht läuft ohne weitere Umlenkung vom Führungsrohr in die Bohrung im Bondrüssel ein. Vorteilhaft ist außerdem, das Führungsrohr gegen die übrigen Teile der Vorrichtung isoliert zu befestigen oder aus elektrisch isolierendem Material herzustellen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine Teildraufsicht auf die Vorrichtung;

Fig. 2: eine Teilansicht von der Seite;

Fig.3: einen Schnitt durch die Bondkopfführung entlang Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 4: eine Seitenansicht auf die Vorrichtung mit Teilschnitt entlang Linie B-B in Fig. 1.

Die Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung entsprechend Fig. 1 bis 4 ist über einen Basiskörper 1 in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gestell angeordnet, wobei sie entweder ortsfest oder auch an einem in x-/y-Richtung verfahrbaren Tisch montiert sein kann.

Als Radialführung für den Bondkopf 2 dient ein spielfrei einstellbares, zweireihiges Kugellager, dessen Außenring 9 im Basiskörper 1 gehalten ist. Der Innenring 10 der Radialführung dient auch als Außenbuchse einer außerdem aus der Innenbuchse 1Ί und dem mit Kugeln 13 bestückten Kugelkäfig 12 bestehenden konzentrischen Längsführung für den Bondkopf 2. Die steuerbare Drehbewegung für den Bondkopf 2 wird mittels eines Zahnriemens 15 von einem auf den Basiskörper 1 montierten Drehantrieb auf das mit der oberen Stirnseite des Innenringes 10 verschraubte Zahnriemenrad 14 übertragen. An der unteren Stirnseite des Innenringes 10 ist eine Trommel 16 befestig*. Sie dient zur Befestigung und Führung flexibler elektrischer Zuleitungen 17 zum Bondkopf 2.

Der im wesentlichen aus dem Ultraschallschwinger 35 mit Bondrüssel 36 und Sonotrode 39, der Halterung des Ultraschallschwingers und einem hier nicht näher erläuterten Zangenmechanismus mit der Zange 38 zum Vorschieben und Trennen des Drahtes bestehende Bondkopf 2 ist an der Stirnseite eines Zapfens 3 so befestigt, daß die Zapfenachse parallel zur Soriotrodenachse und annähernd durch die Schweißfläche am Fuß der Sonotrode verläuft.

Der Zapfen 3 ist in die Innenbuchse 11 der Führung eingesetzt und über eine Spannhülse 7 durch den mit Schrauben gegen seine obere Stirnseite gezogenen Flansch 6 festgespannt. Der Flansch 6 dient außerdem zur Einleitung der steuerbaren Vertikalbewegung für den Bondkopf 2. Dazu greifen in seinem äußeren Stirnbereich von oben und unten zwei Rollen 26 an, die über einen Hebelmechanismus mit einem auf den Basiskörper I montierten Vertikalantrieb verbunden sind. In der am Innenring 10 befestigten Trommel 16 ist parallel zur Drehachse ein Stift 19 angeordnet. Zwei am Bondkopf 2 angeordnete Rollen 18 liegen beidseitig an ihm an und übertragen so die Drehbewegung auf den Bondkopf 2 undden mit ihm verbundenen Zapfen 3. Zapfen 3 und Flansch 6 weisen eine exzentrische Bohrung 8 auf, in die von unten ein Mikroskopobjektiv 20 eingeschraubt ist. Sie liegt in bezug auf den Ultraschallschwinger 35 seitlich neben der Schwingerachse und vor der Sonotrodenachse. In einem bestimmten Abstand über der Austrittsöffnung der exzentrischen Bohrung 8 ist eine TV-Kamera 21 oder in einer anderen Ausführungsvariante eine weitere Baugruppe der Abbildungsoptik angeordnet. Über dem Mikroskopobjektiv 20 kann ein unter 45" zur Achse geneigter teildurchlässiger Spiegel 22 eingesetzt sein. Durch Querbohrungen im Zapfen 3 und den Führungselementen ist mittels einer am Basiskörper 1 angeordneten Beleuchtungseinrichtung 23 über den Spiegel 22 eine Auflichtbeleuchtung des unter dem Mikroskopobjektiv 20 liegenden Objektes möglich, wenn sich die Anordnung in der in Fig. 1 dargestellten Grundstellung befindet

Für die Drahtzuführung weist der Zapfen 3 eine in Richtung des Ultraschallschwingers 35 angeordnete Längsnut 4 auf.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Ultraschall Drahtkontaktierung, beispielsweise zum Drahtbonden von Halbleiterbauelementen, bei der der Bonddraht durch Schrägbohrungen in Bondrüssel und Sonotrode zugeführt und durch hinter der Sonotrode angeordnete Zangenbacken vorgeschoben und getrennt wird und bei der ein im wesentlichen jus Ultraschallschwinger mit Sonotrode und einem Zangenmechanismus bestehender Bonakopf an einem Zapfen befestigt ist, der eine exzentrische Längsbuhrung mit einem am unteren Bohrungsaustritt eingeschraubten Mikroskop-Objektiv sowie einen an der oberen Stirnseite zentrisch befestigten Flanscn aufweist und in einer kombinierten Axial- und Radialführung montiert ist, in der er mittels zweier unabhängiger Antriebe vertikal in Richtung der Sonotrodenachse bewegt und um seine annähernd zentrisch zur Schweißfläche am Fuß der Sonotrode liegende Achse gedreht werden kann, gekennzeichnet dadurch, daß der den Bondkopf (2) tragende Zapfen (3) eine in Richtung des Ultraschallschwingers

(35) angeordnete Längsnut (4) aufweist, in die ein Führungsrohr (5) eingelegt ist, dessen oberes Ende in der Nähe der Drehachse vertikal aus dem Flansch (6) austritt und dessen unteres Ende unterhalb der kombinierten Axial- und Radialführung schräg nach außen etwa in Richtung einer Tangente an den oberen Umfangsbereich eines am Bondkopf (2) angeordneten Umlenkzapfens (27) geneigt aus dem Zapfen (3) austritt, daß der untere Umfangsbereich des Umlenkzapfens (27) etwa tangential zur Richtung der Bohrung (37) durch den Bondrüssel (36) liegt, daß in einem bestimmten Abstand über dem oberen Ende des Führungsrohres (5) ein nicht mit der Drehbewegung des Zapfens (3) gekoppeltes Umlenkelement (24) angeordnet ist und daß der Bonddraht (40), aus horizontaler oder nach außen geneigter Richtung kommend, über das Umlenkelement (24), durch das Führungsrohr (5), um den Umlenkzapfen (27) und danach durch die Bohrung (37) im Bondrüssel

(36) und die Zange (38) bis zur Sonotrode (39) geführt ist.

2. Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Führungsrohr (5) gegen die übrigen Teile der Vorrichtung elektrisch isoliert befestigt ist oder aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus Glas hergestellt ist.

3. Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Umlenkzapfen (27) an einem um eine zu ihm parallele Achse (28) schwenkbaren Hebel (29) angeordnet ist, der durch eine Zugfeder (30) in bezug auf den Bonddraht (40) nach innen gegen einen Anschlag (31) gezogen ist, daß am Hebel (29) ein parallel zur Achse (28) liegender Stift (32) angeordnet ist, und daß über diesen Stift (32) an der Radialführung für den Bondkopf (2) ein in der Höhe einstellbarer, den Hebel (29) bei der Höhenbewegung des Bondkopfes (2) über den Stift (32) nach außen drückender Steg (34) angeordnet ist.

4. Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Umlenkelement (24) an einem zur Übertragung der Vertikalbewegung vom Antrieb auf den Flansch (6) des Zapfens (3) dienenden Hebel (25) befestigt ist.

5. Vorrichtung zur UltraschaM-Drahtkontaktierung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Führungsrohr (5) sich nach seinem unteren Austritt aus dem Zapfen (3) in einem zunächst nach außen und dann nach innen gerichteten Bogen fortsetzt, dessen Austrittsrichtung etwa mit der Richtung der Bohrung (37) im Bondrüssel (36) übereinstimmt und daß der Bonddraht (40) ohne weitere Umlenkung vom Führungsrohr (5) in die Bohrung (37) im Bondrüssel (36) einläuft.