DE2104207A1 - Verfahren zum Verbinden eines Kontaktierungsdr ahtes - Google Patents

Verfahren zum Verbinden eines Kontaktierungsdr ahtes

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Description

21Ö 4707
Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH
6 Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1
Heilbronn, den 22. 1. 1971 PT-Ma/kf - HN 70/89
"Verfahren zum Verbinden eines Kontakt ierungsdraht es"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines Kontaktierungsdrahtes mit einer an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers angeordneten metallischen Kontaktstelle durch Thermokompression.
Die Kontakte von Halbleiterbauelementen werden im allgemeinen mit Hilfe des bekannten Thermokompressions-Schweißverfahrens mit 'den Zuleitungen eines Gehäuses elektrisch leitend verbunden. Die Kontakte bestehen in der Regel aus Leitbahnen, die sich aiif di· die Halbleiterober-
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fläche bedeckende Isolierschicht erstrecken» Beim Thermo·= kompressionsverfahren wird ein Kontaktierungsdraht unter Vervrendung von Druck gegen die Kontaktstelle eines erhitzten Halbleiterkörpers gepresst. Durch diese Kombination von Druck und Wärme ergeben sich feste Verbindungen zwischen den Anschlußdrähten und den Kontakten des Halbleiterkörpers. Das Thermokompressionsverfahren wird in einer Reihe von Varianten ausgeführt. So wird bei einem Verfahren das Drahtende zu einer Kugel geschmolzen'und diese Kugel mit dem spitzen Ende der Drahtzuführungskapillare gegen die Kontaktfläche auf dem Halbleiterkörper gepresst. Das Thermokompressionsverfahren ist besonders zur Verbindung von Golddrähten mit metallischen Leitbahnen geeignet. Es wird vor allem zur Kontaktierung von Halbleiterbauelementen verwendet, die beim Betrieb nicht mit einer Umgebungstemperatur von über 200 C belastet werden.
Neuerdings werden jedoch im steigenden Maße Bauelemente verlangt, die auf den verschiedensten Anwendungsgebieten Umgebungstemperaturen über 200 C standhalten. Bei Tempera-
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tur-Dauerbelastungen über 200 C zersetzen sich die üblichen Gold-Aluminium-Thermokompressionsverbindungen, so daß die Stromverbindung aufgelöst wird. Dieser unerwünschte Effekt wird vielfach als Purpurpest bezeichnet. Um diese Erosionserscheinung zu verhindern, ist man dazu übergegangen, Aluminiumkontakte mit Aluminiumdrähten zu ^j
kontaktieren. Dies ist aber mit der Schwierigkeit verbunden, daß sich Aluminiumdrähte unmittelbar nach dem Reinigungsätzen wieder mit einer stabilen Oxydhaut überziehen, die beim Schweißprozess in ausreichendem Maß aufgerissen werden muß,,
Dieses Problem tritt bei den Aluminiumkontakten auf dem Halbleiterkörper nicht auf, weil die Dicke meist unter 1 ,um liegt. Die Oxydhaut hat dann auf den Kontakten nur h eine Dicke von 10 = 20 Moleküllagen und spielt dann beim Thermokompressionsvorgang auf der Verbindungsstelle keine RoIIe0 Die Kontaktierungsdrähte sind dagegen 30 - 50 mm stark und überziehen sich mit einer so dicken Oxydliaut, daß diese eine normale Thermokompressionsverbindung unmöglich macht.
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Um die Oxydhaut pel der Kontaktierung wirksam zu zerstören, wurden bisher Aluminiumkontaktierungsdrähte mittels Ultraschall mit den zugeordneten Kontakten in Verbindung gebracht. Die exakte Dosierung der erforderlichen Ultraschallenergie ist jedoch außerordentlich schwierig, da bereits geringfügige mechanische Instabilitäten auf dem Weg der Ultraschallübertragung zu starken Schwankungen der wirksam werdenden Ultraschallenergie führen. So wird der Schweißverbindung vielfach zuviel oder zu wenig Ultraschallenergie zugeführt. Die Folge davon sich abgeschmorte Verbindungsstellen oder Verbindungen, deren mechanische Festigkeit unzureichend ist.
Die definierte Ultraschallenergxezuführung ist besonders bei Halbleiterbauelementen schwierig, die in einer Vielzahl auf streifenförmige metallische Kontaktierungsbänder aufgelötet werden. Die Kontakte dieser Bauelemente werden über dünne Zuleitungsdrähte mit Zinken oder Sprossen der Kontaktierungsbänder verbunden. Nach dem Vergießen der Bauelemente in Kunststoff werden die die Kontaktierungsstege oder Kontaktierungszinken verbindenden Blech-
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teile des Kontaktierungsbandes abgetrennt, so daß Bauelemente mit elektrisch voneinander getrennten Elektrodenzuleitungen entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kontaktierungsverfahren anzugeben, mit dem unter Ausschluß der Ultraschallschweißung Drähte, die an der Oberfläche mit einer stabilen Oxydschicht versehen sind, mit zugeordneten Kontaktstellen auf einem Halbleiterkörper in Verbindung gebracht werden können* Dieses Verfahren soll insbesondere auch für Bauelemente geeignet sein, die mit der Streifentechnik aufgebaut und in Kunststoff verkapselt werden·
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Ende des Kontaktierungsdrahtes, der aus einem an der Oberfläche oxydierten Metall besteht, im Bereich der Kontaktstelle festgehalten wird, daß danach der Draht mittels einer definierten Zugkraft gedehnt und zugleich unter Abknickung des Drahtes mit Hilfe eines Werkzeuges an der
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Knickstelle auf die Kontaktstelle des erwärmten Halbleiterkörpers aufgepresst wird.
Der zunächst entspannte Draht wird bei diesem Verfahren vor allem an der Knickstelle gedehnt, da hier zusätzlich zur Längs-Dehnung noch eine Biegespannung auftritt. An der Knickstelle reißt aus diesem Grund die Oxydhaut auf, so daß an dieser Stelle eine mechanisch dauerhafte Thermokompressionsverbindung hergestellt werden kann.'
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Verbindung von Aluminiumdrähten mit Aluminiumleitbahnen bzw. Aluminiumkontaktstellen auf der Halbleiteroberfläche geeignet. Der Halbleiterkörper wird vorzugsweise auf die bei der Thermokompression übliche Temperatur erhitzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand der Figuren 1 und 2 noch näher erläutert werden. Die Figuren zeigen in verschiedenen Ansichten Teile der Kontaktierungsvorrichtung unmittelbar vor der Herstellung einer Thermokompressionsverbindung.
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Das als Beispiel dargestellte Halbleiterbauelement 1 ist ein Transistor, dessen Basis- und Emitterzone an der einen Oberflächenseite des Halbleiterkörpers mit Aluminium-Anschlußkontakten 2 und 3 versehen ist. Die Kollektorzone ist auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite mit einem streifenförmigen Trägerkörper k elektrisch und mechanisch ^ fest verbunden. Hierzu wird der Halbleiterkörper vorzugsweise auf den Trägerkörper 4 aufgelötet.
Der Trägerkörper wird so erwärmt, daß der Halbleiterkörper etwa eine Temperatur von 300° C aufweist. Der Basiskontakt 2 ist bereits mit einem Kontaktierungsdraht 5 verbunden, während in dem dargestellten Fertigungsstadium gerade der Emitterkontakt hergestellt wird. Hierzu wird das abgewinkelte Ende 7 des Kontaktierungsdrahtes 8 mit einem J Haltemeißel 6 auf den Metallkontakt 3» der vorzugsweise aus Aluminium besteht, aufgesetzt. Der Draht verläuft nun schräg zur Halbleiteroberfläche und wird mit einer Zange gehaltert. Unmittelbar hinter dem Haltemeißel 6 ruht zunächst mit seinem Eigengewicht der Druckmeißel 10, durch
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den der Kontaktierungsdraht teilweise hindurchgeführt ist. Dieser Kontaktierungsmeißel 10 weist unmittelbar über der Kontaktstelle eine sich verjüngende an der Spitze abgeflichte "Nase" 11 auf, mit der der Kontaktierungsdraht gegen die Kontaktstelle gepresst wird. Über die Zange 9 wirkt auf den Draht 8 impulsförmig eine Zugkraft ein, beispielsweise in der Größenordnung von 1,7g/die den Draht dehnt. Zugleich wird der Kontaktierungsmeißel 10 nach unten gedrückt. Da der Draht schräg zur Halbleiteroberfläche verläuft, wird der Draht durch die "Nase" 11 abgebogen, Und das abgebogene Teil 12 gegen die Kontaktstelle gepresst. Zu der Dehnkraft kommt somit an der Knickstelle noch eine Biegekraft hinzu, so daß der Draht an dieser Stelle besonders stark gedehnt wird. Durch die Wirkung dieser beiden Kräfte wird die Oxydhaut auf dem Aluminiumdraht unmittelbar vor dem Andrücken des Drahtes an die Kontaktstelle aufgerissen, so daß sich das dann oxydfreie Drahtende durch Thermokompression mechanisch fest und dauerhaft mit der zugeordneten Kontaktstelle verbinden läßt.
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Nach der Kontaktierung des Drahtes mit dem Halbleiterbauelement wird der Draht in gleicher Weise mit einem Zuleitungselement des Gehäuses verbunden. Danach wird der Draht vorzugsweise so abgeschnitten, daß sich am Drahtende wieder eine abgewinkelte Stelle ergibt, die mit Hilfe des Haltemeißels gegen die nächste Kontaktstelle gepresst wird.
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Claims (5)

Patentansprüche
1) Verfahren zum Verbinden eines Kontaktierungsdrahtes mit einer an der Oberfläche eines Halbleiterkörpers angeordneten metallischen Kontaktstelle durch Thermokompression, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Kontaktierungsdrahtes, der aus einem an der Oberfläche oxydierten Metall besteht, im Bereich der Kontaktstelle festgehalten wird,· daß danach der Draht mittels einer definierten Zugkraft gedehnt und zugleich unter Abknickung des Drahtes mit Hilfe eines Werkzeuges an der Knickstelle auf die Kontaktstelle des erwärmten Halbleiterkörpers aufgepresst wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Verwendung auf Aluminiumkontaktierungsdrähte und Halbleiterkörper, die an der Oberfläche mit aus Aluminium bestehenden Kontaktstellen versehen sind.
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3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Kontaktierungsdrahtes mit einem Haltemeißel auf die Konstaktstelle aufgesetzt wird, daß danach der schräg zur Halbleiteroberfläche verlaufende Draht gedehnt und gleichzeitig mit einem hinter dem ersten Meißel angeordneten zweiten Meißel abgeknickt und die Knickstelle unter Druck gegen die Konstaktstelle zur BiI- ~m dung einer dauerhaften Thermokompressxonsverbxndung gepresst wird.
k) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper auf ca. 300° C erwärmt wird.
5) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft impulsförmig auf j den Kontaktierungsdraht einwirkt.
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