DE2104207C3 - Verfahren zum Verbinden eines Kontaktierungsdrahtes - Google Patents

Verfahren zum Verbinden eines Kontaktierungsdrahtes

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbin- 45 Die definierte Ultraschallenergiezuführung ist beden eines Kontaktierungsdrahtes mit einer an der sonders bei Halbleiterbauelementen schwierig, die in Oberfläche eines Halbleiiterkörpers angeordneten me- einer Vielzahl auf streifenförmige metallische Kontallischen Kontaktstelle durch Thermokompression. taktierungsbänder aufgelötet werden. Die Kontakte Die Kontakte von Halbleiterbauelementen werden dieser Bauelemente werden über dünne Zuleitungsim allgemeinen mit Hilfe des bekannten Thermo- 5o drähte mit Zinken oder Sprossen der Kontaktiekompressions-Schweißverfahrens mit den Zuleitun- rungsbänder verbunden. Nach dem Vergießen der gen eines Gehäuses elektrisch leitend verbunden. Die Bauelemente in Kunststoff werden die die Kontaktie-Kontakte bestehen in der Regel aus Leitbahnen, die rungsstege oder Kontaktierungszinken verbindenden sich auf die die Halbleiteroberfläche bedeckende Tso- Blechteile des Kontaktierungsbandes abgetrennt, so lierschlcht erstrecken. Beim Thermokompressions- 55 daß Bauelemente mit elektrisch voneinander getrennverfahren wird ein Kontaktierungsdraht unter Ver- ten Elektrodenzuleitungen entstehen.
Wendung von Druck gegen die Kontaktstelle eines er- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hitzten Halbleiterkörpers gepreßt. Durch diese Korn- Kontaktierungsverfahren anzugeben, mit dem unter bination von Druck und Wärme ergeben sich feste Ausschluß der Ultraschallschweißung Drähte, die an Verbindungen zwischen den Anschlußdrähten und 60 der Oberfläche mit einer stabilen Qxydschicht verseden Kontakten des Halbleiterkörpers. Das Thermo- hen sind, mit zugeordneten Kontaktstellen auf einem kompressionsverfahren wird in einer Reihe von Va- Halbleiterkörper in Verbindung gebracht werden rianten ausgeführt. So wird bei einem Verfahren das können. Dieses Verfahren soll insbesondere auch für Drahtende zu einer Kugel geschmolzen und diese Bauelemente geeignet sein, die mit der Streifentech-Kugel mit dem spitzen Ende der Drahtzuführungska- 65 nik aufgebaut und in Kunststoff verkapselt werden,
pillare gegen die Kontaktfläche auf dem Halbleiter- Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahkörper gepreßt. Das Thermokompressionsverfahren ren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß ist besonders zur Verbindung von Golddrähten mit vorgesehen, daß das Ende des Kontaktierungsdrah-
tes, der aus eimern an der Oberfläche oxydierten Metall besteht, in» Bereich der Kontaktstelle festgehalten wird, daß danach der Draht mittels einer definierten Zugkraft gedehnt und zugleich unter Abknikkung des Drahtes mit Hilfe eines Werkzeuges an der 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 Halbieiteroberfläche geeignet. Der Halbltiterkörper wird vorzugsweise auf die bei der Thermokompression übliche Temperatur erhitzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll an Hand der F i g. 1 und 2 noch näher erläutert werden. Die Figuren zeigen in verschiedenen Ansichten Teile der Kontaktierungsvorrichtung unmittelbar vor der Herstellung einer Thermokompressionsverbindui.g.
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 regenüberliegenden Oberflächenseite mit einem steifenförmigen Trägerkörper 4 elektrisch und mechanisch fest verbunden. Hierzu wird der Halbleiterkörper vorzugsweise auf den Trägerkörper 4 aufgelötet.
Der Trägerkörper wird so erwärmt, daß der Halbleite! körper etwa eine Temperatur von 300° C aufweist. Der Basiskontakt 2 ist bereits mit einem Kontaktier .-ngsdraht 5 verbunden, während in dem dargestellten Fertigungsstadium gerade der Emitterkontakt hergestellt wird. Hierzu wird das abgewinkelte Ende 7 des KootaktJerungsdrahteii 8 mit einem Haltemeißel 6 auf den Metallkontakt 3, der vorzugsweise aus Aluminium besteht, aufgesetzt. Der Draht verläuft nun schräg zur Halbleiteroberfläche und wird mit einer Zange 9 gehaltert. Unmittelbar hinter dem Haltemeißel 6 ruht zunächst mit seinem Eigengewicht der Druckmeißel 10, durch den der Kontaktierungsdraht teilweise hindurchgefüitirt ist. Dieser Kontaktierungsmeißel 10 weist unmittelbar über der Kontaktstelle eine sich verjüngende, an der Spitze abgeflachte »Nase« 11 auf, mit der der Koniaktierungsdraht gegen die Kontaktsteile gepreßt wird. Über die Zange 9 wirkt auf den Drahn8 impulsförmig eine Zügkraft ein, beispielsweise in der Größenordnung von 1,7 p, 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 gegp,n 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 Alumüniumdraht unmittelbar vor dem Andrücken des Drahtes an die Kontaktstelle aufgerissen, bO daß sich das dann oxydfreie Drahtende durch Thermokompression mechanisch fest und dauerhaft mit. der zugeordneten Kontaktstelle verbinden läßt.
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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

metallischen LeUbahnen geeignet. Es wird vor allem Patentansprüche: zur Kontaktierung von Halbleiterbauelementen ver- H wendet, die beim Betrieb nicht mit einer Umgeburags-
1. Verfahren mm Verbinden eines KontakUe- temperatur von Ober 200° C belastet werden,
rungsdrahtes mit einer an der Oberfläche eines 5 Neuerdings werden jedoch im steigenden Maße Halbleiterkörper» angeordneten metallischen Bauelemente verlangt, die auf den verschiedensten Kontaktsteile durch Thermokompression, da- Anwendungsgebieten Umgebungstemperaturen Über durch gekennzeichnet, daß das Ende 200°C standhalten. Bei Temperatur-pauerbelastundes Kontaktienwgsdrahtes, der aus einem an der gen über 200° C zersetzen sich die üblichen Gold-Oberfläche oxydierten Metall besteht, im Bereich xo Aluminium-Thermokompressionsverbindungen, so der Kontaktstelle festgehalten wird, daß danach daß die Stirnverbindung aufgelöst wird. Pieser under Draht mittels eiiner definierten Zugkraft ge- erwünschte Effekt wird vielfach als Purpurpest bedehnt und zugleich unter Abknickung des Drah- zeichnet. Um diese Erosionserscheinung zu verhmtes mit Hilfe eines Werkzeuges an der Knickstelle dem, ist man dazu übergegangen, Alumimumkonauf die Kontaktstelle des erwärmten Halbleiter- 15 takte !mit Aluminiumdrähten zu kontaktieren. Dies körpers aufgepreßt vrird. :.st aber mit der Schwierigkeit verbunden, daß sich
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet Aluminiumdrähte unmittelbar nach dem Reinigungsdurch seine Anwendung auf Aluminiumkontak- ätzen wieder mit einer stabilen Oxydhaut überziehen, tierungsdrähte und Halbleiterkörper, die an der die beim Schweißprozeß in ausreichendem Maß auf-Oberfläche mit aus Aluminium bestehenden Kon- 20 gerissen werden muß.
taktstellen versehen sind. Dieses Problem tritt bei den Aluminiumkontakten
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder2, dadurch auf dem Halbleiterkörper nicht auf, weil die Dirke gekennzeichnet, daß das Ende des Kontaktie- meist unter 1 μΐη liegt. Die Oxydhaut hat dann auf rungsdrahtes mit einem Haltemeißel auf die Kon- den Kontakten nur eine Dicke von 10 bis 20 McSetaktstelle aufgesetzt wird, daß danach der schräg 25 küllagcn und spielt dann beim Thermokompressic.szur Halbleiteroberfläche verlaufende Draht ge- Vorgang auf der Verbindungsstelle keine Rolle. Die dehnt und gleichzeitig mit einem hinter dem er- Kontaktierungsdrähte sind dagegen 30 bis 50 .ni sten Meißel angeordneten zweiten Meißel abge- stark und überziehen sich mit einer so dicken Oj.jJ-knickt und die Knickstelle unter Druck gegen die haut, daß diese eine normale Thermokompression:^ Kontaktstelle zur Bildung einer dauerhaften 30 verbindung unmöglich macht.
Thermokompressiorisverbindung gepreßt wird. Um die Oxydhaut bei der Kontaktierung wirksam
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 zu zerstören, wurden bisher Aluminiumkontaküi:- bis3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halb- rungsdrähte mittels Ultraschall mit den zugeordne'en leiterkörper auf etwa 300° C erwärmt wird. Kontakten in Verbindung gebracht. Die exakte Do-
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 35 sierung der erforderlichen Ultraschallenergie ist ]vbis4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft doch außerordnetlich schwierig, da bereits geringiiiimpulsförmig auf den Kontaktierungsdraht ein- gige mechanische Instabilitäten auf dem Weg der I1I-wirkt. traschallübertragung zu starken Schwankungen >'er
wirksam werdenden Ultraschallmergie führen. So
40 wird der Schweißverbindung vielfach zuviel oder zu
wenig Ultraschallenergie zugeführt. Die Folge davon
~ sind abgeschmorte Verbindungsstellen oder Verbindungen, deren mechanische Festigkeit unzureichend ist.
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