DE19709911B4

DE19709911B4 - Verfahren zum Ultraschallbonden eines Leiters eines Anschlußrahmens und Anschlußrahmenklemme zum Klemmen eines Anschlußrahmens beim Bonden

Info

Publication number: DE19709911B4
Application number: DE19709911A
Authority: DE
Inventors: Chainarong Santa Clara Asanasavest
Original assignee: NAT SEMICONDUCTOR CORP SANTA C; National Semiconductor Corp
Current assignee: NAT SEMICONDUCTOR CORP SANTA C; National Semiconductor Corp
Priority date: 1996-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: DE19709911A1; KR100271995B1; KR970067764A; US5611478A

Abstract

Verfahren zum Ultraschallbonden eines Leiters eines Anschlußrahmens (50) an einer zugeordneten Leiterbahn auf einem Substrat (70), wobei der zu bondende Leiter geklemmt und ein mit einem Ultraschallwandler verbundenes Bondwerkzeug über einem zu bondenden Abschnitt des Leiters positioniert wird, gekennzeichnet durch:
(a) Klemmen eines ersten Abschnitts (52) des Leiters an einer ersten Kontaktposition,
(b) Klemmen eines zweiten Abschnitts (56) des Leiters an einer zweiten Kontaktposition,
(c) Positionieren des Bondwerkzeugs über einem zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (52, 56) befindlichen dritten Abschnitt (54), und
(d) Ultraschallbonden des dritten Abschnitts (54) des Leiters mit der zugeordneten Leiterbahn, während der erste und der zweite Abschnitt (52, 56) des Leiters geklemmt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ultraschallbonden eines Leiters eines Anschlußrahmens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anschlußrahmenklemme zum Klemmen eines Anschlußrahmens beim Bonden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 und somit generell das Verbonden eines Zwischenverbinders mit einem Anschlußrahmen bei der Konfektionierung von Halbleiterkomponenten.
Bei der Halbleiterkonfektionierung werden üblicherweise Anschlußrahmen verwendet, um einen Chip mit externen Komponenten zu koppeln. In einigen Anwendungen, insbesondere bei kleinen Komponenten mit einer hohen Anzahl von Leitern, kann es wünschenswert oder notwendig sein, einen Zwischenverbinder zusammen mit dem Anschlußrahmen zu verwenden. Der Zwischenverbinder ähnelt einer gedruckten Miniaturschaltungsplatine mit leitenden Spuren oder Leiterbahnen. Der Anschlußrahmen wird direkt mit unterlagerten Leiterbahnen des Zwischenverbinders ultraschallgebondet, und die Bondhöcker auf den Chips werden elektrisch mit dem anderen Ende der Leiterbahn unter Verwendung von Bonddrähten gekoppelt. Ein Ende jedes Bonddrahtes wird typischerweise mit den Chiphöckern auf dem Chip ultraschallgebondet und das andere Ende wird typischerweise mit einem zugeordneten Leiter verbondet.
Bei einem Ultraschall-Bondverfahren ist die Qualität der Heftung, gebildet zwischen den Bondoberflächen, ein Hauptanliegen. Dieses Problem ist besonders akut, wenn Anschlußrahmen-Zwischenverbinderintegration vorgenommen wird, weil dort das Bonden mit hoher Leistung notwendig ist. Die hohe Leistung wird benötigt, um die Ultraschallenergie durch den dicken Leiter zu der unterlagerten Zwischenverbinderspur zu transferieren. Beim Hochleistungsbonden ist es schwierig, den Kontakt zwischen den zu verbondenden Oberflächen aufrechtzuerhalten, also zwischen dem Leiter und der Zwischenverbinderbahn. Jede Abweichung in der Qualität des Kontakts zwischen den bondenden Oberflächen beeinflußt direkt die Bondqualität.
Üblicherweise wird ein Anschlußrahmen bei der Anschlußrahmen-Zwischenverbinderintegration festgeklemmt, wobei die freien Enden der Leiter des Anschlußrahmens über den Leiterbahnen des Zwischenverbinders liegen. Nach dem Festklemmen werden die einzelnen Verbindungspunkte einer nach dem anderen ultraschallgebondet.
Diese konventionellen Anschlußrahmenklemmen besitzen bestimmte Nachteile. Zunächst ist festzuhalten, daß die Bewegung der ein Leiter unterworfen wird, höher ist für einen Leiter mit einer Achse, die in einer Richtung senkrecht zu der Bondwerkzeugbewegung ist als für einen parallelen Leiter. Diese Bewegungsdifferenz resultiert in höherer Dämpfung der Ultraschallenergie für die senkrechten Leiter als für die parallelen Leiter. Diese Dämpfungsdifferenz diktiert, daß die optimale Bondleistung für die parallelen Leiter höher liegt als die optimale Bondleistung für die querverlaufenden Leiter. Wenn jedoch die Bondleistung hoch ist und Ultraschallenergie für eine längere Periode einwirkt, als für die Begünstigung des Bondens erforderlich ist, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, daß die Leiterbahnen des Zwischenverbinders brechen oder die Bondheftung selbst während des Bondens zerstört wird. Da zweitens die senkrecht verlaufenden Leiter sich während des Bondens leicht bewegen, wird die resultierende Haftqualität nachteilig beeinflußt. Wenn drittens die Bondleistung hoch genug ist, kann die Vibrationsresonanz an vorher gebondeten Verbindungsstellen so hoch sein, daß diese Verbindungen zerstört werden.

Ferner ist aus der JP 08008291 A eine Bondvorrichtung bekannt, bei der die Oberfläche eines Wärmeadapters in Kontakt mit einem Anschlußrahmen gebracht wird. Anschließend werden mittels eines Elektromagneten eine Bondkontaktstelle und ein Innenanschlußdraht an die Oberfläche des Wärmeadapters gezogen und aneinander fixiert, woraufhin das Bonden durchgeführt wird.

Aus der US 5 035 034 ist eine Vorrichtung zum Festklemmen von Leitungen eines Leiterrahmens für ein Halbleiterbauelement bekannt, bei der eine Anschlußrahmenklemme in einer Aussparung einen Klemmeinsatz mit einer Vielzahl von Zinken aufnimmt. Hierbei ist für jeden einzuklemmenden Leiter ein solcher Zinken vorgesehen, der auf den jeweiligen Leiter des Leiterrahmens gedrückt wird. Jeder einzuklemmende Leiter wird somit nur einfach durch einen Zinken festgeklemmt.

Aus der DE 41 42 649 A1 ist eine Klemmvorrichtung für die inneren Leitungen eines Leiterrahmens bekannt, bei der eine Klemmenbefestigungsplatte mit einer Arbeitsöffnung vorgesehen ist. Auf der oberen Fläche der Klemmenbefestigungsplatte ist eine Vielzahl von aus Blattfedern hergestellten inneren Leitungsklemmen angebracht, mittels derer die inneren Leitungen des Leiterrahmens in engen Kontakt zu einem Wärmeblock gebracht werden.

Aus der DE 34 01 286 A1 sind ein Verfahren zum Bonden eines Leiters eines Anschlußrahmens an einer zugeordneten Leiterbahn auf einem Substrat sowie eine Anschlußrahmenklemme bekannt, wobei die Anschlußrahmenklemme als Klemmleiste ausgebildet ist, die über die gesamte Länge des Anschlußrahmens wirkt. Die Klemmleiste weist geringfügig voneinander beabstandete, nebeneinander angeordnete blattfederartige Klemmfinger auf, die an ihren der Einspannung entgegengesetzten bzw. freien Enden jeweils nach unten gebogen bzw. gekröpft sind. Den Klemmfingern ist eine elastisch nachgiebige Stützfläche für die zu bondenden Bauelemente zugeordnet. Hierbei kann insbesondere jeder zu bondenden Kontaktstelle bzw. -fläche ein Klemmfinger zugeordnet sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Ultraschallbonden eines Leiters eines Anschlußrahmens an einer zugeordneten Leiterbahn auf einem Substrat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anschlußrahmenklemme zum Klemmen eines Anschlußrahmens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zu schaffen, durch das bzw. bei dem die Bondqualität verbessert wird bzw. ist.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. 7 gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Anschlußrahmenklemmsystems in auseinandergezogener Darstellung.
2 ist eine Draufsicht auf die Ausführungsform der 1.
3 ist eine Schnittansicht der Ausführungsform nach 1.
Wie in 1 erkennbar, ist diese Ausführungsform besonders gut für die Verwendung in Verbindung mit Anschlußrahmen geeignet, die sich radial erstreckende Leiter aufweisen, wie dies bei der Quad-Flat-Packung (QFP) und verschiedenen anderen Konfektionierkonfigurationen üblich ist. In dieser Ausführungsform hat eine Anschlußrahmenklemme 200 zwei Klemmechanismen: ein Leiterarmklemmglied 16 und ein Leiterspitzenklemmglied 21. Darüberhinaus umfaßt die Anschlußrahmenklemme 200 Befestigungsmittel 13, die vorgesehen sind, um während des Bondens die Anschlußrahmenklemme 200 auf einem Support festzulegen. Vorzugsweise ist das Leiterarmklemmglied 16 als Fenster- oder Rahmenklemme ausgeführt, die alle sich radial erstreckenden Leiter festklemmt, während ihre freien Leiterenden oder Spitzen exponiert bleiben. Dieser Abschnitt der Anschlußrahmenklemme 200 entspricht der konventionellen Fensterklemme und umfaßt ein Fenster 18. Das Leiterspitzenklemmglied 21 hat die Form einer Federklemme, die innerhalb des Fensters 18 derart positioniert ist, daß sie die freien Enden jeder Leiterspitze klemmt, die innerhalb des Fensters 18 exponiert sind. Das Leiterspitzenklemmglied 21 ist so bemessen, daß ein Kanal oder ein Spalt rings um das Leiterspitzenklemmglied 21 und zwischen dem Leiterspitzenklemmglied 21 und der Fensterklemme gebildet wird. Der Spalt ist so bemessen, daß er einem Bondwerkzeug ermöglicht, zwischen dem Leiterspitzenklemmglied 21 und der Fensterklemme hindurchzupassen. Die Abmessung des Spalts hängt von vielen Faktoren ab, wie beispielsweise dem Typ des Bondwerkzeugs, das verwendet wird, und der Art des Bondens, die auszuführen ist. Beispielsweise hat sich eine Spaltgröße im Bereich von etwa 0,5 bis 0,75 mm Breite als brauchbar erwiesen.
In der dargestellten Ausführungsform umfaßt das Leiterspitzenklemmglied 21 eine Federplatte 24, die an einem Halter 22 befestigt ist und von ihm herabhängt. Das Leiterarmklemmglied 16 in Form einer Fensterklemme hat ein Paar von Armen 14, die sich in entgegengesetzten Richtungen von dem Fenster 18 erstrecken. Einer der Arme 14 des Leiterarmklemmglieds 16 ist mit dem Leiterspitzenklemmglied 21 verbunden und an ihm befestigt, wie auch das Leiterarmklemmglied 16. Genauer gesagt, werden während des Bondens die Arme 14 an einem Stützteil mittels der Befestigungselemente 13 festgelegt. Einer der Arme 14 ist an dem Halter 22 angebracht und stützt diesen. Der Halter 22 ist an der Federplatte 24 angebracht und positioniert diese innerhalb des Fensters 18 des Leiterarmklemmglieds 16. Im Ergebnis klemmt das Leiterspitzenklemmglied 21 die darunterliegenden Teile des Anschlußrahmens.
Die Befestigungselemente 13 können irgendeine geeignete Form haben, mittels der die Anschlußrahmenklemme 200 an einem Support befestigt werden kann. Beispielsweise können sie als Schrauben oder Nieten ausgebildet sein. Jede Schraube oder Niete wird in ein Befestigungsloch 12 eingefügt, das sich in jedem der Arme 14 des Leiterarmklemmglieds 16 befindet, wie auch in ein entsprechendes Loch innerhalb eines Supports. In einer anderen Ausführungsform können die Befestigungselemente 13 die Form von Stahlkugeln haben, die von einer Federplatte niedergehalten werden. Die Stahlkugeln ihrerseits halten die Anschlußrahmenklemme 200 an Ort und Stelle.
Die oben beschriebene Anschlußrahmenklemme 200 hat zwei getrennte Klemmechanismen für das Festlegen und Halten eines Barunterliegenden Gegenstands wie eines Anschlußrahmens: das Leiterarmklemmglied 16 und das Leiterspitzenklemmglied 21. Diese Klemmechanismen kommen zur Anlage, wenn die Anschlußrahmenklemme 200 an einem Support befestigt wird. Eine Anwendung in Verbindung mit diesem Klemmechanismus wird weiter unten unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben.
In der beschriebenen Ausführungsform ist das Leiterspitzenklemmglied 21 über den Halter 22 mit einem der Arme 14 des Leiterarmklemmglieds 16 verbunden. Es versteht sich jedoch, daß in anderen Ausführungsformen das Leiterarmklemmglied 16 und das Leiterspitzenklemmglied 21 zwei völlig getrennte Teile sein können. Beispielsweise kann das Leiterspitzenklemmglied 21 an demselben Support angebracht werden, an welchem auch die Arme 14 des Leiterarmklemmglieds 16 befestigt sind. Zusätzlich können das Leiterspitzenklemmglied 21 und das Leiterarmklemmglied 16 irgendeine geeignete Form aufweisen, die als Klemmechanismus funktionieren kann. Beispielsweise kann das Leiterarmklemmglied 16 die Form einer einzigen flachen Bahn haben.
Während des Bondvorgangs ist das Leiterspitzenklemmglied 21 innerhalb des Zentrums des Fensters 18 des Leiterarmklemmglieds 16 positioniert. Das Leiterspitzenklemmglied 21 ist so bemessen, daß ein Kanal oder ein Spalt rings um das Leiterspitzenklemmglied 21 und zwischen diesem und dem Leiterarmklemmglied 16 gebildet wird. Der Spalt ist so bemessen, daß ein Bondwerkzeug zwischen dem Leiterspitzenklemmglied 21 und dem Leiterarmklemmglied 16 hindurchpaßt. Die Spaltgröße hängt von vielen Faktoren ab, etwa dem Typ des verwendeten Bondwerkzeugs und der Art des auszuführenden Bondens. Eine Spaltbreite im Bereich von etwas 0,5 bis 0,75 mm hat sich als brauchbar erwiesen.
In 2 und 3 werden die Anordnung eines Zwischenverbinders 70, eines Anschlußrahmens 50 und der Anschlußrahmenklemme 200 gemäß der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit einem Ultraschallbondvorgang beschrieben. Der Zwischenverbinder 70 sitzt innerhalb einer Ausnehmung 92 in einem Heizblock 90, der als Stützglied für die Anschlußrahmenklemme 200 dient. Der Anschlußrahmen 50 ist direkt über dem Zwischenverbinder 70 positioniert, und die Leiter des Anschlußrahmens 50 befinden sich direkt auf Leiterbahnen des Zwischenverbinders 70. Während des Ultraschallbondvorgangs wird die Bewegung des Anschlußrahmens 50 relativ zu dem Zwischenverbinder 70 durch die Anschlußrahmenklemme 200 an zwei Kontaktstellen unterbunden. Beispielsweise kontaktiert das Leiterarmklemmglied 16 einen inneren Abschnitt 52 der Leiterenden, während die Federplatte 24 einen Punkt am äußeren Abschnitt 56 der Leiterenden kontaktiert. Der Abstand 56 zwischen dem Kontaktpunkt des Leiterspitzenklemmglied 21 und dem Leiterende kann irgendeine geeignete Größe besitzen, beispielsweise hat sich 1 mm als brauchbar erwiesen. Der Abschnitt 54 des Leiters, der sich zwischen den beiden Kontaktbereichen 52, 56 befindet, wird exponiert belassen. Zusammengefaßt sind das Leiterarmklemmglied 16 und die Federplatte 24 direkt über dem Anschlußrahmen 50 positioniert, und der Anschlußrahmen 50 überlappt den Zwischenverbinder 70 und einen Teil 94 des Heizblocks 90. Während der Anschlußrahmen 50 durch das Leiterarmklemmglied 16 und die Federplatte 24 gehalten wird, werden die Leiter an die Leiterbahnen des Zwischenverbinders 70 ultraschallgebondet. Dieses Bonden erfolgt in dem exponierten Abschnitt 54 des Leiterrahmens 50.
Bei dem eigentlichen Bondvorgang wird zunächst der Zwischenverbinder 70 innerhalb der Ausnehmung 92 des Heizblocks 90 positioniert. Der Heizblock 90 wird dann aufgeheizt, um den Bondvorgang zu begünstigen. Der Anschlußrahmen 50 wird dann auf den Zwischenverbinder 70 überlappend plaziert. Als nächstes wird die Bewegung des Anschlußrahmens 50 relativ zu dem Zwischenverbinder 70 an zwei Kontaktstellen mittels des Leiterarmklemmglieds 16 und der Federplatte 24 unterbunden. Nachdem der Anschlußrahmen 50 festgelegt worden ist, wird ein Leiter mit einer zugeordneten Leiterbahn auf dem Zwischenverbinder 70 ultraschallgebondet. Während der Anschlußrahmen 50 nach wie vor an zwei Stellen mittels der Anschlußrahmenklemme 200 gehalten wird, werden die übrigen, noch nicht angeschlossenen Leiter nacheinander mit ihren zugeordneten Leiterbahnen verbondet.
Bei einer so hergestellten Baugruppe kann ein Chip mit einer Mehrzahl von Bondhöckern auf dem Zwischenverbinder 70 angebracht werden, und als nächstes werden die Höcker des Chips elektrisch mit den Leiterbahnen verbunden. Der Chip, die Leiter und ein Teil des Zwischenverbinders 70 werden dann unter Verwendung herkömmlichen Materials eingekapselt. Konventionelle Techniken werden verwendet, um diese Schritte für das Konfektionieren der Halbtleiterkomponente auszuführen, wie dem Fachmann bekannt ist.
Der Gegenstand der Erfindung ist nicht nur bei der Anschlußrahmen-Zwischenverbinderintegration anwendbar. Überall dort, wo ein Leiter mit einem unterlagerten Substrat ultraschallzubonden ist, kann davon Gebrauch gemacht werden. Beispielsweise kann ein Leiter mit einer gedruckten Schaltungsplatine verschweißt werden. Auch kann ein Anschlußrahmen mit einem Substrat verschweißt werden, das eine Kugelgittermatrixkonfiguration aufweist.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit einem Beispiel beschrieben, bei dem der Leiter an einer einzigen Stelle mit der Leiterbahn eines Zwischenverbinders ultraschallverschweißt wird. Es versteht sich jedoch, daß dieselbe Verbesserung erfolgen könnte, wenn ein Verbonden an mehr als einem Punkt des Leiters stattfinden soll. Zusätzlich sind ein bestimmtes Leiterarmklemmglied in Form einer Fensterklemme und ein bestimmtes Leiterspitzenklemmglied 21 in Form einer Federklemme als Anschlußrahmenklemmanordnung beschrieben worden. Der jeweilige Aufbau und die Positionierung dieser Klemmen können in weitem Umfang variiert werden. Beispielsweise können die Federklemme und die Fensterklemme getrennte Klemmen sein, die nicht aneinander befestigt sind. Darüber hinaus können die Fensterklemme und die Federklemme beide in Form einer konventionellen Fensterklemme ausgebildet sein, wobei sich die Federklemme innerhalb der Fensterklemme befindet.

Claims

Verfahren zum Ultraschallbonden eines Leiters eines Anschlußrahmens (50) an einer zugeordneten Leiterbahn auf einem Substrat (70), wobei der zu bondende Leiter geklemmt und ein mit einem Ultraschallwandler verbundenes Bondwerkzeug über einem zu bondenden Abschnitt des Leiters positioniert wird, gekennzeichnet durch: (a) Klemmen eines ersten Abschnitts (52) des Leiters an einer ersten Kontaktposition, (b) Klemmen eines zweiten Abschnitts (56) des Leiters an einer zweiten Kontaktposition, (c) Positionieren des Bondwerkzeugs über einem zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (52, 56) befindlichen dritten Abschnitt (54), und (d) Ultraschallbonden des dritten Abschnitts (54) des Leiters mit der zugeordneten Leiterbahn, während der erste und der zweite Abschnitt (52, 56) des Leiters geklemmt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Abschnitt (52, 56) in einem Abstand geklemmt werden, der zwischen 0,25 mm und 1,25 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Abschnitt (52, 56) in einem Abstand geklemmt werden, der zwischen 0,5 mm und 0,75 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat (70) ein Zwischenverbinder, eine gedruckte Schaltungsplatine oder eine Kugelmatrixplatine gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der zu bondenden Flächen silber- oder goldplattiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leiter jeweils in einem ersten und einem zweiten Abschnitt (52, 56) geklemmt und ohne Lösen der Klemmung mit zugeordneten Leiterbahnen gebondet werden.
Anschlußrahmenklemme zum Klemmen eines Anschlußrahmens (50) beim Bonden, insbesondere zur Anwendung in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die mindestens ein Klemmglied zum Klemmen eines zu bondenden Leiters umfaßt und mittels einer Befestigungsvorrichtung an einem Support befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiterspitzenklemmglied (21) zum Klemmen eines ersten Segments des Anschlußrahmens (50) einschließlich eines ersten Abschnitts (52) des Leiters und ein mittels der Befestigungsvorrichtung an dem Support befestigtes Leiterarmklemmglied (16) zum Klemmen eines zweiten Segments des Anschlußrahmens (50) einschließlich eines zweiten Abschnitts (56) des Leiters vorgesehen sind, wobei sich der Bondbereich (54) zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (52, 56) des Leiters befindet.
Anschlußrahmenklemme nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterspitzenklemmglied (21) einen in Richtung des Anschlußrahmens (50) kraftbeaufschlagbaren Halter (22) für eine gegenüber diesem federvorgespannte und mit dem ersten Segment des Anschlußrahmens (50) in Eingriff bringbare Federplatte (24) aufweist.
Anschlußrahmenklemme nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (22) sowohl an dem Leiterarmklemmglied (16) als auch an der Federplatte (24) angebracht und die Federplatte (24) mittels der Befestigungsvorrichtung gegen das erste Segment des Anschlußrahmens (50) preßbar ist.
Anschlußrahmenklemme nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterarmklemmglied (16) ein darin ausgebildetes Fenster (18) aufweist, wobei die Federplatte (24) innerhalb des Fensters (18) so positionierbar ist, daß mittels der Federplatte (24) eine Vielzahl von Leiterspitzen klemmbar ist.