DE69532298T2

DE69532298T2 - Mikroelektronische bondverbindung mit leiterbewegung

Info

Publication number: DE69532298T2
Application number: DE69532298T
Authority: DE
Inventors: H. Thomas DISTEFANO; Zlata Kovac; John Grange
Original assignee: Tessera LLC
Current assignee: Adeia Semiconductor Solutions LLC
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2015-09-20
Also published as: KR100334990B1; US5619017A; EP0800753A4; JP2005101638A; EP0800753A1; WO1996009745A1; JPH10506235A; JP3658407B2; DE69532298D1; ATE256378T1; JP3822892B2; KR970706712A; EP0800753B1; US5491302A; AU3555995A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Montieren und Verbinden mikroelektronischer Vorrichtungen, und insbesondere betrifft sie das Verfahren zum Verbinden von mikroelektronischen Baueinheiten wie Halbleiterchips mit externen Schaltungen und ähnlichen Vorrichtungen.
STAND DER TECHNIK
Die rasche Entwicklung der Halbleiterindustrie in den jüngsten Jahren hat zu einer anhaltenden Forderung einer progressiv zunehmender Anzahl von Kontakten und Leitungen innerhalb eines Bereichs bestimmter räumlicher Größe geführt. Ein einziger Chip kann eine größere Anzahl von Kontakte benötigen, die alle innerhalb der Chipoberfläche liegen. Beispielsweise kann ein komplexer Halbleiterchip nach dem Stand der Technik Kontaktreihen entlang seiner Kanten aufweisen. Die Kontakte in einer solchen Reihe haben einen Mittenabstand von 0,1 mm oder weniger, in manchen Fällen 0,07 mm oder weniger. Es wird erwartet, daß diese Abstände mit der Weiterentwicklung im Bereich der Halbleiterfertigung progressiv noch kleiner werden.
Jeder Kontakt auf dem Chip muß mit der externen Schaltungstechnik, beispielsweise mit der Schaltungstechnik eines tragenden Substrats oder einer Schaltungsplatine, verbunden werden. Typisch werden vorgefertigte Leitungsanordnungen oder einzelne Drähte für solche Zwischenverbindungen eingesetzt. Für diese dicht nebeneinander liegenden Kontakte müssen die an den Chipkontakten angeschlossenen Leitungen eine extrem feine Struktur mit einer typischen Breite von weniger als 0,035 mm aufweisen. Solche feinen Strukturen sind bezüglich Beschädigung und Deformation gefährdet. Bei den eng nebeneinander liegenden Kontakten führt bereits eine geringe Abweichung einer Leitung von ihrer normalen Position zu einer Fehlausrichtung der Leitungen und Kontakte. Dann kann eine bestimmte Leitung nicht mehr dem richtigen Kontakt auf dem Chip oder Substrat gegenüberliegen, oder sie kann fälschlicher Weise einem benachbarten Kontakt gegenüberliegen. In beiden Fällen ergibt sich eine defekte Chipbaugruppe. Fehler dieser Art führen zu einer wesentlichen Verminderung der Ausbeute guter Vorrichtungen und bringen Defekte in den Produktestrom. Diese Probleme treten insbesondere im Zusammenhang mit Chips auf, die relativ feine Kontaktanordnungen mit kleinen Abständen zwischen benachbarten Kontakten aufweisen.
Es wurden verschiedene Ansätze gemacht für die Entwicklung technologischer Verfahren, Werkzeuge und entsprechende Maßnahmen getroffen, um eine hohe Dichte der Kontakte und Leitungen sowie die extrem feine Art der betroffenen Bauteile in diesen Fertigungsoperationen zu bewältigen. Zum Beispiel, die gemeinsam übertragene, angemeldete US-Patentschrift Nr. 919 772, die am 24. Juli 1992 angemeldet wurde, beschreibt ein Halbleiter-Verbindungsbauteil und ein Verfahren, womit die oben angegebenen Probleme mit gutem Erfolg bewältigt werden, indem ein Verbindungsbauteil realisiert wird, welches eine Lücke aufweist, wobei in einigen Fällen eine oder mehrere Leitungen verlängerte Verbindungsabschnitte aufweisen, die sich über eine solche Lücke erstrecken. Das Verbindungsbauteil ist auf dem Chip oder sonstigem, zu verbindenden Bauteil so angeordnet, daß die Verbindungsabschnitte der Leitungen sich über den Kontakten des Chips erstrecken. Während der Verbindungsoperation werden solche Verbindungsabschnitte relativ zum Verbindungsbauteil versetzt und mit den Kontakten zusammengebracht. In gewissen bevorzugten Ausführungsformen dieser innovativen Verfahren, vor der Verbindungsoperation, werden die Verbindungsbauteile im wesentlichen parallel zueinander in einer Reihe angeordnet und gegenüber den entsprechenden Kontakten des Halbleiterchips ausgerichtet. Das System ermöglicht es einem Verbindungswerkzeug, jeden Verbindungsabschnitt nacheinander zusammenzubringen und zu verbinden. Dieses System kommt jedoch an eine Grenze ihres möglichen Einsatzes, wenn die Mittenabstände zwischen den Kontakten auf dem Chip und somit die Mittenabstände zwischen benachbarten Leitungsverbindungs-Abschnitten progressiv kleiner gemacht werden. Bei extrem kleinen Mittenabständen steht während der Verbindungsoperation kein ausreichenden Platz für den Werkzeugschaft mehr zur Verfügung. Bei der Abwärtsbewegung eines Verbindungsabschnitts durch das Werkzeug, um ihn mit dem entsprechenden Kontakt zusammenzubringen, kann der Werkzeugschaft mit dem nächsten, noch nicht verbundenen Verbindungsabschnitt in der Reihe zusammenstoßen. Wie weiter unten beschrieben wird, können solche Störungen verursacht oder gesteigert werden durch die Form des Werkzeugschafts und durch Versuche, Leitungsfehlausrichtungen auszugleichen. Somit ist ein wesentlicher Bedarf entstanden für ein Verfahren und ein Verbindungsbauteil, mit welchen diese Probleme behoben sind und das oben beschriebene Verfahren bei noch kleineren Mittenabständen der Kontakte eingesetzt werden kann.
Typisch weist die Leitung einen Verbindungsabschnitt auf mit einem ersten Ende, welches am Körper des Verbindungsbauteils befestigt ist, und einem zweiten Ende, welches abnehmbar mit dem Körper über einen zetbrechlichen Abschnitt der Leitung verbunden ist. Der zerbrechliche Abschnitt zerbricht während der Abwärtsbewegung des Werkzeugs. Wie weiter beschrieben ist in der ebenfalls angemeldeten, gemeinsam übertragenen US-Patentschrift 096 693, bewegt das zum Verbinden der Vebindungsabschnitte eingesetzte Werkzeug die Leitungen zweckmäßig in Längsrichtung des Leitungs-Verbindungsabschnitts. Die Bewegung in Längsrichtung ist normalerweise weg vom zerbrechlichen Abschnitt der Leitung gerichtet, zum befestigten oder ersten Ende hin, d. h. in Richtung zum Ende, welches am Verbindungsbauteilkörper befestigt bleibt. Diese Bewegung tendiert dazu, eine Verbiegung der Leitung zu bewirken, im typischen Fall zu einer S-form, vor dem Verbinden. Dies beseitigt effektiv die in der Leitung durch die Abwärtsbewegung des Werkzeugs bewirkte mechanische Spannung.
Während dieser Längsbewegung muß sich der Verbindungsabschnitt der vom Werkzeug erfaßten Leitung mit dem Werkzeug bewegen. Wenn die Leitung einen Schlupf relativ zum Werkzeug aufweist, so daß sich das Werkzeug entlang der Leitung bewegen kann, wird die S-förmige Konfiguration möglicherweise nicht erzeugt. Deshalb ist diesbezüglich eine weitere Verbesserung der Verbindungsoperation ebenfalls wünschenswert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bietet ein Verfahren zum Verbinden eines Teils eines Halbleiterchips oder einer sonstigen mikroelektronischen Baueinheit, die eine Mehrzahl, in einer Reihe angeordneter Kontakte aufweist, mit einem Verbindungsbauteil welches eine Mehrzahl von Leitungen mit Verbindungsabschnitten aufweist, die nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind. Das Verfahren umfaßt folgende Schritte: Gegenüberstellung des Verbindungsbauteils relativ zum Teil der Halbleiterchip-Baueinheit, und Verbinden des Verbindungsabschnitts mit den entsprechenden Kontakten. Im Gegenüberstellungsschritt wird die Reihe der Verbindungsabschnitte über die Reihe der Kontakte gebracht und relativ zu diesen ausgerichtet, so daß jeder Verbindungsabschnitt einen Versatz relativ zu einem entsprechenden Kontakt in einer ersten Richtung entlang der Reihen aufweist. Im Verbindungsschritt werden die Verbindungsabschnitte und die entsprechenden Kontakte miteinander verbunden, indem ein Verbindungszyklus nacheinander an den Verbindungsabschnitten entlang der Reihe in der ersten Richtung ausgeführt wird. Jeder Verbindungszyklus umfaßt für jeden Verbindungsabschnitt den Schritt des Zusammenbringens von einem oder mehreren Verbindungsabschnitten mit einem Werkzeug und Bewegen des zusammengebrachten Abschnitts bzw. der zusammengebrachten Abschnitte und des Werkzeugs nach unten und in einer zweiten, zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung, um die Zusammenführung mit den entsprechenden Kontakten zu bewirken, wobei während jedem Verbindungszyklus das Werkzeug und der zusammengebrachte Verbindungsabschnitt bzw. die zusammengebrachten Verbindungsabschnitte sich weg vom nächsten benachbarten, nicht verbundenen Verbindungsabschnitt bewegen. Da sich das Werkzeug vom nächsten, nicht verbundenen Verbindungsabschnitt bewegt, ist der freie Abstand für den Werkzeugschaft umso größer.
Das Verfahren kann außerdem den Schritt der Bestimmung des Betrags und der Richtung der Abweichung von der Sollpositions-Beziehung zwischen den Verbindungsabschnitten der Leitungen und der Kontakte umfassen. Diese Bestimmung kann auch von Maschinen-Bildgebungssystemen ausgeführt werden, und zwar entweder für jeden einzelnen Verbindungsabschnitt oder, typischer, für eine ganze Reihe von Verbindungsabschnitten, als Bestimmung der Abweichung von der Sollpositions-Beziehung zwischen Bezugsmarkierungen auf dem Verbindungsbauteilkörper und Bezugsmarkierungen auf dem Chip oder auf der sonstigen mikroelektronischen Baueinheit, wobei automatisierte Bildgebungssysteme eingesetzt werden. Das Verfahren kann außerdem den Schritt des Variierens der Größe der Bewegung des Werkzeugs in der zweiten Richtung umfassen, um diese Abweichungen zu kompensieren. Vorzugsweise reduziert diese Bewegung nicht die Größe der Werkzeugbewegung in der zweiten Richtung zu Null, auch nicht bei maximaler Abweichung von der Sollpositionierung. Anders ausgedrückt, die Sollabweichung der Leitungs-Verbindungsabschnitte von den Kontakten in der ersten Richtung sollte größer sein als die maximale Abweichung von der Sollpositionierung in der zweiten Richtung. Somit, auch nach Kompensation der Abweichung, wird sich das Werkzeug immer in der zweiten Richtung bewegen, die von der nächsten nicht verbundenen Leitung weg gerichtet ist. Im Gegensatz dazu würden Versuche, Abweichungen von der Sollpositionierung ohne Sollversatz zu kompensieren, eine Werkzeugbewegung in der ersten Richtung, zur nächsten nicht verbundenen Leitung hin erfordern, und in manchen Fällen könnte dies zum Zusammenstoß zwischen dem Werkzeug und den nicht verbundenen Leitungen führen.
Vorzugsweise enthält das Verbindungsbauteil einen Körper mit oberer und unterer Fläche sowie eine Lücke oder ein Fenster, welches sich durch den Verbindungsbauteilkörper zwischen der oberen und der unteren Fläche erstreckt. Jede Leitung kann einen Verbindungsabschnitt aufweisen, der sich quer über die Lücke erstreckt und ein erstes sowie ein zweites Ende aufweist, der auf gegenüberliegenden Seiten der Lücke am Verbindungsbauteilkörper befestigt ist. Das zweite Ende von jedem Verbindungsabschnitt ist zweckmäßig am Körper befestigt, so daß das zweite Ende im wesentlichen nach unten relativ zum Körper bewegt werden kann, als Reaktion auf die an der Leitung angesetzte Kraft. In dieser Anordnung wird der Verbindungsabschnitt von jeder Leitung vor dem Bewegungsschritt an beiden Enden vom Verbindungsbauteil getragen. Der Verbindungsabschnitt von jeder Leitung wird während des Verbindungsschritts nach unten gebogen, um mit dem entsprechenden Kontakt zusammengeführt zu werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht weitere Verfahren vor zum Verbinden von Teilen mikroelektronischer Baueinheiten, beispielsweise Chips, mit Verbindungsbauteilen einschließlich einer Mehrzahl von Leitungen. Die in einem Verfahren gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendeten Verbindungsbauteile weisen zweckmäßig eine Mehrzahl von Leitungen auf, wobei jede Leitung einen länglichen Verbindungsabschnitt aufweist. Jeder Verbindungsabschnitt weist wenigstens eine Auskragung auf, die sich nach außen von der Leitung erstreckt und einen Stop-Abschnitt bildet, der mit dem Verbindungswerkzeug in Eingriff kommt, um die Längsbewegung des Werkzeugs entlang der Verbindungsleitung zu stoppen. Die Auskragung kann sich nach außen entweder von einer oberen Fläche oder von einer Außenkante der Verbindungsleitung erstrecken.
Als Alternative kann die Verbindungsleitung mit einem Paar von Auskragungen versehen werden, die sich nach außen und symmetrisch von gegenüberliegenden Außenkanten der Leitung erstrecken, um einen Stop-Abschnitt zu bilden, der so adaptiert ist, daß er vom Verbindungswerkzeug erfaßt wird. Jede der Auskragungen wird typisch gebildet von wenigstens einer zum Werkzeug weisenden Eingriffkante und von einer Hinterkante. Typisch ist die Eingriffkante mit einem Winkel von etwa 90° relativ zur Außenkante der Leitung angeordnet, während die Hinterkante typisch unter einen Winkel zwischen 120° und 150° relativ zur Außenkante zwischengefügt ist.
Typisch wird im Verbindungsschritt jeder Verbindungsabschnitt von einem Verbindungswerkzeug erfaßt, so daß, während sich das Werkzeug bewegt, wenigstens ein Teil des Verbindungsabschnitts relativ zum Körper des Verbindungsabschnitts verlagert wird. In bevorzugten Verfahren gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung, findet die Werkzeugbewegung auch in der Längsrichtung des Leitungs-Verbindungsabschnitts statt. Die Auskragung bzw. die Auskragungen an jedem Verbindungsabschnitt werden während dieser Bewegung vom Werkzeug erfaßt, so daß sich der erfaßte Bereich des Verbindungsabschnitts zusammen mit dem Werkzeug in Längsrichtung bewegt. Typisch bleibt ein erstes Ende des Verbindungsabschnitts mit dem Körper des Verbindungsbauteils verbunden, und das Werkzeug wird in Längsrichtung zum ersten Ende hin bewegt, so daß der Verbindungsabschnitt zu einer S-förmigen Kurve verbogen wird. Während dieses Vorgangs verhindert die Auskragung den Schlupf des Werkzeugs in der Längsrichtung relativ zum Verbindungsabschnitt. Die Bewegung des Werkzeugs verlagert zweckmäßig auch ein zweites Ende von jedem Verbindungsabschnitt relativ zum Körper des Verbindungsteils. Typisch trennt sich das zweite Ende von jedem Verbindungsabschnitt vom Verbindungsbauteilkörper während der Verlagerung im wesentlichen in der Richtung nach unten, indem ein zerbrechlicher Abschnitt von jeder Leitung zerbrochen wird, um so das zweite Ende von jedem Verbindungsabschnitt vom Verbindungsbauteilkörper zu trennen, indem der Verbindungsabschnitt innerhalb des Bauteils im wesentlichen nach unten gedrückt wird.
Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verbindungsbauteil einschließlich Leitungen vor. Jede Leitung weist vorzugsweise wenigstens eine Auskragung auf, die sich von ihrem Körper nach außen erstreckt. Die Auskragung kann sich nach außen erstrecken entweder von einer oberen Fläche oder von einer Außenkante der Verbindungsleitung. Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung weist jede Verbindungsleitung ein Paar von Auskragungen auf, die sich von entgegengesetzten Außenkanten nach außen erstrecken. Vorzugsweise wird jede Auskragung von wenigstens einer Eingriffkante und einer Hinterkante gebildet, wobei die Eingriffkante mit einem Winkel von etwa 90° relativ zur Außenkante der Leitung positioniert ist, und die Hinterkante unter einem Winkel zwischen 100° und 150° relativ zur Außenkante zwischengefügt ist.
Jede Leitung kann ein zerbrechliches Element aufweisen, welches neben ihrem zweiten Ende angeordnet ist. Jedes zerbrechliche Element kann eine oder mehrere Kerben aufweisen, die sich im wesentlichen nach innen von den Außenkanten der Leitung erstrecken, um einen Hals zu definieren, der eine Breite wesentlich kleiner als das Breitenmaß zwischen den Außenkanten aufweist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht ein Verbindungsbauteil vor, welches einen Körper und verlängerte Leitungen aufweist, wobei jede Leitung einen Abschnitt zum Verankern am Körper und einen Verbindungsabschnitt, der sich vom Verankerungsabschnitt quer über eine Kante des Körpers erstreckt, aufweist. Zum Beispiel kann sich jeder Verbindungsabschnitt quer über eine Außenkante des Körpers und weg vom Körper erstrecken. Als Alternative kann sich jeder Verbindungsabschnitt quer über eine Kante des Körpers erstrecken und dabei eine Lücke oder ein Fenster, wie oben beschreiben, definieren. Jede Leitung weist einen sich verjüngenden Abschnitt auf, der sich in Längsrichtung in der Nähe der Kante erstreckt, so daß das Trägheitmoment der Leitung beim Verbiegen quer zur Kante progressiv abnimmt in der Längsrichtung weg von der Kante. Im Einsatz wird ein Verbindungsbereich von jedem Verbindungsabschnitt nach unten und vorzugsweise auch in anderen Richtungen, wie oben beschrieben, verlagert. Der sich verjüngende Abschnitt bewirkt ein Verbiegen der Leitung in Form einer stetigen Kurve statt eines Einknickens an der Kante. Dies verbessert die Widerstandsfähigkeit der Leitung gegenüber Ermüdung und zyklischer thermischer Beanspruchung.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden mit Bezugnahme auf die Beispiele der Ausführungsformen beschrieben, die zur Erläuterung, aber nicht zur Einschränkung der Erfindung vorgesehen und in den folgenden Figuren dargestellt sind:
1 ist eine teilperspetivische Ansicht, die die Verbindung zwischen einer Halbleiterchip-Baueinheit und einem Verbindungsbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine Seitenansicht, die einen Verbindungsvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ist eine Draufsicht, welche die Verbindung zwischen der Halbleiterchip-Baueinheit und dem Verbindungsbauteil darstellt;
4 ist eine Draufsicht, welche den Halbleiterchip und das Verbindungselement in anfänglicher Gegenüberstellung zeigt;
5 zeigt die gegenseitige Ausrichtung der Elemente der Erfindung während des Verbindungsvorgangs;
6 zeigt verschiedene Ausführungsformen für den zerbrechlichen Teil der Verbindungsleitung;
7 ist eine Draufsicht eines Anschlußleitungspaares gemäß der Erfindung mit zerbrechlichen Elementen und Auskragungen;
8 ist eine Teildraufsicht von zwei Verbindungsleitungen mit den Auskragungen;
9 ist eine Teildraufsicht der Verbindungsleitung mit einer Auskragung, die sich von ihrer Außenkante erstreckt;
10 ist eine Teildraufsicht der Verbindungsleitung, an welcher sich die Auskragung von einer oberen Fläche davon erstreckt;
11 zeigt ein Paar Verbindungsleitungen mit verschachtelten Auskragungen;
12 ist eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs zwischen zwei benachbarten Auskragungen.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindung hier an Hand der Figuren beschrieben werden, wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die dargestellten Ausführungsformen nur als Beispiele aufzufassen sind und somit lediglich einige wenige von vielen möglichen spezifischen Ausführungsformen aufzeigen, die Anwendungen der Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind. Verschiedene Änderungen und Modifikationen, die der erfahrene Fachmann für den technischen Bereich der vorliegenden Erfindung als selbstverständlich einbegriffen erkennt, liegen im Sinn, sowie im Geltungs- und Absichtsbereich der vorliegenden Erfindung, wie in den Ansprüchen im Anhang hierzu näher definiert wird.
Die Erfindung ist am besten zu verstehen mit Hinweis auf die Konvention, daß die Begriffe "oben" und "unten" sowie die Begriffe "nach oben" und "nach unten" hier nur verwendet werden, um Richtungen relativ zur Baueinheit zu bezeichnen, und nicht im Bezugssystem der Schwerkraft gemeint sind.
Eine Baugruppe 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zweckmäßig in den 1 und 2 illustriert und umfaßt einen Halbleiterchip 12 und ein Verbindungsbauteil 20. Der herkömmliche Halbleiterchip 12 ist im typischen Fall als massiver Körper gestaltet mit oberer 14 und unterer 16 Fläche sowie wenigstens einer Reihe elektrischer Kontakte oder Kontaktstellen 18, im typischen Fall in der Nähe eines Randes des Chips. Der Chip weist außerdem eine Mehrzahl von Bezugsmarkierungen 104 auf seiner oberen Fläche auf, die sich in vorbestimmten Positionen relativ zu den Kontakten 18 befinden.
Ein Verbindungsbauteil 20 ist gestaltet mit einer oberen dielektrischen Schicht 22 aus einem dünnen flexiblen Film eines dielektrischen Materials wie Polyimid und einer unteren Schicht 24 aus einem relativ weichen, nachgiebigen Material wie ein Elastomer oder ein Gel, oder aus einer Verbundstruktur, die auch eine Flüssigkeit enthält. Die obere und die untere Schicht bilden einen Verbindungsbauteilkörper oder eine tragende Struktur. Die tragende Struktur weist wenigstens ein längliches Fenster oder eine Lücke 26 auf, die sich durch beide Schichten erstreckt und die tragende Struktur unterteilt in ein zentrales Teil 28 und ein äußeres Teil 27. Elektrisch leitende Anschlüsse 31, von welchen nur eine in der 1 sichtbar ist, sind im zentralen Teil der tragenden Struktur angeordnet. Jeder Anschluß ist mit einer elektrisch leitenden, metallischen Verbindungsleitung 30 verbunden. Jede Leitung ist mit einem länglichen, streifenförmigen Verbindungsabschnitt 32 versehen, der sich über die Lücke erstreckt. Die Verbindungsabschnitte erstrecken sich nebeneinander über die Lücke 26. Das Verbindungsbauteil hat Bezugsmarkierungen 102 auf seinem Körper in vorgegebenen Positionen relativ zu den Leitungen.
Der Verbindungsabschnitt von jeder Leitung hat ein erstes oder proximales Ende 34, welches am zentralen Teil 28 befestigt ist, und ein zweites oder distales Ende 36, welches abnehmbar mit dem äußeren Teil 27 der tragenden Struktur verbunden ist. Das zweite Ende 36 des Verbindungsabschnitts ist am äußeren Teil 27 der tragenden Struktur über ein zerbrechliches Element oder einen zerbrechlichen Abschnitt 38 befestigt. Jeder zerbrechliche Abschnitt verbindet das zweite Ende des Verbindungsabschnitts mit dem äußeren Teil. Die Leitungen sind typisch aus einem oder mehreren schmiedbaren Metallen wie Gold, Kupfer oder Verbundstrukturen aus Gold und Kupfer hergestellt. Wie die 1 bis 4 am besten zeigen, wird jeder zerbrechliche Abschnitt bzw. jedes zerbrechliche Element von jeder Leitung als ein Paar Kerben 37 und 39 gestaltet, die sich im wesentlichen von den Außenkanten 40 und 42 der Leitung nach innen erstrecken, um einen Hals zu bilden. Die Breite von einem solchen Hals ist wesentlich kleiner als die Breite der Verbindungsleitung zwischen ihren Außenkanten. Der Winkel, der von den Flächen jeder Kerbe gebildet ist, beträgt etwa 120 bis 150 Grad, vorzugsweise etwa 135 bis 150 Grad. Zusätzlich wird die Größe der Kerben so eingestellt, daß die Breite am zerbrechlichen Abschnitt etwa die Hälfte der Breite der Leitung selbst im Verbindungsbereich beträgt.
Zusätzlich ist jede Verbindungsleitung mit einem Verbindungsbereich 29 versehen, der neben dem zweiten Ende des Verbindungsabschnitts und des zerbrechlichen Abschnitts davon angeordnet ist. Wenigstens eine Auskragung erstreckt sich nach außen von einem Körper von jeder Verbindungsleitung, um einen Stop-Abschnitt 46 zu bilden. Wie unten erläutert wird, sind diese Stop-Abschnitte so gestaltet, daß sie mit einem Verbindungswerkzeug in Eingriff gelangen, um die Bewegung des Werkzeugs in Längsrichtung relativ zur Leitung einzuschränken und/oder zu stoppen. In der Ausführungsform gemäß 1 bis 4 weist der Stop-Abschnitt 46 von jeder Verbindungsleitung ein Paar Auskragungen 47 und 48 auf, die sich nach außen und symmetrisch von entgegengesetzten Außenkanten des länglichen Verbindungsabschnitts erstrecken. Jede Auskragung ist gebildet aus wenigstens einer eingreifenden Wand 52, die dem äußeren Teil 27 zugewandt ist, und aus der rückseitigen Wand 54, die dem zentralen Teil 28 zugewandt ist. 8 zeigt, daß die eingreifenden Wände der Auskragungen 17 und 48 unter Winkeln von etwa 90° relativ zur Außenkante der Leitung positioniert sind, während die rückseitige Wand zwischen der äußeren Kante der Leitung unter einem Winkel von 120° bis 150° eingefügt ist.
In einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Halbleiterchip zunächst auf einem Substrat oder auf einer flachen Tragfläche 25 angeordnet. Dann wird das Verbindungsbauteil 20 oben auf dem Chip 12 positioniert (siehe 1), wobei die untere Schicht 24 des Verbindungsbauteils der oberen Fläche 14 des Chips zugewandt ist. Das Verbindungsbauteil wird dem Chip so gegenübergestellt, daß die Lücke 26 des Verbindungsbauteils gegenüber der Kontaktereihe 18 des Chips ausgerichtet ist. Somit fällt eine Längsachse der Lücke 26 mit der Längsachse der Kontaktereihe oder Kontaktstellen 18 zusammen oder erstreckt sich im wesentlichen parallel zu dieser Achse. Der Verbindungsabschnitt von jeder Leitung ist quer über der Lücke 26 positioniert und erstreckt sich seitlich relativ zur Längsachse der Kontaktereihe. Der Schritt des nebeneinander Anordnens kann mit herkömmlichen Positionierungselementen vom Typ ausgeführt werden, der gewöhnlich eingesetzt wird zum Positionieren von Halbleiterchips relativ zum Band für automatisiertes Positionieren. Die Positionierungsmittel umfassen eine oder mehrere Videokameras 108, Computergeräte 110 und Servomechanismen 112. Während des Nebeneinander Anordnens erfassen die Videokamera und die Computergeräte die Positionen der Bezugsmarkierungen 102 und 104 auf dem Verbindungsbauteilkörper und auf dem Chip, und sie können auch dem Servomechanismus Befehle erteilen, um die relativen Positionen des Verbindungsbauteils und des Chips entsprechend zu justieren, um das Verbindungsbauteil und den Chip in der gewünschten Weise auszurichten. Auch mit solchen Korrekturen ist es normalerweise jedoch nicht möglich, alle Bereiche des Verbindungsbauteilkörpers perfekt relativ zu den entsprechenden Teilen des Chips auszurichten.
Wie die 1 und 4 am besten zeigen, ist der Verbindungsabschnitt von jeder Leitung im nebeneinander angeordneten Zustand der Baugruppe so positioniert relativ zum entsprechenden Kontakt, daß eine vertikale Projektion 35 eines solchen Verbindungsabschnitts auf die obere Fläche 14 des Chips gegenüber dem entsprechenden Kontakt in einer ersten Richtung versetzt ist um eine Strecke, die von Vektor F in den Diagrammteilen der 1, 2 und 4 dargestellt ist. Dies ist mit Bezug auf die Verbindungsleitung 30 und auf den zugeordneten Kontakt 18 in der dreidimensionalen 1 klar ersichtlich. In der 4, die eine zweidimensionale Draufsicht der Teile im nebeneinander angeordneten Zustand ist, erscheint jeder solche Versatz als eine Lücke zwischen der Mittellinie des Verbindungsabschnitts selbst und der Mittellinie des entsprechenden Kontakts. Der Versatz in der ersten Richtung F ist in einer Richtung entlang der Reihe von Verbindungsabschnitten, d. h. in einer Richtung quer zur Längsrichtung von jedem Verbindungsabschnitt. Deshalb vor der Positionierung des Werkzeugs 50 in Eingriff mit einer ersten Verbindungsleitung des Verbindungsteils existiert ein vorgegebener Abstand in der ersten Richtung A zwischen der Mittellinie von jedem Kontakt 18 des Halbleiterchips und der Mittellinie des entsprechenden Verbindungsabschnitts 32. Der Sollbetrag des vorgegebenen Versatzes oder der Lücke A wird an Hand von Überlegungen gewählt, die auch die Abmessungen der Außenkontur eines Schafts oder oberen Teils des Werkzeugs 50, welches für den Verbindungsvorgang verwendet wird, berücksichtigen; insbesondere hängt er von der Breite der an der oberen Position ab. Deshalb, je breiter der obere Teil des Werkzeugs ist, um so größer muß der Versatz oder die Lücke sein. Der Versatz A muß auch mindestens so groß wie, vorzugsweise größer als die maximale Abweichung von der Sollposition, die aus Toleranzen in den Bauteilen und im Positionierungsschritt entstehen kann.
In diesem Zusammenhang zeigen die Tabellen I und II die bevorzugten Abmessungen für die Verbindungsleitungen oder ihre Verbindungsabschnitte 32, die Kontakte 18 und das Verbindungswerkzeug 60 während des in der 5 dargestellten Vorgangs gemäß der vorliegenden Erfindung. In der 5 ist der Leitungsverbindungsabschnitt 32a in seiner Sollposition mit durchgezogenen Linien dargestellt, und mit gebrochenen Linien in Positionen, die durch Abweichungen von der Sollposition beeinflußt werden. Die Position 32a' zeigt eine negative Abweichung ("–tol.") vom nominellen Versatzbetrag A, während die Position 32a'' den Effekt einer positiven Abweichung ("+tol.") oder eines größer als nominellen Versatzes zeigt. Wie in der Tabelle II angegeben, ist der Betrag des nominellen Versatzes A der maximalen negativen Abweichung (–tol.) gleich, so daß der aktuelle Versatz niemals weniger als Null ist. Anders ausgedrückt, der aktuelle Versatzbetrag ist immer Null oder größer als Null; der Verbindungsabschnitt der Leitung ist immer in der ersten Richtung gegenüber der Kontaktstelle versetzt, oder im seltenen Fall maximaler Toleranz (aktueller Versatz Null) kann der Verbindungsabschnitt mit der Position der Kontaktstelle übereinstimmen. Ein negativer aktueller Versatz oder Versatz in der zweiten Richtung S, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, kommt in keiner im Toleranzbereich liegenden Baueinheit vor. In diesem Zusammenhang ist der Sollwert des Versatzes, auf den hier Bezug genommen wird, der mittlere Versatz, der im Verfahren über viele Einheiten gemittelt erscheint, unabhängig von der verwendeten Bezeichnung. In einigen Dimensionierungssystemen kann ein Sollversatz und ein Bereich tatsächlicher Versatzwerte als asymmetrische Toleranz angegeben werden, ohne expliziten nominellen Versatz, zum Beispiel "0 +50 Mikron, –0". Ein solcher asymmetrischer Toleranzbereich umfaßt trotzdem implizit die Bedingung eines Sollwertes ungleich Null, der mindestens der maximalen Abweichung entspricht.
Das automatische bildgebende System bestimmt den aktuellen Versatz der diversen Leitungen. Nachdem das Verbindungsbauteil mit dem Chip zusammengebaut wurde, berechnet der Computer 110 des bildgebenden Systems die Versatzwerte für jede Reihe der Leitungen an Hand der aktuellen Positionen der Bezugsmarkierungen 104 auf dem Verbindungsbauteil, relativ zu den Bezugsmarkierungen 102 auf dem Chip. Wenn ein Satz der Bezugsmarkierungen neben einer Reihe von Kontakten und Leitungen liegt, kann die Abweichung von der relativen Sollpositionierung der Verbindungsteil-Markierung in diesem Satz als Abweichung von der relativen Sollpositionierung für alle Leitungen in der Reihe übernommen werden. Wenn die Bezugsmarkierung 104 des Verbindungsbauteils beispielsweise um 3 Mikron in der ersten Richtung F von ihrer Sollposition relativ zur entsprechenden Markierung 102 auf dem Chip versetzt ist, nimmt das System an, daß jeder Verbindungsabschnitt ebenfalls um 3 Mikron in der gleichen Richtung von seiner Sollposition abweicht, und daß deshalb der aktuelle Versatz sämtlicher Verbindungsabschnitte um 3 Mikron größer als der Sollwert ist. Andere Reihen von Leitungen, die sich auf andere Bezugsmarkierung beziehen, können andere Abweichungen aufweisen.
Das Positionieren des Verbindungsabschnitts relativ zum Kontakt auf dem Chip in der Längsrichtung ist wesentlich weniger kritisch. Dank der länglichen Form der Verbindungsabschnitte, darf sogar jeder Verbindungsabschnitt um einen beträchtlichen Betrag, und zwar um etwa die Hälfte der Länge des Verbindungsabschnitts, von seiner Sollposition versetzt sein, wobei sich dann immer noch ein Teil des Verbindungsabschnitts in richtiger Position für das Verbinden mit dem entsprechenden Kontakt befindet.
Sobald das Verbindungsbauteil 20 und der Halbleiterchip 12 nebeneinander so angeordnet sind wie oben erläutert und in den 1 und 4 dargestellt ist, wird das Werkzeug 50 im wesentlichen nach unten bewegt, um den Verbindungsbereich des Verbindungsabschnitts einer der Leitungen zum Eingriff zu bringen.
Das Werkzeug kann ein Verbindungswerkzeug für interne Halbleiterleitungen sein, wie in der gemeinsam übertragenen, mit angemeldeten US-Patentschrift Nr. 096 700, die am 23. Juli 1993 angemeldet wurde, beschrieben ist.
Das Werkzeug 60 (siehe 1) weist einen Körper 62 auf, der sich zwischen einem unteren Ende 64 und einem oberen Ende 66 erstreckt. Im unteren Ende 64 ist eine Nute 68 gebildet, die sich nach innen innerhalb des Körpers erstreckt. Die Nute ist so gestaltet, daß sie den zu verbindenden Verbindungsabschnitt 32 aufnimmt und erfaßt. Wie in der genannten Patentschrift 096 700 beschrieben ist, kann das Werkzeug auch eine Nute 69 aufweisen, die sich quer zur Nute 68 erstreckt, für den Einsatz mit einer anderen Leitung. Ein Schaft oder ein oberer Teil 72 des Werkzeugs erstreckt sich nach oben vom oberen Teil des Körpers 62. Im typischen Fall weist der Schaft ein Verbindungsteil mit Schulter 74 an seinem oberen, vom Körper 62 fernen Ende auf. Diese Merkmale sind zum Zusammenführen mit dem Werkzeughalter einer Verbindungsvorrichtung (nicht dargestellt) adaptiert, so daß das Werkzeug in der Arbeitsstellung auf der Vorrichtung gehalten werden kann und die von der Vorrichtung aufgebrachte Kraft und Energie wie unten erläutert durch das Werkzeug geleitet werden können.
1 zeigt, daß der Schaft oder obere Teil des Werkzeugs 72 eine pyramidförmige Konfiguration aufweist. Der Schaft wird wesentlich breiter von seinem unterem Teil an seiner Verbindung mit dem Körper 62 zu einem oberen Teil in der Nähe der Schulter 74 hin, so daß die äußeren Abmessungen des oberen Teils vom Schaft wesentlich größer als diejenigen des unteren Teils davon sind. Der Schaft 62 hat typisch gleichmäßige Abmessungen von etwa 0,3 bis 0,4 mm (etwa 8 bis 10 Mil) in einem geraden Abschnitt entlang seinem unteren Ende. Im nächsten Abschnitt über dem geraden Abschnitt nimmt das Tiefenmaß Z des Schafts zu, von der vertikal gegenüber der Nute 68 ausgerichtetem Mittellinie zur Fläche 73, in der ersten Richtung F in Richtung zum oberen Ende des Schafts. Diese sich verjüngende Konfiguration verleiht dem Schaft die erforderliche mechanische Festigkeit für die Verbindungsoperation. Diese Form des Schafts benötigt jedoch zusätzlichen Platz, insbesondere bei der weiter unten erläuterten Bewegung des Werkzeugs nach unten.
Obwohl der Schaft 72 in 1 in beiden Richtungen gegenüber der vertikalen Achse B-B des Werkzeugs dargestellt ist, liegt auch ein Werkzeug mit einer oder beiden Seiten im wesentlichen Parallel zu dieser vertikalen Achse positioniert im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Somit kann das Werkzeug eine vertikale Seite aufweisen, die in der ersten Richtung F weist (die Richtung zu den nicht verbundenen Leitungen in der Reihe), und geneigte Seiten, die in den anderen Richtungen weisen. Die genaue Konfiguration des Werkzeugs einschließlich des Schafts ist von der jeweiligen Verbindungsvorrichtung und von der Art der zu verbindenden Elemente stark abhängig.
Bei der Verbindungsoperation wird das Werkzeug 60 nach unten bewegt (in der dem Vektor V im Diagrammteil der 1 entgegengesetzten Richtung), um den Verbindungsabschnitt der Leitung zu erfassen und ihn nach unten zu zwingen.
Die als Ergebnis dieser Abwärtsbewegung der Werkzeugs erzeugte Kraft wird dem Verbindungsbereich 39 des Verbindungsabschnitts aufgeprägt. Während sich das Werkzeug weiter nach unten bewegt, bricht das zerbrechliche Element 38 ab und trennt dabei das zweite Ende 36 des Verbindungsabschnitts vom Außenteil 27 der tragenden Struktur. Das erste Ende 34 ist jedoch noch mit dem mittleren Teil der tragenden Struktur verbunden. In diesem Zustand tendiert die vertikale Bewegung des Werkzeugs 50 dazu, den Verbindungsbereich 39 der Verbindungsleitung im wesentlichen nach unten zu bewegen in Richtung zur oberen Fläche 14 des Chips hin. Gleichzeitig wird das Werkzeug 60 auch wesentlich in horizontaler Richtung, in der Längsrichtung der Leitung, in Richtung zum ersten Ende 34 des Verbindungsabschnitts bewegt. Zur gleichen Zeit bewegen sich das Werkzeug und die erfaßten Bereiche der Leitung seitlich in Richtung zum entsprechenden Verbindungskontakt bzw. zur Kontaktstelle 18. Im Diagrammteil der 1 ist die horizontale Längskomponente der Werkzeugbewegung mit dem Vektor H angedeutet, während die vertikale Komponente der Bewegung mit dem Vektor V dargestellt ist. Die seitliche Komponente der Bewegung erfolgt in der zweiten Richtung S entlang der Reihe, d. h. entgegengesetzt zur ersten oder Versatzrichtung F.
Der Betrag der seitlichen Komponente der Werkzeugbewegung ist für jede Leitung gleich und entspricht dem aktuellen Versatz jener Leitung relativ zum entsprechenden Kontakt, wie zuvor vom bildgebenden System berechnet wurde. So reicht die seitliche Bewegung des Werkzeugs aus, um den Verbindungsabschnitt in Richtung zur entsprechenden Kontaktstelle 18 hin zu verschieben. Anders gesagt, das Werkzeug und die erfaßte Leitung bewegen sich in einer zweiten horizontalen Richtung (die mit dem Vektor S angezeigt ist) entgegen der ersten oder Versatzrichtung (die mit dem Vektor F angezeigt ist).
Wie am besten in der 2 ersichtlich ist, bewirkt diese seitliche Komponente der Bewegung die Kompensation der Fehlausrichtung, ohne Zusammenstoß zwischen dem Werkzeug und den nicht verbundenen Leitungen. Nachdem das Werkzeug 60 zunächst den Verbindungsabschnitt 32a der Leitung erfaßt hat, bewegen sich das Werkzeug und die Leitung in der zweiten Richtung S, weg vom nächsten nicht verbundenen Verbindungsabschnitt 32b. Der Sollbetrag dieser Bewegung ist der Nennversatz A. Abweichungen vom Sollversatz (+/– tol) veranlassen das System, den Betrag der Bewegung in der zweiten Richtung zu erhöhen oder zu erniedrigen, sie führen jedoch niemals zu einer Umkehrung der Bewegung des Werkzeugs in die erste Richtung. Im Gegensatz dazu, wenn das System für seitliche Bewegung zum Kompensieren der Abweichungen von der Sollpositionierung eingerichtet ist, jedoch ohne Sollversatz (A = 0), würde eine negative (in zweiter Richtung) Abweichung der Leitung von der Sollpositionierung eine Werkzeugbewegung in der ersten Richtung erfordern, zum nächsten nicht verbundenen Abschnitt hin. Eine solche Anordnung erfordert größere Abstände zwischen benachbarten Leitungen.
Die Bewegung in der zweiten Richtung ist auch behilflich, Freiraumabstand für den Schaft zu sichern. Als das Werkzeug 60 anfänglich den Verbindungsabschnitt einer Leitung erfaßt, ist seine breite Schulter 74 über der Ebene der intakten Verbindungsabschnitte 30a, 30b und 30c angeordnet, die, wie mit durchgezogenen Linien dargestellt ist, noch nicht verbunden wurden. Während jedoch das Werkzeug seine Abwärtsbewegung fortsetzt und den erfaßten Verbindungsabschnitt 30a zu den Chipkontakten bringt, senkt sich der Schaft zu den nicht verbundenen Verbindungsabschnitten 30b, 30c usw. Die seitliche Bewegung in der zweiten Richtung S bewegt das Werkzeug und damit den Schaft 72 weg vom nächsten benachbarten, nicht verbundenen Verbindungsabschnitt 30b und bringt zugleich das Werkzeug in die ausgerichtete Position gegenüber dem entsprechenden Chipkontakt 18a. Somit bewegen sich das Werkzeug und der Schaft zur mit gebrochenen Linien angezeigten Position bei 72', wobei der Schaft den Verbindungsabschnitt 30b nicht berühren kann. Würde man im Gegensatz dazu versuchen, die Operation ohne seitliche Bewegung auszuführen, würden sich das Werkzeug und der Schaft zu einer bei 72'' dargestellten Position bewegen, wobei der Schaft mit dem nächsten Verbindungsabschnitt 30b zusammenstoßen würde.
Während der vertikalen und seitlichen Bewegung bewegt sich das Werkzeug auch horizontal in Richtung des Vektors H in Längsrichtung der Leitung zu ihrem erstem Ende 34 hin. Wenn die Reibungs- und mechanische Haftung zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Werkzeug schwach ist, könnte das Werkzeug zunächst in Längsrichtung entlang dem Verbindungsabschnitt gleiten. Jedoch, sobald sich das Werkzeug 60 dem Verbindungsbereich nähert, verhindert der Anschlagteil 46 weitere Gleitbewegung entlang der Verbindungsleitung. Da die Außenkontur der Auskragungen 47 und 48 wesentlich breiter als die Nute des Verbindungswerkzeugs ist, verhindert der Anschlag das Gleiten des Werkzeugs entlang des Verbindungsabschnitts und blockiert die Bewegung des Werkzeugs relativ zur Leitung. Deshalb verhalten sich das Werkzeug und der Verbindungsabschnitt wie eine kombinierte Einheit im folgenden Teil der horizontalen Komponente der Bewegung in Längsrichtung.
Die Komponente der Bewegung in Längsrichtung sollte ausreichend sein, um etwaige Zunahme der Entfernung zwischen dem ersten Ende des Verbindungsabschnitts und dem Verbindungsbereich zu kompensieren, die durch das abbrechen des zerbrechlichen Elements und der Abwärtsbewegung verursacht ist. Die horizontale Bewegung reicht aus, um den Verbindungsabschnitt der Leitung zu einer im allgemeinen S-förmigen Konfiguration zu verbiegen. Die Entfernung entlang der Leitung in ihrem gebogenen Zustand zwischen dem ersten Ende des Verbindungsabschnitts und dem Verbindungsbereich ist größer als die Länge einer geraden Linie vom ersten Ende zum Verbindungsbereich. Anders gesagt, während des Verbindungsvorgangs ist die Leitung nicht unter mechanischer Spannung. Während der horizontalen Komponente der Bewegung besteht eine Tendenz der Leitung, ein allgemein S-förmiges Element zu bilden bzw. in ein solches Element transformiert zu werden, wobei die Abschnitte neben dem ersten Ende 34 und neben dem Verbindungsbereich 39 fast horizontal sind und der dazwischenliegende Bereich gebogen ist. Die S-förmige Verbiegung infolge der zusätzlichen Länge des Verbindungsabschnitts ist behilflich, um eine zuverlässige Verbindung zwischen dem Anschlußbereich des Verbindungsteils und den Kontakten auf dem Chip zu sichern. Da die S-förmige Verbiegung bei der Anwendung des Werkzeugs 50 am Verbindungsabschnitt während des Verbindungsvorgangs gebildet wird, ist die Zuverlässigkeit dieses Schritts des Verfahrens gemäß vorliegender Erfindung von der Qualität des Eingriffs zwischen der Leitung und dem Verbindungswerkzeug abhängig. Der Stop-Abschnitt mit Auskragungen, die sich nach außen erstrecken von den Seiten der Leitung, verbessert die Qualität der Erfassung und die Qualität des Leitungsbildungsverfahrens. Indem er einen zuverlässigeren Eingriff zwischen der Leitung und dem Verbindungswerkzeug bewirkt, verbessert der Stop-Abschnitt die Fähigkeit des Werkzeugs, die Leitungen zu manipulieren, und die Effektivität der horizontalen Bewegung und der Bildung der S-Form.
Wärme und/oder Ultraschallschwingungen werden von der Verbindungseinrichtung verwendet, um die Verbindung zwischen der Leitung und dem Kontakt herzustellen. Nach der Bildung einer zuverlässigen Verbindung zwischen einer Verbindungsleitung und dem entsprechenden Kontakt oder Kontaktbereich, wird das Verbindungswerkzeug 50 im wesentlichen nach oben zurückgezogen und in der Richtung der Nutenachse oder Kontaktreihe weiter bewegt. Dann wird das Verbindungswerkzeug 50 wieder nach unten in Eingriff mit der nächsten nicht formierten, nicht verbundenen Leitung gebracht, mit anfänglichem Positionsversatz gegenüber dem entsprechenden Kontakt. Bei dieser Bewegung erleichtert der gebildete offene Platz zwischen der zuvor verbundenen Leitung und der nun verwendeten Leitung und Kontaktstelle die Bewegungen des Werkzeugs und ihres breiten oberen Teils, wenigsten in der vertikalen und in der seitlichen Richtung. Das Werkzeug und die aktuell zu verbindende Leitung können manipuliert werden ohne Beschädigung der zuvor verbundenen Leitung oder Zusammenstoß mit der nächsten benachbarten, nicht verbundenen Leitung. So wird der Verbindungszyklus für sukzessive Leitungen entlang der Reihe in der ersten Richtung F wiederholt. Mit der Weiterführung der Fertigungsoperation in aufeinander folgenden Zyklen wandert der freie Platz entlang der Reihe der Verbindungen, während sie hergestellt werden, mit ähnlicher Weise wie ein Reißverschlußelement.
Die 6 zeigt verschiedene Typen der zerbrechlichen Abschnitte der Verbindungsabschnitte. Vor der Verbindungsoperation verbindet der zerbrechliche Abschnitt 38 das zweite Ende 36 des Verbindungsabschnitts mit dem zweiten Ende des Befestigungsabschnitts 31. Jeder in der 6 dargestellte zerbrechliche Abschnitt hat einen Hals (33, 33' oder 33'') mit kleinerer Querschnittsfläche als das zweite Ende des Befestigungsabschnitts 31 und das zweite Ende 36 des Verbindungsabschnitts. Jeder in der 6 dargestellte Hals verbindet das zweite Ende des Befestigungsabschnitts 36, 36', 36'' mit dem zweiten Ende 31, 31', 31'' des Verbindungsabschnitts. In seinem anfänglichen, nicht deformierten, dargestellten Zustand neigt sich jeder solche Hals 33, 33', 33'' vom Verbindungsabschnitt zum zweiten Ende des Befestigungsabschnitts in der zweiten horizontalen Richtung, die mit dem Vektor S gekennzeichnet ist. Solche asymmetrischen Hälse begünstigen die Bewegung des Verbindungsabschnitts in der zweiten Richtung S während der Verbindungsoperation. Obwohl die vorliegende Erfindung nicht durch irgendeine Theorie der Funktionsweise eingeschränkt ist, ist man überzeugt, daß die vom Hals ausgeübte Kraft den Verbindungsabschnitt seitlich zieht und somit die vom Verbindungswerkzeug ausgehende seitliche Bewegung unterstützt. Jeder zerbrechliche Abschnitt der 6 wird von zwei Kerben gebildet, die sich im Verbindungsabschnitt von seinen Außenkanten nach innen zu seinem Zentralbereich erstrecken. Jede Kerbe hat eine Spitze. In der Ausführungsform A in 6 ist der längliche Hals 33 von zwei Seiten 33(a) und 33(b) begrenzt, die in einem Winkel zueinander positioniert sind. Der Hals 33' der Ausführungsform B hat eine gleichmäßige Dicke und ist von zwei in wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Seiten gebildet. Um das Ätzen zu erleichtern, sind die Spitzen 40 und 41' in den Ausführungsformen A und B in Längsrichtung gegenseitig versetzt. Ein relativ kurzer Hals 33'' der Ausführungsform C wird in einer Weise gebildet, daß die Spitzen 41'' in gegenseitiger Nähe angeordnet sind.
11 zeigt die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Leitungen, die verschachtelte Auskragungen der Stop-Abschnitte aufweisen, die ohne gegenseitige Störung zusammengebracht werden können. Durch verschachteln der Auskragungen wird es möglich, die Verbindungsleitungen des Verbindungsbauteils dichter zusammen zu packen ohne gegenseitige Störung der Stop-Abschnitte benachbarter Leitungen.
Die Auskragungen an den Verbindungsleitungen brauchen nicht lang und breit zu sein. Wie in der 12 gezeigt ist, können solche Auskragungen als spornartige Gebilde gestaltet werden. Enge und spitze Auskragungen können in gegenseitiger Nähe angeordnet werden und erlauben die Anordnung benachbarter Streifen in enger gegenseitiger Nachbarschaft. Benachbarte Auskragungen sollten an ihren am engsten nebeneinander liegenden Stellen schmal sein, so daß, falls ein Überbrückungsdefekt bei der Bildung der Metallauflage die Leitungen miteinander Verbindet, die überbrückende Verbindung schwach genug ist, um bei der Kraftanwendung für den Verbindungsvorgang freibrechen zu können.
Der Stop-Abschnitt der vorliegenden Erfindung kann auch wirksam funktionieren mit einer einzigen Auskragung, die sich nach außen vom Verbindungsabschnitt erstreckt. Diese Ausführungsformen sind in den 9 und 10 dargestellt. In der 9 erstreckt sich die einzige Auskragung 49 in der ersten horizontalen Richtung. In der 10 erstreckt sich die Auskragung 45 des Stop-Abschnitts 46 im wesentlichen nach oben vom oberen Teil des Verbindungsabschnitts. In der Ausführungsform von 9 ist die Auskragung 49 neben einer Außenkante des Verbindungsabschnitts angeordnet. In beiden Fällen kann die gleitende Bewegung des Werkzeugs in Längsrichtung entlang der Leitung wirksam gestoppt werden, wenn die Nute im Werkzeug mit den Auskragungen 45 und 49 in Eingriff kommt.
In seiner Bewegung in der zweiten horizontalen Richtung gemäß dem Vektor S nähert sich das Werkzeug 60 zunächst dem Verbindungsabschnitt der zu verbindenden Leitung von der Seite, die am weitesten entfernt vom entsprechenden Kontakt ist. Um den Eingriff zwischen dem Werkzeug und dem Verbindungsabschnitt während des Verbindungsvorgangs zu erleichtern, sind die in der 6 dargestellten Verbindungsabschnitte mit den Stop-Abschnitten versehen, wobei jede davon eine Auskragung 49 aufweist, die sich in der der Bewegung des Werkzeugs und der Leitung entgegengesetzten Richtung erstreckt. In solchen Fällen gelangt die Nute des Werkzeugs mit der Auskragung 49 in Eingriff, sobald der Verbindungsabschnitt erfaßt wird.
Zahlreiche Variationen und Kombinationen der oben beschriebenen Merkmale können eingesetzt werden, ohne den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung, der in den Ansprüchen definiert ist, zu verlassen. Jede Leitung kann mit zerbrechlichen Abschnitten versehen werden, die mit einer einzigen Kerbe gebildet sind, die sich von einer Seite nach innen erstreckt, statt mit zwei Kerben wie dargestellt. In anderen Fällen kann der zerbrechliche Abschnitt eine Nute in der oberen oder unteren Oberfläche der Leitung, oder Nuten in beiden Oberflächen, aufweisen. In anderen Fällen oder zusätzlich kann der zerbrechliche Abschnitt eine andere Zusammensetzung oder Härte als die anderen Abschnitte der Leitung haben.
Die Leitung muß überhaupt keinen zerbrechlichen Abschnitt aufweisen. Folglich kann das zweite Ende des Verbindungsabschnitts jeder Leitung abnehmbar am Verbindungsbauteilkörper befestigt sein, so daß das zweite Ende getragen wird bis zur Verbindungsoperation und dann abgetrennt wird, wenn das Werkzeug den Verbindungsabschnitt nach unten bewegt.
Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung mit Verbindungsbauteilen eingesetzt werden, in welchen die zweiten Enden der Verbindungsbauteile vor der Verbindungsoperation nicht vom Verbindungsbauteilkörper getragen werden. Baueinheiten wie herkömmliches TAB-Band haben im typischen Fall Reihen von Leitungen, die in Reihen nebeneinander an den Kanten eines Verbindungsfensters angeordnet sind. Jede solche Leitung ist nur an ihrem ersten Ende am Verbindungsbauteilkörper befestigt; das zweite Ende wird nur von der Leitung selbst getragen. Jede Leitung bildet einen selbsttragenden freien Arm. Die vorliegende Erfindung kann auch mit Baueinheiten dieser Art eingesetzt werden.
Darüber hinaus brauchen die Reihen von Leitungen nicht am Rand des Chips und des Verbindungsbauteils angeordnet zu sein. Jede Leitungs-Positionierung, die die Anordnung der Kontakte auf dem Chip oder sonstiger zu verbindender Baueinheit in passende Gegenüberstellung bringt, kann eingesetzt werden. Wenn der Chip oder die sonstige Baueinheit eine oder mehrere Kontaktreihen in der Mitte seiner kontaktetragenden Fläche aufweist, muß das Verbindungsbauteil eine entsprechende Reihe von Leitungen in der Mitte des Bauteils aufweisen.
In den oben illustrierten Ausführungsformen wird in jedem Zyklus nur eine Leitung erfaßt und verbunden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch für "Satzweise-Verbindungsoperationen" eingesetzt werden, wobei das Verbindungswerkzeug in jedem Zyklus eine Mehrzahl von Leitungen erfaßt. Ein solches Werkzeug kann auch eine plattenförmige Spitze aufweisen mit einer Mehrzahl nebeneinander liegender Schlitze, um die Mehrzahl von Leitungen zu erfassen, und es kann im wesentlichen in gleicher Weise wie oben beschrieben in jedem Verbindungszyklus bewegt werden. In jedem Zyklus wird das Werkzeug jedoch um eine größere Strecke entlang der Reihe verschoben, um die Mehrzahl neuer Leitungen im nächsten Zyklus zu erfassen. Diverse Merkmale der vorliegenden Erfindung können weggelassen werden: Zum Beispiel können die Auskragung oder Auskragungen an jeder Leitung entfallen, wenn der Reibungsschluß zwischen der Leitung und dem Verbindungswerkzeug ausreicht, um die S-förmige Biegung zu erzeugen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Das Verfahren und die Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung stellen die Verbindung mikroelektronischer Elemente wie Halbleiterchips mit der externen Schaltung her, ohne Zusammenstoß eines Verbindungswerkzeugs mit Teilen des Chips oder der Schaltung.

Claims

Verfahren zum Verbinden eines Teils (12) einer mikroelektronischen Baueinheit (10), die mehrere in einer Reihe angeordnete Kontakte (18) aufweist, mit einem Verbindungsbauteil (20), das mehrere Leitungen (30) mit Verbindungsabschnitten (32) aufweist, die nebeneinander in einer Reihe angeordnet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: (a) nebeneinander Anordnen des Verbindungsbauteils (20) und des Teils (12) der mikroelektronischen Baueinheit (10), derart, dass die Reihe an Verbindungsabschnitten (32) oberhalb der Reihe an Kontakten (18) zu dieser ausgerichtet angeordnet ist, und derart, dass jeder Verbindungsabschnitt (30) von einem entsprechenden Kontakt in einer ersten Richtung (F) entlang der Reihen versetzt ist; (b) Verbinden der Verbindungsabschnitte (32) mit den entsprechenden Kontakten (18), indem ein Verbindungszyklus an den Verbindungsabschnitten (32) nacheinander entlang der Reihe in der ersten Richtung (F) durchgeführt wird, wobei der Verbindungszyklus für jeden Verbindungsabschnitt (32) die Schritte umfaßt: Ansetzen eines Werkzeugs (60) an den Verbindungsabschnitt (32) und Bewegen des angesetzten Verbindungsabschnitts (32) und des Werkzeugs (60) nach unten und in eine zweite Richtung (S) entgegengesetzt zur ersten Richtung (F) in Eingriff mit dem entsprechenden Kontakt (18), wobei während jedes Verbindungszyklus das Werkzeug (60) und der angesetzte Verbindungsabschnitt (32) sich vom nächsten benachbarten unverbundenen Verbindungsabschnitt weg bewegen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des nebeneinander Anordnens so durchgeführt wird, dass die Leitungen (30) von den Kontakten (18) in der ersten Richtung (F) um einen Sollversatz (A) versetzt sind, jedoch der Schritt des nebeneinander Anordnens Abweichungen von Sollbedingungen ausgesetzt ist, so dass ein tatsächlicher Versatzabstand zwischen jeder Leitung (30) und dem entsprechenden Kontakt (18) vom Abstand des Sollversatzes (A) abweichen kann, wobei das Verfahren ferner den Schritt zum Bestimmen der tatsächlichen Versatzabstände für die Leitungen (30) und zum Anpassen der Bewegungsgröße des Werkzeugs (60) in der zweiten Richtung (S) in jedem Verbindungszyklus umfaßt, um den tatsächlichen Versatzabstand für den in diesem Zyklus angesetzten Verbindungsabschnitt (32) anzugleichen.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt des nebeneinander Anordnens so durchgeführt wird, dass die maximale Abweichungsgröße in der Richtung, die gewöhnlich den tatsächlichen Versatz verringert, geringer als oder gleich dem Sollversatz (A) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass vor dem Verbindungsschritt die Verbindungsabschnitte (32) im wesentlichen gerade und parallel zueinander sind.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verbindungsbauteil (20) ferner einen Körper (22, 24) mit Ober- und Unterseiten und einer Lücke (26) aufweist, die sich durch das Verbindungsbauteil (20) zwischen den Seiten erstreckt, wobei jeder Verbindungsabschnitt (32) sich über die Lücke (26) erstreckt und erste und zweite Enden (34, 36) aufweist, die mit dem Verbindungsbauteil (20) an gegenüberliegenden Seiten der Lücke (26) befestigt sind, wobei das zweite Ende (36) jedes Verbindungsabschnitts (32) mit dem Verbindungsbauteil (20) so befestigt ist, dass das zweite Ende (36) relativ zum Körper (22, 24) abhängig von einer an die Leitung (30) angelegten Kraft im wesentlichen nach unten verschoben werden kann, und der Verbindungsabschnitt (32) jeder Leitung (30) an beiden Enden (34, 36) durch das Verbindungsbauteil (20) vor dem Bewegungsschritt gehalten wird, und der Verbindungsabschnitt (32) jeder Leitung (30) während des Verbindungsschrittes nach unten gebogen wird, um in Eingriff mit dem entsprechenden Kontakt (18) zu gelangen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem jeder Verbindungsabschnitt (32) sich über die Lücke (26) entfernt von der Bodenseite erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem jedes zweite Ende (36) jedes Verbindungsabschnitts (32) lösbar mit dem Verbindungsbauteil (20) befestigt ist, wobei der Bewegungsschritt so durchgeführt wird, dass das zweite Ende (36) jedes Verbindungsabschnitts (32) vom Verbindungsbauteil (20) während der Verschiebung in der Abwärtsrichtung gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem jede Leitung ferner ein zerbrechliches Element (38) aufweist, das dem zweiten Ende (36) benachbart angeordnet ist, ihres Verbindungsabschnitts (32), wobei die zerbrechlichen Elemente (38) während der Verbindungsschritte zerbrochen werden.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem jedes zerbrechliche Element (38) jeder Leitung (30) ein Paar Nuten (37, 39) aufweist, die sich von den Außenkanten (40, 42) der Leitung (30) im wesentlichen nach innen erstrecken, um einen Hals mit einer Breite zu definieren, die wesentlich schmaler als die Breite zwischen den äußeren Kanten (40, 42) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass während jedem Verbindungszyklus das Werkzeug (60) in einer Richtung zum ersten Ende (34) des Verbindungsabschnitts (32) bewegt wird, wobei jeder Verbindungsabschnitt (32) wenigstens eine Auskragung (47) aufweist, die sich von dessen Körper nach außen erstreckt und einen Stop-Abschnitt (46) ausbildet, wobei der Stop-Abschnitt (46) in Eingriff mit dem Werkzeug (60) gelangt und eine Längsbewegung des Werkzeugs (60) entlang des Verbindungsabschnitts (32) stoppt, und ein Verbindungsbereich jedes Verbindungsabschnitts (32) in der Nähe der Auskragung (47) in Richtung des ersten Endes (34) des Verbindungsabschnitts (32) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die wenigstens eine Auskragung (47) sich von einer Oberseite des Verbindungsanschlusses (30) nach außen erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die wenigstens eine Auskragung (47) sich von der Außenkante (42) der Verbindungsleitung (30) nach außen erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass die Verbindungsleitung (30) ein Paar Auskragungen (47, 48) aufweist, die sich nach außen und symmetrisch von den gegenüberliegenden Außenkanten (40, 42) zum Definieren des Stop-Abschnitts (46) erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner dadurch gekennzeichnet ist, dass jede Auskragung (47, 48) durch wenigstens eine dem Werkzeug (60) gegenüberliegende Eingriffkante (52) und eine Hinterkante (54) ausgebildet ist, wobei die Eingriffkante (52) die Außenkante (42) der Leitung (30) unter einem Winkel von etwa 90° schneidet und die Hinterkante (54) die Außenkante (52) unter einem Winkel zwischen 120° und 150° schneidet.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jeder Verbindungszyklus ferner das Verbinden der Verbindungsleitung (30) mit dem entsprechenden Kontakt (18) unter Verwendung des Werkzeugs (60) umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem im Bewegungsschritt jeder Verbindungsabschnitt (32) im wesentlichen nach unten in die Lücke (26) verschoben wird, um das zweite Ende (36) relativ zum Verbindungsbauteil (20) zu verschieben.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem jeder Verbindungszyklus die Schritte zum Anheben des Werkzeugs (60) und zum Verschieben des Werkzeugs (60) entlang der Reihe umfaßt.