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Dokumentenidentifikation DE102004047499A1 09.06.2005
Titel Wire Bonder mit einer Haltevorrichtung zum Anpressen der Anschlussfinger eines Systemträgers an eine Heizplatte
Anmelder Unaxis International Trading Ltd., Cham, CH
Erfinder Balon, Stéphane, Rotkreuz, CH
Vertreter Wehlan & Wehlan, Patentanwälte, 10367 Berlin
DE-Anmeldedatum 23.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004047499
Offenlegungstag 09.06.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.06.2005
IPC-Hauptklasse B23K 3/08
Zusammenfassung Ein Wire Bonder (W) weist eine Haltevorrichtung (1) zum Anpressen der Anschlussfinger (9) eines Systemträgers (7) an eine Heizplatte (13) auf. Die Haltevorrichtung (1) ist heb- und senkbar. Eine erfindungsgemäße Haltevorrichtung (1) enthält vier Führungselemente (2) für die Lagerung einer Halteplatte (4), wobei jedes Führungselement (2) eine Auflagefläche (3) und einen mittels eines Antriebs (6, 6') bewegbaren Bolzen (5', 5) aufweist. Im gehobenen Zustand der Haltevorrichtung (1) liegt die Halteplatte (4) auf den Auflageflächen (3) der vier Führungselemente (2) auf. Im abgesenkten Zustand der Haltevorrichtung (1) drücken die Bolzen (5', 5) der vier Führungselemente (2) die Halteplatte (4) gegen die Anschlussfinger (9) des auf der Heizplatte (13) bereitgestellten Systemträger (7). Mindestens einer der vier Bolzen (5', 5) ist separat bewegbar, damit die Halteplatte (4) den Systemträger (7) temporär fixieren kann, ohne bereits alle Anschlussfinger (9) gegen die Heizplatte (13) zu drücken.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Wire Bonder mit einer Heizplatte und einer Haltevorrichtung zum Anpressen der Anschlussfinger eines Systemträgers, insbesondere eines Leadframes, an die Heizplatte der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei der Herstellung der elektrischen Drahtverbindungen zwischen einem Halbleiterchip und einem Systemträger, im Fachjargon Wire Bonden genannt, werden die zu kontaktierenden Anschlussfinger des Systemträgers mittels einer Halteplatte gegen eine Heizplatte gepresst. Die Halteplatte weist eine Ausnehmung auf, so dass die Enden der Anschlussfinger für das Bonden zugänglich sind.

Ein Wire Bonder ist eine Maschine, mit der Halbleiterchips nach deren Montage auf einem Substrat verdrahtet werden. Der Wire Bonder weist eine Kapillare auf, die an der Spitze eines Horns eingespannt ist. Die Kapillare dient zum Befestigen des Drahtes auf einem Anschlusspunkt des Halbleiterchips und auf einem Anschlusspunkt des Substrates sowie zur Drahtführung zwischen den beiden Anschlusspunkten. Bei der Herstellung der Drahtverbindung zwischen dem Anschlusspunkt des Halbleiterchips und dem Anschlusspunkt des Substrates wird das aus der Kapillare ragende Drahtende zunächst zu einer Kugel geschmolzen. Anschliessend wird die Drahtkugel auf dem Anschlusspunkt des Halbleiterchips mittels Druck und Ultraschall befestigt. Dabei wird das Horn von einem Ultraschallgeber mit Ultraschall beaufschlagt. Diesen Prozess nennt man Ball-bonden. Dann wird der Draht auf die benötigte Drahtlänge durchgezogen, zu einer Drahtbrücke geformt und auf dem Anschlusspunkt des Substrates verschweisst. Diesen letzten Prozessteil nennt man Wedge-bonden. Nach dem Befestigen des Drahtes auf dem Anschlusspunkt des Substrats wird der Draht abgerissen und der nächste Bondzyklus kann beginnen.

Aus der schweizerischen Patentschrift CH 680 176 ist eine Haltevorrichtung bekannt, bei der die Halteplatte beweglich gelagert ist, um ein gleichmässiges Anpressen der Anschlussfinger auf der Auflagefläche zu erreichen. Diese Haltevorrichtung leistet gute Dienste bei Systemträgern, bei denen der mittlere Abstand zwischen benachbarten Anschlussfingern, im Fachjargon als pitch bekannt, einen gewissen Wert nicht unterschreitet. Bei einem pitch von 50, 40 oder von nur noch 25 Mikrometern treten jedoch erhebliche Probleme auf, insbesondere wegen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Systemträger und Halte- bzw. Heizplatte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Haltevorrichtung zu entwickeln, die sich für die Verarbeitung von Systemträgern mit extrem kleinem pitch von 40 oder weniger Mikrometern eignet.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Ein Wire Bonder weist eine Heizplatte auf, auf der die Systemträger mit den Halbleiterchips zum Verdrahten bereitgestellt werden, und eine Haltevorrichtung zum Anpressen der Anschlussfinger des Systemträgers an die Heizplatte. Die Haltevorrichtung umfasst eine auswechselbare Halteplatte und ist heb- und senkbar. Im angehobenen Zustand der Haltevorrichtung kann der Systemträger transportiert werden. Im abgesenkten Zustand der Haltevorrichtung erfolgt die Verdrahtung des Halbleiterchips. Die Haltevorrichtung ist erfindungsgemäss mit vier Führungselementen für die Lagerung der Halteplatte ausgerüstet. Jedes Führungselement weist eine Auflagefläche und einen mittels eines Antriebs bewegbaren Bolzen oder Stift oder dergleichen auf. Im angehobenen Zustand der Haltevorrichtung liegt die Halteplatte auf den Auflageflächen der vier Führungselemente auf und die Bolzen sind ebenfalls angehoben, so dass sie die Halteplatte nicht berühren. Das Absenken der Haltevorrichtung erfolgt in zwei Schritten. Im ersten Schritt wird die Haltevorrichtung abgesenkt, wobei einer der Bolzen ebenfalls abgesenkt ist und auf die Halteplatte drückt, während die anderen Bolzen angehoben sind und die Halteplatte nicht berühren oder zumindest keine Kraft auf die Halteplatte ausüben. Weil die Halteplatte beim Absenken auf die Anschlussfinger des Systemträgers auftrifft, wird sie um einen Berührungspunkt gekippt. Nach dem ersten Schritt drückt die Halteplatte somit nur gegen einen oder wenige benachbarte Anschlussfinger. Beim Aufwärmen auf die vorbestimmte Temperatur können sich die übrigen Anschlussfinger relativ zur Heizplatte frei bewegen. Sobald die vorbestimmte Temperatur annähernd erreicht ist, wird die Schräglage der Halteplatte aufgehoben. Dies erfolgt, indem alle Bolzen der vier Führungselemente abgesenkt werden, so dass sie auf die Halteplatte drücken. Im abgesenkten Zustand der Haltevorrichtung pressen die Bolzen der vier Führungselemente nun die Halteplatte gegen die Anschlussfinger des auf der Heizplatte bereitgestellten Systemträgers.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

1 in perspektivischer Ansicht eine Haltevorrichtung,

2 in seitlicher Ansicht die angehobene Haltevorrichtung,

3 in seitlicher Ansicht die abgesenkte Haltevorrichtung in einem Zustand, in dem die Verdrahtung eines Halbleiterchips erfolgt,

4 in seitlicher Ansicht die abgesenkte Haltevorrichtung in einem weiteren Zustand, und

5 eine Halteplatte mit mehreren Ausnehmungen.

Die 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Haltevorrichtung 1 zur Aufnahme einer (nicht dargestellten) Halteplatte. Die Haltevorrichtung 1 wird auf einem Wire Bonder eingesetzt, um die Anschlussfinger eines Systemträgers während des Wire Bondens gegen eine Heizplatte zu pressen. Der Wire Bonder weist einen Antrieb 20 auf, um die Haltevorrichtung 1 in der vertikalen, mit z bezeichneten Richtung zwischen zwei vorgegebenen Positionen anzuheben oder abzusenken. Wenn die Haltevorrichtung 1 angehoben ist, dann kann der Systemträger zur Heizplatte zugeführt oder von der Heizplatte wegtransportiert werden. Wenn die Haltevorrichtung 1 abgesenkt ist, dann drückt die Halteplatte die Anschlussfinger des Systemträgers gegen die Heizplatte. Die Haltevorrichtung 1 weist vier Führungselemente 2 auf, in denen die Halteplatte gelagert ist. Die Ausbildung und Funktion der Führungselemente wird im Detail anhand der 2, 3 und 4 näher erläutert. In allen Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen die gleichen Teile.

Die 2 zeigt in seitlicher Ansicht die in z-Richtung angehobene Haltevorrichtung 1. Die Führungselemente 2 umfassen je eine Auflagefläche 3, auf denen die Halteplatte 4 im angehobenen Zustand der Haltevorrichtung 1 aufliegt. Die vier Auflageflächen 3 definieren eine Ebene. Die Führungselemente 2 umfassen weiter je einen Bolzen 5 und einen Antrieb 6, um den Bolzen 5 in z-Richtung auf und ab bewegen zu können. Die Bolzen 5 der vier Führungselemente 2 sind angehoben, so dass sie die Halteplatte 4 nicht berühren. In diesem Zustand kann der Systemträger 7 transportiert werden. Die Halteplatte 4 weist eine Ausnehmung 8 auf, damit die Enden der Anschlussfinger 9 des Systemträgers 7 für das Verdrahten des Halbleiterchips 10 zugänglich sind. Die Ausnehmung 8 der Halteplatte 4 ist auf der dem Systemträger 7 zugewandten Seite von einem umlaufenden Rahmen 11 umgeben. Der Rahmen 11 und die Halteplatte 4 verlaufen im wesentlichen parallel zur Oberfläche der Heizplatte 13. Die Heizplatte 13 ist ortsfest am Wire Bonder W angeordnet. Die Verdrahtung der Halbleiterchips erfolgt bei Temperaturen, die bei metallischen Leadframes im Bereich von etwa 220°C liegen. Die Heizplatte 13 wird auf diese Temperatur erwärmt. Der Systemträger 7 wird zwar vorgewärmt, kühlt sich beim Transport jedoch deutlich ab, so dass seine Temperatur unmittelbar nach dem Abschluss des Transportvorganges durchaus 60° tiefer ist als die Temperatur der Heizplatte 13. Der Systemträger 7 muss von der Heizplatte 13 auf die vorbestimmte Temperatur erwärmt werden, was eine bestimmte Zeit dauert.

Die 3 zeigt in seitlicher Ansicht die in z-Richtung abgesenkte Haltevorrichtung 1 in dem Zustand, in dem der um die Ausnehmung 8 umlaufende Rahmen 11 auf den Anschlussfingern 9 des Systemträgers 7 aufliegt und die Anschlussfinger 9 gegen die Heizplatte 13 drückt. Die Halteplatte 4 liegt nicht mehr auf den Auflageflächen 3 der Führungselemente 2 auf, d.h. zwischen den Auflageflächen 3 und der Halteplatte 4 befindet sich ein Luftspalt 12. Um den nötigen Anpressdruck, mit dem die Halteplatte 4 die Anschlussfinger 9 gegen die Heizplatte 13 drückt, zu erzeugen, wurden die Bolzen 5 der vier Führungselemente 2 von den zugeordneten Antrieben 6 in z-Richtung abgesenkt, so dass sie gegen die Halteplatte 4 drücken.

Im Produktionsbetrieb wird der Systemträger 7 schrittweise in Transportrichtung transportiert und jeweils ein nächster Halbleiterchip 10 für das Wire Bonden auf der Heizplatte 13 bereitgestellt, wobei sich die Haltevorrichtung 1 in dem in der 2 dargestellten Zustand befindet. Sobald der Transportvorgang abgeschlossen ist, wird die Haltevorrichtung 1 abgesenkt und in zwei Schritten zunächst in den in der 4 dargestellten Zustand und anschliessend in den in der 3 dargestellten Zustand gebracht.

Zu Beginn des Absenkens der Haltevorrichtung 1 sind alle Bolzen 5 der vier Führungselemente 2 angehoben und berühren die Halteplatte 4 nicht. Bereits während des Absenkens oder unmittelbar nach dem Absenken der Halteplatte 4 wird einer der vier Bolzen 5, nämlich der Bolzen 5', vom entsprechenden Antrieb 6' abgesenkt, so dass er gegen die Halteplatte 4 drückt, nachdem der Rahmen 11 auf den Anschlussfingern 9' des Systemträgers 7 zur Auflage gekommen ist. Dadurch wird bewirkt, dass die Halteplatte 4 um den dem Bolzen 5' am nächsten kommenden Punkt P des Rahmens 11 gekippt wird. Der Rahmen 11 und die Halteplatte 4 verlaufen daher unter einem Winkel &phgr; schräg zur Oberfläche der Heizplatte 13. Die Halteplatte 4 befindet sich also in einer Schräglage. Der Rahmen 11 drückt daher nur einen oder wenige dem Punkt P benachbarte Anschlussfinger 9' gegen die Heizplatte 13, während die übrigen Anschlussfinger 9 noch nicht zwischen dem Rahmen 11 und der Heizplatte 13 eingeklemmt sind. Die Haltevorrichtung 1 bleibt während einer vorbestimmten Zeitdauer &tgr; in diesem Zustand, nämlich bis der Systemträger 7 auf die Temperatur der Heizplatte 13 oder zumindest annähernd auf die Temperatur der Heizplatte 13 aufgeheizt ist. Beim Aufwärmen dehnt sich der Systemträger 7 aus, wobei sich die nicht festgeklemmten Anschlussfinger 9 relativ zur Heizplatte 13 verschieben können.

Nach Ablauf der vorbestimmten Zeitdauer &tgr; werden die Bolzen 5', 5 der vier Führungselemente 2 alle abgesenkt, so dass sie alle gegen die Halteplatte 4 drücken. Dadurch wird bewirkt, dass der Rahmen 11 zurückgekippt wird und alle Anschlussfinger 9 gleichmässig gegen die Heizplatte 13 drückt. Die Haltevorrichtung 1 befindet sich nun in dem in der 3 dargestellten Zustand.

Die Bewegung der Bolzen 5 in z-Richtung kann entweder weggeregelt oder kraftgeregelt erfolgen, d.h. der Bolzen 5 wird vom zugeordneten Antrieb 6 entweder in eine vorbestimmte z-Position bewegt oder der Bolzen 5 wird vom zugeordneten Antrieb 6 in z-Richtung bewegt, bis ihm eine vorbestimmte Kraft entgegenwirkt. Die von den Bolzen 5 auf die Halteplatte 4 ausgeübten Kräfte können entweder für alle Bolzen 5 gleich gross oder auch verschieden gross gewählt werden. Der Antrieb der Bolzen 5 kann auf beliebige Art erfolgen, beispielsweise pneumatisch oder piezoelektrisch oder mit einem elektromagnetischen Motor.

Es ist möglich, den einen Bolzen 5' separat und die anderen drei Bolzen 5 gemeinsam auf und ab zu bewegen, oder es ist möglich, alle vier Bolzen 5', 5 einzeln zu bewegen. Insbesondere ist es möglich, im ersten Schritt des Absenkprozesses zwei der vier Bolzen 5 gleichzeitig abzusenken, damit nicht der einzelne Punkt P, sondern eine Kante des Rahmens 11 auf dem Systemträger 7 zur Auflage kommt und die Halteplatte 4 um diese Kante gekippt wird.

Es gibt auch Anwendungen, bei denen die Halteplatte 4 mehrere Ausnehmungen 8 mit je einem umlaufenden Rahmen 11 aufweist, so dass während eines Arbeitsvorganges mehrere im Bewegungsbereich des Bondkopfs des Wire Bonders liegende Halbleiterchips verdrahtet werden können. Zudem gibt es Anwendungen, bei denen die Ausnehmungen 8 asymmetrisch bezüglich einer Längsachse 14 der Halteplatte 4 angeordnet sind. Die 5 zeigt eine solche Halteplatte 4. Ebenfalls dargestellt sind der Bolzen 5', der im ersten Schritt des Absenkens der Haltevorrichtung 1 abgesenkt wird und der Punkt P, um den die Halteplatte 4 gekippt wird.

Bevorzugt ist die Halteplatte 4 mit Vertiefungen versehen, in die die Bolzen 5 eingreifen, so dass die Lage der Halteplatte 4 in Bezug auf die Haltevorrichtung 1 automatisch justiert wird.

Die Erfindung bietet mehrere Vorteile:

  • – Die thermische Ausdehnung eines metallischen Leadframes im Arbeitsbereich des Bondkopfs des Wire Bonders beträgt typischerweise in beiden horizontalen Richtungen einige 10 Mikrometer. Die Erfindung ermöglicht es, dass sich das Leadframe während des Aufwärmens ungehindert ausdehnen kann und dass die Anschlussfinger 9 des Leadframes erst dann festgeklemmt werden, wenn die thermische Ausdehnung abgeschlossen oder zumindest annähernd abgeschlossen ist. Trotzdem ist das Leadframe an einer Stelle fixiert. Dies ermöglicht es, die optische Vermessung der Lage der Anschlussfinger 9', 9 bereits zu starten, wobei zuerst die Anschlussfinger in der Nähe des Punktes P vermessen werden.
  • – Das Festklemmen der Anschlussfinger 9 erfolgt unabhängig von der Lage der Ausnehmung 8 bzw. der Ausnehmungen relativ zur Halteplatte 4. Es gibt nämlich Anwendungen, bei denen die Ausnehmungen 8 asymmetrisch auf der Halteplatte 4 angeordnet sind.
  • – Die Kraft, mit der die Anschlussfinger 9 gegen die Heizplatte 13 gedrückt werden, ist unabhängig von der Dicke des Systemträgers 7 und somit unabhängig von Variationen dieser Dicke.


Anspruch[de]
  1. Wire Bonder (W) mit einer Heizplatte (13) und einer Haltevorrichtung (1) zum Anpressen der Anschlussfinger (9) eines Systemträgers (7) an die Heizplatte (13), wobei die Haltevorrichtung (1) heb- und senkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (1) vier Führungselemente (2) für die Lagerung einer Halteplatte (4) aufweist, wobei jedes Führungselement (2) eine Auflagefläche (3) und einen mittels eines Antriebs (6', 6) bewegbaren Bolzen (5', 5) aufweist, wobei die Halteplatte (4) in einem angehobenen Zustand der Haltevorrichtung (1) auf den Auflageflächen (3) der vier Führungselemente (2) aufliegt und wobei in einem abgesenkten Zustand der Haltevorrichtung (1) die Bolzen (5', 5) der vier Führungselemente (2) die Halteplatte (4) gegen die Anschlussfinger (9) des auf der Heizplatte (13) bereitgestellten Systemträgers (7) drücken, und wobei mindestens einer der vier Bolzen (5', 5) einzeln bewegbar ist.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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