DE10005095A1 - Verfahren zum Verbinden von Kontaktflächen elektrischer Bauelemente-Rohlinge - Google Patents

Abstract

Zum Verbinden von Kontaktflächen elektrischer Bauelement-Rohlinge für Schichtwiderstände mit wenigstens zwei metallischen, langgestreckten Anschlussleitern werden zur Herstellung eines Anschlussleiter-Rohlings in einem zusammenhängenden Metallblech langgestreckte, spaltförmige Öffnungen z. B. durch Ätzen gebildet, die an spätere Anschlussleiter des Anschluss-Rohlings sowie noch zu entfernende Querstege angrenzen; in einem zweiten Schritt wird der Anschlussleiter-Rohling in eine Kassette eingebracht und arretiert, wobei einer der Querstege aus der Kassette ragt und in einem dritten Schritt so abgetrennt wird, dass freie Enden von parallel verlaufenden Anschlussleitern aus der Kassette ragen. DOLLAR A In einem vierten Schritt wird die Kassette in eine Bond- oder Schweiß-Vorrichtung so eingebracht, dass die freien Enden der Anschlussleiter jeweils mit Kontaktflächen eines Bauelement-Rohlings oder eines Bauelement-Mehrfach-Rohlings in Deckung gebracht werden und durch einen Bond-Vorgang oder durch Schweißen miteinander verbunden werden. DOLLAR A Falls ein Bauelement-Mehrfach-Rohling (Nutzen) eingesetzt wird, wird dieser anschließend zu einzelnen Bauelementen vereinzelt. DOLLAR A Als vorteilhaft erweist sich einerseits eine hohe Korrosionsbeständigkeit (bis zu 750 DEG C) sowie die Möglichkeit, eine weitgehend automatisierte Herstellung und Weiterverarbeitung vorzusehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Kontaktflächen elektrischer Bauele­ ment-Rohlinge, insbesondere von Kontaktflächen auf Substraten mit elektrisch isolierender Oberfläche und darauf befindlichem Schichtwiderstand, mit wenigstens zwei metallischen, langgestreckten Anschlussleitern eines Anschlussleiter-Rohlings, die zunächst durch wenigs­ tens zwei im Abstand zueinander angeordnete Querstege im Anschlussleiter-Rohling mecha­ nisch miteinander verbunden sind, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Als Bauelement-Rohlinge werden sowohl Einzel-Typen von Halbzeugen für Bauelemente als auch zusammenhängende Mehrfach-Typen von Halbzeugen für Bauelemente bezeichnet, die nach ihrer Verbindung mit Anschlussleitern zu diskreten Bauelementen vereinzelt werden; die letztgenannten werden auch als Bauelement-Mehrfach-Rohlinge (Nutzen) bezeichnet.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 89 13 803.1 U1 ist ein Widerstandsthermometer zur Messung der Oberflächentemperatur mit einem Metallschichttemperatursensor bekannt, der in einem Plastikgehäuse elektronischer Leistungsbauelemente mit Kühlfläche angeordnet ist. Der als Kühlung des elektronischen Bauelements ausgebildete und mit einer Bohrung versehene Anschluss bildet den Träger des Metallschichttemperatursensors, wobei die Anschlussflächen des Metallschichttemperatursensors durch Bonddrähte mit den für das elektronische Leistungs­ bauelement vorgesehenen Anschlüssen verbunden sind. Das Gehäuse ist durch die Metallflä­ che des als Träger benutzten Anschlusses und die den Metallschichttemperatursensor und die Kontaktstellen der Bonddrähte mit den nach außen geführten Anschlüssen umgebende Plastik­ umhüllung begrenzt. Die zwischen Anschlussflächen des Sensors und Kontaktstellen der An­ schlüsse befindlichen Bonddrähte bestehen vorzugsweise aus Gold, Silber, Platin oder Alumi­ nium und sind vorzugsweise durch Thermokompressionsbondung mit Anschlussflächen und Kontaktstellen elektrisch leitend verbunden. Als problematisch erweist sich bei der Verbindung mittels Bonddrähte die verhältnismäßig komplizierte Fertigungstechnik, da hier neben dem Auf­ kleben des Sensorelements auf einen Anschluss auch die zusätzliche Kontaktierung zwischen Anschlussflächen und Kontaktstellen erforderlich ist; weiterhin ist die Temperaturbeständigkeit bei höheren Temperaturen als problematisch anzusehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, kostengünstig Anschlussdrähte oder Bänder auf Bondpads zu fügen, die eine elektrische und mechanisch feste Verbindung zum Sensorelement herstellen, wobei eine Korrosionsfestigkeit bis zu 750°C gegeben ist.

Die Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass in einem ersten Schritt zur Herstellung eines Anschlussleiter-Rohlings in einem zusammenhängenden Metallblech Öffnungen gebildet werden, die an die späteren Querstege und Anschlussleiter des Anschlussleiter-Rohlings an­ grenzen, wobei in einem zweiten Schritt der Anschlussleiter-Rohling in eine Kassette einge­ bracht und arretiert wird, dass einer der Querstege aus der Kassette (bzw. Kassetten-Maul) ragt und in einem dritten Schritt so abgetrennt wird, dass freie Enden von parallel verlaufenden An­ schlussleitern aus der Kassette (bzw Kassetten-Maul) ragen, dass in einem vierten Schritt die Kassette in eine Bond- oder Schweiß-Vorrichtung so eingebracht wird, dass die freien Enden der Anschlussleiter jeweils mit Kontaktflächen wenigstens eines Bauelement-Rohlings oder Bauelement-Mehrfach-Rohlings in Deckung gebracht und durch einen temperaturunterstützten Bond-Vorgang oder durch Schweißen miteinander verbunden werden.

Als vorteilhaft erweist es sich, dass nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Sensorelemente (bzw. deren Kontaktflächen) sowohl als Einzel-Typen als auch als Bauelement- Mehrfach- Rohlinge mit entsprechenden Anschlussleitern versehen werden können, wobei eine weitge­ hend automatisierte Herstellung und Weiterverarbeitung möglich ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens Lösung sind in den Ansprü­ chen 2 bis 10 angegeben.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens werden im ersten Schritt langgestreckte, spaltförmige Öffnungen für den Anschlussleiter-Rohling aus dem Metallblech geätzt.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden im ersten Schritt langgestreckte, spalt­ förmige Öffnungen für den Anschlussleiter-Rohling aus dem Metallblech gestanzt.

Weiterhin ist es vorteilhafterweise auch möglich, die langgestreckten, spaltförmigen Öffnungen für den Anschlussleiter-Rohling aus dem Metallblech durch Laserstrahl oder Wasserstrahl bzw. eine Kombination daraus zu schneiden.

Vorzugsweise werden im ersten Schritt gleichzeitig Öffnungen zur Arretierung des Anschluss­ leiter-Rohlings in der Kassette sowie Sollbruchstellen für die weitere Verarbeitung gebildet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird im dritten Schritt der Quersteg durch mechanische Belastung von Sollbruchstellen bzw. Sollbruch-Linien im Anschlussleiter-Rohling abgetrennt.

Im vierten Schritt des Verfahrens werden vorteilhafterweise die freien Enden des Anschlusslei­ ter-Rohlings zusammen mit Kontaktflächen eines Einzel-Typen-Rohlings oder eines mit Soll­ bruchstellen für die Vereinzelung von Rohlingen versehenen Mehrfach-Typen-Rohlings in De­ ckung gebracht und gebondet oder verschweißt, wobei darauffolgend der Mehrfach-Typen- Rohling in einzelne Rohlinge aufgeteilt wird; dabei werden vorteilhafterweise die freien Enden der Anschlussleiter mit den Kontaktflächen bzw. Bondpads der Bauelemente durch Thermo­ kompressionsbonden oder Schweißen miteinander verbunden; im Anschluss an den vierten Schritt wird der zweite Quersteg vom Anschlussleiter-Rohling abgetrennt, so dass einzelne Bauelemente entstehen.

Als besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren im Hinblick auf eine automatisierte Verarbeitung bzw. Weiterverarbeitung für große Stückzahlen; insbesondere bei Herstellung und Fügung der bandförmigen Anschlussleiter für Bauelement-Mehrfach-Rohlinge (Parallelfertigung im Nutzen) ist eine erhebliche Kosteneffizienz zu erzielen, da ein Anschluss­ leiter-Rohling als sogenanntes "Multibandätzteil" bzw. "Leadframe" auf eine komplette Reihe von einzelnen Bauelement-Rohlingen bzw. auf einen Bauelement-Mehrfach-Rohling gefügt wird.

Die Aufgabe wird vorrichtungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Aufnahme des nach dem ersten Schritt hergestellten Anschlussleiter-Rohlings eine Unterteil und Oberteil aufweisende Kassette mit einer ebenen Auflagefläche für den Anschlussleiter-Rohling vorgesehen ist, wobei wenigs­ tens aus der Ebene der Auflagefläche Erhebungen oder Stifte zwecks Ausrichtung des An­ schlussleiter-Rohlings mittels darin befindlicher Öffnungen zwecks Arretierung herausragen, wobei zur formschlüssigen Arretierung das Kassetten-Oberteil den Erhebungen entsprechende Ausnehmungen vorgesehen sind.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, dass mit Hilfe der Vorrichtung eine exakte Positionie­ rung und Dimensionierung durch Anschlagelemente und Abkantungselemente möglich ist; auf diese Weise wird eine Lageungenauigkeit des Anschlussleiter-Rohlings vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 12 bis 14 angegeben.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung weist eine Trennvorrichtung eine Aufnah­ meeinrichtung für die Kassette zwecks definiertem Abtrennen eines ersten, aus einem ersten Ende der Kassette herausragenden Querstegs auf, wobei ein Trennstempel als Abkanthilfe vorgesehen ist, dessen Bewegungsbahn die ebene Auflagefläche unter einem Winkel von 85 bis 95° schneidet; vorteilhafterweise schneidet die Ebene der Bewegungsbahn des Trennstem­ pels den Anschlussleiter-Rohling im Bereich einer Sollbruchstelle (oder Sollbruch-Linie).

Weiterhin weist die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausgestaltung zur Durchführung des vier­ ten Schritts eine Bondvorrichtung oder Schweißvorrichtung mit einer Einrichtung zur form­ schlüssigen Aufnahme der Kassette auf, wobei die Kassette mit ihrem ersten Ende zu einem Heiztisch benachbart einsetzbar ist und der Heiztisch eine Auflagefläche für Bauelement- Rohlinge oder einen Mehrfach-Bauelement-Rohling aufweist.

Als Werkstoff für den Anschlussleiter wird vorzugsweise Nickel oder eine Nickel-Basis- Legierung eingesetzt; weiterhin ist es möglich Edelstahl und Silber, bzw. eine Silber-Basis- Legierung für den Anschlussleiter einzusetzen. Die Dicke des Anschlussleiter-Rohlings liegt im Bereich von 0,05 bis 0,6 mm, vorzugsweise bei 0,15 bis 0,25 mm.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b und 4 näher erläutert.

Fig. 1a zeigt einen Anschluss-Leiter-Rohling zusammen mit einem Bauelemente-Rohling, während in Fig. 1b eine Vergrößerung des Bauelemente-Rohlings dargestellt ist.

Fig. 2a zeigt die Seitenansicht einer Kassette mit Ober- und Unterteil einschließlich An­ schlussleiter-Rohling, wobei das Unterteil gemäß Fig. 2b mit Erhebungen zur Arretierung des Anschluss-Leiter-Rohlings versehen ist.

Fig. 3a zeigt eine Trennvorrichtung mit Aufnahme der Kassette, welche mit dem Anschluss­ leiter-Rohling zwecks Abtrennung eines Quersteges bestückt ist, wobei durch Abtrennung freie aus dem Kassettenmaul ragende Enden von einzelnen Anschlussleitern gebildet werden; Fig. 3b zeigt eine Draufsicht; die Kassette wird dabei in einer Ausnehmung der Trennvorrichtung mit seitlichen Abstützelementen formschlüssig gehalten.

Fig. 4 zeigt eine Bondvorrichtung.

Gemäß Fig. 1a weist der Anschlussleiter-Rohling 1 eine Vielzahl von metallischen, langge­ streckten Anschlussleitern 2 auf, die durch Ätzen, Stanzen oder Schneiden aus einem Metall­ blech 3 gebildet sind, wobei langgestreckte, spaltförmige Öffnungen 4 erkennbar sind; die An­ schlussleiter 2 sind durch jeweils einen ersten Quersteg 6 und einen zweiten Quersteg 7 mit­ einander verbunden. Senkrecht zur Achse der langgestreckten Anschlussleiter 2 verläuft eine Sollbruchlinie 8, entlang derer der erste Quersteg 6 von den einzelnen Anschlussleitern 2 des Anschlussleiter-Rohlings 1 so abgetrennt wird, dass freie Enden 9 der Anschlussleiter 2 vorlie­ gen, wie sie nachfolgend anhand Fig. 4 gezeigt sind.

Weiterhin ist in Fig. 1a ein Bauelement-Mehrfach-Rohling 11 erkennbar, dessen Kontaktfelder 12 den gleichen Abstand zueinander aufweisen, wie die Anschlussleiter 2 des Anschlussleiter- Rohlings.

In Fig. 1b ist der Bauelement-Mehrfach-Rohling 11 vergrößert dargestellt, so dass dessen Substrat 13, die Kontaktfelder 12 und Sollbruchstellen 14 deutlicher erkennbar sind.

Der Anschlussleiter-Rohling 1 wird gemäß Fig. 2a in eine aus Unter- und Oberteil 16, 17 be­ stehende Kassette 18 so eingespannt, dass der erste Quersteg 6 und die Sollbruchlinie 8 aus einem Maul 19 der Kassette herausragen.

Fig. 2b zeigt in einer Draufsicht das Kassetten-Unterteil 16 mit einer weitgehend ebenen Auf­ lagefläche 21 mit Erhebungen und Stiften 23 zur Arretierung des einzubringenden Anschluss­ leiter-Rohlings 1 (einschließlich des Rohlings selbst).

Gemäß Fig. 2b ruht der Anschlussleiter-Rohling 1 mit seinen Anschlussleitern 2 auf einer Rei­ he von Erhebungen 22 des Unterteils 16 der Kassette, wobei die Erhebungen 22 sich durch die langgestreckten, spaltförmigen Öffnungen 4 des Rohlings erstrecken; auf diese Weise ist eine Arretierung des Anschlussleiter-Rohlings 1 gegen seitliche Verschiebung gewährleistet. Wei­ terhin weist der zweite Quersteg 7 wenigstens zwei Öffnungen 24 auf, in die mit dem Unterteil 16 der Kassette fest verbundene Stifte 23 gemäß Fig. 2a eingreifen; auf diese Weise wird der Anschlussleiter-Rohling 1 gegen Längsverschiebung und gegen seitliche Verdrehung ge­ schützt.

Die eigentliche Trennvorrichtung 26 mit Aufnahme der Kassette 18 ist anhand der Fig. 3a, 3b näher erläutert, wonach gemäß Fig. 2a die Sollbruchstelle 8 des Anschlussleiter-Rohlings 1 außerhalb des Kassettenmauls 19 liegt bzw. aus Kassettenmaul 19 herausragt und die Abkan­ tung des ersten Quersteges 6 so erfolgt, dass die freien Enden 9 nach dem Abkantvorgang ge­ ringfügig aus der Kassette 18 herausragen (s. Fig. 4).

Gemäß Fig. 4 wird Kassette 18 mit dem Anschlussleiter-Rohling 1 nach dem Abkantvorgang in eine Aufnahme der Bond- bzw. Schweiß-Vorrichtung 31 eingesetzt, wobei die aus Kassetten- Maul 19 herausragenden freien Enden 9 auf Kontaktflächen 12 von Bauelement-Rohlingen, bzw. Bauelement-Mehrfachrohlingen 11 (gemäß Fig. 1a, 1b) so positioniert werden, dass die freien Enden 9 die jeweiligen Kontaktflächen 12 abdecken. Die Bauelement-Rohlinge bzw. Bauelement-Mehrfachrohlinge 11 befinden sich dabei auf einem Heiztisch 32 der Bond- bzw. Schweiß-Vorrichtung 31, wodurch es möglich ist, die freien Enden 9 des Anschlussleiter- Rohlings 1 mit den Kontaktflächen 12 mit Hilfe eines absenkbaren Bond- bzw. Schweiß-Kopfes 34 in einer Thermokompressionsbondung bzw. Verschweißung miteinander elektrisch und me­ chanisch fest zu verbinden. Nach dem Bond- bzw. Schweiß-Vorgang ist somit der Bauelement- Rohling bzw. Bauelement-Mehrfachrohling 11 an einem Ende mit dem Anschlussleiter-Rohling 1 verbunden, welcher an seinem anderen Ende durch den zweiten Quersteg 7 mit seinen An­ schlussleitern 2 zusammen gehalten wird.

In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt anschließend die Aufteilung in Einzelelemente, in dem im Falle eines Bauelement-Mehrfachrohlings 11 diese an ihren parallel zu den entlang der Achsen der Anschlussleiter 2 verlaufenden Sollbruchstellen 14 (Fig. 1b) vereinzelt werden, wobei Quersteg 7 durch einen weiteren Abkantvorgang oder Schneidvorgang von Anschluss­ leiter-Rohling 1 abgetrennt wird, so dass vereinzelte Bauelement-Rohlinge vorliegen, die dann jeweils mit zwei oder auch mehr Anschlussleitern 2 verbunden sind.

Claims (14)

1. Verfahren zum Verbinden von Kontaktflächen elektrischer Bauelement-Rohlinge, insbeson­ dere von Kontaktflächen auf Substraten mit elektrisch isolierender Oberfläche und darauf befindlichem Schichtwiderstand, mit wenigstens zwei metallischen, langgestreckten An­ schlussleitern eines Anschlussleiter-Rohlings, die zunächst durch wenigstens zwei im Ab­ stand zueinander angeordnete Querstege im Anschlussleiter-Rohling mechanisch miteinan­ der verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt zur Herstellung des Anschlussleiter-Rohlings in einem zusammenhängenden Metallblech Öffnungen gebil­ det werden, die an die späteren Querstege und Anschlussleiter des Anschluss-Rohlings an­ grenzen, dass in einem zweiten Schritt der Anschlussleiter-Rohling in eine Kassette einge­ bracht und arretiert wird, dass einer der Querstege aus der Kassette ragt und in einem drit­ ten Schritt so abgetrennt wird, dass freie Enden von parallel verlaufenden Anschlussleitern aus der Kassette ragen, dass in einem vierten Schritt die Kassette in eine Bond- oder Schweiß-Vorrichtung so eingebracht wird, dass die freien Enden der Anschlussleiter jeweils mit Kontaktflächen wenigstens eines Bauelement-Rohlings oder Bauelement-Mehrfach- Rohlings in Deckung gebracht und durch einen Bond-Vorgang oder durch Schweißen mit­ einander verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt langgestreckte, spaltförmige Öffnungen für den Anschlussleiter-Rohling aus dem Metallblech geätzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt langgestreckte, spaltförmige Öffnungen für den Anschlussleiter-Rohling aus dem Metallblech gestanzt wer­ den.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt langgestreckte, spaltförmige Öffnungen für den Anschlussleiter-Rohling durch einen Laserstrahl aus dem Metallblech geschnitten werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt langge­ streckte, spaltförmige Öffnungen durch einen Hochdruck-Wasserstrahl aus dem Metallblech geschnitten werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt gleichzeitig Öffnungen zur Arretierung des Anschlussleiter-Rohlings in der Kassette sowie Sollbruchstellen für die weitere Verarbeitung gebildet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Schritt der Quersteg durch mechanische Belastung von Sollbruchstellen im Anschlussleiter- Rohling abgetrennt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im vierten Schritt die freien Enden der Anschlussleiter zusammen mit Kontaktflächen eines mit Soll­ bruchstellen für die Vereinzelung von Rohlingen versehenen Mehrfachrohlings in Deckung gebracht und gebondet oder verschweißt werden, wobei darauffolgend der Mehrfachrohling in einzelne Rohlinge aufgeteilt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im vierten Schritt die freien Enden der Anschlussleiter mit den Kontaktflächen der Bauelemente durch Thermokompressionsbonden oder Schweißen miteinander verbunden werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den vierten Schritt der zweite Quersteg vom Anschlussleiter-Rohling abgetrennt wird.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Anprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme des nach dem ersten Schritt hergestellten Anschluss­ leiter-Rohlings (1) eine Unterteil (16) und Oberteil (17) aufweisende Kassette (18) mit einer ebenen Auflagefläche (21) für den Anschlussleiter-Rohling (1) vorgesehen ist, wobei we­ nigstens aus der Ebene der Auflagefläche (21) Erhebungen (22) und/oder Stifte (23) zwecks Ausrichtung des Anschlussleiter-Rohlings (1) mittels darin befindlicher Öffnungen (24) zur Arretierung herausragen, wobei zur formschlüssigen Arretierung das Kassetten-Oberteil (17) den Erhebungen (22) entsprechende Ausnehmungen aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennvorrichtung (26) eine Aufnahmeeinrichtung (27) für die Kassette (18) zwecks definiertem Abtrennen eines ersten, aus einem ersten Ende (29) der Kassette (18) herausragenden Querstegs (6) aufweist, wobei ein Trennstempel als Abkanthilfe vorgesehen ist, dessen Bewegungsbahn die ebene Auflagefläche unter einem Winkel von 85 bis 95° schneidet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene der Bewegungs­ bahn des Trennstempels den Anschlussleiter-Rohling (1) im Bereich einer Sollbruchlinie (8) schneidet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durch­ führung des vierten Schritts eine Bondvorrichtung oder Schweißvorrichtung (31) mit einer Einrichtung zur formschlüssigen Aufnahme der Kassette (18) vorgesehen ist, wobei die Kassette (18) mit ihrem ersten Ende (29) zu einem Heiztisch (32) benachbart einsetzbar ist und der Heiztisch eine Auflagefläche (33) für Bauelement-Rohlinge oder einen Mehrfach- Bauelement-Rohling (11) aufweist.