DE202018006504U1 - Drahtbond-Anordnung - Google Patents

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Abstract

Drahtbond-Anordnung, insbesondere Wedge-Bond- oder Ball-Bond-Anordnung, umfassend:
ein aus Platin bestehendes Dünnschicht-Bondpad und ein Substrat einer elektronischen Vorrichtung, wobei das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad auf dem Substrat ausgebildet ist und wobei das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad eine Vielzahl von Öffnungen in einer Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads umfasst,
eine gebrannte Beschichtung, die Edelmetallkomponenten umfasst, die ein Material aus Silber (Ag) oder Silber-Platin (AgPt) oder Silber-Palladium (AgPd) oder Gold (Au) umfassen, wobei sich die gebrannte Beschichtung wenigstens zum Teil über die Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads erstreckt, um eine beschichtete Oberfläche zu erhalten, und
einen Bonddraht, der auf die beschichtete Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads gebondet ist, wobei der Bonddraht einen Durchmesser von 0,05 mm bis 3 mm aufweist und ein Material aus Aluminium (AI) oder Kupfer (Cu) umfasst.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Drahtbond-Anordnung, insbesondere auf eine Wedge-Bond- oder eine Ball-Bond-Anordnung, umfassend ein aus Platin bestehendes Dünnschicht-Bondpad und ein Substrat einer elektronischen Vorrichtung, wobei das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad auf dem Substrat ausgebildet ist und wobei das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad eine Vielzahl von Öffnungen in der Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads umfasst, eine gebrannte Beschichtung, die Edelmetallkomponenten umfasst, die ein Material aus Silber (Ag) oder Silber-Platin (AgPt) oder Silber-Palladium (AgPd) oder Gold (Au) umfassen, wobei sich die gebrannte Beschichtung wenigstens zum Teil über die Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads erstreckt, um eine beschichtete Oberfläche zu erhalten, und einen Bonddraht, der auf die beschichtete Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads gebondet ist, wobei der Bonddraht einen Durchmesser von 0,05 mm bis 3 mm aufweist und ein Material aus Aluminium (AI) oder Kupfer (Cu) umfasst.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Bonddrähte werden bei der Herstellung elektronischer Vorrichtungen zur gegenseitigen elektrischen Verbindung eines integrierten Schaltkreises, einer Leiterplatte, von Transistoren, Dioden und dergleichen mit Pads oder Pins eines Gehäuses verwendet. Während in der Vergangenheit Bonddrähte nahezu ausschließlich aus Gold hergestellt wurden, werden heute weniger kostspielige Materialien, wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium, verwendet. Die Herstellung und Verwendung eines legierten Kupferdrahts sind zum Beispiel in US 2013/0140084 A1 beschrieben. Dieser Wechsel wurde durch die steigenden Kosten für Gold und die vergleichsweise stabilen und sehr viel niedrigeren Kosten für Kupfer und Aluminium initiiert. Während Kupferdrähte bessere thermische und elektrische Eigenschaften als Aluminiumdrähte aufweisen, weisen Aluminiumdrähte eine höhere Strombelastbarkeit als Kupferdrähte auf.
  • Allerdings weisen sowohl das Ball-Bonden als auch das Wedge-Bonden von Kupfer- und Aluminiumdrähten Probleme auf. Insbesondere ist das zuverlässige Bonden der Drähte auf ein aus Platin bestehendes Bondpad, zum Beispiel das Bondpad einer elektronischen Vorrichtung, wie zum Beispiel eines Dünnschicht-Widerstandstemperaturfühlers unter Verwendung der Linearität und der niedrigen Hysterese von Platin, schwierig, weil die zur Verfügung stehenden AgPt-Pasten oder AgPd-Pasten unzureichend an dem Platinmaterial anhaften. Dennoch wäre das Bonden von Kupfer- oder Aluminiumdrähten auf ein aus Platin bestehendes Bondpad wünschenswert, weil dies das Kontaktieren von elektronischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel platinbasierten Dünnschicht-Temperaturfühlern oder -widerständen, zusammen mit dem Verbinden von Leistungselektronikgeräten in einem einzelnen Prozessschritt ermöglichen würde.
  • Daher stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Lösung für das zuverlässige Bonden von Kupfer- oder Aluminiumbonddrähten auf ein aus Platin bestehendes Bondpad bereitzustellen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung sieht eine Drahtbond-Anordnung, insbesondere eine Wedge-Bond- oder eine Ball-Bond-Anordnung, vor, umfassend:
    • ein aus Platin bestehendes Dünnschicht-Bondpad und ein Substrat einer elektronischen Vorrichtung, wobei das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad auf dem Substrat ausgebildet ist und wobei das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad eine Vielzahl von Öffnungen in einer Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads umfasst,
    • eine gebrannte Beschichtung, die Edelmetallkomponenten umfasst, die ein Material aus Silber (Ag) oder Silber-Platin (AgPt) oder Silber-Palladium (AgPd) oder Gold (Au) umfassen, wobei sich die gebrannte Beschichtung wenigstens zum Teil über die Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads erstreckt, um eine beschichtete Oberfläche zu erhalten, und einen Bonddraht, der auf die beschichtete Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads gebondet ist, wobei der Bonddraht einen Durchmesser von 0,05 mm bis 3 mm aufweist und ein Material aus Aluminium (AI) oder Kupfer (Cu) umfasst.
  • Die Drahtbond-Anordnung kann basierend auf den physischen Bedingungen der elektronischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel Temperaturbeschränkungen, durch Wedge-Bonden oder Ball-Bonden hergestellt werden. Normalerweise stehen Ball-Bond-Anwendungen mit Thermokompressions- und Thermosonic-Verbindungsverfahren in Zusammenhang. Bei der Thermokompression werden Druck und eine Temperatur ab ca. 150 °C verwendet, um eine intermetallische Verbindung zu erzeugen. Beim Wedge-Bonden werden dagegen Ultraschallenergie und Druck verwendet, um eine Verbindung zwischen dem Draht und dem Bondpad zu erzeugen. Beim Wedge-Bonden werden normalerweise Temperaturen bis 150 °C verwendet.
  • Der Begriff „Öffnungen“ kann verwendet werden, um auf Durchgangsbohrungen in der Oberfläche des Platinmaterials oder auf Vertiefungen in der Oberfläche des Platinmaterials, die von flach bis tief reichen können, zu verweisen. Die Öffnungen können in der Oberfläche des Platinmaterials, die der gebrannten Beschichtung zugewandt ist, angeordnet sein. Die Öffnungen können regelmäßig oder zufällig in der Oberfläche verteilt sein. Ein erster Teil der Oberfläche eines Substrats, das ein aus Platin bestehendes Dünnschicht-Bondpad aufweist, das eine Vielzahl von auf dem Substrat ausgebildeten Öffnungen umfasst, ist mit einem Platinmaterial bedeckt, während ein zweiter Teil unbedeckt bleibt.
  • Wird eine aus Platin bestehende Dünnschicht, die Öffnungen umfasst, beschichtet, kann das Edelmaterial der Beschichtung an den unbedeckten zweiten Teilen der Oberfläche des Substrats anhaften, wenn die Beschichtung gebrannt wird. Vorteilhafterweise ermöglichen die Öffnungen eine Kontaktierung von aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads mit einem AI- oder Cu-Bonddraht.
  • Die elektronische Vorrichtung kann bei einem Beispiel ein aus Platin bestehender Dünnschicht-Temperaturfühler, wie zum Beispiel der in US 2003/174041 A1 beschriebene Temperaturfühler, sein. Im letzteren Fall kann das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad eines der Kontaktpads des Temperaturfühlers sein. Bei einem weiteren Beispiel kann die elektronische Vorrichtung ein platinbasierter Dünnschichtwiderstand oder ein dickschichtbasierter Widerstand sein. Im vorerwähnten Fall kann das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad eines der Kontaktpads des Widerstands sein. Bei einem Beispiel der Erfindung kann der dickschichtbasierte Widerstand außerdem das Dünnschicht-Bondpad sein. Bei letzterem Beispiel können der Widerstand und das Pad in einem einzigen Bauteil umgesetzt sein.
  • Der Begriff „gebrannte Beschichtung“ kann vorliegend verwendet werden, um auf eine Beschichtung, die zunächst als Pulver oder Flüssigkeit aufgetragen und dann gebrannt oder gehärtet wird, um mit anderen chemischen Gruppen in dem Pulver oder der Flüssigkeit zu reagieren, um die Deckschicht zu erzeugen, zu verweisen.
  • Es wurde vorteilhafterweise festgestellt, dass ein aus Platin bestehendes Dünnschicht-Bondpad mit Öffnungen, das eine gebrannte Beschichtung umfasst, die Edelmetallkomponenten umfasst, die ein Material aus Silber (Ag) oder Silber-Platin (AgPt) oder Silber-Palladium (AgPd) oder Gold (Au) umfassen, zuverlässig mit einem AI- oder Cu-Bonddraht unter Verwendung einer Wedge-Bond- oder Ball-Bond-Technik kontaktiert werden kann.
  • Insbesondere bieten entsprechend erzeugte Drahtbondverbindungen eine hohe elektrische Leitfähigkeit sowie eine gute mechanische Festigkeit.
  • Vorteilhafterweise muss die verwendete Bonding-Maschine dadurch, dass sie in der Lage ist, nur einen einzigen Drahttyp und eine einzige Drahtfestigkeit zum gemeinsamen Verbinden von platinbasierten Dünnschicht-Temperaturfühlern und weiteren elektronischen Vorrichtungen zu nutzen, ferner nicht zwischen diesen unterschiedlichen Drahttypen und Drahtfestigkeiten umschalten.
  • Bei einer Ausgestaltung ist das Substrat ein keramisches Substrat, besonders bevorzugt ein Substrat, das ein Material aus Aluminiumoxid (AI203) umfasst. Bei einer Ausgestaltung desselben umfasst die Drahtbond-Anordnung eine Leiterplatte, wobei das Substrat auf die Leiterplatte gesintert ist.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung ist bzw. sind die Höhe bzw. die Höhen des Dünnschicht-Bondpads, des Substrats und/oder der gebrannten Beschichtung so bestimmt, dass sie der Höhe wenigstens einer der Komponenten, vorzugsweise der Höhe eines Fühlers, der im Bereich der Drahtbond-Anordnung auf dem Substrat angeordnet ist, entspricht bzw. entsprechen.
  • Vorteilhafterweise wird dadurch, dass die Höhe bzw. die Höhen des Dünnschicht-Bondpads, des Substrats und/oder der Beschichtung so eingestellt wird bzw. werden, dass sie den Höhen der in ihrem Bereich zu bondenden Komponenten entspricht bzw. entsprechen, ermöglicht, dass das Bonding-Gerät, insbesondere der Kopf des Bonding-Geräts, in nur einer horizontalen Ebene betrieben werden kann.
  • Bei einer anderen Ausgestaltung ist das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad auf dem Substrat ausgebildet und eine Dünnschichtdicke des Dünnschicht-Bondpads liegt in einem Bereich zwischen 0.05 µm und 1 µm.
  • Bei einer Ausgestaltung umfassen die Öffnungen Schlitze, Perforationen, Löcher, die eine im Allgemeinen vieleckige Form aufweisen, Löcher, die eine im Allgemeinen ovale Form aufweisen, und/oder Löcher, die eine im Allgemeinen kreisrunde Form aufweisen, und/oder wobei ein Öffnungen umfassender BondBereich des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads 20% bis 80% des gesamten Bond-Bereichs des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads bedeckt.
  • Bei einer anderen Ausgestaltung umfasst die gebrannte Beschichtung ferner einen Haftvermittler, insbesondere eine Glasurmasse oder ein Metalloxid mit 5 bis 10 Gewichtsprozent in Bezug auf die Gesamtmasse der gebrannten Beschichtung.
  • Typische Komponenten der Glasurmasse sind zum Beispiel Bleioxid (Pb0), Bismutoxid (Bi203), Alkalioxid, Erdalkalioxid und ähnliche Oxide. Typische Komponenten von Metalloxiden sind zum Beispiel Siliciumdioxid (Si02) und Magnesiumoxid (MgO).
  • Vorteilhafterweise wird die Qualität des Kontakts zwischen der gebrannten Beschichtung und dem keramischen Substrat durch das Hinzufügen eines Haftvermittlers zu dem Material der Beschichtung vor dem Brennen der Beschichtung weiter verbessert.
  • Bei einer Ausgestaltung umfasst die gebrannte Beschichtung Folgendes:
    • • ein Silbermaterial mit 80 bis 99,5 Gewichtsprozent und ein Platinmaterial mit 0,5 bis 20 Gewichtsprozent oder
    • • ein Silbermaterial mit 60 bis 95 Gewichtsprozent und ein Palladiummaterial mit 5 bis 40 Gewichtsprozent in Bezug auf die Gesamtmasse der Edelmetallkomponenten.
  • Bei einer anderen Ausgestaltung umfasst der Bonddraht ein Material aus Kupfer (Cu) und ist mit einem Edelmetall beschichtet, insbesondere mit Titan (Ti) oder Nickel (Ni) oder Chrom (Cr). Bei einer alternativen Ausgestaltung umfasst der Bonddraht ein Aluminiummaterial und ist mit einer Legierung beschichtet, insbesondere mit einer Legierung aus Aluminium-Silicium (AISi).
  • Durch das Beschichten der verschiedenen Bonddrähte kann die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Drähte wie auch die Bondfähigkeit des Drahts auf der beschichteten Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads verbessert werden. Zudem weist ein beschichteter Bonddraht eine bessere Beständigkeit gegen Korrosion und/oder Oxidation auf.
  • Bei einer Ausgestaltung umfasst die elektronische Vorrichtung einen platinbasierten Dünnschichttemperaturfühler, einen platinbasierten Dünnschichtwiderstand oder einen dickschichtbasierten Widerstand. Bei weiteren Ausgestaltungen kann die elektronische Vorrichtung ein platinbasierter Dünnschichttemperaturfühler, ein platinbasierter Dünnschichtwiderstand oder ein dickschichtbasierter Widerstand sein.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Drahtbond-Anordnung, insbesondere einer Wedge-Bond- oder einer Ball-Bond-Anordnung, kann die folgenden Schritte umfassen:
    • • Ausbilden eines aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads auf einem Substrat einer elektronischen Vorrichtung,
    • • Einbringen von Öffnungen in eine Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads,
    • • Auftragen einer Paste, die Edelmetallkomponenten umfasst, die ein Material aus Silber (Ag) oder Silber-Platin (AgPt) oder Silber-Palladium (AgPd) oder Gold (Au) umfassen, auf dem aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpad,
    • • Brennen der Paste, um eine gebrannte Beschichtung zu erhalten, wobei sich die gebrannte Beschichtung wenigstens zum Teil über die Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads erstreckt, und
    • • Drahtbonden eines Bonddrahts auf die beschichtete Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads, wobei der Bonddraht einen Durchmesser von 0,05 mm bis 3 mm aufweist und ein Material aus Aluminium (AI) oder Kupfer (Cu) umfasst.
  • Bei einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
    • • Ausbilden des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads mittels physikalischer Abscheidung aus der Gasphase, insbesondere Verdampfung oder Sputtern, und/oder
    • • Einbringen von Öffnungen in die Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads mittels Fotolithografie oder Laserablation und/oder
    • • Beschichten des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads durch Auftragen der Paste, die die Edelmetallkomponenten auf der Oberfläche des Dünnschicht-Bondpads umfasst, und/oder
    • • Trocknen der Paste bei 150 °C für 10 bis 15 Minuten und/oder
    • • Brennen der Paste bei 850 °C für 10 Minuten und mit einer Gesamtbrennzyklusdauer von 30 Minuten bis 60 Minuten, um die Beschichtung zu erhalten.
  • Alle der bei der oben beschriebenen Ausgestaltung erwähnten Verfahrensschritte können nacheinander in der wie definiert beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Es können jedoch einer oder mehrere der Verfahrensschritte ausgelassen und/oder durch alternative Schritte ersetzt werden.
  • Bei einer Ausgestaltung wird die Paste durch ein Siebdruckverfahren aufgetragen, das die folgenden Verarbeitungsschritte umfasst:
    • • Drucken der Paste durch ein 200 bis 325 Maschen umfassendes Edelstahlsieb und
    • • Glätten der Paste bei Raumtemperatur für 5 bis 10 Minuten.
  • Bei einer anderen Ausgestaltung umfasst das Verfahren vor dem Drahtbonden des Bonddrahts den folgenden Schritt:
    • • Beschichten des Bonddrahts, der ein Kupfermaterial mit einem Edelmetall, insbesondere mit Titan (Ti) oder Nickel (Ni) oder Chrom (Cr), umfasst oder
    • • Beschichten des Bonddrahts, der ein Aluminiummaterial mit einer Legierung, insbesondere mit einer Legierung aus Aluminium-Silicium (AISi), umfasst.
  • Bei einer Ausgestaltung wird das Drahtbonden des Bonddrahts auf die beschichtete Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads außerdem durch Ultraschallschwingungen durchgeführt.
  • Figurenliste
  • Die folgenden Schemazeichnungen zeigen Aspekte der Erfindung zum besseren Verständnis der Erfindung in Zusammenhang mit einigen beispielhaften Veranschaulichungen, wobei:
    • 1 und 2 schematische Ansichten von zwei Drahtbond-Anordnungen nach Beispielen der Erfindung zeigen und
    • 3 bis 5 Verfahrensschritte zur Herstellung einer Drahtbond-Anordnung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 zeigt eine Wedge-Bond-Drahtbond-Anordnung 1. Die Drahtbond-Anordnung 1 umfasst ein Substrat 7 einer elektronischen Vorrichtung (in 1 nicht gezeigt).
  • Bei der gezeigten Ausgestaltung ist das Substrat 7 ein keramisches Substrat, das ein Material aus Aluminiumoxid (Al2O3) umfasst. In weiteren Ausgestaltungen kann das Substrat jedoch auch andere Materialien umfassen. Zum Beispiel kann es sich bei dem Substrat um einen Halbleiter handeln. Außerdem kann das Substrat bei weiteren Beispielen auf eine Leiterplatte gesintert sein.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, ist das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad 3 auf dem Substrat 7 ausgebildet. Das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad 3 kann mittels physikalischer Abscheidung aus der Gasphase, wie zum Beispiel Verdampfung oder Sputtern, ausgebildet sein. Die Dicke der resultierenden Dünnschicht kann in einem Bereich zwischen 0,05 µm und 1 µm liegen. Das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad 3 umfasst eine Vielzahl von Öffnungen 5a - 5n in der Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads 3. Die Öffnungen 5a - 5n in der Oberfläche der aus Platin bestehenden Dünnschicht können mittels Fotolithografie oder Laserablation eingebracht sein.
  • Bei den gezeigten Ausgestaltungen sind die Öffnungen 5a - 5n als eine Perforation gezeigt, die eine Vielzahl von rechteckigen Öffnungen umfasst. Bei anderen Ausgestaltungen, die in den Figuren nicht gezeigt sind, können die Öffnungen Schlitze, Löcher, die eine im Allgemeinen vieleckige Form aufweisen, Löcher, die eine im Allgemeinen ovale Form aufweisen, und/oder Löcher, die eine im Allgemeinen kreisrunde Form aufweisen, umfassen.
  • Wie aus der Figur ersichtlich ist, bedeckt der die Öffnungen 5a - 5n umfassende Bondbereich des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads 3 ca. 50% des gesamten Bondbereichs des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads 3. 1 zeigt ferner die gebrannte Beschichtung 9, die oben auf dem Dünnschicht-Bondpad 3 angeordnet ist. Die gebrannte Beschichtung 9 umfasst Edelmetallkomponenten, die ein Material aus Silber (Ag) oder Silber-Platin (AgPt) oder Silber-Palladium (AgPd) oder Gold (Au) umfassen, und erstreckt sich über die Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads 3, die der gebrannten Beschichtung 9 zugewandt ist. Die gebrannte Beschichtung 9 kann außerdem einen Haftvermittler, wie zum Beispiel eine Glasurmasse oder ein Metalloxid mit 5 bis 10 Gewichtsprozent in Bezug auf die Gesamtmasse der gebrannten Beschichtung 9, umfassen.
  • Das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad 3 mit den Öffnungen 5a - 5n, das eine auf demselben angeordnete gebrannte Beschichtung 9 aufweist, ermöglicht die Kontaktierung des Dünnschicht-Bondpads 3 mit einem AI- oder Cu-Bonddraht 11. Bei der gezeigten Ausgestaltung ist der Bonddraht 11 durch Wedge-Bonden an dem Dünnschicht-Bondpad 3 angebracht. Der Bonddraht 11 weist einen Durchmesser von 0,05 mm bis 3 mm auf und umfasst ein Material aus Aluminium (AI) oder Kupfer (Cu).
  • 2 zeigt eine Ball-Bond-Drahtbond-Anordnung 1'. Die Drahtbond-Anordnung 1' entspricht der in 1 gezeigten Anordnung und unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Anordnung nur dadurch, dass der Bonddraht 1' mittels einer Ball-Bond-Technik an dem Dünnschicht-Bondpad 3' angebracht ist.
  • 3 bis 4 zeigen Verfahrensschritte zur Herstellung einer Drahtbond-Anordnung.
  • 3 zeigt ein Verfahren 1000 zur Herstellung einer Drahtbond-Anordnung, insbesondere einer Wedge-Bond- oder einer Ball-Bond-Anordnung, nach der Erfindung. Das Verfahren 1000 umfasst die folgenden Schritte:
    • • Ausbilden 1100 eines aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads auf einem Substrat einer elektronischen Vorrichtung,
    • • Einbringen 1200 von Öffnungen in eine Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads,
    • • Auftragen 1300 einer Paste, die Edelmetallkomponenten umfasst, die ein Material aus Silber (Ag) oder Silber-Platin (AgPt) oder Silber-Palladium (AgPd) oder Gold (Au) umfassen, auf dem aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpad,
    • • Brennen 1400 der Paste, um eine gebrannte Beschichtung zu erhalten, wobei sich die Beschichtung wenigstens zum Teil über die Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads erstreckt, und
    • • Drahtbonden 1500 eines Bonddrahts auf die beschichtete Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads, wobei der Draht einen Durchmesser von 0,05 mm bis 3 mm aufweist und ein Material aus Aluminium (AI) oder Kupfer (Cu) umfasst.
  • 4 zeigt optionale Verfahrensschritte. Die optionalen Schritte können alle oder nur einen der folgenden Schritte umfassen:
    • • Ausbilden 1110 des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads mittels physikalischer Abscheidung aus der Gasphase, insbesondere Verdampfung oder Sputtern, und/oder
    • • Einbringen 1210 der Öffnungen in die Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads mittels Fotolithografie oder Laserablation und/oder
    • • Auftragen 1310 einer Paste, die die Edelmetallkomponenten auf der Oberfläche des Dünnschicht-Bondpads umfasst, auf das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad und/oder
    • • Trocknen 1320 der Paste bei 150 °C für 10 bis 15 Minuten und/oder
    • • Brennen 1410 der Paste bei 850 °C für 10 Minuten und mit einer Gesamtbrennzyklusdauer von 30 Minuten bis 60 Minuten, um die Beschichtung zu erhalten.
  • 5 zeigt optionale Verfahrensschritte zum Beschichten 1600 des Bonddrahts. Bei diesem Beispiel umfasst das Verfahren vor dem Drahtbonden des Bonddrahts den folgenden Schritt:
    • • Beschichten 1610 des Bonddrahts, der ein Kupfermaterial mit einem Edelmetall, insbesondere mit Titan (Ti) oder Nickel (Ni) oder Chrom (Cr), umfasst oder
    • • Beschichten 1620 des Bonddrahts, der ein Aluminiummaterial mit einer Legierung, insbesondere mit einer Legierung aus Aluminium-Silicium (AISi), umfasst.
  • Beispiele
  • Die Erfindung wird ferner anhand von Beispielen veranschaulicht. Diese Beispiele dienen der beispielhaften Erläuterung der Erfindung und sind nicht dazu bestimmt, den Umfang der Erfindung oder der Ansprüche in irgendeiner Weise einzuschränken.
  • Beispiel 1
  • Bei einem ersten Beispiel wird das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad auf einem Substrat ausgebildet, das ein Aluminiumoxid umfasst. Zunächst wird die aus Platin bestehende Dünnschicht mittels Abscheidung aus der Gasphase auf dem Substrat abgeschieden. Nach Verdampfen der aus Platin bestehenden Dünnschicht wird eine Vielzahl von Öffnungen oder Perforationen in der Oberfläche der aus Platin bestehenden Dünnschicht mittels einer fotolithografischen Technik, bei der die Öffnungen trockengeätzt werden, hergestellt.
  • Bei dem Beispiel betragen die rechteckigen Abmessungen des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads 2,0 mm × 1,1 mm. Das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad umfasst zwei Gitterbereiche, die 7 × 9 rechteckige Öffnungen aufweisen und die 70 µm × 70 µm groß sind.
  • Beispiel 2
  • Bei einem zweiten Beispiel entspricht das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad dem aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpad von Beispiel 1, umfasst jedoch nicht die Öffnungen.
  • Beispiel 3
  • Bei einem dritten Beispiel wird eine Paste, die Silber-Platin (AgPt) umfasst, auf dem Dünnschicht-Bondpad von Beispiel 1 oder Beispiel 2 aufgetragen. Die Paste umfasst ferner einen Haftvermittler in Form einer Glasurmasse mit 5 bis 10 Gewichtsprozent in Bezug auf die Gesamtmasse der Paste. Anschließend wird die Paste getrocknet und dann bei 850 °C gebrannt, um die gebrannte Beschichtung auf dem aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpad zu erhalten.
  • Es hat sich gezeigt, dass die Beschichtung nur an dem aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpad nach Beispiel 1 ausreichend gut anhaftet.
  • Beispiel 4
  • Bei einem vierten Beispiel wird der aus Aluminium bestehende Bonddraht auf das Dünnschicht-Bondpad nach Beispiel 1, 2 oder 3 gebondet. Es wird eine Standard-Drahtbond-Maschine der Fa. Kulicke & Soffa verwendet, um einen AI-Draht des Typs AI-H11, 300 µm, durch Wedge-Bonden zu bonden.
  • Es hat sich gezeigt, dass das Wedge-Bonden eines AI-Drahts auf einer aus Platin bestehenden Dünnschicht nach den Beispielen 1 und 2 nicht zu stabilen Verbindungen führt. Der gebondete AI-Draht wird nicht an aus Platin bestehenden Dünnschichten anhaften. Wird dagegen die aus Platin bestehende Dünnschicht mit einer Schicht aus Silber-Platin nach Beispiel 3 beschichtet, erhält man stabile Verbindungen.
  • Beispiel 5
  • Bei einem fünften Beispiel werden die vorteilhaften Ergebnisse der Drahtbond-Anordnung durch einen Standardzugtest bestätigt. Die mechanische Festigkeit der resultierenden Drahtbond-Anordnung nach Beispiel 4 wurde durch Verändern der aufgewendeten Wedge-Bond-Kraft gemessen. Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt eine Liste der Messdaten für verschiedene Bond-Kräfte: Tabelle 1
    Bond-Kraft [Digit US] Scherkraft [Pond] Zugtest [Pond] Standabweichung Zugtest [Pond] Anzahl von Rissen im Loop Anzahl von Rissen im Heel
    Beispiel 1 35-50 Kein Anhaften des AI-Drahts an der Platin-Dünnschicht
    Beispiel 2 35-50 Kein Anhaften des AI-Drahts an der Platin-Dünnschicht
    Beispiel 3 35 442 283-296 9-12 19 1
    Beispiel 3 40 483 283-296 9-12 20 0
    Beispiel 3 45 516 283-296 22 20 0
    Beispiel 3 50 525 283-296 9-12 18 2
  • Aus Tabelle 1 ist klar ersichtlich, dass Drahtbond-Verbindungen nach der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit aufweisen. Vorteilhafterweise ermöglicht die Erfindung eine zuverlässige Kontaktierung von aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads mit einem AI- oder Cu-Bonddraht unter Verwendung einer Wedge-Bond- oder Ball-Bond-Technik.
  • Die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können für unterschiedliche Ausgestaltungen der beanspruchten Erfindung wesentlich sein, und zwar sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1'
    Drahtbond-Anordnung
    3, 3'
    Dünnschicht-Bondpad
    5a - 5n, 5a' - 5n'
    Öffnungen
    7, 7'
    Substrat
    9, 9'
    Gebrannte Beschichtung
    11, 11'
    Bonddraht
    1000
    Verfahren zur Herstellung einer Drahtbond-Anordnung
    1100
    Ausbilden
    1110
    Ausbilden mittels physikalischer Abscheidung aus der Gasphase
    1200
    Einbringen
    1210
    Einbringen mittels Fotolithografie oder Laserablation
    1300
    Auftragen
    1310
    Auftragen auf der Oberfläche
    1320
    Trocknen der Paste
    1400
    Brennen
    1410
    Brennen bei 850 °C für 10 Minuten
    1500
    Drahtbonden
    1600
    Beschichten des Bonddrahts
    1610
    Beschichten des Bonddrahts, der ein Kupfermaterial umfasst
    1620
    Beschichten des Bonddrahts, der ein Aluminiummaterial umfasst
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2013/0140084 A1 [0002]
    • US 2003174041 A1 [0009]

Claims (10)

  1. Drahtbond-Anordnung, insbesondere Wedge-Bond- oder Ball-Bond-Anordnung, umfassend: ein aus Platin bestehendes Dünnschicht-Bondpad und ein Substrat einer elektronischen Vorrichtung, wobei das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad auf dem Substrat ausgebildet ist und wobei das aus Platin bestehende Dünnschicht-Bondpad eine Vielzahl von Öffnungen in einer Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads umfasst, eine gebrannte Beschichtung, die Edelmetallkomponenten umfasst, die ein Material aus Silber (Ag) oder Silber-Platin (AgPt) oder Silber-Palladium (AgPd) oder Gold (Au) umfassen, wobei sich die gebrannte Beschichtung wenigstens zum Teil über die Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads erstreckt, um eine beschichtete Oberfläche zu erhalten, und einen Bonddraht, der auf die beschichtete Oberfläche des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads gebondet ist, wobei der Bonddraht einen Durchmesser von 0,05 mm bis 3 mm aufweist und ein Material aus Aluminium (AI) oder Kupfer (Cu) umfasst.
  2. Drahtbond-Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein keramisches Substrat, besonders bevorzugt ein Substrat ist, das ein Material aus Aluminiumoxid (AI203) umfasst.
  3. Drahtbond-Anordnung nach Anspruch 2, umfassend eine Leiterplatte, wobei das Substrat auf die Leiterplatte gesintert ist.
  4. Drahtbond-Anordnung nach Anspruch 3, wobei die Höhe bzw. die Höhen des Dünnschicht-Bondpads, des Substrats und/oder der gebrannten Beschichtung so bestimmt wird bzw. werden, dass sie der Höhe wenigstens einer der Komponenten, vorzugsweise der Höhe eines Fühlers, der im Bereich der Drahtbond-Anordnung auf dem Substrat angeordnet ist, entspricht bzw. entsprechen.
  5. Drahtbond-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dünnschichtdicke des Dünnschicht-Bondpads in einem Bereich zwischen 0.05 µm und 1 µm liegt.
  6. Drahtbond-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnungen Schlitze, Perforationen, Löcher, die eine im Allgemeinen vieleckige Form aufweisen, Löcher, die eine im Allgemeinen ovale Form aufweisen, und/oder Löcher, die eine im Allgemeinen kreisrunde Form aufweisen, umfassen und/oder wobei ein Öffnungen umfassender Bondbereich des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads ca. 20% bis 80% des gesamten Bondbereichs des aus Platin bestehenden Dünnschicht-Bondpads bedeckt.
  7. Drahtbond-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gebrannte Beschichtung ferner einen Haftvermittler, insbesondere eine Glasurmasse oder ein Metalloxid mit 5 bis 10 Gewichtsprozent in Bezug auf die Gesamtmasse der gebrannten Beschichtung umfasst.
  8. Drahtbond-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gebrannte Beschichtung Folgendes umfasst: • ein Silbermaterial mit 80 bis 99,5 Gewichtsprozent und ein Platinmaterial mit 0,5 bis 20 Gewichtsprozent oder • ein Silbermaterial mit 60 bis 95 Gewichtsprozent und ein Palladiummaterial mit 5 bis 40 Gewichtsprozent in Bezug auf die Gesamtmasse der Edelmetallkomponenten.
  9. Drahtbond-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bonddraht ein Material aus Kupfer (Cu) umfasst und mit einem Edelmetall, insbesondere mit Titan (Ti) oder Nickel (Ni) oder Chrom (Cr), beschichtet ist oder wobei der Bonddraht ein Aluminiummaterial umfasst und mit einer Legierung, insbesondere einer Legierung aus Aluminium-Silicium (AISi), beschichtet ist.
  10. Drahtbond-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Vorrichtung einen platinbasierten Dünnschichttemperaturfühler, einen platinbasierten Dünnschichtwiderstand oder einen dickschichtbasierten Widerstand umfasst.
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