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WO2009080471A1 - Bonding device and method for producing electrically conductive connections - Google Patents

Bonding device and method for producing electrically conductive connections Download PDF

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Publication number
WO2009080471A1
WO2009080471A1 PCT/EP2008/066900 EP2008066900W WO2009080471A1 WO 2009080471 A1 WO2009080471 A1 WO 2009080471A1 EP 2008066900 W EP2008066900 W EP 2008066900W WO 2009080471 A1 WO2009080471 A1 WO 2009080471A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cutting
cutting device
bonding
conductor
section
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/066900
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen HESSE
Original Assignee
Hesse & Knipps Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hesse & Knipps Gmbh filed Critical Hesse & Knipps Gmbh
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    • H01L2924/2076—Diameter ranges equal to or larger than 100 microns

Definitions

  • the present invention initially relates to a bonding device, preferably ultrasonic bonding device, preferably for processing or for bonding power semiconductors, comprising at least one bonding tool, preferably a wedge, for the production of bonds to electrical conductors, such as preferably metallic bands or wires, and comprising a cutting device for partially or completely severing the conductor cross-section.
  • a bonding device preferably ultrasonic bonding device, preferably for processing or for bonding power semiconductors, comprising at least one bonding tool, preferably a wedge, for the production of bonds to electrical conductors, such as preferably metallic bands or wires, and comprising a cutting device for partially or completely severing the conductor cross-section.
  • a common embodiment of the arrangement of the cutting device is its fixed connection to the so-called. Bond head or on the support means, which not only laterally (ie in the direction of X and Y axes) with respect to a working plane spanned by a circuit level, but also to vertical or in the direction of a Z-axis is movable. The cutting can be performed by moving the holder in the cutting direction parallel to the Z-axis.
  • Such a conventional embodiment is known from DE 4016720 Al.
  • the cutting device is firmly connected to a guide unit and an actuator.
  • the actuator can move the cutter a pre-set distance in the cutting direction.
  • the guide unit is firmly connected to the movable in the direction of the Z-axis support means and is initially moved to a predetermined position relative to the cutting position. Then, the actuator (eg, a solenoid) moves the cutter through the clippings.
  • This cutting technique is used in the considerably applied to cylindrical wires up to a diameter of 500 microns. The occurring cutting forces have an amount of a few Newtons.
  • the cross sections of the wires used are sometimes insufficient for the required currents. For this reason, conventionally several wires are bonded in parallel until the required cross section for the required current is reached.
  • the required cutting forces to be generated by the cutting device for scoring or severing the conductor can also increase considerably. This is undesirable in that on the one hand the mechanical influence on the contact point on the already proven level is increased on the one hand. In addition, a more complicated mechanical design of the bonding device is required to produce higher cutting forces.
  • the invention has the object, advantageously further develop a bonding device of the type mentioned, so that in particular reduce the cutting forces required for certain conductor cross sections and can avoid the aforementioned disadvantages as much as possible.
  • the object is achieved according to the invention first and substantially in conjunction with the features that on the cutting device at least one piezoelectric element, preferably at least one piezoceramic is mounted, the excitation by means of electrical alternating voltage, preferably in the ultrasonic frequency range, at least a portion of the Cutting device, preferably at least one cutting edge of the cutting device, vibrated. It has been found that, with such movement oscillations of the cutting device or at least its cutting edge during the penetration into the conductor, the required cutting forces can be reduced compared to a cutting process without vibrations.
  • the invention thus makes possible a simpler mechanical construction, in particular in bonding machines for bonding power semiconductors, and provides a contribution to keeping the mechanical influence on the contact point, when possible, on the level already tested with comparatively smaller conductor cross-sections.
  • a conductor can preferably be processed with the bonding device according to the invention preferably strip material or wire material with virtually any cross-sectional shape, as a material in principle all conventional in bonding materials such as, for example, aluminum, copper, gold, etc., are suitable.
  • Cutting device is to be understood in a general sense and includes all commonly used in bonding devices for severing conductors Schneid positioning. Separating devices, such as. Knife or the like.
  • it can be a cutting device with a cross-sectioned cutting edge.
  • the cutting device may consist of a Knife holder and consist of a knife, which can be separated from each other, so that a simple blade change can be made.
  • the piezoelectric actuator is on the Messerhalterungs- side.
  • the piezoelement mentioned is preferably a piezoceramic actuator, which may have one or more layers as needed.
  • the piezoelectric element may, for example, be glued, soldered or otherwise fastened for transmitting vibration to the cutting device.
  • the type of attachment is chosen so that changes in geometry, in particular changes in length or thickness, which occur on the piezoelectric actuator when an alternating voltage is applied, lead to vibrations on the cutting device.
  • a time-varying electrical voltage is applied to the piezoelectric element, this causes a time-dependent change in the layer thickness there, with the upsetting or stretching due to the connection (for example, by a two-dimensional glued connection) depending on the embodiment wholly or partly to the contact zone of the cutting device be transferred and this is due to the compressions or strains occurring there is at least partially excited to vibrate.
  • the basic idea is therefore that by means of an actuator at least a portion of the cutting device, which comes in contact with the conductor during the separation process, is excited during the complete or partial separation process to mechanical vibrations.
  • the piezoelectric element is oriented or aligned on the cutting device such that it excites at least the cutting region of the cutting device in its cutting direction when excited by means of alternating voltage.
  • cutting direction refers in particular to the feed direction of the cutting movement. This may preferably (but this is not necessary) perpendicular to a plane defined by the gebon- Deten circuit plane. Alternatively, there is the possibility that the cutting direction may also be inclined or even conceivable perpendicular to this with respect to the working plane vertical direction (ie, parallel to the working plane).
  • the piezoelectric element is connected to a voltage source which is suitable or adapted for generating an electrical alternating voltage in the ultrasonic frequency range.
  • the bonding tool is also connected to a transducer, which on a voltage source is connected, which is suitable or adapted for generating an electrical alternating voltage in the ultrasonic frequency range, so that an ultrasonic bonding device is provided.
  • a transducer which on a voltage source is connected, which is suitable or adapted for generating an electrical alternating voltage in the ultrasonic frequency range, so that an ultrasonic bonding device is provided.
  • the bonding device has a movable mounting device for holding the bonding tool and the cutting device, which is movable relative to a working plane laterally and in the vertical direction of travel.
  • the mounting device can serve for the movable mounting of a module referred to as a bonding head or can itself be understood as a bonding head, which in an expedient development also includes a wire or tape guide for feeding the conductor from one Stock (eg. Storage Winding) may have to bond point.
  • the said working plane is usually spanned by the plane of extension of the circuits to be bonded or by a corresponding, usually horizontal support surface of the bonding device.
  • the cutting direction of the cutting device and the vertical direction of travel of the holding device are parallel.
  • the holding device or of the bonding head.
  • Cutting device at least in the cutting direction rigidly connected to the support device.
  • the cutting device is at least in the cutting direction kraftnachgiebig, preferably under a spring tension, connected to the mounting device.
  • the spring may preferably be a spring with small ger spring constant, ie act with a flat spring characteristic, so that small differences in deformation only lead to negligible force differences.
  • an actuator which in particular has a solenoid see solenoid, is connected, which is connected to Hubausübung or power transmission movable element fixed to the cutting device.
  • the invention also relates to a method for producing electrically conductive connections between connection partners, such as preferably spaced Heidelbergungs Siemensen and / or components or the like (ie practically between any components or their areas), by attachment of preferably bandförmigem or wire-shaped electrical conductor respectively to each other electrically conductive to be connected connecting partners by bonding, in particular ultrasonic bonding, in particular using power semiconductors, wherein after producing a desired number of bonds for separating a longitudinal section of the conductor, the cross section of the conductor is partially or completely severed by means of a cutting device.
  • Such electrically conductive connections are known to be sections of an electrical conductor (usually strip or wire material) of selected length as required, which are electrically conductive by a desired number of local bonding connections with the relevant circuit areas, components, etc. be connected, so that in these compounds so far to speak of connection sections.
  • the object of the invention is to advantageously continue such a method. zusenten, so that in particular the above-mentioned, possible in the prior art disadvantages are avoided as much as possible.
  • the invention initially and essentially proposes that the cutting device, while the conductor cross-section is completely or partially broken, at least in a portion of the cutting device, preferably at least at the cutting edge, is vibrated.
  • Cutting device when penetrating into the conductor cross-section can reduce the required cutting forces by up to 70 percent compared to a cutting process without vibration excitation.
  • the bond connections can preferably be produced by means of ultrasound bonding.
  • the cutting is preferably carried out after the production of a so-called loop of the conductor as a connecting section, ie after the completion of at least two bond connections on a conductor section.
  • By cutting while the remaining, formed substantially of the remaining length of the remaining length of the conductor of the bonding device length portion can be separated, whereby at the same time a new free conductor end for producing a subsequent loop is formed on the conductor stock.
  • wire or strip material can be used with virtually any cross-sectional shape, which can be used on all common conductor materials.
  • wires with a diameter of more than 500 ⁇ m can be used.
  • metallic strip material whose cross-section has a thickness of more than 300 microns and / or a width of more than 2000 microns.
  • a fiction, contemporary bonding device is used which has one or more of the features described above. The method is preferably carried out in such a way that an oscillating electrical voltage is applied to the vibration excitation of the cutting device to a piezoelectric element mounted thereon, wherein the cutting device is preferably excited to oscillate in the ultrasonic frequency range. As already mentioned, it is preferred that the cutting device is excited to oscillate in its cutting direction.
  • a cutting device which is fixedly or rigidly connected to the holding device in the cutting direction is used, that for at least partially severing the conductor cross section, the holding device in the direction of the conductor, preferably by means of a downward vertical movement of the bonding head is moved until the cutting device touches down on the head, that the cutting device at least then excited in the cutting direction to ultrasonic vibrations and the support device is moved further during the vibration excitation until the cutting device has at least partially severed the conductor cross-section.
  • the cutting force acting on the substrate (substrate, chip or the like) in this variant is limited by the bending stiffness or buckling rigidity of the cutting device and can assume very large values depending on the speed of the movement in the Z-axis direction during cutting.
  • a cutting device which is force-displaceable in its cutting direction, preferably under a spring bias, is used with the holding device such that for at least partially severing the conductor cross-section the holding device is moved in the direction of the conductor (preferably by means of a downward movement) , ie in the direction of the Z-axis, leading vertical movement of the bonding head) until the cutting device touches the conductor and is preferably biased against the conductor by a force dependent on the yielding force, causing the cutting device to vibrate ultrasonically at least thereafter in the preferred cutting direction and continue to move the mounting device until the cutting device releases the cutting device Conductor cross section has at least partially severed.
  • the cutting device can be moved relative to the mounting device or to the bonding head in the direction of the Z-axis.
  • the cutting device When depositing on the ladder, the cutting device can be held by the spring with a defined force in its rest position.
  • the cutting feed can also be generated here by a movement of the holding device in the direction of the Z-axis, but it is ensured by the force-yielding recording, that the force acting on the bonding force does not exceed a predetermined maximum value, namely that of the prestressed spring.
  • the spring or its characteristic curve can be selected, for example, such that the cutting device force (eg knife force) which can be generated thereby with resilient support of the cutting device is sufficient for cutting only in conjunction with the oscillation excitation of the cutting device.
  • the cutting device force eg knife force
  • a cutting device which is actively movable in its cutting direction by means of an actuator connected to the holding device in the cutting direction relative to the holding device, that for at least partially severing the conductor cross-section, the holding device in the direction of the Ladder, preferably in a down in the direction of the Z-axis movement of the bonding head, is moved to a predetermined position, that the cutting device at least thereafter to ultrasonic vibrations, in particular in the cutting direction, stimulated and by means of the actuator while a lifting movement of the cutting device is caused by which the cutting device at least partially cuts through the conductor cross-section.
  • the cutting device can be moved relative to the mounting device parallel to the Z axis.
  • the guide carrying the cutting device is equipped with an actuator which can move the cutting device about a fixed stroke.
  • the cutting device can be excited in the cutting direction to ultrasonic vibrations and then the actuator are turned on, which in turn can move the cutter by a fixed value in the cutting direction.
  • the maximum achievable cutting force is given, here by the maximum force of the actuator.
  • the complete separation of the remaining conductor stock from the last bond can be done by some subsequent movements with the bondhead. Since the conductor is fed through the bondhead, these movements can exert an increased tensile stress on the separation point and the unneeded length of stored material is finally torn off. There is also the possibility that the piezoelectric element is excited to oscillate only during a certain subinterval of cutting.
  • FIG. 1 shows a schematically simplified side view of a detail of a bonding device according to the invention according to a first preferred embodiment in an operating state
  • FIG. 2 shows the bonding device according to FIG. 1 in a subsequent operating state
  • FIG. 2a shows an enlarged detail of detail IIa in FIG. 2;
  • FIG. 3 shows the bonding device in a subsequent operating state with respect to FIG. 2;
  • FIG. 3a shows an enlarged detail of detail IHa in FIG. 3;
  • FIG. 4 shows a schematic side view of a detail of a bonding device according to the invention in accordance with a second preferred embodiment
  • FIG. 5 shows the bonding device according to FIG. 4 in a subsequent operating state
  • FIG. FIG. 5a shows an enlarged detail of detail Va in FIG. 5
  • FIG. 5a shows an enlarged detail of detail Va in FIG. 5
  • FIG. 6 shows the bonding device in a subsequent operating state with respect to FIG. 5;
  • FIG. 6a shows an enlarged detail of detail VIa in FIG. 6;

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Abstract

The present invention relates to a bonding device, having at least one bond tool and having a cutting mechanism for partial or complete severing of the conductor cross-section and proposes for advantageous further development that at least one piezoelement (17) is mounted on the cutting mechanism (9), since at least a partial zone of the cutting mechanism (9), preferably at least one cutting edge (10) of the cutting mechanism (9), is set vibrating by excitation by way of electric AC voltage, preferably in the ultrasound frequency range. The invention also relates to a method for producing electrically conductive connections between connection partners by means of attaching electric conductors to the connection partners to be connected to one another electrically conductively by bond connections, preferably ultrasound bond connections, wherein the cross-section of the conductor is severed partially or fully by means of a cutting mechanism after a desired number of bond connections is made for separating a longitudinal section of the conductors, and proposes for advantageous further development that the cutting mechanism (9) is set vibrating at least in a partial zone (20) of the cutting mechanism (9), preferably at least on its cutting edge (10), whereas the conductor cross-section is severed fully or partially.

Description

Bondvorrichtung und Verfahren zur Herstellung elektrisch leitfähiger Verbindungen Bonding device and method for producing electrically conductive compounds
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Bondvorrichtung, vorzugs- weise Ultraschall-Bondvorrichtung, vorzugsweise zur Verarbeitung bzw. zum Bonden von Leistungshalbleitern, aufweisend zumindest ein Bondwerkzeug, vorzugsweise ein Wedge, zur Herstellung von Bondverbindungen an elektrischen Leitern, wie vorzugsweise metallischen Bändern oder Drähten, und aufweisend eine Schneideinrichtung zum teilweisen oder vollständigen Zertrennen des Leiterquerschnittes.The present invention initially relates to a bonding device, preferably ultrasonic bonding device, preferably for processing or for bonding power semiconductors, comprising at least one bonding tool, preferably a wedge, for the production of bonds to electrical conductors, such as preferably metallic bands or wires, and comprising a cutting device for partially or completely severing the conductor cross-section.
Im Stand der Technik werden bei aktuellen Bondautomaten zum Bonden von Leistungshalbleitern, sogenannten Dickdrahtbondern, zum Trennen des Drahtes an der zweiten Bondstelle Schneideinrichtungen benötigt, mit denen die ge- bondeten Drähte eingekerbt werden, da die verwendeten Drähte zum Abreißen eine zu große Reißfestigkeit aufweisen. Eine übliche Ausführungsform zur Anordnung der Schneideinrichtung ist dessen feste Anbindung an den sog. Bondkopf bzw. an dessen Halterungseinrichtung, der bezüglich einer von einer Schaltungsebene aufgespannten Arbeitsebene nicht nur seitlich (d. h. in Rich- tung von X- und Y-Achsen), sondern auch dazu senkrecht bzw. in Richtung einer Z- Achse verfahrbar ist. Das Schneiden kann durch Bewegen der Halterungseinrichtung in der Schneidrichtung parallel zur Z- Achse durchgeführt werden. Eine solche übliche Ausführungsform ist aus DE 4016720 Al bekannt. In einer anderen Ausführungsform wird die Schneideinrichtung mit einer Füh- rungseinheit und einem Aktor fest verbunden. Der Aktor kann die Schneideinrichtung eine voreingestellte Strecke in Schnittrichtung bewegen. Die Führungseinheit ist mit der in Richtung der Z- Achse verfahrbaren Halterungseinrichtung fest verbunden und wird zunächst an eine vorgegebene Position relativ zur Schnittposition gefahren. Dann bewegt der Aktor (z. B. ein Hubmagnet) die Schneideinrichtung durch das Schnittgut. Diese Schnitttechnik wird im We- sentlichen bei zylindrischen Drähten bis zu einem Durchmesser von 500 μm angewendet. Die auftretenden Schnittkräfte haben einen Betrag von einigen Newton. Die Querschnitte der verwendeten Drähte reichen für die geforderten Ströme teilweise nicht aus. Aus diesem Grund werden herkömmlich mehrere Drähte parallel gebondet, bis der für den geforderten Strom notwendige Querschnitt erreicht ist. Im Zusammenhang mit der Herstellung von sog. Powerhalbleitervorrichtungen wird diese Technik in WO 2004/100258 A2 beschrieben. Allerdings hat diese Technik den Nachteil, dass bei der elektrischen Prüfung derartiger Bauteile die redundanten Drähte hinsichtlich ihrer Beteiligung an der Stromverteilung nicht beurteilt werden können, so dass erst im Betrieb mögliche Fehler an redundanten Drähten erkannt werden. Eine gewisse Abhilfe kann die Vergrößerung des Querschnittes des Leiters schaffen und die Verwendung redundanter Drähte überflüssig machen. Um den Radius und damit die Höhe der Bondverbindungen nicht weiter vergrößern zu müssen, wird die zylindrische Drahtform bisweilen durch eine quaderförmige Drahtform ersetzt. Hierbei werden bis zu 300 μm dicke und 2000 μm breite Verbindungen eingesetzt. Diese Technik ist unter dem Namen Bändchen-Bonden, Ribbon-Bonden bzw. Power-Ribbon-Bonden bekannt. Der Bondvorgang gestaltet sich wie beim Dickdrahtbonden allgemein üblich. Das Durchtrennen des Leiters nach dem zweiten Bond erfolgt durch einen Schnitt in den Leiter mit vorgegebener Tiefe. Danach wird der eingeschnittene Leiter von der zweiten Verbindungsstelle durch eine ruckartige Bewegung des Bondkopfes getrennt.In the state of the art, current bonding machines for bonding power semiconductors, so-called thick-wire bonders, for cutting the wire at the second bonding point require cutting devices with which the bonded wires are notched, since the wires used have too high a tear strength for tearing off. A common embodiment of the arrangement of the cutting device is its fixed connection to the so-called. Bond head or on the support means, which not only laterally (ie in the direction of X and Y axes) with respect to a working plane spanned by a circuit level, but also to vertical or in the direction of a Z-axis is movable. The cutting can be performed by moving the holder in the cutting direction parallel to the Z-axis. Such a conventional embodiment is known from DE 4016720 Al. In another embodiment, the cutting device is firmly connected to a guide unit and an actuator. The actuator can move the cutter a pre-set distance in the cutting direction. The guide unit is firmly connected to the movable in the direction of the Z-axis support means and is initially moved to a predetermined position relative to the cutting position. Then, the actuator (eg, a solenoid) moves the cutter through the clippings. This cutting technique is used in the considerably applied to cylindrical wires up to a diameter of 500 microns. The occurring cutting forces have an amount of a few Newtons. The cross sections of the wires used are sometimes insufficient for the required currents. For this reason, conventionally several wires are bonded in parallel until the required cross section for the required current is reached. In connection with the production of so-called power semiconductor devices, this technique is described in WO 2004/100258 A2. However, this technique has the disadvantage that in the electrical testing of such components, the redundant wires can not be assessed in terms of their participation in the power distribution, so that possible errors are detected on redundant wires only during operation. A certain remedy may be to increase the cross-section of the conductor and eliminate the need for redundant wires. In order not to have to increase the radius and thus the height of the bonds, the cylindrical wire form is sometimes replaced by a cuboid wire form. In this case, up to 300 microns thick and 2000 microns wide compounds are used. This technique is known as Ribbon Bonding, Ribbon Bonding and Power Ribbon Bonding, respectively. The bonding process is common as in the case of thick wire bonding. The cutting of the conductor after the second bond is carried out by a cut in the conductor with a predetermined depth. Thereafter, the cut conductor is separated from the second joint by a jerky movement of the bonding head.
Bei gewünschtem zunehmendem Querschnitt des Draht- oder Bandleiters kön- nen auch die zum Einkerben bzw. Durchtrennen des Leiters durch die Schneideinrichtung zu erzeugenden erforderlichen Schnittkräfte erheblich zunehmen. Dies ist insofern unerwünscht, als dadurch einerseits der mechanische Einfluss auf die Kontaktstelle über das bereits erprobte Niveau hinaus vergrößert wird. Hinzu kommt, dass zur Erzeugung von höheren Schnittkräften auch ein kom- plizierterer mechanischer Aufbau der Bondvorrichtung erforderlich wird. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bondvorrichtung der eingangs genannten Art vorteilhaft weiterzubilden, so dass sich insbesondere die für bestimmte Leiterquerschnitte erforderlichen Schnittkräfte reduzieren und die vorgenannten Nachteile möglichst weitgehend vermeiden lassen.If the desired cross section of the wire or strip conductor is desired, the required cutting forces to be generated by the cutting device for scoring or severing the conductor can also increase considerably. This is undesirable in that on the one hand the mechanical influence on the contact point on the already proven level is increased on the one hand. In addition, a more complicated mechanical design of the bonding device is required to produce higher cutting forces. In front Against this background, the invention has the object, advantageously further develop a bonding device of the type mentioned, so that in particular reduce the cutting forces required for certain conductor cross sections and can avoid the aforementioned disadvantages as much as possible.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung zunächst und im Wesentlichen in Verbindung mit den Merkmalen gelöst, dass auf der Schneideinrichtung zumindest ein Piezoelement, vorzugsweise zumindest eine Piezokeramik, montiert ist, das bei Erregung mittels elektrischer Wechselspannung, vorzugsweise im Ultraschall-Frequenzbereich, zumindest einen Teilbereich der Schneideinrichtung, vorzugsweise zumindest eine Schneide der Schneideinrichtung, in Schwingungen versetzt. Es wurde gefunden, dass mit derartigen Bewegungsschwingungen der Schneideinrichtung bzw. zumindest seiner Schneide während des Ein- dringens in den Leiter quer schnitt die erforderlichen Schnittkräfte im Vergleich zu einem Schnittvorgang ohne Schwingungen verringert werden können. Die Erfindung ermöglicht dadurch insbesondere bei Bondautomaten zum Bonden von Leistungshalbleitern einen einfacheren mechanischen Aufbau und liefert einen Beitrag, um beim Schneiden den mechanischen Einfluss auf die Kontakt- stelle nach Möglichkeit auf dem mit vergleichsweise geringeren Leiterquerschnitten bereits erprobten Niveau zu halten. Als Leiter kann mit der erfindungsgemäßen Bondvorrichtung vorzugsweise Bandmaterial oder Drahtmaterial mit praktisch beliebiger Querschnittsform verarbeitet werden, wobei als Werkstoff prinzipiell alle beim Bonden bisher gebräuchlichen Materialien, wie bspw. Aluminium, Kupfer, Gold usw., geeignet sind. Der gewählte BegriffThe object is achieved according to the invention first and substantially in conjunction with the features that on the cutting device at least one piezoelectric element, preferably at least one piezoceramic is mounted, the excitation by means of electrical alternating voltage, preferably in the ultrasonic frequency range, at least a portion of the Cutting device, preferably at least one cutting edge of the cutting device, vibrated. It has been found that, with such movement oscillations of the cutting device or at least its cutting edge during the penetration into the conductor, the required cutting forces can be reduced compared to a cutting process without vibrations. The invention thus makes possible a simpler mechanical construction, in particular in bonding machines for bonding power semiconductors, and provides a contribution to keeping the mechanical influence on the contact point, when possible, on the level already tested with comparatively smaller conductor cross-sections. As a conductor can preferably be processed with the bonding device according to the invention preferably strip material or wire material with virtually any cross-sectional shape, as a material in principle all conventional in bonding materials such as, for example, aluminum, copper, gold, etc., are suitable. The term chosen
Schneideinrichtung ist in einem allgemeinen Sinn zu verstehen und umfasst alle bei Bondvorrichtungen zum Zertrennen von Leitern gebräuchlichen Schneidbzw. Trenneinrichtungen, wie bspw. Messer oder dergleichen. Bevorzugt, d. h. nicht notwendig, kann es sich um eine Schneideinrichtung mit einer im Quer- schnitt zugespitzten Schneide handeln. Die Schneideinrichtung kann aus einer Messerhalterung und aus einem Messer bestehen, die voneinander getrennt werden können, so dass ein einfacher Messerwechsel vorgenommen werden kann. Vorzugsweise befindet sich der Piezoerreger auf der Messerhalterungs- seite. Bei dem genannten Piezoelement handelt es sich vorzugsweise um einen piezokeramischen Aktor, welcher je nach Bedarf eine oder mehrere Schichten aufweisen kann. Das Piezoelement kann zur Schwingungsübertragung auf die Schneideinrichtung bspw. angeklebt, angelötet oder auf andere Weise befestigt sein. Die Art der Befestigung ist so gewählt, dass Geometrieänderungen, insbesondere Längen- oder Dickenänderungen, die an dem piezoelektrischen Aktor beim Anlegen einer wechselnden Spannung entstehen, zu Schwingungen an der Schneideinrichtung führen. Zum Beispiel (jedoch nicht notwendig) besteht die Möglichkeit, die Piezokeramik so auf einer Schneideinrichtungsoberfläche zu befestigen, dass sich die Piezoschicht (oder die Piezoschichten) senkrecht zu der Schneideinrichtungsoberfläche erstreckt. Wird eine zeitlich wechselnde e- lektrische Spannung an das Piezoelement angelegt, bewirkt dies eine zeitabhängige Änderung der dortigen Schichtdicke, wobei die Stauchungen bzw. Dehnungen durch die Verbindung (bspw. durch eine flächige Klebverbindung) je nach Ausführung ganz oder teilweise auf die Kontaktzone der Schneideinrichtung übertragen werden und dieses zufolge der auch dort auftretenden Stauchungen bzw. Dehnungen zumindest bereichsweise zu Schwingungen angeregt wird. Der grundlegende Gedanke liegt somit darin, dass mittels eines Aktors zumindest ein Teilbereich der Schneideinrichtung, welcher beim Trennvorgang in Kontakt zu dem Leiter tritt, während des vollständigen oder teilweisen Trennvorganges zu mechanischen Schwingungen angeregt wird.Cutting device is to be understood in a general sense and includes all commonly used in bonding devices for severing conductors Schneidbzw. Separating devices, such as. Knife or the like. Preferably, ie not necessary, it can be a cutting device with a cross-sectioned cutting edge. The cutting device may consist of a Knife holder and consist of a knife, which can be separated from each other, so that a simple blade change can be made. Preferably, the piezoelectric actuator is on the Messerhalterungs- side. The piezoelement mentioned is preferably a piezoceramic actuator, which may have one or more layers as needed. The piezoelectric element may, for example, be glued, soldered or otherwise fastened for transmitting vibration to the cutting device. The type of attachment is chosen so that changes in geometry, in particular changes in length or thickness, which occur on the piezoelectric actuator when an alternating voltage is applied, lead to vibrations on the cutting device. For example, but not necessarily, it is possible to mount the piezoceramic on a cutter surface such that the piezoelectric layer (or layers) extends perpendicular to the cutter surface. If a time-varying electrical voltage is applied to the piezoelectric element, this causes a time-dependent change in the layer thickness there, with the upsetting or stretching due to the connection (for example, by a two-dimensional glued connection) depending on the embodiment wholly or partly to the contact zone of the cutting device be transferred and this is due to the compressions or strains occurring there is at least partially excited to vibrate. The basic idea is therefore that by means of an actuator at least a portion of the cutting device, which comes in contact with the conductor during the separation process, is excited during the complete or partial separation process to mechanical vibrations.
Gemäß der Erfindung ist bevorzugt, dass die Schneideinrichtung an einem Verbindungsabschnitt, vorzugsweise an seinem der Schneide gegenüberliegenden Endabschnitt, mit der Bondvorrichtung, d. h. mit dem Bondkopf bzw. seiner Halterungseinrichtung verbunden ist und dass das Piezoelement an der Schneideinrichtung zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Trennab- schnitt bzw. der Schneideinrichtungsschneide (bspw. Messerschneide) angebracht ist. Bei der Schneideinrichtung kann es sich vorzugsweise um ein langgestrecktes, insbesondere stabartiges, Schneidwerkzeug handeln, das weiter vorzugsweise bei im Wesentlichen senkrechter Erstreckung im Bereich seines oberen Endes mit der Bondvorrichtung verbunden ist und dessen Schneide sich an dem entgegengesetzten Längsende, d. h. unteren Längsende, befindet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Piezoaktor an der Schneideinrichtung zwischen den beiden Längsenden angebracht ist. Werden dabei durch Geometrieänderungen des Piezoaktors, die durch eine wechselnde elektrische Spannung entstehen, in dem an das Piezoelement angrenzenden Schneideinrichtungslän- genabschnitt (bspw. Messerlängenabschnitt) zeitlich veränderliche Stauchungen bzw. Dehnungen verursacht oder sonstige Form- oder Lageänderungen, führt dies dazu, dass der sich von dort bis zu der Schneide erstreckende Schneideinrichtungsbereich (bspw. Messerbereich) zu Bewegungsschwingun- gen angeregt wird. Alternativ wären aber auch andersartige Schwingungskopplungen des Piezoelementes mit der Schneideinrichtung vorstellbar. Bevorzugt ist weiterhin, dass das Piezoelement an der Schneideinrichtung so orientiert bzw. ausgerichtet ist, dass es bei Erregung mittels Wechselspannung zumindest den Schneidenbereich der Schneideinrichtung in dessen Schnittrichtung in Schwingungen versetzt. Mit dem Begriff Schnittrichtung ist dabei insbesondere die Vorschubrichtung der Schnittbewegung angesprochen. Diese kann vorzugsweise (dies ist jedoch nicht notwendig) senkrecht zu einer von der gebon- deten Schaltung aufgespannten Ebene verlaufen. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Schnittrichtung zu dieser bzgl. der Arbeitsebene senkrechten Richtung auch geneigt oder sogar vorstellbar dazu senkrecht (d. h. zur Arbeitsebene parallel) verlaufen kann. Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung wird darin gesehen, dass das Piezoelement an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, welche zur Erzeugung einer elektrischen Wechselspannung im Ultraschall-Frequenzbereich geeignet bzw. angepasst ist. Auch ist bevorzugt, dass auch das Bondwerkzeug mit einem Transducer verbunden ist, welcher an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, die zur Erzeugung einer elektrischen Wechselspannung im Ultraschall-Frequenzbereich geeignet bzw. angepasst ist, so dass eine Ultraschall-Bondvorrichtung gegeben ist. Insbesondere besteht dabei die Möglichkeit, für die Schneideinrichtung und für das Bondwerkzeug die gleiche Spannungsquelle zu verwenden, wodurch ein insgesamt einfacher Aufbau resultiert.According to the invention, it is preferred that the cutting device is connected to the bonding device, ie to the bonding head or its holding device, at a connecting section, preferably at its end section opposite the cutting edge, and that the piezoelement is connected to the cutting device between the connecting section and the separating section. or the Schneideinrichtungskschneide (eg knife edge) is attached. The cutting device may preferably be an elongated, in particular rod-like, cutting tool, which is furthermore preferably connected to the bonding device at a substantially perpendicular extent in the region of its upper end and whose cutting edge is located at the opposite longitudinal end, ie lower longitudinal end. It is preferably provided that the piezoelectric actuator is attached to the cutting device between the two longitudinal ends. If, as a result of changes in the geometry of the piezoactuator, which result from an alternating electrical voltage, temporally variable upsets or strains or other changes in shape or position occur in the cutting device length section adjacent to the piezoelectric element (for example, knife length section), this leads to the from there to the cutting edge extending cutting device area (eg., Knife area) is excited to vibrational movements. Alternatively, however, other types of vibration couplings of the piezoelectric element with the cutting device would be conceivable. It is furthermore preferred that the piezoelectric element is oriented or aligned on the cutting device such that it excites at least the cutting region of the cutting device in its cutting direction when excited by means of alternating voltage. The term "cutting direction" refers in particular to the feed direction of the cutting movement. This may preferably (but this is not necessary) perpendicular to a plane defined by the gebon- Deten circuit plane. Alternatively, there is the possibility that the cutting direction may also be inclined or even conceivable perpendicular to this with respect to the working plane vertical direction (ie, parallel to the working plane). A particularly expedient embodiment is seen in that the piezoelectric element is connected to a voltage source which is suitable or adapted for generating an electrical alternating voltage in the ultrasonic frequency range. It is also preferred that the bonding tool is also connected to a transducer, which on a voltage source is connected, which is suitable or adapted for generating an electrical alternating voltage in the ultrasonic frequency range, so that an ultrasonic bonding device is provided. In particular, it is possible to use the same voltage source for the cutting device and for the bonding tool, resulting in an overall simple structure.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Bondvorrichtung wird auch darin gesehen, dass diese eine verfahrbare Halterungseinrichtung zur Halterung des Bond Werkzeuges und der Schneideinrichtung aufweist, welche bezüglich einer Arbeitsebene seitlich und in dazu senkrechter Verfahrrichtung verfahrbar ist. Dabei kann die Halterungseinrichtung je nach gewählter konstruktiver Ausgestaltung zur verfahrbaren Halterung einer als Bondkopf bezeichneten Baugruppe dienen oder kann selbst bzw. mit dieser Baugruppe als Bondkopf verstanden werden, der in einer zweckmäßigen Weiterbildung auch noch eine Draht- bzw. Bandführung zur Zufuhr des Leiters von einem Vorrat (bspw. Vorratswicklung) zur Bondstelle aufweisen kann. Die besagte Arbeitsebene wird im Regelfall durch die Erstreckungsebene der zu bondenden Schaltungen bzw. durch eine entsprechende, zumeist horizontale Auflagefläche der Bondvorrichtung aufgespannt. Dabei ist bevorzugt, dass die Schnittrichtung der Schneideinrichtung und die senkrechte Verfahrrichtung der Halterungseinrichtung parallel verlaufen. Es besteht so je nach konstruktiver Gestaltung die Möglichkeit, den Schnittvorschub der Schneideinrichtung durch eine senkrechte Verfahrbewegung der Halterungseinrichtung bzw. des Bondkopfes zu erzeugen. In diesem Zusammenhang ist bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform dieAn expedient development of the bonding device is also seen in that it has a movable mounting device for holding the bonding tool and the cutting device, which is movable relative to a working plane laterally and in the vertical direction of travel. Depending on the structural design chosen, the mounting device can serve for the movable mounting of a module referred to as a bonding head or can itself be understood as a bonding head, which in an expedient development also includes a wire or tape guide for feeding the conductor from one Stock (eg. Storage Winding) may have to bond point. The said working plane is usually spanned by the plane of extension of the circuits to be bonded or by a corresponding, usually horizontal support surface of the bonding device. It is preferred that the cutting direction of the cutting device and the vertical direction of travel of the holding device are parallel. Depending on the structural design, it is possible to generate the cutting feed of the cutting device by means of a vertical movement of the holding device or of the bonding head. In this context, in a first preferred embodiment, the
Schneideinrichtung zumindest in dessen Schnittrichtung starr mit der Halterungseinrichtung verbunden. Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Schneideinrichtung zumindest in dessen Schnittrichtung kraftnachgiebig, vorzugsweise unter einer Federspannung, mit der Halterungseinrichtung verbunden. Bei der Feder kann es sich vorzugsweise um eine Feder mit gerin- ger Federkonstante, d. h. mit flacher Federkennlinie handeln, so dass geringe Verformungsunterschiede nur zu vernachlässigbaren Kraftunterschieden führen. In einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mit der Halterungseinrichtung ein Aktor, welcher insbesondere einen elektromagneti- sehen Hubmagnet aufweist, verbunden ist, dessen zur Hubausübung bzw. zur Kraftübertragung bewegliches Element fest mit der Schneideinrichtung verbunden ist. Im Rahmen der Erfindung besteht auch die Möglichkeit, Merkmale der zweiten und der dritten bevorzugten Ausführungsformen miteinander zu kombinieren.Cutting device at least in the cutting direction rigidly connected to the support device. In a second preferred embodiment, the cutting device is at least in the cutting direction kraftnachgiebig, preferably under a spring tension, connected to the mounting device. The spring may preferably be a spring with small ger spring constant, ie act with a flat spring characteristic, so that small differences in deformation only lead to negligible force differences. In a third preferred embodiment it is provided that with the support means an actuator, which in particular has a solenoid see solenoid, is connected, which is connected to Hubausübung or power transmission movable element fixed to the cutting device. In the context of the invention, it is also possible to combine features of the second and third preferred embodiments with each other.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung elektrisch leitfähiger Verbindungen zwischen Verbindungspartnern, wie vorzugsweise beabstande- ten Schaltungsbereichen und/ oder Bauteilen oder dergleichen (also praktisch zwischen beliebigen Komponenten oder deren Bereichen), mittels Befestigung von vorzugsweise bandförmigem oder drahtförmigem elektrischem Leiter jeweils an den miteinander elektrisch leitfähig zu verbindenden Verbindungspartnern durch Bondverbindungen, insbesondere Ultraschall-Bondverbindungen, insbesondere unter Verwendung von Leistungshalbleitern, wobei nach dem Herstellen einer gewünschten Anzahl von Bondverbindungen zum Ab- trennen eines Längenabschnittes des Leiters der Querschnitt des Leiters mittels einer Schneideinrichtung teilweise oder ganz zertrennt wird. Bei solchen elektrisch leitfähigen Verbindungen handelt es sich bekanntlich um Abschnitte eines elektrischen Leiters (in der Regel Band- oder Drahtmaterial) von je nach Bedarf gewählter Länge, die durch eine gewünschte Anzahl von lokalen Bondverbin- düngen elektrisch leitend mit den betreffenden Schaltungsbereichen, Bauteilen usw. verbunden werden, so dass bei diesen Verbindungen insofern auch von Verbindungsabschnitten zu sprechen ist.The invention also relates to a method for producing electrically conductive connections between connection partners, such as preferably spaced Schaltungsbereichen and / or components or the like (ie practically between any components or their areas), by attachment of preferably bandförmigem or wire-shaped electrical conductor respectively to each other electrically conductive to be connected connecting partners by bonding, in particular ultrasonic bonding, in particular using power semiconductors, wherein after producing a desired number of bonds for separating a longitudinal section of the conductor, the cross section of the conductor is partially or completely severed by means of a cutting device. Such electrically conductive connections are known to be sections of an electrical conductor (usually strip or wire material) of selected length as required, which are electrically conductive by a desired number of local bonding connections with the relevant circuit areas, components, etc. be connected, so that in these compounds so far to speak of connection sections.
Vor dem Hintergrund des eingangs erläuterten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren vorteilhaft weiter- zubilden, so dass insbesondere die eingangs genannten, im Stand der Technik möglichen Nachteile möglichst weitgehend vermieden werden.Against the background of the prior art explained at the outset, the object of the invention is to advantageously continue such a method. zubilden, so that in particular the above-mentioned, possible in the prior art disadvantages are avoided as much as possible.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung zunächst und im Wesentlichen vor, dass die Schneideinrichtung, während der Leiterquerschnitt ganz oder teilweise zertrennt wird, zumindest in einem Teilbereich der Schneideinrichtung, vorzugsweise zumindest an dessen Schneide, in Schwingungen versetzt wird. Zu den dadurch erreichbaren Wirkungen und Vorteilen wird Bezug auf die vorangehende Beschreibung genommen. Es wurde festgestellt, dass sich durch Be wegungs Schwingungen zumindest des Schneidenbereiches derTo solve the problem, the invention initially and essentially proposes that the cutting device, while the conductor cross-section is completely or partially broken, at least in a portion of the cutting device, preferably at least at the cutting edge, is vibrated. For the achievable effects and advantages, reference is made to the foregoing description. It has been found that by Be wegungs oscillations of at least the cutting edge of the
Schneideinrichtung beim Eindringen in den Leiterquerschnitt die erforderlichen Schnittkräfte im Vergleich zu einem Schnittvorgang ohne Schwingungserregung um bis zu 70 Prozent reduzieren lassen. Die Bondverbindungen können vorzugsweise mittels des Ultraschall-Bondens hergestellt werden. Das Schnei- den erfolgt vorzugsweise nach der Herstellung eines sog. Loops des Leiters als Verbindungsabschnitt, d. h. nach der Fertigstellung zumindest zweier Bondverbindungen an einem Leiterabschnitt. Durch das Schneiden kann dabei der verbleibende, im Wesentlichen von dem noch vorhandenen Längenvorrat des Leiters der Bondvorrichtung gebildete Längenabschnitt abgetrennt werden, wodurch an dem Leitervorrat zugleich ein neues freies Leiterende zur Herstellung eines nachfolgenden Loops gebildet wird. Als Leiter kann wiederum Draht- oder Bandmaterial mit praktisch beliebiger Querschnittsform verwendet werden, wobei auf alle gebräuchlichen Leitermaterialien zurückgegriffen werden kann. Vorzugsweise (d. h. nicht notwendig) können Drähte mit einem Durchmesser von mehr als 500 μm verwendet werden. Ebenfalls vorzugsweise besteht die Möglichkeit, metallisches Bandmaterial zu verarbeiten, dessen Querschnitt eine Dicke von mehr als 300 μm und/ oder eine Breite von mehr als 2000 μm aufweist. Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Bondverfahrens ist bevorzugt, dass eine erfindungs gemäße Bondvorrichtung verwendet wird, welche einzelne oder mehrere der zuvor beschriebenen Merkmale aufweist. Das Verfahren wird bevorzugt in der Weise ausgeführt, dass zur Schwingungserregung der Schneideinrichtung an ein daran montiertes Piezoelement eine elektrische Wechselspannung angelegt wird, wobei die Schneideinrichtung vorzugsweise zu Schwingungen im Ultraschall-Frequenzbereich angeregt wird. Wie auch schon angesprochen, ist bevorzugt, dass die Schneideinrichtung zu Schwingungen in dessen Schnittrichtung angeregt wird.Cutting device when penetrating into the conductor cross-section can reduce the required cutting forces by up to 70 percent compared to a cutting process without vibration excitation. The bond connections can preferably be produced by means of ultrasound bonding. The cutting is preferably carried out after the production of a so-called loop of the conductor as a connecting section, ie after the completion of at least two bond connections on a conductor section. By cutting while the remaining, formed substantially of the remaining length of the remaining length of the conductor of the bonding device length portion can be separated, whereby at the same time a new free conductor end for producing a subsequent loop is formed on the conductor stock. As a conductor, in turn, wire or strip material can be used with virtually any cross-sectional shape, which can be used on all common conductor materials. Preferably (ie not necessary) wires with a diameter of more than 500 μm can be used. Also preferably, it is possible to process metallic strip material whose cross-section has a thickness of more than 300 microns and / or a width of more than 2000 microns. As part of a bonding method according to the invention is preferred that a fiction, contemporary bonding device is used which has one or more of the features described above. The method is preferably carried out in such a way that an oscillating electrical voltage is applied to the vibration excitation of the cutting device to a piezoelectric element mounted thereon, wherein the cutting device is preferably excited to oscillate in the ultrasonic frequency range. As already mentioned, it is preferred that the cutting device is excited to oscillate in its cutting direction.
Bezüglich der Halterung bzw. Aufnahme der Schneideinrichtung bestehen verschiedene Möglichkeiten. Gemäß einer ersten Variante ist bevorzugt, dass ein in dessen Schnittrichtung fest bzw. starr mit der Halterungseinrichtung verbundene Schneideinrichtung verwendet wird, dass zum zumindest teilweisen Zertrennen des Leiterquerschnittes die Halterungseinrichtung in Richtung auf den Leiter, vorzugsweise mittels einer nach unten führenden Vertikalbewegung des Bondkopfes, soweit verfahren wird, bis die Schneideinrichtung auf dem Leiter aufsetzt, dass die Schneideinrichtung zumindest danach in Schnittrichtung zu Ultraschallschwingungen angeregt und die Halterungseinrichtung während der Schwingungsanregung weiter verfahren wird, bis die Schneideinrichtung den Leiterquerschnitt zumindest teilweise durchtrennt hat. Die auf den Untergrund (Substrat, Chip oder dergleichen) wirkende Schnittkraft ist in dieser Va- riante durch die Biegesteifigkeit bzw. Knicksteifigkeit der Schneideinrichtung beschränkt und kann in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Verfahrbewegung in Richtung der Z-Achse beim Schneiden sehr große Werte annehmen.There are various possibilities with regard to the holder or holder of the cutting device. According to a first variant, it is preferred that a cutting device which is fixedly or rigidly connected to the holding device in the cutting direction is used, that for at least partially severing the conductor cross section, the holding device in the direction of the conductor, preferably by means of a downward vertical movement of the bonding head is moved until the cutting device touches down on the head, that the cutting device at least then excited in the cutting direction to ultrasonic vibrations and the support device is moved further during the vibration excitation until the cutting device has at least partially severed the conductor cross-section. The cutting force acting on the substrate (substrate, chip or the like) in this variant is limited by the bending stiffness or buckling rigidity of the cutting device and can assume very large values depending on the speed of the movement in the Z-axis direction during cutting.
Gemäß einer zweiten Variante ist bevorzugt, dass eine in ihrer Schnittrichtung kraftnachgiebig, vorzugsweise unter einer Federvorspannung, mit der Halterungseinrichtung verbundene Schneideinrichtung verwendet wird, dass zum zumindest teilweisen Zertrennen des Leiterquerschnittes die Halterungseinrichtung in Richtung auf den Leiter soweit verfahren wird (vorzugsweise mittels einer nach unten, d. h. in Richtung der Z-Achse, führenden Vertikalbewegung des Bondkopfes), bis die Schneideinrichtung auf dem Leiter aufsetzt und vorzugsweise mit einer von der kraftnachgiebigen Aufnahme abhängigen Kraft gegen den Leiter vorgespannt wird, dass die Schneideinrichtung zumindest danach in vorzugsweise Schnittrichtung zu Ultraschallschwingungen angeregt und die Halterungseinrichtung währenddessen weiter verfahren wird, bis die Schneideinrichtung den Leiterquerschnitt zumindest teilweise durchtrennt hat. Bei dieser Variante kann die Schneideinrichtung relativ zur Halterungseinrichtung bzw. zum Bondkopf in Richtung der Z-Achse bewegt werden. Beim Absetzen auf den Leiter kann die Schneideinrichtung durch die Feder mit einer definierten Kraft in seiner Ruhelage gehalten werden. Der Schnittvorschub kann auch hier durch eine Verfahrbewegung der Halterungseinrichtung in Richtung der Z-Achse erzeugt werden, wobei aber durch die kraftnachgiebige Aufnahme sichergestellt wird, dass die auf die Bondstelle wirkende Kraft einen vorgegebenen Maximalwert, nämlich den der vorgespannten Feder, nicht über- schreitet. Die Feder bzw. deren Kennlinie kann unter Berücksichtigung des zu bondenden Leitermaterials zum Beispiel so ausgewählt werden, dass die damit bei federnder Abstützung der Schneideinrichtung erzeugbare Schneideinrichtungskraft (bspw. Messerkraft) nur in Verbindung mit der Schwingungserregung der Schneideinrichtung zum Schneiden ausreicht.According to a second variant, it is preferred that a cutting device which is force-displaceable in its cutting direction, preferably under a spring bias, is used with the holding device such that for at least partially severing the conductor cross-section the holding device is moved in the direction of the conductor (preferably by means of a downward movement) , ie in the direction of the Z-axis, leading vertical movement of the bonding head) until the cutting device touches the conductor and is preferably biased against the conductor by a force dependent on the yielding force, causing the cutting device to vibrate ultrasonically at least thereafter in the preferred cutting direction and continue to move the mounting device until the cutting device releases the cutting device Conductor cross section has at least partially severed. In this variant, the cutting device can be moved relative to the mounting device or to the bonding head in the direction of the Z-axis. When depositing on the ladder, the cutting device can be held by the spring with a defined force in its rest position. The cutting feed can also be generated here by a movement of the holding device in the direction of the Z-axis, but it is ensured by the force-yielding recording, that the force acting on the bonding force does not exceed a predetermined maximum value, namely that of the prestressed spring. Taking into account the conductor material to be bonded, the spring or its characteristic curve can be selected, for example, such that the cutting device force (eg knife force) which can be generated thereby with resilient support of the cutting device is sufficient for cutting only in conjunction with the oscillation excitation of the cutting device.
Gemäß einer dritten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass eine Schneideinrichtung verwendet wird, das in seiner Schnittrichtung mittels eines mit der Halterungseinrichtung verbundenen Aktors in dessen Schnittrichtung relativ zu der Halterungseinrichtung aktiv verfahrbar ist, dass zum zumindest teilwei- sen Zertrennen des Leiterquerschnittes die Halterungseinrichtung in Richtung auf den Leiter, vorzugsweise in einer in Richtung der Z-Achse nach unten führenden Bewegung des Bondkopfes, bis in eine vorgegebene Position verfahren wird, dass die Schneideinrichtung zumindest danach zu Ultraschallschwingungen, insbesondere in Schnittrichtung, angeregt und mittels des Aktors wäh- renddessen eine Hubbewegung der Schneideinrichtung veranlasst wird, durch welche die Schneideinrichtung den Leiterquerschnitt zumindest teilweise durchtrennt. Auch bei dieser Variante kann die Schneideinrichtung relativ zu der Halterungseinrichtung parallel zur Z- Achse bewegt werden. Bevorzugt ist die die Schneideinrichtung tragende Führung mit einem Aktor ausgestattet, der die Schneideinrichtung um einen festen Hub bewegen kann. Nach dem Erreichen der voreingestellten Absenkposition der Schneideinrichtung kann die Schneideinrichtung in Schnittrichtung zu Ultraschallschwingungen angeregt und anschließend der Aktor eingeschaltet werden, der seinerseits die Schneideinrichtung um einen festen Wert in Schnittrichtung bewegen kann. Auch in dieser Variante ist die maximal erreichbare Schnittkraft vorgegeben, hier durch die maximale Kraft des Aktors. Es besteht auch hier wiederum die Möglichkeit, die zweite und die dritte Variante zu kombinieren.According to a third variant of the method it is provided that a cutting device is used which is actively movable in its cutting direction by means of an actuator connected to the holding device in the cutting direction relative to the holding device, that for at least partially severing the conductor cross-section, the holding device in the direction of the Ladder, preferably in a down in the direction of the Z-axis movement of the bonding head, is moved to a predetermined position, that the cutting device at least thereafter to ultrasonic vibrations, in particular in the cutting direction, stimulated and by means of the actuator while a lifting movement of the cutting device is caused by which the cutting device at least partially cuts through the conductor cross-section. Also in this variant, the cutting device can be moved relative to the mounting device parallel to the Z axis. Preferably, the guide carrying the cutting device is equipped with an actuator which can move the cutting device about a fixed stroke. After reaching the preset lowering position of the cutting device, the cutting device can be excited in the cutting direction to ultrasonic vibrations and then the actuator are turned on, which in turn can move the cutter by a fixed value in the cutting direction. Also in this variant, the maximum achievable cutting force is given, here by the maximum force of the actuator. Again, there is the possibility to combine the second and the third variant.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise ausgeführt, dass der Leiter nur eingeschnitten, d. h. nicht durchgeschnitten, wird, kann die vollständige Trennung des verbleibenden Leitervorrats von der letzten Bondstelle durch einige anschließende Bewegungen mit dem Bondkopf erfolgen. Da der Leiter durch den Bondkopf zugeführt wird, kann durch diese Bewegungen eine erhöhte Zugspannung auf die Trennstelle ausgeübt und der nicht benötigte Län- genvorrat schließlich abgerissen werden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Piezoelement nur während eines bestimmten Teilintervalls des Schneidens zu Schwingungen angeregt wird.If the method according to the invention is carried out in such a way that the conductor is only cut in, i. H. not cut, the complete separation of the remaining conductor stock from the last bond can be done by some subsequent movements with the bondhead. Since the conductor is fed through the bondhead, these movements can exert an increased tensile stress on the separation point and the unneeded length of stored material is finally torn off. There is also the possibility that the piezoelectric element is excited to oscillate only during a certain subinterval of cutting.
In Verbindung mit der dritten Variante ist bevorzugt, dass die maximale Hub- bewegung des Aktors eine bestimmte vorgewählte Länge aufweist. Eine in gewisser Weise Kombination der zweiten und der dritten Verfahrensvariante ist dadurch möglich, dass ein Aktor verwendet wird, dessen Hubelement mittels einer Feder entgegen der Schnitt- bzw. Vorschubrichtung der Schneideinrichtung vorgespannt ist. Die erfindungs gemäße Bondvorrichtung und das erfindungsgemäße Bondverfahren sind in gleicher Weise zur Ausübung der unterschiedlichen Bewegungen bei dem für einen Fachmann geläufigen Frontcut oder Backcut geeignet, wobei der Schneidvorgang für beide Varianten identisch sein kann.In connection with the third variant, it is preferred that the maximum lifting movement of the actuator has a certain preselected length. A combination of the second and the third variant of the method in a certain way is possible in that an actuator is used whose lifting element is biased by a spring counter to the cutting or feed direction of the cutting device. The fiction, contemporary bonding device and the bonding method according to the invention are equally suitable for the exercise of different movements in the familiar for a person skilled in front or backcut, the cutting process for both variants can be identical.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, welche bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen, weiter beschrieben. Darin zeigt:The present invention will be further described below with reference to the accompanying drawings which show preferred embodiments. It shows:
Fig. 1 in schematisch vereinfachter Seitenansicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Bondvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform in einem Betriebszustand;1 shows a schematically simplified side view of a detail of a bonding device according to the invention according to a first preferred embodiment in an operating state;
Fig. 2 die Bondvorrichtung gemäß Fig. 1 in einem nachfolgenden Betriebszu- stand;FIG. 2 shows the bonding device according to FIG. 1 in a subsequent operating state; FIG.
Fig. 2a eine Ausschnittsvergrößerung von Detail IIa in Fig. 2;FIG. 2a shows an enlarged detail of detail IIa in FIG. 2; FIG.
Fig. 3 die Bondvorrichtung in einem bezüglich Fig. 2 nachfolgenden Betriebs- zustand;FIG. 3 shows the bonding device in a subsequent operating state with respect to FIG. 2; FIG.
Fig. 3a eine Ausschnittsvergrößerung von Detail IHa in Fig. 3;FIG. 3a shows an enlarged detail of detail IHa in FIG. 3; FIG.
Fig. 4 in schematisch vereinfachter Seitenansicht einen Ausschnitt einer erfin- dungsgemäßen Bondvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten4 shows a schematic side view of a detail of a bonding device according to the invention in accordance with a second preferred embodiment
Ausführungsform in einem Betriebszustand;Embodiment in an operating state;
Fig. 5 die Bondvorrichtung gemäß Fig. 4 in einem nachfolgenden Betriebszustand; Fig. 5a eine Ausschnittsvergrößerung von Detail Va in Fig. 5;FIG. 5 shows the bonding device according to FIG. 4 in a subsequent operating state; FIG. FIG. 5a shows an enlarged detail of detail Va in FIG. 5; FIG.
Fig. 6 die Bondvorrichtung in einem bezüglich Fig. 5 nachfolgenden Betriebszustand;FIG. 6 shows the bonding device in a subsequent operating state with respect to FIG. 5; FIG.
Fig. 6a eine Ausschnittsvergrößerung von Detail VIa in Fig. 6;FIG. 6a shows an enlarged detail of detail VIa in FIG. 6; FIG.
Fig. 7 in schematisch vereinfachter Seitenansicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Bondvorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Aus- führungsform in einem Betriebszustand;7 shows a schematic side view of a detail of a bonding device according to the invention in accordance with a third preferred embodiment in an operating state;
Fig. 8 die Bondvorrichtung gemäß Fig. 7 in einem nachfolgenden Betriebszustand;FIG. 8 shows the bonding device according to FIG. 7 in a subsequent operating state; FIG.
Fig. 8a eine Aus Schnitts Vergrößerung von Detail Villa in Fig. 8;FIG. 8a is a sectional view of detail of the villa in FIG. 8; FIG.
Fig. 9 die Bondvorrichtung in einem bezüglich Fig. 8 nachfolgenden Betriebszustand undFIG. 9 shows the bonding device in a subsequent operating state with respect to FIG. 8 and FIG
Fig. 9a eine Ausschnittsvergrößerung von Detail IXa in Fig.9.9a shows a detail enlargement of detail IXa in FIG.
Mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3a wird zunächst die erfindungsgemäße Bondvorrichtung 1 sowie das erfindungsgemäße Verfahren jeweils gemäß einer ersten bevorzugten Variante beschrieben. Bei der ausschnittsweise und schema- tisch vereinfacht gezeigten Bondvorrichtung 1 handelt es sich in dem Beispiel um eine Ultraschall-Bondvorrichtung, die auch zum Bonden von Leistungshalbleitern geeignet ist, d. h. um einen Ultraschall-Dickdrahtbonder. Dieser besitzt ein im Wesentlichen stabförmiges, vertikal verlaufendes Bondwerkzeug 2, dessen oberes Ende in einer für einen Fachmann geläufigen Weise an dem sog. Hörn eines Ultraschall-Trans ducers 3 befestigt ist. Dieser wiederum ist mittels stark vereinfacht dargestellter, in deren Querrichtung nachgiebiger Befestigungselemente 4 an einer ebenfalls nur symbolisch (in Gestalt eines L-Profils) wiedergegebenen Halterungseinrichtung 5 befestigt. Letztere kann bezüglich einer Auflagefläche 6 der Bondvorrichtung, die zur Ablage bzw. Fixierung ei- ner mit Bondverbindungen zu versehenden elektrischen Schaltung 7 dienen kann, bedarfsweise in den durch das Koordinatensystem bestimmten Orientierungen der X-Achse, Y-Achse und Z- Achse verfahren werden. Zur Erzielung entsprechender Verfahrbewegungen weist die Bondvorrichtung in den Figuren nicht mit dargestellte Antriebe auf. Bezüglich der Verfahrrichtung entlang der Z- Achse, die sich senkrecht zu der horizontalen Auflagefläche 6 erstreckt, ist schematisch eine vertikale Längsführung 8 in den Figuren angegeben. Mittels dieser Längsführung kann die Haltevorrichtung 5 bzw. der Bondkopf relativ zu der Auflagefläche 6 und evtl. weiteren Komponenten der Bondvorrichtung vertikal verfahren werden. An der Halterungseinrichtung 5 ist außerdem als Schneidwerkzeug eine langgestreckte, ebenfalls im Wesentlichen senkrecht orientierte Schneideinrichtung 9 angebracht. Die Schneideinrichtung 9 ist dazu an ihrem oberen Ende 16 starr mit der Halterungseinrichtung 5 verbunden, so dass sich eine Verfahrbewegung der Halterungseinrichtung 5 in Richtung der Z- Achse auf das untere Schneideinrichtungsende (bspw. Messerende) mit der dortigen Schneide 10 überträgt. Auf der auch nur schematisch angedeuteten Schaltung 7 ist unterhalb des Bondwerkzeuges 2 und der Schneideinrichtung 9 ein Leiter 11 dargestellt, der mittels einer nicht gezeigten Drahtführungseinrichtung der Bond Vorrichtung von einem Leitervorrat aus zugeführt wird. In dem gewählten Beispiel handelt es sich bei dem Leiter 11 um ein metallisches Band mit rechteckigem Querschnitt. In dem in Figur 1 gezeigten Betriebszustand wurde zwischen zwei miteinander elektrisch leitfähig zu verbindenden Schaltungsbereichen mittels des Leiters 11 bereits ein sog. Loop 12 gebildet, der sich bogenförmig zwischen einer ersten Bondverbindung 13 zwischen Leiter 11 und Schaltung 7 und einer zweiten, d. h. später hergestellten, Bondverbindung 14 zwischen Leiter 11 und Schaltung 7 erstreckt. Die Herstellung der Bondverbin- düngen 13, 14 erfolgt auf eine dem Fachmann bekannte Art und Weise, wobei das Bond Werkzeug 2 den Leiter 11 gegen den gewünschten Kontaktbereich der Schaltung 7 drückt und durch Anlegen einer elektrischen Wechselspannung an den Transducer 3 in Schwingungen versetzt wird, so dass schließlich die ge- wünschte Bondverbindung entsteht. In Figur 1 befindet sich die Halterungseinrichtung 5 bzgl. der Z- Achse auf einem Niveau, bei dem das Bondwerkzeug 2 auf dem Leiter 11 aufsitzt, die Schneideinrichtungsspitze (bspw. Messerspitze) bzw. die Schneide 10 sich aber noch in vertikalem Abstand darüber befindet. Zwischen dem oberen Befestigungsende 16 der Schneideinrichtung 9 und des- sen unterer Schneide 10 ist in der oberen Längshälfte der Schneideinrichtung 9 auf diesem ein Piezoelement 17 montiert. An dieses kann mittels einer nicht mit dargestellten Spannungsquelle eine elektrische Wechselspannung im Ultraschall-Frequenzbereich angelegt werden, wodurch das Piezoelement 17 zeitlich periodische Formänderungen (Dehnungen und Stauchungen) in Richtung des Pfeils 18 (vgl. Fig. 2) erfährt. Um den nach der Herstellung des Loops 12 verbleibenden Längenvorrat des Leiters 11 von dem Loop abzutrennen, wird die Halterungseinrichtung 5 bzw. der Bondkopf zunächst ausgehend von Figur 1 entlang der Z-Achse nach unten verfahren, bis die Schneideinrichtung 9 auf dem bandförmigen Leiter 11, wie in Figur 2 dargestellt, aufsetzt. Die Befesti- gungselemente 4 werden dabei zum Lageausgleich elastisch bzw. vorübergehend verformt. Nach dem Aufsetzen der Schneideinrichtung 9 wird an das Piezoelement 17 eine elektrische Wechselspannung angelegt, wodurch das Piezoelement 17 oszillierende Formänderungen in Orientierung des Pfeils 18 erfährt. Das Piezoelement 17 ist in dem gezeigten Beispiel vollflächig fest auf die Ober- fläche der Schneideinrichtung 9 aufgeklebt, so dass auch die Schneideinrichtung in ihrem Kontaktlängenbereich 19 periodische Längenänderungen erfährt, durch welche der sich unterhalb des Bereiches 19 erstreckende Längenabschnitt bzw. Teilbereich 20 der Schneideinrichtung 9 Bewegungsschwingungen parallel zu der Z-Achse, d. h. in Schnittrichtung der Schneideinrichtung, ausführt. Dies ist durch den Pfeil 21 angedeutet. Dabei liegt die Schwingungsfrequenz im UIt- raschall-Frequenzbereich. Ausgehend von Figur 2, d. h. bei aktiviertem Piezo- element 17, wird die Halterungseinrichtung 5 weiter vertikal nach unten verfahren, bis die in Figur 3a lediglich beispielhaft in Vergrößerung dargestellte Eindringtiefe der Schneide 10 in den Querschnitt des Leiters 11 erreicht worden ist. In dem Beispiel beträgt diese maximale Eindringtiefe etwa 80 %, bezogen auf die Gesamthöhe des Leiters 11. Ausgehend von diesem Betriebszustand kann die Halterungseinrichtung 5 wieder nach oben und insbesondere seitlich verfahren werden, um auf das jenseits (d. h. in Figur 3 auf der rechten Seite) der erzeugten Kerbstelle liegende Leiterende eine Zugkraft auszuüben und dieses schließlich vollständig von der zuletzt hergestellten Bond Verbindung 14 abzutrennen.With reference to FIGS. 1 to 3a, the bonding device 1 according to the invention and the method according to the invention are first described in each case according to a first preferred variant. The exemplary embodiment of the bonding device 1 shown schematically in a simplified manner is in the example an ultrasonic bonding device which is also suitable for bonding power semiconductors, ie an ultrasound thick-wire bonder. This has a substantially rod-shaped, vertically extending bonding tool 2, the upper end of which is fastened in a manner familiar to a person skilled in the so-called. Horn of an ultrasonic trans ducers 3. This in turn is by means of strongly simplified shown, in the transverse direction yielding fasteners 4 attached to a likewise only symbolically reproduced (in the form of an L-profile) support means 5. With respect to a contact surface 6 of the bonding device, which can serve for depositing or fixing an electrical circuit 7 to be provided with bond connections, the latter can be moved as required in the orientations of the X-axis, Y-axis and Z-axis determined by the coordinate system , To achieve corresponding movements, the bonding device in the figures does not have drives shown. With regard to the travel direction along the Z-axis, which extends perpendicular to the horizontal bearing surface 6, a vertical longitudinal guide 8 is schematically indicated in the figures. By means of this longitudinal guide, the holding device 5 or the bonding head can be moved vertically relative to the support surface 6 and possibly further components of the bonding device. On the mounting device 5 is also an elongated, also substantially vertically oriented cutting device 9 is attached as a cutting tool. For this purpose, the cutting device 9 is rigidly connected at its upper end 16 to the holding device 5, so that a movement of the holding device 5 in the Z-axis direction is transmitted to the lower cutting device end (eg knife end) with the cutting edge 10 there. On the only schematically indicated circuit 7, a conductor 11 is shown below the bonding tool 2 and the cutting device 9, which is supplied by means of a wire guide device, not shown, the bonding device from a conductor supply. In the example chosen, the conductor 11 is a metallic strip of rectangular cross-section. In the operating state shown in FIG. 1, a so-called loop 12 has already been formed between two circuit regions which are to be electrically conductively connected to one another by a conductor 11, which extends arcuately between a first bonding connection 13 between conductor 11 and circuit 7 and a second, ie later manufactured, Bond connection 14 between conductor 11 and circuit 7 extends. The production of the bonding fertilize 13, 14 takes place in a manner known to those skilled in the art, wherein the bonding tool 2 presses the conductor 11 against the desired contact region of the circuit 7 and is set by applying an electrical alternating voltage to the transducer 3 in vibration, so that finally the ge - desired bond arises. In FIG. 1, the mounting device 5 is located at a level at which the bonding tool 2 is seated on the conductor 11 with respect to the Z axis, but the cutting tip (eg knife tip) or the cutting edge 10 is still at a vertical distance above it. Between the upper attachment end 16 of the cutting device 9 and its lower cutting edge 10, a piezoelectric element 17 is mounted in the upper longitudinal half of the cutting device 9 on this. An electrical alternating voltage in the ultrasonic frequency range can be applied thereto by means of a voltage source, not shown, whereby the piezoelement 17 undergoes temporally periodic changes in shape (strains and compressions) in the direction of the arrow 18 (see FIG. In order to separate the remaining length supply of the conductor 11 from the loop after the production of the loop 12, the holding device 5 or the bonding head is initially moved downwards along the Z-axis, starting from FIG. 1, until the cutting device 9 on the strip-shaped conductor 11, as shown in Figure 2, touches down. The fastening elements 4 are elastically or temporarily deformed for position compensation. After placing the cutting device 9, an electrical alternating voltage is applied to the piezoelectric element 17, whereby the piezoelectric element 17 undergoes oscillating changes in shape in the orientation of the arrow 18. In the example shown, the piezoelectric element 17 is adhesively bonded over the entire surface of the cutting device 9, so that the cutting device also experiences periodic changes in its contact length region 19, through which the longitudinal section or partial region 20 of the cutting device 9 extending below the region 19 Movement vibrations parallel to the Z-axis, ie in the cutting direction of the cutting device executes. This is indicated by the arrow 21. In this case, the oscillation frequency is in the UIt- raschall frequency range. Starting from FIG. 2, that is to say when the piezoelectric element 17 is activated, the holding device 5 is moved further vertically downwards until the penetration depth of the cutting edge 10 into the cross section of the conductor 11 shown in FIG. In the example, this maximum penetration depth is about 80%, based on the total height of the conductor 11. Starting from this operating state, the holding device 5 can be moved upwards again and in particular laterally, in order to move to the far side (ie in the right-hand side in FIG. 3). the conductor end created lying Kerbstelle exert a tensile force and this finally completely separate from the last produced bonding compound 14.
Mit Bezug auf die Figuren 4 bis 6a wird die erfindungsgemäße Bondvorrichtung 1 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform bei der Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Variante beschrieben. Dabei sind zu den Figuren 1 bis 3a vergleichbare Einzelheiten mit identischen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied der zweiten Ausführungsform liegt darin, dass die Schneideinrichtung 9 an der Halterungseinrichtung 5 nicht starr, sondern gegen die Kraft einer Feder 22 in Richtung der Z- Achse nachgiebig ge- haltert ist. Insofern ist auch eine zur Z- Achse parallel verschiebliche Führung 23 am oberen Endabschnitt 16 der Schneideinrichtung 9 angedeutet. Ein mit dem Endabschnitt 16 fest verbundenes Führungsteil ist dazu längsverschieblich in einer Bohrung der Halterungseinrichtung geführt. Die Schnittrichtung der Schneideinrichtung 9 verläuft damit wieder parallel zu der besagten Z- Achse. In Fig. 4 wurde (wie in Fig. 1 und Fig. 7) die zweite Bondverbindung fertiggestellt. Ausgehend von Figur 4 wird die Halterungseinrichtung 5 bzw. der Bondkopf soweit abgesenkt, bis die Schneide 10 auf dem Leiter 11 in der in den Figuren 5, 5a gezeigten Verfahrposition aufsetzt. In diesem Zustand wirkt auf die Schneideinrichtung die voreingestellte Kraft der Feder 22, die durch die Ab- senkbewegung als Funktion der Federkonstante bis zu ihrem Sollwert verän- dert werden kann. Hierdurch wird von der Schneideinrichtung 9 die Solldruckkraft auf den Leiter 11 ausgeübt. Die Schneideinrichtung kann dadurch mit einer definierten Kraft in einer Ruhelage gehalten werden. Nach dem Aufsetzen der Schneideinrichtung 9 wird dieses, wie in Figur 5 angedeutet, in sei- ner parallel zu der Z-Achse orientierten Schnittrichtung mittels des Piezoele- mentes 17 auf die zuvor beschriebene Weise zu Ultraschallschwingungen angeregt und die Halterungseinrichtung 5 dabei gleichzeitig weiter in Richtung der Z-Achse nach unten bewegt, wobei der Schnitt in den Leiter 11 bis zu der in Figur 6a angedeuteten Schnitttiefe erfolgt. Wenn der Schnitt nicht vollständig, sondern nur bis zu einer bestimmten vorgewählten Tiefe erfolgt, kann der verbleibende Längenvorrat des Leiters 11 wie ebenfalls schon erläutert durch Verfahrbewegungen der Halterungseinrichtung bzw. des Bondkopfes vollständig abgetrennt werden.With reference to FIGS. 4 to 6 a, the bonding device 1 according to the invention in accordance with a second preferred embodiment is described in the practice of the method according to the invention in accordance with a second variant. In this case, comparable details are provided with identical reference numerals to the figures 1 to 3a. The difference of the second embodiment lies in the fact that the cutting device 9 on the holding device 5 is not rigid but resiliently held against the force of a spring 22 in the direction of the Z axis. In this respect, a parallel to the Z-axis guide 23 is indicated at the upper end portion 16 of the cutting device 9. A firmly connected to the end portion 16 guide member is guided longitudinally displaceable in a bore of the support means. The cutting direction of the cutting device 9 thus again runs parallel to the said Z axis. In FIG. 4 (as in FIGS. 1 and 7), the second bond has been completed. Starting from FIG. 4, the holding device 5 or the bonding head is lowered until the cutting edge 10 touches the conductor 11 in the travel position shown in FIGS. 5, 5a. In this state, the cutting force acts on the preset force of the spring 22, which, as a function of the spring constant, changes as a result of the lowering movement up to its nominal value. can be changed. As a result, the target pressure force is exerted on the conductor 11 by the cutting device 9. The cutting device can be held by a defined force in a rest position. After placing the cutting device 9, as indicated in FIG. 5, in its cutting direction oriented parallel to the Z-axis, it is excited to ultrasonic vibrations by means of the piezoelectric element 17 in the manner described above, and the holding device 5 simultaneously moves further in the direction the Z-axis moves down, wherein the cut takes place in the conductor 11 to the depth of cut indicated in Figure 6a. If the cut is not complete, but only up to a certain preselected depth, the remaining length supply of the conductor 11 can be completely separated as already explained by traversing movements of the support device or the bonding head.
Mit Bezug auf die Figuren 7 bis 9a wird nachfolgend die erfindungsgemäße Bondvorrichtung 1 gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform bei der Ausübung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer weiteren Variante beschrieben. Dabei sind wiederum die den vorangehenden Figuren entsprechenden Einzelheiten mit identischen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied gegenüber den vorangehenden Ausführungsformen liegt darin, dass mit der Halterungseinrichtung 5 ein Aktor 24, der einen elektrischen Hubmagneten aufweist, verbunden ist. In dem gewählten Beispiel umfasst der Aktor 24 einen fest mit der Halterungseinrichtung 5 verbundenen, bspw. verschraubten, Magnetstator 25 sowie zur Hubausübung bzw. Kraftübertragung auf die Schneideinrichtung 9 ein parallel zur Z-Achse bewegliches Element 26. Dieses ist aus einer Kopfplatte 27 und einem davon mittig ausgehenden Stift 28 gebildet, der durch Bohrungen in dem Magnetstator 25 und der Halterungseinrichtung 5 führt und mit dem oberen Befestigungsende 16 der Schneideinrichtung 9 verbunden ist. Wird an den Aktor 24 mittels einer nicht mit dargestellten Span- nungsquelle eine elektrische Spannung angelegt, wird die Kopfplatte 27 von dem Magnetstator 25 angezogen, bis der dazwischen liegende Luftspalt verschwindet. Die Höhe des Luftspaltes kann dabei den Hub begrenzen, den der Aktor auf die Schneideinrichtung ausüben kann. In anderer möglicher Ausführungsform können auch andere konstruktive Maßnahmen zur Begrenzung des Hubs vorgesehen sein. Ausgehend von der in Figur 7 gezeigten Position wird die Schneideinrichtung 9 mittels der Halterungseinrichtung 5 zunächst bis auf die in den Figuren 8, 8a gezeigte, voreingestellte Position abgesenkt. In dem gewählten Ausführungsbeispiel befindet sich dort die Schneide 10 noch in einem Abstand A oberhalb der Leiters 11, welcher Abstand kleiner als die symbo- lisch angedeutete Luftspalthöhe H am Aktor 24 ist. Nach Erreichen dieser Position wird die Schneideinrichtung 9 in ihrer parallel zur Z- Achse verlaufenden Schnittrichtung mittels des Piezoelementes 17 zu Ultraschallschwingungen angeregt und währenddessen der Aktor 24 eingeschaltet, der seinerseits die Schneideinrichtung um einen festen Hubweg in der besagten Schnittrichtung bewegt. Die Schneide 10 dringt dabei bis zu der in Figur 9a dargestellten Tiefe in den Querschnitt des Leiters 11 ein. Je nach gewähltem Abstand A bzw. Luft- spalthöhe H kann bei der Schnittbewegung der Leiter 11 entweder teilweise (wie dargestellt) oder vollständig durchgetrennt werden. Wenn der Leiter 11 nur teilweise durchgetrennt wird, kann das vollständige Abtrennen des Län- genvorrats auf die vorangehend beschriebene Weise durch Bewegungen des Bondkopfes bzw. der Halterungseinrichtung 5 erfolgen. Im Hinblick darauf, dass die beschriebene Schneideinrichtung 9 gemäß der mit Bezug auf die Figuren exemplarisch beschriebenen Anwendung auch zum Zertrennen von bandförmigen Leitern 11 geeignet ist, kann die Schneideinrichtung 9 auch als Rib- bon-Messer bezeichnet werden.With reference to FIGS. 7 to 9a, the bonding device 1 according to the invention in accordance with a third preferred embodiment will be described below in the practice of a method according to the invention in accordance with a further variant. Again, the details corresponding to the preceding figures are provided with identical reference numerals. The difference with respect to the preceding embodiments lies in the fact that an actuator 24, which has an electric lifting magnet, is connected to the holding device 5. In the example chosen, the actuator 24 comprises a fixedly connected to the support means 5, for example. Screwed, magnetic stator 25 and for Hubausübung or power transmission to the cutting device 9 a parallel to the Z-axis movable element 26. This is a head plate 27 and a thereof centrally extending pin 28 which passes through holes in the magnet stator 25 and the support means 5 and is connected to the upper attachment end 16 of the cutter 9. If an electrical voltage is applied to the actuator 24 by means of a voltage source not shown, the top plate 27 of FIG the magnet stator 25 is tightened until the air gap between them disappears. The height of the air gap can limit the stroke that the actuator can exert on the cutting device. In other possible embodiment, other design measures for limiting the stroke may be provided. Starting from the position shown in FIG. 7, the cutting device 9 is lowered by means of the holding device 5, initially down to the preset position shown in FIGS. 8, 8a. In the selected exemplary embodiment, the cutting edge 10 is still located at a distance A above the conductor 11, which distance is smaller than the symbolically indicated air gap height H at the actuator 24. After reaching this position, the cutting device 9 is excited in its direction parallel to the Z axis cutting direction by means of the piezoelectric element 17 to ultrasonic vibrations and meanwhile the actuator 24 is turned on, which in turn moves the cutter to a fixed stroke in said cutting direction. The cutting edge 10 penetrates into the cross section of the conductor 11 up to the depth shown in FIG. 9a. Depending on the selected distance A or air gap height H, during the cutting movement, the conductor 11 can be either partially (as shown) or completely severed. If the conductor 11 is only partially severed, the complete separation of the length of supply can be carried out in the manner described above by movements of the bonding head or the holding device 5. In view of the fact that the described cutting device 9 according to the application described by way of example with reference to the figures is also suitable for dicing strip-shaped conductors 11, the cutting device 9 can also be referred to as a ribbon knife.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollin- haltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. All disclosed features are essential to the invention. The disclosure content of the associated / attached priority documents (copy of the prior application) is hereby also incorporated in the disclosure of the application. also included for the purpose of including features of these documents in claims of the present application.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Bondvorrichtung, insbesondere Ultraschall-Bond Vorrichtung, insbesondere zur Verarbeitung von Leistungshalbleitern, aufweisend zumindest ein Bondwerkzeug, insbesondere ein Wedge, zur Herstellung von Bondverbindungen an elektrischen Leitern, und aufweisend eine Schneideinrichtung zum teilweisen oder vollständigen Zertrennen des Leiterquerschnitts, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Schneideinrichtung (9) zumindest ein Piezoelement (17), insbesondere zumindest eine Piezokeramik, montiert ist, das bei Erregung mit- tels elektrischer Wechselspannung, insbesondere im Ultraschall-Frequenzbereich, zumindest einen Teilbereich der Schneideinrichtung (9), insbesondere zumindest eine Schneide (10) der Schneideinrichtung (9), in Schwingungen versetzt.1. Bonding device, in particular ultrasonic bonding device, in particular for processing power semiconductors, comprising at least one bonding tool, in particular a wedge, for the production of bonds to electrical conductors, and comprising a cutting device for partially or completely severing the conductor cross-section, characterized in that at least one piezoelectric element (17), in particular at least one piezoceramic, is mounted on the cutting device (9) which upon excitation by means of electrical alternating voltage, in particular in the ultrasonic frequency range, at least a portion of the cutting device (9), in particular at least one cutting edge (10 ) of the cutting device (9), vibrated.
2. Bondvorrichtung nach Anspruch 1 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (9) an einem Verbindungsabschnitt, insbesondere an ihrem Endabschnitt (16), mit der Bondvorrichtung (1) verbunden ist und dass das Piezoelement (17) an die Schneideinrichtung (9) zwischen deren Verbindungsabschnitt und der Schneide (10) angebracht ist.2. Bonding device according to claim 1 or in particular according thereto, characterized in that the cutting device (9) at a connecting portion, in particular at its end portion (16), with the bonding device (1) is connected and that the piezoelectric element (17) to the cutting device ( 9) between the connecting portion and the cutting edge (10) is mounted.
3. Bondvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement (17) an der Schneideinrichtung (9) so orientiert bzw. ausgerichtet ist, dass es bei Erregung mittels Wechselspannung zumindest den Schneidenbe- reich der Schneideinrichtung (9) in deren Schnittrichtung in Schwingungen versetzt.3. Bonding device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the piezoelectric element (17) is oriented or aligned on the cutting device (9) such that it excites at least the cutting region of the cutting device when excited by means of alternating voltage ( 9) in the cutting direction vibrated.
4. Bondvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezo- element (17) an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, welche zur Erzeugung einer elektrischen Wechselspannung im Ultraschall-Frequenzbereich geeignet ist.4. Bonding device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the piezoelectric element (17) is connected to a voltage source, which for generating an electrical alternating voltage in the ultrasonic frequency range is suitable.
5. Bondvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An- sprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Bondwerkzeug (1) an einem Transducer (3) befestigt ist, welcher an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, welche zur Erzeugung einer elektrischen Wechselspannung im Ultraschall-Frequenzbereich geeignet ist.5. Bonding device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the bonding tool (1) is attached to a transducer (3) which is connected to a voltage source which is used to generate an electrical alternating voltage in the ultrasonic Frequency range is suitable.
6. Bondvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Bondvorrichtung (1) eine verfahrbare Halterungseinrichtung (5) zur Halterung des Bond Werkzeugs (1) und der Schneideinrichtung (9) aufweist, welche bezüglich einer Arbeitsebene seitlich und in dazu senkrechter Verfahrrichtung verfahrbar ist.6. Bonding device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the bonding device (1) has a movable mounting means (5) for holding the bonding tool (1) and the cutting device (9), which with respect to a working plane laterally and in the direction of vertical travel is movable.
7. Bondvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittrichtung der Schneideinrichtung (9) und die senkrechte Verfahrrichtung der Halterungseinrichtung (5) parallel zueinander verlaufen.7. Bonding device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the cutting direction of the cutting device (9) and the vertical travel direction of the holding device (5) extend parallel to each other.
8. Bondvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (9) zumindest in deren Schnittrichtung starr mit der Halterungsein- richtung (5) verbunden ist.8. Bonding device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the cutting device (9) is at least in the cutting direction rigidly connected to the holder device (5).
9. Bondvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (9) zumindest in deren Schnittrichtung kraftnachgiebig, insbeson- dere unter einer Federspannung, mit der Halterungseinrichtung (5) verbunden ist.9. Bonding device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the cutting device (9) at least in the cutting direction kraftnachgiebig, in particular dere under a spring tension, with the support means (5) is connected.
10. Bondvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden An- sprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Halterungseinrichtung (5) ein Aktor (24), der insbesondere einen elektromagnetischen Hubmagnet aufweist, verbunden ist, dessen zur Hubausübung bzw. zur Kraftübertragung bewegliches Element (26) fest mit der Schneideinrichtung (9) verbunden ist.10. A bonding device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that connected to the mounting device (5) is an actuator (24), which in particular has an electromagnetic lifting magnet, whose movement for lifting or for transmitting power Element (26) is firmly connected to the cutting device (9).
11. Verfahren zur Herstellung elektrisch leitfähiger Verbindungen zwischen Verbindungspartnern, wie insbesondere beabstandeten Schaltungsbereichen und/ oder Bauteilen oder dergleichen, mittels Befestigung von elektrischem Leiter an den miteinander elektrisch leitfähig zu verbindenden Verbindungspart- nern durch Bondverbindungen, insbesondere Ultraschall-Bondverbindungen, insbesondere unter Verwendung von Leistungshalbleitern, wobei nach dem Herstellen einer gewünschten Anzahl von Bondverbindungen zum Abtrennen eines Längenabschnittes des Leiters der Querschnitt des Leiters mittels einer Schneideinrichtung teilweise oder ganz zertrennt wird, dadurch gekennzeich- net, dass die Schneideinrichtung (9), während der Leiterquerschnitt ganz oder teilweise zertrennt wird, zumindest in einem Teilbereich (20) der Schneideinrichtung (9), insbesondere zumindest an deren Schneide (10), in Schwingungen versetzt wird.11. A method for producing electrically conductive connections between connection partners, such as in particular spaced circuit areas and / or components or the like, by means of attachment of electrical conductor to be electrically conductive to be connected Verbindungspart- ners by bonding, in particular ultrasonic bonding, in particular using power semiconductors in which, after the production of a desired number of bonding connections for severing a longitudinal section of the conductor, the cross section of the conductor is partially or completely severed by means of a cutting device, characterized in that the cutting device (9) is completely or partially severed while the conductor cross-section is severed, at least in a partial region (20) of the cutting device (9), in particular at least at the cutting edge (10), is vibrated.
12. Verfahren nach Anspruch 11 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bondvorrichtung (1) gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche verwendet wird.12. The method according to claim 11 or in particular according thereto, characterized in that a bonding device (1) according to one or more of the preceding claims is used.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schwingungser- regung der Schneideinrichtung (9) an ein daran montiertes Piezoelement (17) eine elektrische Wechselspannung angelegt wird.13. The method according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the Schwingungser- movement of the cutting device (9) to a piezoelectric element mounted thereon (17) an electrical alternating voltage is applied.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrichtung (9) zu Schwingungen im Ultraschall-Frequenzbereich angeregt wird.14. The method according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the cutting device (9) is excited to oscillations in the ultrasonic frequency range.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideinrich- tung (9) zu Schwingungen in deren Schnittrichtung angeregt wird.15. The method according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the cutting device (9) is excited to oscillate in the cutting direction.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine in ihrer Schnittrichtung fest mit der Halterungseinrichtung (5) verbundene Schneideinrichtung (9) verwendet wird, dass zum zumindest teilweisen Zertrennen des Leiterquerschnittes die Halterungseinrichtung (5) in Richtung auf den Leiter (11) so weit verfahren wird, bis die Schneideinrichtung (9) auf dem Leiter (11) aufsetzt, dass die Schneideinrichtung (9) zumindest danach zu Ultraschallschwingungen insbesondere in Schnittrichtung angeregt und die Halterungseinrichtung (5) weiter verfahren wird, bis die Schneideinrichtung (9) den Leiterquerschnitt zumindest teilweise durchtrennt hat.16. The method according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that in its cutting direction fixed to the support means (5) connected cutting device (9) is used, that for at least partially severing the conductor cross-section, the support means (5) in Direction of the conductor (11) is moved so far until the cutting device (9) touches the conductor (11), that the cutting device (9) at least thereafter excited to ultrasonic vibrations, in particular in the cutting direction and the holding device (5) is moved on, until the cutting device (9) has at least partially severed the conductor cross-section.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine in ihrer Schnitt- richtung kraftnachgiebig, insbesondere unter einer Federvorspannung, mit der Halterungseinrichtung (5) verbundene Schneideinrichtung (9) verwendet wird, dass zum zumindest teilweisen Zertrennen des Leiterquerschnittes die Halterungseinrichtung (5) in Richtung auf den Leiter (11) so weit verfahren wird, bis die Schneideinrichtung (9) auf dem Leiter (11) aufsetzt und insbesondere mit einer von der kraftnachgiebigen Aufnahme abhängigen Kraft gegen den Leiter (11) vorgespannt wird, dass die Schneideinrichtung (9) zumindest danach zu Ultraschallschwingungen insbesondere in Schnittrichtung angeregt und die Halterungseinrichtung (5) weiter verfahren wird, bis die Schneideinrichtung (9) den Leiterquerschnitt zumindest teilweise durchtrennt hat.17. The method according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that in its cutting direction kraftnachgiebig, in particular under a spring bias, with the support means (5) connected cutting device (9) is used, that for at least partially severing the conductor cross-section of the support means (5) in the direction of the conductor (11) is moved so far until the cutting device (9) on the conductor (11) touches and in particular with a dependent force-fitting recording force against the head (11) is biased that the cutting device (9) at least after excited to ultrasonic vibrations in particular in the cutting direction and the support means (5) is moved further until the cutting device (9) has at least partially severed the conductor cross-section.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schneideinrichtung (9) verwendet wird, die mittels eines mit der Halterungseinrichtung (5) verbundenen Aktors (24) in ihrer Schnittrichtung relativ zu der Halterungsein- richtung (5) verfahrbar ist, dass zum zumindest teil weisen Zertrennen des Leiterquerschnittes die Halterungseinrichtung (5) in Richtung auf den Leiter (11) bis in eine vorgegebene Position verfahren wird, dass die Schneideinrichtung (9) zumindest danach zu Ultraschallschwingungen insbesondere in Schnittrichtung angeregt und mittels des Aktors (24) eine Hubbewegung der Schneidein- richtung (9) veranlasst wird, durch welche die Schneideinrichtung (9) den Leiterquerschnitt zumindest teilweise durchtrennt.18. The method according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that a cutting device (9) is used, which by means of a support means (5) connected to the actuator (24) in its cutting direction relative to the holder device ( 5) that for at least partially severing the conductor cross-section, the holding device (5) is moved in the direction of the conductor (11) into a predetermined position, that the cutting device (9) at least subsequently excited to ultrasonic vibrations, in particular in the cutting direction and by means the actuator (24) causes a lifting movement of the cutting device (9) through which the cutting device (9) at least partially cuts through the conductor cross-section.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubbewegung des Aktors (24) eine bestimmte vorgewählte Länge aufweist.19. The method according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the lifting movement of the actuator (24) has a certain preselected length.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Schritte der Ansprüche 17 und 18 umfasst.20. The method according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the method comprises steps of claims 17 and 18.
21. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktor (24) verwendet wird, dessen Hubelement (26) mittels einer Feder (22) entgegen der Schnittrichtung vorgespannt ist. 21. The method according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that an actuator (24) is used, the lifting element (26) by means of a spring (22) is biased against the cutting direction.
22. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem teilweisen Zertrennen des Leiterquerschnittes der weitere Längenabschnitt des Leiters (11) mittels einer oder mehrerer Verfahrbewegungen der Halterungseinrichtung (5) von dem gebondeten Längenabschnitt abgetrennt wird. 22. The method according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that after the partial severing of the conductor cross-section of the further longitudinal section of the conductor (11) by means of one or more movements of the holding device (5) is separated from the bonded longitudinal section.
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