DE-102024210735-A1 - Verbindungsvorrichtung, insbesondere beim Kupferdrahtbonden

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung, eingerichtet zur elektrischen Verbindung eines ersten elektronischen Bauteils mit einem zweiten elektronischen Bauteil, umfassend einen Bonddraht aus Kupfer zur elektrischen Verbindung des ersten elektronischen Bauteils mit dem zweiten elektronischen Bauteil, wobei der Bonddraht an wenigstens einem Drahtende eine Abflachung mit einem abgeflachten Umfangsbereich und einem restlichen, insbesondere unumgeformten Umfangsbereich aufweist, wobei der abgeflachte Umfangsbereich eingerichtet ist, auf einer elektrischen Kontaktstelle des ersten elektronischen Bauteils aufgelegt zu werden, um die elektrische Verbindung zu realisieren.

Inventors

• Martin Rittner
• Thomas Kaden
• Manfred Reinold
• Eugen Hilz
• Ulrich Kessler

Assignees

• Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (14)

1. Verbindungsvorrichtung, eingerichtet zur elektrischen Verbindung eines ersten elektronischen Bauteils (11) mit einem zweiten elektronischen Bauteil (12), umfassend: - einen Bonddraht, insbesondere aus Kupfer, zur elektrischen Verbindung des ersten elektronischen Bauteils (11) mit dem zweiten elektronischen Bauteil (12), - wobei der Bonddraht an wenigstens einem Drahtende eine Abflachung mit einem abgeflachten Umfangsbereich (23) und einem restlichen, insbesondere unumgeformten, Umfangsbereich (24) aufweist, wobei der abgeflachte Umfangsbereich eingerichtet ist, auf einer elektrischen Kontaktstelle des ersten elektronischen Bauteils aufgelegt zu werden, um die elektrische Verbindung zu realisieren.
2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der abgeflachte Umfangsbereich (23) in einer Ebene E liegt.
3. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der restliche Umfangsbereich (24) ein bogenförmiger Umfangsbereich mit einem ersten Radius ist und der abgeflachte Umfangsbereich ein bogenförmiger Umfangsbereich mit einem zweiten Radius ist, wobei der erste Radius kleiner als der zweite Radius ist.
4. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein maximaler Abstand eines Punktes des abgeflachten Umfangsbereichs (23) zu einem Punkt am restlichen Umfangsbereich (24) des Bonddrahtes kleiner ist als 90% eines Durchmessers des Bonddrahtes.
5. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4 , wobei der abgeflachte Umfangsbereich (23) ein erstes Kreissegment ist und der restliche Umfangsbereich des Drahtes am Drahtende ein zweites Kreissegment mit einem kleineren Radius als das erste Kreissegment ist.
6. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bonddraht (20) an einem ersten Drahtende eine erste Abflachung (21) und an einem zweiten Drahtende eine zweite Abflachung (22) aufweist.
7. Verbindungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abflachung in Drahtrichtung über eine Länge verläuft, welche einer Länge der elektrischen Verbindung zwischen dem Kupfer-Bonddraht (20) und dem ersten Bauteil (11) entspricht.
8. Leistungshalbleiter, umfassend ein erstes elektronisches Bauteil (11) und ein zweites elektronisches Bauteil (12) und eine Verbindungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche das erste mit dem zweiten elektronischen Bauteil verbindet.
9. Leistungshalbleiter nach Anspruch 8 , wobei das erste elektronische Bauteil (11) eine Oberflächenschicht aus Kupfer mit einer Dicke kleiner oder gleich 30 µm auf der Bauteiloberfläche aufweist.
10. Leistungshalbleiter nach Anspruch 9 , wobei die Oberflächenschicht aus Kupfer als Halbleiter-Pad ausgebildet ist.
11. Leistungshalbleiter nach einem der Ansprüche 8 bis 10 , wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil (11, 12) eine Vielzahl von Verbindungsvorrichtungen ausgebildet sind.
12. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen einem ersten elektronischen Bauteil (11) und einem zweiten elektronischen Bauteil (12), umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Kupfer-Bonddrahts (20), - Vorsehen einer Abflachung (21) mit einem abgeflachten Umfangsbereich (23) an einem Drahtende des Kupfer-Bonddrahtes (20), - Anordnen des abgeflachten Umfangsbereichs (23) auf einer Kupfer-Oberflächenschicht des ersten elektronischen Bauteils (11), und - Verbinden, insbesondere Bonden, insbesondere Ultraschall-Bonden, des Drahtendes mit der Abflachung (21) auf die Kupfer-Oberflächenschicht des ersten Bauteils (11).
13. Verfahren nach Anspruch 12 , wobei eine erste Abflachung (21) an einem ersten Drahtende ausgebildet ist und eine zweite Abflachung (22) an einem zweiten Drahtende ausgebildet ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13 , wobei die Kupfer-Oberflächenschicht des ersten Bauteils (11) eine Dicke von kleiner oder gleich 30 µm, insbesondere kleiner oder gleich 20 µm, weiter insbesondere kleiner oder gleich 10 µm, aufweist.

Description

Stand der Technik Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung zur Stressreduktion, insbesondere beim Kupferdrahtbonden, einen Leistungshalbleiter sowie ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung. Bei Leistungshalbleitern, die beispielsweise aus Siliziumcarbid oder Galliumnitrid hergestellt sind, ist es bekannt, eine chip-oberseitige Verbindungstechnik mittels Drahtbonden auf Basis eines Aluminiumwerkstoffs auszuführen. Hierbei ist eine Metallisierung auf dem Halbleiter aus einem Aluminium enthaltenden Metall, beispielsweise eine Aluminium-Kupfer-Legierung oder eine Aluminium-Silizium-Kupfer-Legierung. Eine derartige Verbindungstechnik hat sich zwar bewährt, allerdings muss mit steigenden elektrischen Leistungen auch eine Robustheitssteigerung der Verbindungen einhergehen. Hier wird für die chip-oberseitige Verbindungstechnik ein Wechsel von der Standard-Technologie in Aluminium zu Kupfer hin angestrebt. Das Kupferbonden erhöht jedoch Prozesslasten auf dem gesamten Schichtaufbau des Leistungshalbleiters. Offenbarung der Erfindung Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht eine Verwendung von Bonddrähten, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, für den Bondvorgang, so dass eine deutliche Robustheitssteigerung eines Leistungshalbleiters möglich ist. Insbesondere wird auch eine Zyklierfähigkeit verbessert. Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung ermöglicht somit eine elektrische Verbindung mittels Bonddrähten und insbesondere auch dünnere elektrische Kontaktschichten auf einem Leistungshalbleiter. Insbesondere ermöglicht die Erfindung elektrische Kontaktschichten auf dem Leistungshalbleiter von kleiner als 30 µm. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Verbindungsvorrichtung eingerichtet ist zur elektrischen Verbindung eines ersten elektrischen oder elektronischen Bauteils mit einem zweiten elektrischen oder elektronischen Bauteil (Nachfolgende nur noch elektronisches Bauteil genannt). Die Verbindungsvorrichtung umfasst einen Bonddraht, insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, zur elektrischen Verbindung der beiden Bauteile, wobei der Bonddraht an wenigstens einem Drahtende eine Abflachung aufweist. Die Abflachung ist eingerichtet, auf einer elektrischen Kontaktstelle eines der elektronischen Bauteile aufgelegt zu werden und mit einem Bondverbindungsschritt eine elektrische Kontaktierung auszuführen. Somit weist der Bonddraht an einem Drahtende einen Querschnitt auf, welcher sich aus der Abflachung und einem restlichen, insbesondere bogenförmigen, Umfangsbereich des Drahtes zusammensetzt. Die Abflachung am Drahtende des Bonddrahts umfasst dabei einen abgeflachten Umfangsbereich des Drahtes, so dass sich eine Querschnittsänderung des Drahtes am Drahtende ergibt. Der restliche Umfangsbereich am Drahtende des Drahtes ist vorzugsweise bogenförmig und insbesondere geometrisch unverändert ausgebildet. Der abgeflachte Umfangsbereich ist somit ein Teilbereich des Umfangs des Drahtes am Drahtende. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Vorzugsweise liegt die Abflachung am Drahtende in einer Ebene E. Die Ebene geht vorzugsweise nicht durch einen Mittelpunkt eines Querschnitts des Drahtes. Alternativ bevorzugt umfasst die Abflachung einen bogenförmigen Umfangsbereich, wobei der bogenförmige Umfangsbereich einen größeren Radius als ein Radius des restlichen Umfangsbereichs des Drahtes hat. Weiter bevorzugt ist die Abflachung am Drahtende derart ausgebildet, dass ein maximaler Abstand eines Punktes an der Abflachung zu einem Punkt des unumgeformten Umfangsbereichs des Bonddrahtes kleiner ist als 90%, insbesondere 80%, weiter insbesondere 70%, des Durchmessers des unumgeformten Bonddrahtes. Weiter bevorzugt ist der abgeflachte Umfangsbereich ein erstes Kreissegment und der restliche Umfangsbereich des Drahtes ein zweites Kreissegment mit unterschiedlichem Radiums zum ersten Kreissegment. Weiter bevorzugt weist der Bonddraht an einem ersten Drahtende eine erste Abflachung und an einem zweiten Drahtende eine zweite Abflachung auf. Somit kann an beiden Drahtenden des Bonddrahtes, welche zur elektrischen Kontaktierung eingerichtet sind, sicher auch an dünnen Metallschichten mittels eines Bondvorgangs befestigt werden. Die Erfindung betrifft ferner einen Leistungshalbleiter umfassend ein erstes und ein zweites elektronisches Bauteil und eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung, die das erste mit dem zweiten elektronischen Bauteil verbindet. Der Leistungshalbleiter weist weiter bevorzugt am ersten Bauteil eine Oberflächenschicht mit einer Metallisierungsdicke von kleiner oder gleich 30 µm auf einer Bauteiloberfläche des ersten Bauteils auf. Die Metallisierungsdicke ist weiter bevorzugt kleiner oder gleich 20 µm, insbesondere kleiner oder gleich 15 µm und weiter insbesondere kleiner oder gleich 10 µm. Die metallische Oberflächenschicht des Leistungshalbleiters ist vorzu