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Dokumentenidentifikation DE102006032074B3 27.12.2007
Titel Bauelement und zugehöriger Anschlussdraht
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Dangelmaier, Jochen, 93176 Beratzhausen, DE
Vertreter Kindermann, Patentanwälte, 85598 Baldham
DE-Anmeldedatum 11.07.2006
DE-Aktenzeichen 102006032074
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse H01R 4/02(2006.01)A, F, I, 20060711, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01B 5/02(2006.01)A, L, I, 20060711, B, H, DE   H01B 1/02(2006.01)A, L, I, 20060711, B, H, DE   H01L 23/48(2006.01)A, L, I, 20060711, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Anschlussdraht mit einem ersten Anschlussbereich (L1) zum Anschließen eines ersten Werkstücks (B) und einem zweiten Anschlussbereich (L2) zum Anschließen eines zweiten Werkstücks (P), wobei zumindest im zweiten Anschlussbereich (L2) eine NiP-Schicht auf einer Ni-Schicht ausgebildet ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bauelement und einen zugehörigen Anschlussdraht und insbesondere auf eine Anschlussdrahtbeschichtung mit einer Ni/NiP-Doppelschicht.

Zur Kontaktierung von Bauelementen und insbesondere von Halbleiterbausteinen bzw. Chips auf beispielsweise einer gedruckten Schaltung bzw. Schaltungsplatine werden üblicherweise Anschlussdrähte bzw. Anschlussdrahtrahmen verwendet.

Hierbei wird in einem ersten Bereich der Anschlussdrähte der Halbleiterbaustein beispielsweise mittels Bonddrähten am Anschlussdraht kontaktiert und anschließend der Halbleiterbaustein mit zumindest einem Teilabschnitt des Anschlussdrahts gehäust bzw. in einem Plastikgehäuse vergossen. Die aus dem Gehäuse heraus ragenden Anschlussdrähte bzw. Beinchen dienen dann einer jeweiligen Kontaktierung auf beispielsweise einer gedruckten Schaltungsplatine.

Üblicherweise wird Zinn (Sn) als sogenanntes „final plating" bzw. letzte Beschichtung für derartige Anschlussdrähte benutzt. Nachteilig ist hierbei jedoch das hohe Risiko von sogenanntem „Whisker-Wachstum", bei dem auf Grund einer Fadenbildung insbesondere des Zinns Kurzschlüsse und dergleichen auftreten können. Insbesondere stellt ein derartiges „Whisker-Wachstum" ein schwer zu kontrollierendes Langzeitphänomen dar, welches die Zuverlässigkeit einer elektronischen Schaltung nachteilig beeinflusst.

Zur Vermeidung eines derartigen Whisker-Wachstums und zur Verbesserung einer Zuverlässigkeit insbesondere von integrierten Halbleiterschaltungen werden daher bei Anschlussdrähten unterschiedliche Beschichtungen als Preplating und als Postplating eingesetzt. Unter Preplating versteht man hierbei das Ausbilden einer Beschichtung am Anschlussdraht vor dem Ausbilden des Gehäuses bzw. vor dem Vergießen, während man unter dem Postplating das Ausbilden einer Beschichtung am Anschlussdraht nach dem Ausbilden des Gehäuses bzw. nach dem Vergießen versteht.

Als derartige herkömmliche Beschichtungen wurden bisher zum Beispiel Ni/Pd/Au-Dreifachschichten als Preplating und Postplating eingesetzt. Ferner sind auch Ni/Pd-Doppelschichten zur Verwendung als Zwischenschicht in einer Beschichtung bekannt.

Aus der Druckschrift US 2006/0094797 A1 ist ein derartiges herkömmliches Preplating bekannt, wobei an einem Anschlussdraht zum Anschließen eines Halbleiterbausteins bzw. Chips eine Ni-, NiPd- oder NiPdAu-Beschichtung ausgebildet wird.

In bestimmten Anwendungsbereichen wie beispielsweise dem Kraftfahrzeugbereich sind jedoch derartige integrierte Schaltungen und insbesondere deren Anschlussdrähte extremen Umwelteinflüssen ausgesetzt. Darüber hinaus müssen sie für spezielle Kontaktverfahren wie beispielsweise Laserschweißen, Laserlöten und/oder Widerstandsschweißen geeignet sein um eine zuverlässige elektrische und mechanische Verbindung zu gewährleisten.

Es besteht daher ein Bedürfnis einen Anschlussdraht mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird ein Anschlussdraht mit einem ersten Anschlussbereich zum Anschließen eines ersten Werkstücks und einem zweiten Anschlussbereich zum Anschließen eines zweiten Werkstücks vorgeschlagen, wobei zumindest im zweiten Anschlussbereich eine NiP-Schicht auf einer Ni-Schicht ausgebildet ist.

Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Bauelemwnt mit einem ersten Werkstück, mit zumindest einem Anschlussdraht zum Verbinden des ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück, und mit einem Gehäuse zum Umschließen von zumindest dem ersten Werkstück vorgeschlagen, wobei der Anschlussdraht eine Ni-Schicht und eine NiP-Schicht, die auf der Ni-Schicht ausgebildet ist, aufweist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

1 eine vereinfachte Schnittansicht eines Bauelements mit Anschlussdrähten;

2 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Anschlussdrahts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

3 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Anschlussdrahts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

4 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Anschlussdrahts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; und

5 eine vergrößerte Teilschnittansicht eines Anschlussdrahts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zumindest in dem bausteinfernen Anschlussbereich des Anschlussdrahts eine Ni/NiP-Beschichtung ausgebildet. Dadurch kann bei hundertprozentiger Vermeidung von Whisker-Wachstum erstmalig ein gegenüber Umwelteinflüssen äußerst resistenter Anschlussdraht geschaffen werden, der auch für Laserschweißen, Laserlöten und/oder Widerstandsschweißen geeignet ist. Ferner werden üblicherweise durchgeführte feuchte Vorbehandlungen wie z.B. bei Löttests (dip and look) problemlos bestanden.

Der Anschlussdraht kann beispielsweise aus Cu oder einer Cu-Legierung bestehen, wodurch man hervorragende elektrische Eigenschaften und insbesondere sehr hohe Leitwerte erhält.

Ferner kann eine Au-Schicht als oberste Schutzschicht ausgebildet werden, wodurch insbesondere organische Verschmutzungen in darunter liegenden Schichten zuverlässig verhindert werden können.

Ferner kann als Schutzschicht eine Pd-Schicht und darauf eine Au-Schicht ausgebildet werden, wodurch sich insbesondere Bond-Eigenschaften weiter verbessern und sich ferner ein Oxidationsschutz für die Ni/NiP-Doppelschicht ergibt. Ferner wirkt die Pd-Schicht als Diffusionsbarriere zur Vermeidung einer unerwünschten Ausdiffusion von Cu-Material.

Alternativ kann auf der Ni/NiP-Doppelschicht auch eine Ag-Schicht und darauf eine Au-Schicht ausgebildet sein, wodurch man insbesondere für Laserlöten geeignete Anschlussdrähte erhält.

Obwohl der Anschlussdraht im ersten Anschlussbereich und im zweiten Anschlussbereich die gleiche Beschichtung aufweisen kann, können erfindungsgemäß insbesondere im ersten Anschlussbereich, der insbesondere zum Anschließen des Halbleiterbausteins verwendet wird, auch eine unterschiedliche Beschichtung wie beispielsweise eine Pd/Au-Doppelschicht, eine Ni/Cr/Au-Dreifachschicht, eine Ni/Pt/Au-Dreifachschicht und eine Ni/Ti/Au-Dreifachschicht verwendet werden. Bei einer derartigen gemischten Beschichtung des Anschlussdrahts an seinen distalen Enden lassen sich die Herstellungskosten verringern und weiterhin hervorragende Kontakteigenschaften realisieren, die auch extremsten Umwelteinflüssen standhalten.

Die Ni-Schicht kann eine Schichtdicke von 0,1 bis 3,5 Mikrometer und die NiP-Schicht eine Schichtdicke von 10 bis 500 Nanometern aufweisen, wobei die Ni-Schicht ferner eine Härte von 120 bis 250 HV (Vickers Härte) besitzen kann. Bei derartigen speziellen Schichtdicken und Materialeigenschaften kann ein Aufreißen der Schichten bei der Formgebung bzw. beim Biegen (trim and form) zuverlässig verhindert werden, wobei man einen hervorragenden Verschleiß- und Korrosionsschutz insbesondere für feuchte Vorbehandlungen erhält.

Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren dargestellt, die lediglich der Illustration dienen und den Umfang der Erfindung nicht beschränken.

1 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Bauelements mit erfindungsgemäßen Anschlussdrähten.

Gemäß 1 weist das Bauelement BE einen Halbleiterbaustein bzw. Halbleiterchip B mit integrierter Schaltung, einen Anschlussdrahtrahmen mit einer Vielzahl von Anschlussdrähten L und ein Gehäuse G auf, welches den Halbleiterbaustein B vollständig umschließt. Das Gehäuse G kann beispielsweise ein Kunststoffgehäuse darstellen, das mittels Gießverfahren hergestellt wird. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Gehäuse wie z.B. Keramikgehäuse denkbar. Ferner können auch mehrere Halbleiterbausteine B in einem Gehäuse untergebracht sein.

Gemäß 1 weist jeder Anschlussdraht L einen ersten Anschlussbereich L1 in der Nähe des zu kontaktierenden Halbleiterbausteins B bzw. Dies und einen zweiten Anschlussbereich L2 auf, der sich üblicherweise außerhalb des Gehäuses G für den Halbleiterbaustein B befindet. Der erste Anschlussbereich L1 kann z.B. einen Bondbereich darstellen, der über nicht dargestellte Bonddrähte mit entsprechenden Anschlussflächen auf dem Halbleiterbaustein B elektrisch verbunden werden kann. Der erste Anschlussbereich L1 kann sich demzufolge vollständig innerhalb des Gehäuses G befinden.

Der zweite Anschlussbereich L2 stellt beispielsweise einen Löt- oder Schweißbereich dar, der z.B. auf entsprechende Kontaktflächen einer gedruckten Schaltung oder Leitungsplatine P mittels z.B. Lötkugeln gelötet oder geschweißt werden kann. Beispielsweise kann sich der erste und zweite Anschlussdrahtbereich L1 und L2 an den distalen, d.h. entfernst liegenden, Enden des Anschlussdrahts L befinden.

Gemäß 1 wurden die Anschlussdrähte L durch einen Verformungsschritt (trim and form) bereits in ihre endgültige Form gebracht, wobei in 1 eine Form für SMD-Montage (Surface Mounted Device) dargestellt ist. Selbstverständlich können auch beliebige andere Formgebungen für beliebige andere Anschlusstechniken für den Anschlussdraht L ausgewählt bzw. hergestellt werden. Bei der SMD-Technik sind dies beispielsweise BGA (Ball Grid Array), PGA (Pin Grid Array) oder LGA (Land Grid Array). Selbstverständlich können neben den beschriebenen SMD-Bauelementen auch herkömmliche bedrahtete Bauelement wie z.B. SIP (Single In-Line Package), DIP (Dual In-Line Package) oder ZIP (Zigzag In-Line Package) verwendet werden.

Im Gegensatz zum ersten Anschlussbereich L1, der z.B. für eine Kontaktierung am Halbleiterbaustein B mittels Bonddrähten ausgelegt ist, stellt der zweite Anschlussbereich L2 des Anschlussdrahts L einen Löt- und/oder Schweißbereich dar, wobei ein Kontakt zu der Leiterplatte bzw. gedruckten Schaltungsplatine P beispielsweise durch Löten und/oder Schweißen hergestellt werden kann. Im vorliegenden Beispiel dient insbesondere der Fuß bzw. dessen Sohle des Anschlussdrahts L einer derartigen Kontaktierung mittels Löten und/oder Schweißen.

Zur Vermeidung des eingangs beschriebenen Whisker-Wachstums, bei dem insbesondere bei Verwendung von Zinn als oberster Schicht des Anschlussdrahts L Fadenbildungen oftmals zu Kurzschlüssen bzw. zu einer Verschlechterung der Kontakte führen, wird erfindungsgemäß ein Anschlussdrahtrahmen bzw. Anschlussdraht L mit einer speziellen Beschichtung verwendet.

2 zeigt eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Anschlussdrahtoberfläche, wobei der Anschlussdraht L als Kernschicht eine Cu-Substratschicht 1 aufweist. Alternativ zu einer derartigen vollständig aus Kupfer bestehenden Substratschicht 1 können auch Cu-Legierungen als Substratschicht 1 verwendet werden. Insbesondere können hierbei Cu-Legierungen mit einem vorbestimmten Cr-, Si-, Ti-, Fe- und/oder P-Anteil verwendet werden. Alternativ zu derartigen Cu-aufweisenden Schichten kann als Substratschicht 1 auch eine NiFe-Schicht verwendet werden. Die besten elektrischen Eigenschaften erhält man jedoch mit Cu-aufweisenden Substratschichten.

Gemäß 1 befindet sich die in 2 dargestellte Schichtenfolge zumindest im zweiten Anschlussbereich L2 und hierbei zumindest im späteren eigentlichen Kontaktbereich des Anschlussdrahtbereiches L2 wie beispielsweise der unteren Oberfläche des Fußes des Anschlussdrahts L. Selbstverständlich kann diese Beschichtung auch am gesamten aus dem Gehäuse hervorstehenden zweiten Anschlussbereich L2 des Anschlussdrahts L ausgebildet sein.

Gemäß 2 kann sich nunmehr eine Ni-Schicht 2 an der Oberfläche der Substratschicht bzw. des Kerns 1 des Anschlussdrahts L befinden, wobei sich ferner unmittelbar an der Oberfläche der Ni-Schicht 2 eine NiP-Schicht 3 befindet. Auf diese Weise entsteht eine Ni/NiP-Doppelschicht, die als Lötoberfläche bzw. als „final plating" ein üblicherweise zu beobachtendes Whisker-Wachstum zuverlässig verhindert. Die Ni-Schicht 2 kann z.B. eine Schichtdicke von 0,1 Mikrometer bis 3,5 Mikrometer aufweisen und eine Härte von 120 bis 250 HV (Vickers Härte) besitzen. Die unmittelbar auf der Ni-Schicht 2 ausgebildete NiP-Schicht 3 besitzt ihrerseits eine Schichtdicke von 10 Nanometer bis 500 Nanometer, wobei der P-Gehalt auf 10 bis 13 Gewichtsprozent eingestellt wird.

Die Schichten 2 und 3 können beispielsweise galvanisch auf der Substratschicht 1 ausgebildet werden. Auf Grund der relativ geringen Härte der Ni-Schicht 2 und der gewählten Schichtdicken erhält man eine duktile, d.h. biegbare, Mittelschicht, die bei der Formgebung der Anschlussdrähte ein Aufreißen der Schichten zuverlässig verhindert und darüber hinaus als Diffusionssperre insbesondere gegenüber Kupfer wirkt.

Insbesondere bei Durchführung von Laserschweißen oder Widerstandsschweißen zum Kontaktieren der Anschlussdrähte L auf einer gedruckten Schaltung bzw. Platine P kann auf Grund der geringen Reflexion der Ni-Schicht 2 ein beim Schweißen z.B. verwendeter Laserstrahl gut einkoppeln und der Anschlussdraht L mit dem Gegenpartner gut verschweißt werden.

Die NiP-Schicht 3 dient insbesondere als Verschleißschutz und Korrosionsschutz, wodurch die üblicherweise notwendigen feuchten Vorbehandlungen bei Löttests (dip und look) zuverlässig bestanden werden können. Die NiP-Schicht 3 kann beispielsweise eine Härte von 500 HV (Vickers Härte) aufweisen. Eine derartige Vorbehandlung umfasst beispielsweise eine trockene Wärmebehandlung von ca. 16 Stunden bei 155°C, der eine feuchte Lagerung bei 85°C und 85% relativer Feuchte für 48 Stunden folgt. Abschließend wird ein sogenanntes „steam aging" bzw. künstliches Altern eines Anschlussdrahts in einem Wasserdampfbad für ca. eine bis acht Stunden durchgeführt. Eine derartige feuchte Vorbehandlung wird von der erfindungsgemäßen Ni/NiP-Doppelschicht problemlos bestanden, wodurch man äußerst zuverlässige und leicht verarbeitbare Anschlussdrähte L erhält, die auch insbesondere unter extremen Umweltbedingungen wie beispielsweise beim Einsatz im KFZ-Bereich (automotive) hervorragende Ergebnisse liefern.

Erfindungsgemäß kann die vorstehend beschriebene Ni/NiP-Doppelschicht vor dem Ausbilden des Gehäuses G (Preplating) oder nach dem Ausbilden des Gehäuses G (Postplating) ausgebildet werden.

Obwohl die vorstehend beschriebene Ni/NiP-Doppelschicht beispielsweise nur am zweiten Anschlussbereich L2, d.h. im äußeren Bereich und insbesondere an einem Kontaktbereich des Anschlussdrahts L, ausgebildet werden kann, kann sich diese gleiche Beschichtung auch auf dem gesamten Anschlussdraht L und somit auch im inneren Anschlussbereich L1 bzw. einem Bondbereich befinden.

3 zeigt eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Anschlussoberfläche des Anschlussdrahts L gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Schichten bezeichnen wie in 2, weshalb auf eine wiederholte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird.

Gemäß 3 kann auf der Ni/NiP-Doppelschicht 2 und 3, die unmittelbar auf der Cu-aufweisenden Substratschicht 1 ausgebildet ist, ferner eine Au-Schicht 4 ausgebildet werden, wodurch insbesondere eine Kontaktierung mittels Laserlöten verbessert wird. Die Au-Schicht 4 dient hierbei einem verbesserten Start des Lötprozesses. Beispielsweise kann die Au-Schicht 4 eine Schichtdicke zwischen 5 und 100 Nanometer aufweisen. Ferner dient die Au-Schicht 4 auch als Schutzschicht zur Vermeidung von Verschmutzungen und ist neben der Lötoberfläche auch als Bond-Oberfläche im ersten Anschlussbereich L1 sehr gut geeignet.

4 zeigt eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Anschlussoberfläche des Anschlussdrahts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Schichten bezeichnen wie in den 2 und 3, weshalb auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird.

Gemäß 4 können als oberste Schichten auch eine Ag-Schicht 6 mit darauf folgender Au-Schicht 4 auf der Ni/NiP-Doppelschicht 2, 3 ausgebildet werden, wodurch insbesondere Interdiffusion über Temperatur vermieden werden kann. Die Ag-Schicht 6 kann hierbei eine Schichtdicke zwischen 0,5 Mikrometer bis 6 Mikrometer aufweisen, während die Au-Schicht 4 in diesem Fall beispielsweise eine Schichtdicke von 5 Nanometer bis 0,5 Mikrometer aufweisen kann. Eine derartige Beschichtung kann als Lötoberfläche wiederum insbesondere zum Laserlöten verwendet werden und kann z.B. in einem Postplating-Prozess nach dem Ausbilden des Gehäuses G im äußeren Bereich des Anschlussdrahts L aufgebracht werden. Wiederum ist das Verfahren zum Herstellen der Schichten beispielsweise ein galvanisches Plattierverfahren.

Alternativ zur Au-Schicht 4 können bei diesem Ausführungsbeispiel auch sogenannte Hartgoldschichten wie zum Beispiel Au-Co oder Au-Ni verwendet werden. Diese Beschichtungen sind insbesondere zur Verwendung in sogenannten „through hole packages" geeignet, bei denen der Anschlussdraht L durch eine Öffnung in der gedruckten Schaltungsplatine P geführt wird.

5 zeigt eine vergrößerte Teilschnittansicht einer Anschlussoberfläche eines Anschlussdrahts gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Schichten wie in 2 bis 4 bezeichnen, weshalb auf eine wiederholte Beschreibung nachfolgend verzichtet wird.

Gemäß 5 kann unmittelbar auf dem Schichtstapel bestehend aus der Substratschicht 1 und der Ni/NiP-Doppelschicht 2 und 3 eine Pd-Schicht 5 und darauf eine Au-Schicht 4 aufgebracht werden. Ein derartiger Schichtaufbau Ni/NiP/Pd/Au kann beispielsweise sowohl für den ersten bzw. inneren Anschlussbereich L1 als auch für den äußeren bzw. zweiten Anschlussbereich L2 des Anschlussdrahts L als gleiche Beschichtung verwendet, da er sowohl hervorragende Löt- und Schweißeigenschaften als auch ausgezeichnete Bondeigenschaften aufweist.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann auf der aus reinem Cu oder einer Cu-Legierung bestehenden Substratschicht 1 zunächst (z.B. galvanisch) eine duktile Nickelschicht 2 mit geringer Härte von z.B. 180 bis 250 HV (Vickers Härte) aufgebracht werden, wodurch ein Aufreißen der Schichten beim Verbiegen bzw. Verformen (trim and form) zuverlässig verhindert wird. Die Schichtdicke dieser Ni-Schicht 2 beträgt beispielsweise 0,1 bis 2 Mikrometer, um eine Gesamtdicke zu begrenzen.

Auf der Ni-Schicht 2 wird wiederum eine NiP-Schicht 3 als Verschleiß- und Korrosionsschutz (z.B. galvanisch) aufgebracht, wobei ein P-Gehalt zwischen 10 bis 13% des Gewichts eingestellt wird. Die NiP-Schicht 3 kann eine Schichtdicke von 10 bis 200 Nanometer aufweisen und ermöglicht somit das problemlose Bestehen der eingangs beschriebenen Feuchtevorbehandlungen für Löttests (dip and look). Neben den äußerst widerstandsfähigen Eigenschaften gegenüber Umwelteinflüssen besitzt diese Ni/NiP-Doppelschicht wiederum hervorragende Eigenschaften zum Laserschweißen, Widerstandsschweißen oder Laserlöten, da durch die geringe Reflexion insbesondere an der Ni-Schicht 2 ein jeweiliger Laserstrahl gut einkoppeln kann und somit der Anschlussdraht L mit der Platine P gut verschweißt bzw. verlötet werden kann.

An der Oberfläche der NiP-Schicht 3 wird gemäß 5 weiter eine Pd-Schicht 5 als Bond- und Lötoberfläche beispielsweise galvanisch aufgebracht, wobei diese Schicht darüber hinaus als Oxidationsschutz für die Ni-aufweisenden Schichten darstellt. Die Pd-Schicht 5 weist z.B. Schichtdicken zwischen 5 bis 150 Nanometer auf.

Abschließend wird eine Au-Schicht 4 als Schutzschicht für die Pd-Schicht 5 aufgebracht, welche insbesondere für organische Verschmutzungen anfällig ist. Diese Au-Schicht 4 dient ebenfalls als Bond- und Lötoberfläche, wodurch die Beschichtung gemäß 5 sowohl im äußeren als auch im inneren Bereich des Anschlussdrahts als sowohl Bondoberfläche wie auch als Löt- oder Schweißoberfläche verwendet werden kann.

Neben der Verwendung einer gleichen Beschichtung im ersten Anschlussbereich L1 und im zweiten Anschlussbereich L2, und insbesondere an deren Kontaktbereichen, können zur Verringerung der Herstellungskosten erfindungsgemäß auch unterschiedliche Beschichtungen am Anschlussdraht L verwendet werden.

Insbesondere trifft dies für den ersten bzw. inneren Anschlussbereich L1 zu, der eine geeignete Bondoberfläche zum beispielsweise „Die-Bonden" darstellen soll. Während demzufolge der äußere bzw. zweite Anschlussbereich L2 die vorstehend beschriebenen Schichtenfolgen und insbesondere die Ni/NiP-Doppelschicht als Beschichtung aufweist, kann der erste bzw. innere Anschlussbereich L1 auch mit unterschiedlichen Beschichtungen ausgestattet sein und mit den vorstehend beschriebenen Beschichtungen kombiniert werden.

Genauer gesagt kann neben der vorstehend beschriebenen Ni/NiP/Pd/Au-Beschichtung im ersten Anschlussbereich L1 oder dessen Kontaktbereich auch lediglich eine Pd/Au-Doppelschicht unmittelbar auf der Substratschicht 1 ausgebildet sein.

Alternativ kann eine Ni/Cr/Au-Dreifachschicht unmittelbar auf der Substratschicht 1 im ersten Anschlussbereich L1 bzw. dessen Kontaktbereich ausgebildet sein.

Ferner kann eine Ni/Pt/Au-Dreifachschicht oder eine Ni/Ti/Au-Dreifachschicht unmittelbar auf der beispielsweise aus Cu-bestehenden Substratschicht 1 im ersten Anschlussbereich L1 oder dessen Kontaktbereich ausgebildet werden.

Insbesondere für AuSn und AuSi-Chiprückseiten und andere höher schmelzende Chiprückseiten, die eine höhere Die-Bond-Temperatur benötigen, ermöglichen diese Schichtstrukturen stabile Verbindungen zu den Chiprückseiten des Halbleiterbausteins B und neigen nicht zu Voiding bzw. Hohlraumbildung selbst bei sehr langer Lagerung (> 2000 Stunden).

Die Schichtdicken der in diesen Schichtstrukturen verwendeten Ni-Schicht können zwischen 0,1 bis 2 Mikrometer betragen, während die Schichtdicken der in dieser Schichtstruktur verwendeten Cr-, Pt- und Ti-Schichten 5 bis 150 Nanometer betragen können. Die Schichtdicken der in dieser Schichtstruktur ausgebildeten Au-Schicht kann beispielsweise 5 bis 100 Nanometer betragen.

Auf diese Weise erhält man einen Anschlussdraht mit stark verbesserten Bond-, Löt- und Schweißeigenschaften, wobei eine Widerstandsfähigkeit stark verbessert ist. Insbesondere können ein Whisker-Wachstum nahezu vollständig vermieden und die Herstellungskosten spürbar verringert werden.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Anschlussdrahts für ein SMD-Bauteil beschrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und umfasst in gleicher Weise auch Anschlussdrähte und Anschlussdrahtbeschichtungen für beliebige Bauelemente. Insbesondere wurde die Erfindung anhand eines aktiven Bauelements mit einem Halbleiterbaustein beschrieben. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und umfasst in gleicher Weise auch passive Bauelement wie z.B. Spulen, Kondensatoren oder Widerstände.

1
Substratschicht
2
Ni-Schicht
3
NiP-Schicht
4
Au-Schicht
5
Pd-Schicht
6
Ag-Schicht
L
Anschlussdraht
L1
erster Anschlussbereich
L2
zweiter Anschlussbereich
B
Halbleiterbaustein
G
Gehäuse
P
Schaltungsplatine


Anspruch[de]
Anschlussdraht mit einem ersten Anschlussbereich (L1) zum Anschließen eines ersten Werkstücks (B) und einem zweiten Anschlussbereich (L2) zum Anschließen eines zweiten Werkstücks (P), wobei zumindest im zweiten Anschlussbereich (L2) eine NiP-Schicht (3) auf einer Ni-Schicht (2) ausgebildet ist. Anschlussdraht nach Patentanspruch 1, wobei die Ni-Schicht (2) auf einer Cu-aufweisenden Substratschicht (1) ausgebildet ist. Anschlussdraht nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei auf der NiP-Schicht (3) eine Au-Schicht (4) ausgebildet ist. Anschlussdraht nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei auf der NiP-Schicht (3) eine Pd-Schicht (5) und darauf eine Au-Schicht (4) ausgebildet ist. Anschlussdraht nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei auf der NiP-Schicht (3) eine Ag-Schicht (6) und darauf eine Au-Schicht (4) ausgebildet ist. Anschlussdraht nach Patentanspruch 4, wobei der erste Anschlussbereich (L1) die gleiche Beschichtung aufweist wie der zweite Anschlussbereich (L2). Anschlussdraht nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei der erste Anschlussbereich (L1) eine Pd/Au-Doppelschicht aufweist. Anschlussdraht nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei der erste Anschlussbereich (L1) eine Ni/Cr/Au-Dreifachschicht aufweist. Anschlussdraht nach einem der Patentansprüche 1 bis 5 wobei der erste Anschlussbereich (L1) eine Ni/Pt/Au-Dreifachschicht aufweist. Anschlussdraht nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei der erste Anschlussbereich (L1) eine Ni/Ti/Au-Dreifachschicht aufweist. Anschlussdraht nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, wobei die Ni-Schicht (2) eine Schichtdicke von 0,1 Mikrometer bis 3,5 Mikrometer aufweist. Anschlussdraht nach einem der Patentansprüche 1 bis 11, wobei die NiP-Schicht (3) eine Schichtdicke von 10 Nanometer bis 500 Nanometer aufweist. Anschlussdraht nach einem der Patentansprüche 1 bis 12, wobei die Ni-Schicht (2) eine Härte von 120 bis 250 HV aufweist. Anschlussdraht nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, wobei die NiP-Schicht (3) einen P-Gehalt von 10 bis 13 Gewichtsprozent aufweist. Anschlussdraht nach einem der Patentansprüche 1 bis 14, wobei das erste Werkstück (B) einen Halbleiterbaustein darstellt. Anschlussdraht nach einem der Patentansprüche 1 bis 15, wobei der erste Anschlussbereich (L1) einen Bondbereich aufweist. Anschlussdraht nach einem der Patentansprüche 1 bis 16, wobei der zweite Anschlussbereich (L2) einen Löt- und/oder Schweißbereich aufweist. Anschlussdraht mit einem Bondbereich (L1) zum Anschließen eines Halbleiterbausteins (B) und einem Löt- und/oder Schweißbereich (L2) zum Anschließen einer gedruckten Schaltungsplatine (P), wobei zumindest der Löt- und/oder Schweißbereich (L2) eine Ni/NiP-Beschichtung (2, 3) aufweist. Anschlussdraht mit einem Bondbereich (L1) zum Anschließen eines Halbleiterbausteins (B) und einem Löt- und/oder Schweißbereich (L3) zum Anschließen einer gedruckten Schaltungsplatine (P), wobei zumindest der Bondbereich (L1) eine Ni/NiP/Pd/Au-Beschichtung (2, 3, 5, 4) aufweist. Bauelement mit:

einem ersten Werkstück (B),

zumindest einem Anschlussdraht (L) zum Verbinden des ersten Werkstücks (B) mit einem zweiten Werkstück (P), und

einem Gehäuse (G) zum Umschließen von zumindest dem ersten Werkstück (B), wobei der Anschlussdraht eine Ni-Schicht und

eine NiP-Schicht, die auf der Ni-Schicht ausgebildet ist, aufweist.
Bauelement nach Anspruch 20, wobei der Anschlussdraht (L) gemäß Patentansprüchen 1 bis 19 ausgestaltet ist. Bauelement nach Patentanspruch 20 oder 21, wobei das erste Werkstück (B) über einen Bonddraht mit dem Anschlussdraht (L) verbunden ist. Bauelement nach einem der Patentansprüche 20 bis 22, wobei das zweite Werkstück (P) über eine Lötkugel mit dem Anschlussdraht (L) verbunden ist.






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