CH700833B1

CH700833B1 - Bondwerkzeug mit verbesserter Oberflächenbeschaffenheit.

Info

Publication number: CH700833B1
Application number: CH00672/08A
Authority: CH
Inventors: Giyora Gur; Ziv Atzmon; Benjamin Sonnenreich; Harel Itzhaky
Original assignee: Kulicke & Soffa Ind Inc
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2007-06-19
Publication date: 2010-10-29
Also published as: WO2008005684A2; WO2008005684A3; KR101319691B1; KR20090007450A; TWI409888B; CN101443885B; SG173340A1; JP5595731B2; JP2009540624A; US20080314963A1; TW200811971A; CN101443885A

Abstract

Ein Bondwerkzeug enthält einen Körperabschnitt, der an einem Spitzenabschnitt endet. Der Spitzenabschnitt ist aus einem Material gebildet, wobei eine Kornstruktur des Materials über mindestens einen Abschnitt des Spitzenabschnitts hinweg frei liegt.

Description

Querverweis zu verwandten Anmeldungen

[0001] Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/806 503, eingereicht am 3. Juli 2006, und der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/884 920, eingereicht am 15. Januar 2007, deren beider Inhalt durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird.

Gebiet der Erfindung

[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft die Bondwerkzeuge, die bei der Herstellung von Drahtschlingen verwendet werden, und insbesondere Bondwerkzeuge mit einer verbesserten Oberflächenbeschaffenheit.

Allgemeiner Stand der Technik

[0003] Bei der Verarbeitung und Verkapselung von Halbleiterbauelementen ist Drahtbondung nach wie vor das hauptsächliche Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen zwei Stellen innerhalb eines Bausteins (zum Beispiel zwischen einer Chip-Bondinsel eines Halbleiterchips und einem Anschlussdraht eines Leiterrahmens). Zum Bilden von Drahtschlingen zum Herstellen dieser Verbindung werden in der Regel Bondwerkzeuge (zum Beispiel Thermokompressionswerkzeuge, Keilbondwerkzeuge usw.) verwendet.

[0004] Herkömmliche Bondwerkzeuge haben in der Regel eine polierte Oberfläche. Diese polierte Oberfläche enthält den Spitzenabschnitt des Bondwerkzeugs. Einige Hersteller von Bondwerkzeugen bieten auch ein Bondwerkzeug mit einer "mattierten" Oberflächenbeschaffenheit an, wo die mattierte Oberflächenbeschaffenheit eine aufgeraute Oberfläche ist.

[0005] In der Drahtbondungsindustrie besteht eine ständige Nachfrage nach Entwicklungen, die zu verbesserten Ergebnissen führen, wie zum Beispiel einer höheren Drahtbondfestigkeit (zum Beispiel erste Bondfestigkeit, zweite Bondfestigkeit usw.), verringerten Interventionsraten für den Bondungsvorgang, verringerter Variabilität zwischen Drahtschlingen usw.

[0006] Darum wäre es wünschenswert, verbesserte Bondwerkzeuge bereitzustellen, um verbesserte Ergebnisse bei der Drahtbondungsverarbeitung zu erreichen.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0007] Gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Bondwerkzeug bereitgestellt, das einen Körperabschnitt enthält, der an einem Spitzenabschnitt endet. Der Spitzenabschnitt ist aus einem Material gebildet, wobei eine Kornstruktur des Materials über mindestens einen Abschnitt des Spitzenabschnitts hinweg frei liegt.

[0008] Gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Bondwerkzeug bereitgestellt, das einen Körperabschnitt enthält, der an einem Spitzenabschnitt endet. Eine Oberfläche von mindestens einem Abschnitt des Spitzenabschnitts definiert mehrere Unebenheiten, wobei eine Dichte der Unebenheiten mindestens 15 [micro]m<-2>beträgt und wobei ein Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt an dem Abschnitt des Spitzenabschnitts, der die mehreren Unebenheiten definiert, mindestens 0,03 [micro]m beträgt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0009] Die Erfindung versteht man am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung gelesen wird. Es ist hervorzuheben, dass gemäss der gängigen Praxis die verschiedenen Merkmale der Zeichnung nicht massstabsgetreu sind. Im Gegenteil: Die Abmessungen der verschiedenen Merkmale sind nach Belieben vergrössert oder verkleinert, wenn es der Klarheit dient. In der Zeichnung sind die folgenden Figuren enthalten:
<tb>Fig. 1A<sep>ist eine geschnittene Seitenansicht eines Bondwerkzeugs, das gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer verbesserten Oberfläche versehen werden kann.

<tb>Fig. 1B<sep>ist eine Detailansicht eines Abschnitts des Bondwerkzeugs von Fig. 1A.

<tb>Fig. 2A<sep>ist eine geschnittene Seitenansicht eines weiteren Bondwerkzeugs, das gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer verbesserten Oberfläche versehen werden kann.

<tb>Fig. 2B<sep>ist eine Detailansicht eines Abschnitts des Bondwerkzeugs von Fig. 2A.

<tb>Fig. 2C<sep>ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Bondwerkzeugs von Fig. 2A.

<tb>Fig. 3<sep>ist eine perspektivische Ansicht eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 4A<sep>ist eine Detailansicht eines Abschnitts eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 4B<sep>ist eine Detailansicht eines Abschnitts eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 4C<sep>ist eine Detailansicht eines Abschnitts eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs gemäss noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 5<sep>ist ein Schaubild eines Kontaktmodells von rauen Oberflächen, das sich für das Verstehen beispielhafter Bondwerkzeugoberflächen gemäss der vorliegenden Erfindung eignet.

<tb>Fig. 6A<sep>ist eine perspektivische fotografische Ansicht eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 6B<sep>ist eine Detailansicht eines Abschnitts von Fig. 6A.

<tb>Fig. 7A<sep>ist eine perspektivische fotografische Ansicht eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 7B<sep>ist eine Detailansicht eines Abschnitts von Fig. 7A.

<tb>Fig. 7C<sep>ist eine weitere Detailansicht eines Abschnitts von Fig. 7A.

<tb>Fig. 8A<sep>ist eine Fotografie einer zweiten Bondung einer Drahtschlinge, die unter Verwendung eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurde.

<tb>Fig. 8B<sep>ist eine Fotografie einer ersten Bondung einer Drahtschlinge, die unter Verwendung eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurde.

<tb>Fig. 9A<sep>ist ein Diagramm, das Stitchzug-Testergebnisse für ein herkömmliches Bondwerkzeug und ein Bondwerkzeug gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergleicht.

<tb>Fig. 9B<sep>ist eine tabellarische Darstellung der Daten in dem Diagramm von Fig. 9A.

<tb>Fig. 10A<sep>ist eine Fotografie einer zweiten Bondung einer Drahtschlinge, die gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurde.

<tb>Fig. 10B<sep>ist eine Detailansicht eines Abschnitts von Fig. 10A.

<tb>Fig. 11A<sep>ist eine perspektivische fotografische Ansicht eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 11B<sep>ist eine perspektivische fotografische Ansicht eines Spitzenabschnitts eines weiteren Bondwerkzeugs gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 12A<sep>ist ein Diagramm, das den Cpk von Stitchzug-Testergebnissen für ein herkömmliches Bondwerkzeug und zwei Bondwerkzeuge gemäss beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vergleicht.

<tb>Fig. 12B<sep>ist eine tabellarische Darstellung der Daten in dem Diagramm von Fig. 12A.

<tb>Fig. 13A<sep>ist eine Fotografie eines Abschnitts eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 13B<sep>ist eine Fotografie eines Abschnitts eines Spitzenabschnitts eines weiteren Bondwerkzeugs gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

<tb>Fig. 13C<sep>ist ein Diagramm, das Stitchzug-Testergebnisse für ein herkömmliches poliertes Bondwerkzeug und zwei Bondwerkzeuge gemäss beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vergleicht.

<tb>Fig. 14A<sep>ist eine Tabelle, die Daten enthält, welche die Grenznutzungsdauer von Bondwerkzeugen gemäss beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und herkömmlichen Bondwerkzeugen vergleicht.

<tb>Fig. 14B<sep>ist ein Balkendiagramm der Daten in Fig. 14A.

<tb>Fig. 15A<sep>ist eine Fotografie einer zweiten Bondung einer Drahtschlinge, die unter Verwendung eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurde.

<tb>Fig. 15B<sep>ist eine Fotografie eines Abschnitts einer Oberfläche eines Bondwerkzeugs, das verwendet wurde, um die zweite Bondung von Fig. 15A zu bilden.

<tb>Fig. 15C<sep>ist eine Fotografie einer zweiten Bondung einer Drahtschlinge, die unter Verwendung eines herkömmlichen Bondwerkzeugs mit mattierter Oberflächenbeschaffenheit gebildet wurde.

<tb>Fig. 15D<sep>ist eine Fotografie eines Abschnitts einer Oberfläche eines Bondwerkzeugs, das verwendet wurde, um die zweite Bondung von Fig. 15C zu bilden.

<tb>Fig. 15E<sep>ist eine Fotografie einer zweiten Bondung einer Drahtschlinge, die unter Verwendung eines herkömmlichen polierten Bondwerkzeugs gebildet wurde.

<tb>Fig. 15F<sep>ist eine Fotografie eines Abschnitts einer Oberfläche eines Bondwerkzeugs, das verwendet wurde, um die zweite Bondung von Fig. 15E zu bilden.

<tb>Fig. 16A<sep>ist eine Tabelle, die Daten enthält, die sich auf die Zugfestigkeit von zweiten Bondungen von Drahtschlingen beziehen, die unter Verwendung eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurden.

<tb>Fig. 16B<sep>ist eine Tabelle, die Daten enthält, die sich auf die Zugfestigkeit von zweiten Bondungen von Drahtschlingen beziehen, die unter Verwendung herkömmlicher Bondwerkzeuge gebildet wurden.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0010] Die vorliegende Anmeldung verwendet Begriffe, die in der Technik bekannt sind, einschliesslich beispielsweise Oberflächenrauigkeit, Unebenheiten, Dichte von Unebenheiten und dergleichen. Solche Ausdrücke sind in der Technik bekannt und finden sich zum Beispiel in folgenden Schriften, von denen jede in vollem Umfang durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wird: (1) Greenwood, J. A. & Williamson, J. B. P., Contact of Nominally Flat Surfaces, Proc. Roy. Soc. (London), Reihe A295, Seiten 300-319, 1966; (2) Kogut, Lior & Etsion, Izhak, A Static Friction Model for Elastic-Plastic Contacting Rough Surfaces, Journal of Tribology (ASME), Band 126, Seiten 34-40, Januar 2004; und (3) Kogut, L. & Etsion, I., An Improved Elastic-Plastic Model for the Contakt of Rough Surfaces, 3. AIMETA International Tribology Conference, Salerno, Italien, 18.-20. September 2002.

[0011] Wie dem Fachmann bekannt ist, kann eine Oberfläche (zum Beispiel eine Oberfläche eines Bondwerkzeugs wie zum Beispiel eine Kapillare) durch unabhängige Parameter gekennzeichnet sein, wie zum Beispiel: (1) Ra -Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt; (2) [sigma] - Standardabweichung von Unebenheitshöhen; und (3) R - Unebenheitskrümmungsradius. Zu weiteren nützlichen Parametern gehören beispielsweise: (4) [eta] - Flächendichte von Unebenheiten und (5) [beta] = [eta]R[sigma].

[0012] Wie dem Fachmann bekannt ist, ist der Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt (Ra) der Bereich zwischen dem Rauigkeitsprofil und seiner Mittellinie oder das Integral des absoluten Wertes der Rauigkeitsprofilhöhe über die Bewertungslänge. Wenn L die Bewertungslänge ist, r die Höhe ist und x die Distanz entlang der Messung ist, kann Ra durch den folgenden Ausdruck gekennzeichnet sein:

[0013] Gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde eine Bondwerkzeugspitzenoberfläche bereitgestellt, die folgende kennzeichnenden Merkmale aufwies:
<tb>[eta]
[micro]m<-2><sep>R
[micro]m<sep>[sigma]
[micro]m<sep>Ra
[micro]m

<tb>23,841<sep>0,185<sep>0,055<sep>0,047Ein solches Bondwerkzeug erbrachte eine ausgezeichnete Zugfestigkeit (zum Beispiel an der 2. Bondung), ein Werkzeug mit einer langen Grenznutzungsdauer und ein Werkzeug mit einem relativ hohen MTBA.

[0014] Gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erbrachte ein Ra-Wert von mindestens 0,03 [micro]m zusammen mit einem [eta]-Wert von mindestens 15 [micro]m<-2>(d.h. 15 je Quadratmikron) ausgezeichnete Ergebnisse. In einem weiteren Beispiel erbrachte ein Ra-Wert von mindestens 0,03 [micro]m zusammen mit einem [eta]-Wert von mindestens 20 [micro]m<-2> ebenfalls ausgezeichnete Ergebnisse. Des Weiteren erbrachte ein Ra-Wert von mindestens 0,04 [micro]m in Kombination mit einem [eta]-Wert von mindestens 20 [micro]m<-2>herausragende Ergebnisse. Oberflächenprofilmessungen eines Bondwerkzeugs können mit Hilfe einer Reihe von Techniken ausgeführt werden, zum Beispiel mit Hilfe einer Atomkraftmikroskopie (d.h. AFM)-Maschine.

[0015] Fig. 1A ist eine geschnittene Seitenansicht des Bondwerkzeugs 100, das gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer verbesserten Oberfläche versehen werden kann. Das Bondwerkzeug 100 enthält einen Schaftabschnitt 102 und einen Konusabschnitt 104, wobei der Schaftabschnitt 102 und der Konusabschnitt 104 zusammen als der Körperabschnitt des Bondwerkzeugs 100 bezeichnet werden können. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist das Abschlussende des Schaftabschnitts 102 (d.h. das Ende des Schaftabschnitts 102 oben im Bild in Fig. 1A) dafür konfiguriert, in einem Messwandler (zum Beispiel einem Ultraschallmesswandler) einer Drahtbondmaschine in Eingriff genommen zu werden.

Das Abschlussende des Konusabschnitts 104 (d.h. das Ende des Konusabschnitts 104 unten im Bild in Fig. 1A) ist dafür konfiguriert, Drahtbondungen an Bondungsstellen (zum Beispiel Chip-Bondinseln eines Halbleiterchips, Anschlussdrähte eines Leiterrahmens/Substrats usw.) zu bilden. Fig. 1Bist eine Detailansicht des Abschlussendes des Konusabschnitts 104. Genauer gesagt, ist der Spitzenabschnitt 100a des Bondwerkzeugs 100 in Fig. 1Bgezeigt. Der Spitzenabschnitt 100a definiert, neben anderen Merkmalen, ein Loch 100b, eine innenseitige Abschrägung 100c und einen Vorderflächenabschnitt 100d. Wie weiter unten noch ausführlich erläutert wird, ist das Bondwerkzeug 100 ein Beispiel eines Bondwerkzeugs, das gemäss der vorliegenden Erfindung mit einer verbesserten Oberfläche versehen werden kann.

[0016] Fig. 2A ist eine geschnittene Seitenansicht des Bondwerkzeugs 200, das gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer verbesserten Oberfläche versehen werden kann. Das Bondwerkzeug 200 enthält einen Schaftabschnitt 202 und einen Konusabschnitt 204 (zusammen der Körperabschnitt). Fig. 2B ist eine Detailansicht des Abschlussendes des Konusabschnitts 204. Genauer gesagt, ist der Spitzenabschnitt 200a des Bondwerkzeugs 200 in Fig. 2B gezeigt. Der Spitzenabschnitt 200a definiert, neben anderen Merkmalen, ein Loch 200b, eine innenseitige Abschrägung 200c und einen Vorderflächenabschnitt 200d. Fig. 2Cist eine perspektivische Ansicht des Spitzenabschnitts 200a des Bondwerkzeugs 200, das eine innenseitige Abschrägung 200c und einen Vorderflächenabschnitt 200d enthält.

Wie weiter unten noch ausführlich erläutert wird, ist das Bondwerkzeug 200 ein Beispiel eines Bondwerkzeugs, das gemäss der vorliegenden Erfindung mit einer verbesserten Oberfläche versehen werden kann.

[0017] Natürlich sind die Bondwerkzeuge 100 und 200 nur Beispiele der Arten von Bondwerkzeugen, die gemäss der vorliegenden Erfindung mit einer verbesserten Oberfläche versehen werden können. Beliebige einer Reihe anderer Typen von Bondwerkzeugen können ebenfalls die Nutzeffekte der vorliegenden Erfindung verwenden.

[0018] Wie dem Fachmann bekannt ist, ist es allgemein erwünscht, Bondwerkzeuge zu polieren. Bei einigen Bondwerkzeugen wird der Oberfläche des Bondwerkzeugs eine "mattierte" Oberflächenbeschaffenheit verliehen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bondwerkzeugen mit polierter und mattierter Oberflächenbeschaffenheit werden gemäss der vorliegenden Erfindung Bondwerkzeuge bereitgestellt, wobei eine Kornstruktur des Materials des Bondwerkzeugs (zum Beispiel eines Keramikmaterials usw.) über mindestens einen Abschnitt des Bondwerkzeugs (zum Beispiel einen Abschnitt des Spitzenabschnitts des Bondwerkzeugs) hinweg frei liegt.

Des Weiteren definiert bei einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Oberfläche von mindestens einem Abschnitt des Bondwerkzeugs (zum Beispiel einem Spitzenabschnitt des Bondwerkzeugs) mehrere Unebenheiten, wobei eine Dichte der Unebenheiten mindestens 15 [micro]m<-2>beträgt und wobei ein Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt an dem Abschnitt des Spitzenabschnitts, der die mehreren Unebenheiten definiert, mindestens 0,03 [micro]m beträgt.

[0019] Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Spitzenabschnitts 300a (ähnlich den Spitzenabschnitten 100a und 200a, die in den Fig. 1B, 2B, und 2Cgezeigt sind) eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Spitzenabschnitt 300a definiert ein Loch 300b, eine innenseitige Abschrägung 300c und einen Vorderflächenabschnitt 300d. Fig. 4A-4C sind Detailansichten eines Abschnitts eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs ähnlich dem Spitzenabschnitt 300a, der in Fig. 3gezeigt ist. Jedoch veranschaulicht jede der Fig. 4A-4C eine andere Oberflächenmorphologie des jeweiligen Spitzenabschnitts.

[0020] Genauer gesagt, ist Fig. 4Aeine Nahansicht eines Abschnitts eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs (analog dem Spitzenabschnitt 300a, der in Fig. 3 gezeigt ist). Das heisst, in Fig. 4Aist ein Abschnitt (1) des Lochs 400b (das analog dem Loch 300b in Fig. 3ist), (2) der innenseitigen Abschrägung 400c (die analog der innenseitigen Abschrägung 300c in Fig. 3 ist) und (3) des Vorderflächenabschnitts 400d (der analog dem Vorderflächenabschnitt 300d in Fig. 3 ist) gezeigt. Wie aus Fig. 4A zu erkennen ist, hat das Material der Oberfläche der Arbeitsfläche 400d eine frei liegende Kornstruktur (in dem veranschaulichten Beispiel können die frei liegenden Körner als Unebenheiten 400e bezeichnet werden).

Im Gegensatz dazu enthalten das Material der Oberfläche des Lochs 400b (d. h. des Wandabschnitts des Bondwerkzeugs, der das Loch 400b definiert) und der innenseitigen Abschrägung 400c keine frei liegenden Körner. Zum Beispiel können die Oberflächen des Lochs 400b und der innenseitigen Abschrägung 400c Oberflächen mit einer herkömmlichen polierten oder mattierten Oberflächenbeschaffenheit sein.

[0021] Wenden wir uns nun Fig. 4Bzu, wo ein Abschnitt (1) des Lochs 410b (das analog dem Loch 300b in Fig. 3ist), (2) der innenseitigen Abschrägung 410c (die analog der innenseitigen Abschrägung 300c in Fig. 3ist) und (3) des Vorderflächenabschnitts 410d (der analog dem Vorderflächenabschnitt 300d in Fig. 3 ist) gezeigt sind. Wie aus Fig. 4B zu erkennen ist, hat das Material der Oberflächen der Arbeitsfläche 410d und der innenseitigen Abschrägung 410c frei liegende Körner (in dem veranschaulichten Beispiel können die frei liegenden Körner als Unebenheiten 410e bezeichnet werden). Im Gegensatz dazu enthält in Fig. 4Bdas Material der Oberfläche des Lochs 410b (d. h. des Wandabschnitts des Bondwerkzeugs, der das Loch 410b definiert) keine frei liegenden Körner.

Zum Beispiel kann die Oberfläche des Lochs 410b eine herkömmliche Oberfläche mit polierter oder mattierter Oberflächenbeschaffenheit sein.

[0022] Wenden wir uns nun Fig. 4Czu, wo ein Abschnitt (1) des Lochs 420b (das analog dem Loch 300b in Fig. 3ist), (2) der innenseitigen Abschrägung 420c (die analog der innenseitigen Abschrägung 300c in Fig. 3ist) und (3) des Vorderflächenabschnitts 420d (der analog dem Vorderflächenabschnitt 300d in Fig. 3 ist) gezeigt ist. Wie aus Fig. 4C zu erkennen ist, hat das Material der Oberflächen der Arbeitsfläche 420d, der innenseitigen Abschrägung 420c und des Lochs 420b frei liegenden Körner. In dem veranschaulichten Beispiel können die frei liegenden Körner als Unebenheiten 420e bezeichnet werden.

[0023] Aus einer Betrachtung der Fig. 4A-4C ist zu erkennen, dass jede beliebige Kombination von Abschnitten eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs (und tatsächlich jeder beliebige Abschnitt des Bondwerkzeugs) Oberflächenbeschaffenheiten gemäss der vorliegenden Erfindung haben kann, während andere Oberflächen andere (zum Beispiel herkömmliche) Oberflächenbeschaffenheiten haben können.

[0024] Fig. 5 ist ein Schaubild eines Kontaktmodells von rauen Oberflächen, das für das Verstehen von beispielhaften Bondwerkzeugoberflächen gemäss der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Fig. 5 der vorliegenden Anmeldung ist im Prinzip Fig. 2 sehr ähnlich, die in dem oben angesprochenen Artikel mit dem Titel "A Static Friction Model for Elastic-Plastic Contacting Rough Surfaces" enthalten ist, dessen Autoren Lior Kogut und Izhak Etsion sind und der im Journal of Tribology (ASME), Band 126, Seiten 34-40, Januar 2004, veröffentlicht ist. Diese Figur sowie der Rest dieses Artikels sind nützlich für das Verstehen bestimmter Fachbegriffe, die im vorliegenden Text in Verbindung mit rauen Oberflächen verwendet werden.

[0025] Fig. 6A ist eine perspektivische fotografische Ansicht des Spitzenabschnitts 600a eines Bondwerkzeugs (zum Beispiel eines Thermokompressionswerkzeugs) mit einer grobkörnigen Oberflächenmorphologie gemäss der vorliegenden Erfindung. Zum Beispiel wird diese Oberflächenmorphologie erzeugt, um die Drahtbondungsleistung zu verbessern. Der Spitzenabschnitt 600a enthält ein Loch 600b (d.h. den Wandabschnitt des Bondwerkzeugs, der das Loch 600b definiert), eine innenseitige Abschrägung 600c und einen Vorderflächenabschnitt 600d. Fig. 6Bist eine Detailansicht eines Abschnitts von Fig. 6A, die deutlich die granularen Unebenheiten auf der Oberfläche des Spitzenabschnitts 600a veranschaulichen.

Wie in den Fig. 6A-6Bveranschaulicht ist, enthalten das Loch 600b, die innenseitige Abschrägung 600c und der Vorderflächenabschnitt 600d (sowie andere Bereiche des Spitzenabschnitts 600a, die den Aussenradius des Spitzenabschnitts enthalten) die Oberflächenmorphologie, die durch eine frei liegende Kornstruktur des Materials des Spitzenabschnitts definiert wird (und ebenfalls durch eine hohe Dichte von Unebenheiten gekennzeichnet ist). Unter Verwendung dieser innovativen Bondwerkzeugoberflächenmorphologie (im Vergleich zur Oberflächenmorphologie herkömmlicher polierter und herkömmlicher mattierter Oberflächenbeschaffenheiten) kann ein verbesserter Drahtbondungsprozess zum Beispiel im Hinblick auf die Stitchzug-Variabilität (zum Beispiel Standardabweichung) und die Prozesszuverlässigkeit bereitgestellt werden.

[0026] Fig. 7A ist eine perspektivische fotografische Ansicht des Spitzenabschnitts 700a eines weiteren Bondwerkzeugs (zum Beispiel eines Thermokompressionswerkzeugs) mit einer grobkörnigen Oberflächenmorphologie gemäss der vorliegenden Erfindung. Der Spitzenabschnitt 700a enthält das Loch 700b (d.h. den Wandabschnitt des Bondwerkzeugs, der das Loch 700b definiert), die innenseitige Abschrägung 700c und den Vorderflächenabschnitt 700d. Die Fig. 7B-7C sind Detailansichten des Abschnitts von Fig. 7A, der klar die granularen Unebenheiten auf einem Abschnitt der Oberfläche des Spitzenabschnitts 700a veranschaulicht.

Wie in den Fig. 7A-7C veranschaulicht, enthält der Vorderflächenabschnitt 700d (sowie der Aussenbereich des Spitzenabschnitts 700a, der den Aussenradius des Spitzenabschnitts enthält) die Oberflächenmorphologie, die durch eine frei liegende Kornstruktur des Materials des Spitzenabschnitts definiert ist (und ebenfalls durch eine hohe Dichte von Unebenheiten gekennzeichnet ist). Jedoch enthalten das Loch 700b und die innenseitige Abschrägung 700c nicht diese Oberflächenmorphologie. Zum Beispiel kann die Oberfläche des Lochs 700b und der innenseitigen Abschrägung 700c eine herkömmliche Oberfläche enthalten (zum Beispiel, unter anderem, eine Oberfläche mit einer polierten oder mattierten Oberflächenbeschaffenheit).

[0027] Fig. 8A ist eine Fotografie der zweiten Bondung 800 einer Drahtschlinge, die unter Verwendung eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurde. Wie aus Fig. 8A zu erkennen ist, ist die Region "A" der zweiten Bondung 800 durch die Unebenheitsformen eines Bondwerkzeugs mit einer Oberflächenbeschaffenheit gemäss der vorliegenden Erfindung auf dem Vorderflächenabschnitt des Bondwerkzeugs gekennzeichnet. Fig. 8B ist eine Fotografie der ersten Bondung 802 einer Drahtschlinge, die unter Verwendung eines Bondwerkzeugs gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurde.

Wie aus Fig. 8B zu erkennen ist, ist die Region "B" der ersten Bondung 802 durch die Unebenheitsformen eines Bondwerkzeugs mit einer Oberflächenbeschaffenheit gemäss der vorliegenden Erfindung auf der innenseitigen Abschrägung des Bondwerkzeug gekennzeichnet.

[0028] Fig. 9A ist eine grafische Darstellung der Daten, die in Fig. 9B in tabellarischer Form wiedergegeben sind, die Stitchzug-Testergebnisse für ein Referenz -Thermokompressionswerkzeug und ein Thermokompressionswerkzeug gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergleicht (d. h. das Diagramm vergleicht Stitchzug-Testergebnisse für Stitchbondungen von Drahtschlingen, die unter Verwendung eines Referenz-Thermokompressionswerkzeugs und eines erfindungsgemässen Thermokompressionswerkzeugs gebildet wurden). Die Rautenformen in Fig. 9Abeziehen sich auf die Stitchzug-Standardabweichung. Die rechteckigen Formen beziehen sich auf die Stitchzug-Median-werte.

Die horizontale Linie, welche die rechteckigen Formen halbiert, bezieht sich auf den durchschnittlichen Stitchzug-Wert (d.h. die horizontale Linie für die Referenz-Kapillare ist 6,02325, wie in Fig. 9B gezeigt, und die horizontale Linie für die erfindungsgemässe Kapillare ist 6,63163, wie in Fig. 9B gezeigt). Wie in den Fig. 9A-9B gezeigt, hat die Kapillare gemäss der vorliegenden Erfindung höhere und gleichmässigere Stitchzug-Werte an der zweiten Bondung. Zum Beispiel zeigt Fig. 9B an, dass von den 80 genommenen Stichproben 95% der Stitchzug-Werte zwischen 5,8787 und 6,1678 Gramm für eine Referenz-Kapillare lagen, wohingegen 95% der Stitchzug-Werte zwischen 6,4871 und 6,7762 Gramm für eine Kapillare gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lagen.

[0029] Fig. 10A ist eine Fotografie der zweiten Bondung 1000 (d.h. einer Stitchbondung) einer Drahtschlinge, die gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurde. Fig. 10B ist eine Detailansicht eines Abschnitts der zweiten Bondung 1000, wobei die Region "C" deutlich zeigt, dass die zweite Bondung 1000 unter Verwendung eines Bondwerkzeugs gebildet wurde, das einen Vorderflächenabschnitt gemäss der vorliegenden Erfindung aufwies. Die Erfinder haben festgestellt, dass das Greifen zwischen (1) dem Vorderflächenabschnitt des Bondwerkzeugs gemäss der vorliegenden Erfindung und (2) der Stitchbondung einer Drahtschlinge höhere Stitchzug-Werte erzeugt.

[0030] Wie dem Fachmann bekannt ist, ist der Cpk per Definition:

<EMI ID=3.1>
wobei Cpk - Prozessfähigkeit; U - Obere Toleranzgrenze; L - Untere Toleranzgrenze; X - Durchschnittliche Prozesskennlinie (zum Beispiel durchschnittlicher Stitchzug-Wert); und S- Standardabweichungs-Prozesskennlinie (zum Beispiel Stitchzug-Standardabweichung).

[0031] Cpk ist eine dimensionslose Messung, die in Verbindung mit verschiedenen Prozessparametern verwendet wird, und steht mit der Standardabweichung des Parameters in Beziehung. Zum Beispiel kann Cpk in Verbindung mit dem Stitchzug-Parameterwert verwendet werden. Durch Analysieren der Gleichung (1) oben ist zu erkennen, dass ein hoher Cpk-Wert eine hohe Wiederholbarkeit der Stitchbondungswerte im Vergleich zu einem niedrigen Cpk-Wert anzeigt.

[0032] Fig. 11A-11B sind Fotografien von zwei Spitzenabschnitten zweier Bondwerkzeuge. Fig. 11A veranschaulicht Morphologie A, während Fig. 11B Morphologie B veranschaulicht. Sowohl Morphologie A als auch Morphologie B haben (1) eine Dichte der Unebenheiten, die mindestens 15 [micro]m<-2>beträgt, und (2) eine durchschnittliche Oberflächenrauigkeit von mindestens 0,03 [micro]m. Während beide Morphologien A und B (1) eine höhere durchschnittliche Oberflächenrauigkeit und (2) eine höhere Dichte der Unebenheiten im Vergleich zu herkömmlichen Bondwerkzeugen haben, hat Morphologie B eine höhere durchschnittliche Oberflächenrauigkeit und eine höhere Dichte der Unebenheiten im Vergleich zu Morphologie A. Beide Bondwerkzeuggruppen (d.h.

Morphologie A und Morphologie B) erbrachten signifikant verbesserte Stitchzug-Cpk-Werte im Vergleich zur Referenzgruppe (bei der es sich um Kapillaren mit polierter Oberfläche handelte). Zum Beispiel sind die verbesserten Stitchzug-Werte für verschiedene Anwendungen vorteilhaft, zum Beispiel Anwendungen mit feinem Rastermass, Anwendungen mit ultra-feinem Rastermass und QFP-Anwendungen, mit jedem beliebigen Drahttyp, einschliesslich Cu- und Au-Drähten.

[0033] Die Fig. 12A-12B veranschaulichen ein Diagramm (Fig. 12A) und Begleitdaten (Fig. 12B), die Cpk-Werte für Morphologie A und B sowie für ein poliertes Referenz-Bondwerkzeug angeben. Wie aus den Fig. 12A-12B zu erkennen ist, haben Bondwerkzeuge gemäss der vorliegenden Erfindung höhere und gleichmässigere Stitchzug-Cpk-Werte als herkömmliche polierte Bondwerkzeuge. Die Rautenformen in Fig. 12Abeziehen sich auf die Stitchzug-Cpk-Standardabweichung. Die rechteckigen Formen beziehen sich auf die Stitchzug-Cpk-Medianwerte.

Die horizontale Linie, welche die rechteckigen Formen halbiert, bezieht sich auf den durchschnittlichen Stitchzug-Cpk-Wert (d.h. die horizontale Linie für die Morphologie A ist 2,49228, wie in Fig. 12B gezeigt, die horizontale Linie für die herkömmliche polierte Kapillare ist 1,34362, wie in Fig. 12B gezeigt, und die horizontale Linie für die Morphologie B ist 2,45048, wie in Fig. 12B gezeigt). Wie aus einem Vergleich der Ergebnisse der Fig. 12A-12B zu erkennen ist, haben die Bondwerkzeuge gemäss der vorliegenden Erfindung höhere und gleichmässigere Stitchzug-Cpk-Werte.

[0034] Die Fig. 13A-13B sind Fotografien eines Abschnitts eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs mit der Morphologie A (Fig. 13A) und der Morphologie B (Fig. 13B). Fig. 13Cvergleicht Stitchzug-Werte für Morphologie A (linker Abschnitt des Diagramms), Morphologie B (mittlerer Abschnitt des Diagramms) und für eine herkömmliche polierte Kapillare (rechter Abschnitt des Diagramms). Wie aus Fig. 13C zu erkennen ist, sind die Stitchzug-Werte umso höher, je höher die Oberflächenrauigkeit und die Dichte der Unebenheiten sind.

[0035] Von den Erfindern durchgeführte Experimente haben gezeigt, dass die Bondwerkzeuge mit Spitzenabschnitten, die Oberflächen gemäss der vorliegenden Erfindung aufweisen, (1) eine längere Grenznutzungsdauer und (2) eine längere MTBA (Mean Time Between Assists = Mittlere Zeitdauer zwischen Interventionen) im Vergleich zu Werkzeugen mit herkömmlicher mattierter oder polierter Oberflächenbeschaffenheit haben. Genauer gesagt hat die Oberflächenbeschaffenheit des Bondwerkzeugs der vorliegenden Erfindung die allgemeine Neigung, der Entstehung und/oder dem Anhaften unwünschenswerter Materialien zu widerstehen, welche die Grenznutzungsdauer des Werkzeugs verringern und/oder ein Intervenieren erfordern.

Experimentelle Daten haben 0,27 Interventionen je Stunde für ein Werkzeug gemäss der vorliegenden Erfindung gezeigt, im Vergleich zu 0,62 Interventionen je Stunde für ein Werkzeug mit herkömmlicher mattierter Oberflächenbeschaffenheit und 2 Interventionen je Stunde für ein herkömmliches poliertes Werkzeug. Des Weiteren betrug die Verbesserung der Gesamtinterventionsrate 77,3 im Vergleich zu Werkzeugen mit herkömmlicher mattierter Oberflächenbeschaffenheit und 47,6% für Werkzeuge mit herkömmlicher polierter Oberflächenbeschaffenheit.

[0036] Im Hinblick auf die verlängerte Grenznutzungsdauer von Bondwerkzeugen, die gemäss der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, sind die Fig. 14A-14B zu betrachten. Fig. 14A ist eine Tabelle mit Grenznutzungsdauertestergebnissen für verschiedene Thermokompressionswerkzeuge. Die linke Spalte zeigt tabellarisch Ergebnisse für drei Kapillaren gemäss der vorliegenden Erfindung. Die mittlere Spalte (herkömmlich mattiert) zeigt tabellarisch Ergebnisse für vier Kapillaren mit herkömmlicher mattierter Oberflächenbeschaffenheit, und die rechte Spalte (herkömmlich poliert) zeigt tabellarisch Ergebnisse für drei Kapillaren mit herkömmlicher polierter Oberflächenbeschaffenheit. Die Höchstzahl von Ergebnissen für das Experiment ist 1 Million, und wenn das Werkzeug 1 Million Bondungen erreichte, wurde das Experiment beendet.

Die linke Spalte hatte Grenznutzungsdauer-Ergebnisse von 1000, 1000 und 600 (in tausend Operationen oder KBonds, also äquivalent zu 1 Million, 1 Million und 600 000 Operationen). Die mittlere Spalte hatte Grenznutzungsdauer-Ergebnisse von 600, 300, 300 und 100. Die rechte Spalte hatte Grenznutzungsdauer-Ergebnisse von 900, 500 und 400. Somit veranschaulicht die linke Spalte eine verlängerte Grenznutzungsdauer für Kapillaren gemäss der vorliegen-den Erfindung. Fig. 14Bist ein Balkendiagramm der Ergebnisse von Fig. 14A.

[0037] Die Fig. 15A-15F sind eine Reihe von Fotografien von zweiten Bondungen einer Drahtschlinge, zusammen mit. der Oberflächenbeschaffenheit des Bondwerkzeugs, das verwendet wurde, um die jeweilige zweite Bondung zu bilden. Genauer gesagt veranschaulicht Fig. 15Aeine zweite Bondung, die mit einem Werkzeug gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wurde, und Fig. 15Bist eine Fotografie eines Abschnitts der Spitzenoberfläche des Bondwerkzeugs, das verwendet wurde, um die zweite Bondung zu bilden, die in Fig. 15A veranschaulicht ist.

Gleichermassen veranschaulicht Fig. 15Ceine zweite Bondung, die mit einer herkömmlichen mattierten Oberflächenbeschaffenheit gebildet wurde, und Fig. 15D ist eine Fotografie eines Abschnitts der Spitzenoberfläche des Bondwerkzeugs, das verwendet wurde, um die zweite Bondung zu bilden, die in Fig. 15Cveranschaulicht ist. Gleichermassen veranschaulicht Fig. 15E eine zweite Bondung, die mit einer herkömmlichen polierten Oberflächenbeschaffenheit gebildet wurde, und Fig. 15Fist eine Fotografie eines Abschnitts der Spitzenoberfläche des Bondwerkzeugs, das verwendet wurde, um die zweite Bondung zu bilden, die in Fig. 15E veranschaulicht ist.

[0038] Bei der Kupferbondung wurden Experimente ausgeführt, bei denen identische geometrische Designs für ein Bondwerkzeug getestet wurden, die (1) eine Spitzenoberflächenbeschaffenheit gemäss der vorliegenden Erfindung und (2) eine herkömmliche polierte Oberflächenbeschaffenheit aufwiesen. Nur das Werkzeug mit einer Spitzenoberflächenbeschaffenheit gemäss der vorliegenden Erfindung ermöglichte einen validen Drahtbondungsprozess mit Kupfer aufgrund der überwältigenden Verringerung der Interventionen im Vergleich zu dem polierten Werkzeug. Die Tests wurden für Kupferdrahtbondungen ausgeführt, wenn Bondungen sowohl in der x-Achsen-Richtung als auch in der y-Achsen-Richtung gebildet wurden (wie dem Fachmann bekannt ist, werden Drahtbondungen je nach dem drahtzubondenden Bauelement und der Drahtbondmaschine oft in zahlreichen Richtungen ausgebildet).

[0039] Die Fig. 16A-16B sind Tabellen, welche die Nutzeffekte der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die Zugfestigkeit der zweiten Bondung im Fall einer Kupferbondung veranschaulichen. Genauer gesagt veranschaulicht Fig. 16A Daten für ein Bondwerkzeug mit einer Spitzenoberfläche gemäss einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie aus einer Durchsicht der Ergebnisse in Fig. 16Azu erkennen ist, veranschaulichte das Bondwerkzeug gemäss der vorliegenden Erfindung hohe und gleichmässige Zugfestigkeiten für Bondungen, die in jeder beliebigen Richtung ausgebildet waren (d.h. die x-Rechts-Richtung, die y-Abwärts-Richtung, die x-Links-Richtung und die y-Abwärts-Richtung). Im Gegensatz dazu veranschaulicht Fig. 16B geringe und ungleichmässige Zugfestigkeiten für die Bondungen.

Viele der zuggetesteten Bondungen in Fig. 16Bergaben überhaupt keine messbare Zugfestigkeit (zum Beispiel kurz-endig (short-tail - SHTL), #DIV/0! usw.).

[0040] Das heisst, das Bondwerkzeug der vorliegenden Erfindung erbringt höhere und gleichmässigere Werte der Endenfestigkeit (d.h. Zugfestigkeit der 2. Bondung), wo eine herkömmliche polierte Kapillare schlechte und ungleichmässige Ergebnisse erbrachte, wie zum Beispiel Kurzendigkeit oder vorzeitiger Drahtbruch, wenn die Kapillare zur Position der Endenhöhe aufsteigt. Des Weiteren stellt der Prozessparameterbereich (das Prozessparameterfenster) für die polierte Kapillare die Schwierigkeiten dar, in der anspruchsvollen Cu-Bondungs-Anwendung ein Parameterfenster zu finden, das einen unterbrechungsfreien automatischen Drahtbondungsprozess ermöglicht.

[0041] Die vorliegende Erfindung ist auf kein bestimmtes Verfahren zur Bildung der beanspruchten Oberfläche beschränkt. Wie der Fachmann weiss, werden Bondwerkzeuge (zum Beispiel Thermokompressionswerkzeuge, Keilwerkzeuge usw.) aus einer breiten Palette von Materialien gebildet, und die Verfahren, die zum Bilden einer Oberfläche gemäss der vorliegenden Erfindung verwendet werden, variieren über einen weiten Bereich je nach den verwendeten Materialien und der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit.

[0042] Ein beispielhaftes Verfahren zum Freilegen der Kornstruktur des Materials an dem gewünschten Abschnitt des Bondwerkzeugs ist durch thermisches Ätzen entsprechend dem zu ätzenden Material. Zu weiteren beispielhaften Verfahren zum Ausbilden der gewünschten Oberfläche können zum Beispiel folgende gehören: (1) Bilden eines Grünkörpers aus dem gewünschten Material (zum Beispiel einem Keramikmaterial), Schleifen des Grünkörpers zu der gewünschten äusseren Form (unter Berücksichtigung der Schrumpfung, zu der es kommt), Sintern des Werkzeugs, um die gewünschte Spitzenoberfläche (zum Beispiel granulare Oberfläche) zu erhalten, und Ausbilden/Polieren der gewünschten Abmessung des Lochs und der innenseitigen Abschrägung;

(2) wie (1), ausser dass die gewünschte Spitzenoberfläche (zum Beispiel eine granulare Oberfläche) an dem Loch und der innenseitigen Abschrägung beibehalten werden kann; (3) wie (1) oder (2), ausser dass Sinterhilfsmittel dem Material beigegeben werden können, wenn der Grünkörper hergestellt wird, um die Korngrösse und -form zu steuern; (4) Sintern eines Grünkörpers, Schleifen des gesinterten Grünkörpers auf die gewünschte endgültige äussere Abmessung, thermisches Ätzen bei einer erhöhten Temperatur, um die granuläre Spitzenoberfläche zu erhalten, und Ausbilden/Polieren der gewünschten Abmessung des Lochs und der innenseitigen Abschrägung; (5) wie (4), ausser dass die gewünschte Spitzenoberfläche (zum Beispiel eine granuläre Oberfläche) an dem Loch und der innenseitigen Abschrägung beibehalten werden kann;

(6) Bilden eines Grünkörpers aus dem gewünschten Material (zum Beispiel einem Keramikmaterial), Brennen des Grünkörpers, Schleifen auf die gewünschte Abmessung (unter Berücksichtigung der Schrumpfung, zu der es nach dem Brennprozess kommt); und (7) je nach dem gewählten Material, Inkontaktbringen des Werkzeugs (zum Beispiel eines Werkzeugs, das auf die gewünschte Form geschliffen wurde) mit einem erhöhten Temperaturprofil in einer kontrollierten Umgebung.

[0043] Natürlich können diese beispielhaften Verfahren variieren, und Schritte können weggelassen oder hinzugefügt werden, und die Reihenfolge der Schritte kann verändert werden. Zum Beispiel kann die gewünschte Oberfläche an dem gewünschten Abschnitt des Bondwerkzeugs ausgebildet werden, und dann kann ein Teil des Bondwerkzeugs poliert werden, um die gebildete Oberfläche von dieser Region zu entfernen. Auch hier gibt es viele Möglichkeiten, wie sich die beanspruchten Oberflächen ausbilden lassen, und die vorliegende Erfindung ist nicht von einem bestimmten Prozess abhängig.

[0044] Durch Bereitstellen eines Bondwerkzeugs gemäss der vorliegenden Erfindung können eine Reihe von Verbesserungen der Leistung und Zuverlässigkeit eines Drahtbondungsprozesses erreicht werden, für Beispiel:
(1) eine verringerte Stitchzug-Variabilität (Standardabweichung); (2) verbesserte Prozesszuverlässigkeit (zum Beispiel höhere MTBA durch Überwinden von Schwierigkeiten wie zum Beispiel NSOP, SHTL, NSOL EFO); (3) höhere durchschnittliche Stitchzug-Werte des 2. Bondungsprozesses; (4) bessere Schlaufenleistung (Standardabweichung); (5) verringerte Variabilität des Durchmessers und der Form der 1. Bondung (Standardabweichung); und (6) grössere Gesamtdauerhaftigkeit der Drahtbondung.

[0045] Bondwerkzeuge gemäss der vorliegenden Erfindung können weitere Nutzeffekte erbringen, wenn sie zum Bonden von Drähten an bestimmte Typen von Kontakten verwendet werden (zum Beispiel Kontakte, die mit Materialien wie zum Beispiel NiPd plattiert sind). Solche Kontakte (mit Materialien, die einen relativ hohen Härtewert aufweisen) können die Grenznutzungsdauer des Bondwerkzeugs verkürzen (zum Beispiel durch Probleme wie zum Beispiel Verschleiss der Bondwerkzeugspitze, Kontaminierung der Spitze usw.), insbesondere durch Bondungsoperationen (zum Beispiel Ultraschallvibrationen) bei der zweiten Bondung einer Drahtschlinge. Gemäss der vorliegenden Erfindung kann die Grenznutzungsdauer der Kapillare beträchtlich verbessert werden.

Tests, die an einer Drahtbondmaschine ausgeführt wurden, die durch Kulicke and Soffa Industries, Inc. verkauft wird (d.h. eine Nagelkopfbondmaschine K&S 802 8 PPS, wobei ein NiPd-Bauelement mit einem Bondinselabstand von 60 [micro]m und ein Draht K&S 1,0 mil AW14 verwendet wurden), offenbarten Grenznutzungsdauerspannen von ungefähr dem Zweifachen eines herkömmlichen Bondwerkzeugs. Unter Verwendung von Bondwerkzeugen gemäss der vorliegenden Erfindung und unter Verwendung des gleichen Typs einer Drahtbondmaschine wurden (beim Bonden eines NiPd-Bauelements mit einem Bondinselabstand von 50 [micro]m mit einem Draht K&S 0,8 mil AW-66) signifikant verbesserte Stitchzug- und Cpk-Werte bei der zweiten Bondung erhalten.

Ein Grund für die verbesserten Stitchwerte bei der zweiten Bondung unter Verwendung eines Bondwerkzeugs gemäss der vorliegenden Erfindung hat mit der grobkörnigen Spitzenoberfläche zu tun. Die grobkörnige Spitzenoberfläche verbessert allgemein: (1) den Griff zwischen der Bondwerkzeugspitze und dem Draht, (2) den Energieübergang (zum Beispiel den Ultraschallenergieübergang) durch das Bondwerkzeug zu dem Draht und (3) den Energieübergang durch das Bondwerkzeug zu dem zweiten Bondungskontakt (zum Beispiel Anschlussdrähte eines Leiterrahmens).

[0046] Obgleich die vorliegende Erfindung in erster Linie anhand eines Spitzenabschnitts eines Bondwerkzeugs mit einer gewünschten Morphologie beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann das gesamte Bondwerkzeug (sowohl innen als auch aussen) die gewünschte Morphologie haben (zum Beispiel kann es erwünscht sein, dass der Abschnitt des Körperabschnitts, der dafür konfiguriert ist, in einem Messwandler einer Drahtbondmaschine in Eingriff genommen zu werden, die gewünschte Morphologie hat, weil es einen verbesserten Kontakt oder eine verbesserte Kopplung dazwischen ermöglicht). Alternativ braucht nur ein ausgewählter Abschnitt des Bondwerkzeugs (zum Beispiel die Aussenseite des Bondwerkzeugs, aber nicht der Drahtpfad im Inneren des Werkzeugs) die gewünschte Morphologie zu haben.

Wie im vorliegenden Text vorgesehen, kann mit Bezug auf den Spitzenabschnitt des Bondwerkzeugs entweder der gesamte Spitzenabschnitt oder ein ausgewählter Abschnitt des Spitzenabschnitts die gewünschte Morphologie haben.

[0047] Obgleich die vorliegende Erfindung in erster Linie mit Bezug auf Thermokompressionswerkzeuge, die in einem Nagelkopfbondverfahren verwendet werden, veranschaulicht und beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt. Andere Typen von Bondwerkzeugen (zum Beispiel Keilwerkzeuge, Ballshooter-Werkzeuge usw.) fallen ebenfalls in den Geltungsbereich der Erfindung. Des Weiteren kann die vorliegende Technologie auch auf andere Typen von Werkzeugen angewendet werden, die in der Halbleiterverarbeitung verwendet werden, wie zum Beispiel Aufnahmewerkzeuge, SMT-Werkzeuge (Werkzeuge für Oberflächenmontagetechniken), Bandwerkzeuge usw. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung auf Werkzeuge angewendet werden, (1) die aus einem einzelnen Materialstück herausgearbeitet werden, wie zum Beispiel einem Keramikmaterial, oder (2) die aus mehreren Stücken hergestellt werden.

[0048] Obgleich die Erfindung im vorliegenden Text anhand konkreter Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wird, soll die Erfindung nicht auf die gezeigten Details beschränkt sein. Vielmehr können verschiedene Modifikationen an den Details innerhalb des Geltungsbereichs und des Bereichs der Äquivalente der Ansprüche vorgenommen werden, ohne dass die Erfindung verlassen wird.

Claims

1. Bondwerkzeug, das einen Körperabschnitt aufweist, der an einem Spitzenabschnitt endet, wobei der Spitzenabschnitt aus einem Material gebildet ist, wobei eine Kornstruktur des Materials über mindestens einen Abschnitt des Spitzenabschnitts hinweg frei liegt.

2. Bondwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Kornstruktur eines Vorderflächenabschnitts des Spitzenabschnitts frei liegt.

3. Bondwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Kornstruktur einer innenseitigen Abschrägung des Spitzenabschnitts frei liegt.

4. Bondwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der Körperabschnitt einen Eingriffnahmeabschnitt enthält, der für eine Eingriffnahme mit einem Messwandler einer Drahtbondmaschine konfiguriert ist, wobei die Kornstruktur des Eingriffnahmeabschnitts frei liegt.

5. Bondwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das Bondwerkzeug einstückig aus dem Material gebildet ist und wobei die Kornstruktur des Materials an der gesamten Aussenseite des Bondwerkzeugs frei liegt.

6. Bondwerkzeug nach Anspruch 1, wobei eine Oberfläche des Abschnitts des Spitzenabschnitts mit einer frei liegenden Kornstruktur mehrere Unebenheiten definiert, wobei eine Dichte der Unebenheiten mindestens 15 [micro]m<-2> beträgt und wobei ein Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt an dem Abschnitt des Spitzenabschnitts, der die mehreren Unebenheiten definiert, mindestens 0,03 [micro]m beträgt.

7. Bondwerkzeug nach Anspruch 6, wobei die Dichte von Unebenheiten mindestens 20 [micro]m<-2> beträgt.

8. Bondwerkzeug nach Anspruch 6, wobei die Dichte von Unebenheiten mindestens 20 [micro]m<-2> beträgt und wobei der Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt mindestens 0,04 [micro]m beträgt.

9. Bondwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das Bondwerkzeug ein Loch definiert, das sich entlang der Länge des Bondwerkzeugs erstreckt, wobei das Loch dafür konfiguriert ist, eine Länge Draht aufzunehmen, wobei das Loch an einer innenseitigen Abschrägung des Spitzenabschnitts endet, wobei der Spitzenabschnitt einen Vorderflächenabschnitt an einem Abschlussende des Spitzenabschnitts neben der innenseitigen Abschrägung definiert, und wobei die Kornstruktur (1) der innenseitigen Abschrägung und/oder (2) des Vorderflächenabschnitts frei liegt.

10. Bondwerkzeug nach Anspruch 9, wobei die Kornstruktur sowohl der innenseitigen Abschrägung als auch des Vorderflächenabschnitts frei liegt.

11. Bondwerkzeug nach Anspruch 9, wobei die Kornstruktur des Vorderflächenabschnitts frei liegt, und wobei die Kornstruktur der Oberfläche der innenseitigen Abschrägung nicht frei liegt.

12. Bondwerkzeug nach Anspruch 11, wobei die Oberfläche der innenseitigen Abschrägung poliert ist.

13. Bondwerkzeug, das einen Körperabschnitt aufweist, der an einem Spitzenabschnitt endet, wobei eine Oberfläche von mindestens einem Abschnitt des Spitzenabschnitts mehrere Unebenheiten definiert, wobei eine Dichte der Unebenheiten mindestens 15 [micro]m<-2> beträgt und wobei ein Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt an dem Abschnitt des Spitzenabschnitts, der die mehreren Unebenheiten definiert, mindestens 0,03 [micro]m beträgt.

14. Bondwerkzeug nach Anspruch 13, wobei die Dichte von Unebenheiten mindestens 20 [micro]m<-2> beträgt.

15. Bondwerkzeug nach Anspruch 13, wobei die Dichte von Unebenheiten mindestens 20 [micro]m<-2> beträgt, und wobei der Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt mindestens 0,04 [micro]m beträgt.

16. Bondwerkzeug nach Anspruch 13, wobei das Bondwerkzeug ein Loch definiert, das sich entlang der Länge des Bondwerkzeugs erstreckt, wobei das Loch dafür konfiguriert ist, eine Länge Draht aufzunehmen, wobei das Loch an einer innenseitigen Abschrägung des Spitzenabschnitts endet, wobei der Spitzenabschnitt einen Vorderflächenabschnitt an einem Abschlussende des Spitzenabschnitts neben der innenseitigen Abschrägung definiert, und wobei eine Oberfläche (1) der innenseitigen Abschrägung und/oder (2) des Vorderflächenabschnitts die mehreren Unebenheiten definiert, wobei eine Dichte der Unebenheiten mindestens 15 [micro]m<-2> beträgt, und wobei ein Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt an (1) der innenseitigen Abschrägung und/oder (2) dem Vorderflächenabschnitt mindestens 0,03 [micro]m beträgt.

17. Bondwerkzeug nach Anspruch 16, wobei die Dichte von Unebenheiten mindestens 20 [micro]m<-2> beträgt.

18. Bondwerkzeug nach Anspruch 16, wobei die Dichte von Unebenheiten mindestens 20 [micro]m<-2> beträgt, und wobei der Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt mindestens 0,04 [micro]m beträgt.

19. Bondwerkzeug nach Anspruch 16, wobei die Oberfläche sowohl der innenseitigen Abschrägung als auch des Vorderflächenabschnitts die mehreren Unebenheiten definiert.

20. Bondwerkzeug nach Anspruch 16, wobei die Oberfläche des Vorderflächenabschnitts die mehreren Unebenheiten definiert, und wobei die Oberfläche der innenseitigen Abschrägung poliert ist.

21. Bondwerkzeug nach Anspruch 13, wobei der Körperabschnitt einen Eingriffnahmeabschnitt enthält, der für eine Eingriffnahme mit einem Messwandler einer Drahtbondmaschine konfiguriert ist, wobei eine Oberfläche des Eingriffnahmeabschnitts ausserdem die mehreren Unebenheiten definiert, wobei eine Dichte der Unebenheiten mindestens 15 [micro]m<-2> beträgt, und wobei ein Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt an der Oberfläche des Eingriffnahmeabschnitts mindestens 0,03 [micro]m beträgt.

22. Bondwerkzeug nach Anspruch 13, wobei das Bondwerkzeug einstückig aus dem Material gebildet ist, und wobei eine Oberfläche der gesamten Aussenseite des Bondwerkzeugs die mehreren Unebenheiten definiert, wobei eine Dichte der Unebenheiten mindestens 15 [micro]m<-2> beträgt, und wobei ein Oberflächenrauigkeitsdurchschnitt an der Oberfläche der gesamten Aussenseite des Bondwerkzeugs mindestens 0,03 [micro]m beträgt.