DE102004028397A1 - Verfahren für die Überprüfung der Qualität einer Wedgeverbindung - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren für die Überprüfung der Qualität einer Wedgeverbindung (7) zwischen einer Drahtbrücke (5) und einem Anschlusspunkt (4') auf einem Substrat (3), wobei die Drahtbrücke (5) mittels einer Kapillare (8) eines Wire Bonders gebildet wurde, ist gekennzeichnet durch die Schritte:
- Platzieren der Kapillare seitlich neben der Drahtbrücke (5) und in der Nähe der Wedgeverbindung (7), wobei sich die Spitze der Kapillare (8) unterhalb des Niveaus der Drahtbrücke (5) befindet.
- Bewegen der Kapillare (8) parallel zur Oberfläche des Substrats (3) und quer zur Drahtbrücke (5), bis die Wedgeverbindung (7) vom Anschlusspunkt (4') abreißt oder der Draht bricht, wobei gleichzeitig ein Signal gemessen wird, das ein Maß für die von der Kapillare (8) auf die Drahtbrücke (5) ausgeübte Kraft ist, und
- Bestimmung des Maximums des gemessenen Signals.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Überprüfung der Qualität einer Wedgeverbindung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
  • Ein Wire Bonder ist eine Maschine, mit der Halbleiterchips nach deren Montage auf einem Substrat verdrahtet werden. Der Wire Bonder weist eine Kapillare auf, die an der Spitze eines Horns eingespannt ist. Die Kapillare dient zum Befestigen des Drahts auf einem Anschlusspunkt des Halbleiterchips und auf einem Anschlusspunkt des Substrats sowie zur Drahtführung zwischen den beiden Anschlusspunkten. Bei der Herstellung der Drahtverbindung zwischen dem Anschlusspunkt des Halbleiterchips und dem Anschlusspunkt des Substrats wird das aus der Kapillare ragende Drahtende zunächst zu einer Kugel geschmolzen. Anschliessend wird die Drahtkugel auf dem Anschlusspunkt des Halbleiterchips mittels Druck und Ultraschall befestigt. Dabei wird das Horn von einem Ultraschallgeber mit Ultraschall beaufschlagt. Diesen Prozess nennt man Ball-bonden. Dann wird der Draht auf die benötigte Drahtlänge durchgezogen, zu einer Drahtbrücke geformt und auf dem Anschlusspunkt des Substrats verschweisst. Diesen letzten Prozessteil nennt man Wedge-bonden. Nach dem Befestigen des Drahts auf dem Anschlusspunkt des Substrats wird der Draht abgerissen und der nächste Bondzyklus kann beginnen.
  • Das Ball-bonden wie auch das Wedge-bonden werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Um Bondverbindungen von vorbestimmter Qualität zu erzielen, müssen für einen bestimmten Prozess die passenden Werte mehrerer physikalischer und/oder technischer Parameter eruiert werden. Beispiele solcher Parameter sind:
    • – die Bondkraft, das ist die Normalkraft, die die Kapillare während des Bondvorgangs auf die Bondkugel bzw. den Anschlusspunkt des Halbleiterchips ausübt,
    • – ein hierin als Ultraschallgrösse P bezeichneter Parameter, der die Beaufschlagung des Ultraschallgebers mit Ultraschall steuert. Die Ultraschallgrösse ist z.B. die Amplitude des Wechselstroms, der durch den Ultraschallgeber des Horns fliesst, oder die Amplitude der Wechselspannung, die an den Ultraschallgeber angelegt wird, oder die Leistung oder eine andere Grösse,
    • – eine hierin als Ultraschallzeit T bezeichnete Zeitdauer, die angibt, wie lange der Ultraschallgeber mit der Ultraschallgrösse P beaufschlagt wird,
    • – die Auftreffgeschwindigkeit der Kapillare auf den Anschlusspunkt,
    • – ein binärer Parameter, der angibt, ob der Ultraschallgeber bereits vor dem Auftreffen der Kapillare auf dem Anschlusspunkt mit der Ultraschallgrösse beaufschlagt wird.
  • Für die Bestimmung der Bondqualität im Sinne einer Qualitätskontrolle wie auch für die Ermittlung optimaler Bondparameter werden heutzutage vor allem zwei Methoden verwendet, nämlich
    • a) ein sogenannter Pull-Test, bei dem die Kraft gemessen wird, bei der der Bond vom Halbleiterchip bzw. vom Substrat abreisst, wenn der Bond in senkrechter Richtung zur Oberfläche des Halbleiterchips bzw. Substrats gezogen wird, und
    • b) ein sogenannter Shear-Test, bei dem die Kraft gemessen wird, bei der der Bond vom Halbleiterchip bzw. vom Substrat abreisst, wenn der Bond mittels eines Werkzeugs parallel zur Oberfläche des Halbleiterchips bzw. Substrats weggedrückt wird.
  • Diese Tests werden normalerweise mit speziell für diese Anwendung entwickelten Geräten durchgeführt. Aus dem Patent US 5 894 981 ist jedoch ein Drahtbonder bekannt, der für die Durchführung eines Pull-Tests eingerichtet ist. Dieser Drahtbonder betrifft ein spezifisches Verfahren für die Bildung der Drahtbrücken, bei dem der Draht nicht durch eine Kapillare zugeführt wird. Beim Pull-Test wird der Draht nach der Bildung des Wedge Bonds in einer senkrecht zur Oberfläche verlaufenden Richtung weggezogen. Der Nachteil bei diesem Test ist, dass die Überprüfung stattfindet, bevor der Bondzyklus vollständig beendet ist, da der Wedge Bond noch immer mit der Drahtzuführungsvorrichtung verbunden ist. Aus dem Patent US 5 591 920 ist ein Wire Bonder bekannt, der für die Durchführung eines Pull-Tests eingerichtet ist, bei dem der maximale Strom gemessen wird, der durch einen die Kapillare auf- und ab bewegenden Motor fliesst. Dieser Test lässt sich sowohl für Ball Bonds als auch für Wedge Bonds durchführen. Wenn dieser Pull-Test bei einem Wedge Bond durchgeführt wird, dann besteht ein wichtiger Nachteil darin, dass beim Testen nicht wie beim etablierten Pull-Test die Drahtbrücke belastet wird, sondern dass das im letzten Schritt des Bondzyklus abzureissende Drahtstück, der sogenannte tail, belastet wird.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen geeigneteren Test für die Überprüfung der Qualität eines Wedge Bonds zu entwickeln.
  • Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Die Überprüfung der Qualität einer Wedgeverbindung erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass die Kapillare des Wire Bonders benutzt wird, um die zwischen einem ersten Anschlusspunkt auf einem Halbleiterchip und einem zweiten Anschlusspunkt auf einem Substrat gebildete Drahtbrücke quer zur Längsrichtung der Drahtbrücke wegzuschieben, bis sich die Wedgeverbindung vom Anschlusspunkt löst oder der Draht reisst, wobei die Kapillare in der Nähe des zweiten Anschlusspunkts angreift. Die Überprüfung erfolgt mit einem Verfahren, das gekennzeichnet ist durch die Schritte:
    • – Platzieren der Kapillare seitlich neben der Drahtbrücke und in der Nähe der Wedgeverbindung, wobei sich die Spitze der Kapillare unterhalb des Niveaus der Drahtbrücke befindet,
    • – Bewegen der Kapillare parallel zur Oberfläche des Substrats und quer zur Drahtbrücke, bis die Wedgeverbindung vom Anschlusspunkt abreisst oder der Draht bricht, wobei gleichzeitig ein Signal gemessen wird, das ein Mass für die von der Kapillare auf die Drahtbrücke ausgeübte Kraft ist, und
    • – Bestimmung des Maximums des gemessenen Signals.
  • Die Überprüfung kann unmittelbar nach der Herstellung der Drahtverbindung erfolgen. Die einzelnen Schritte werden nun im Detail erläutert.
    • 1. Mit einem normalen Bondzyklus wird eine Drahtbrücke gebildet zwischen einem ersten Anschlusspunkt auf dem Halbleiterchip und einem zweiten Anschlusspunkt auf dem Substrat. Die Bondverbindung auf dem ersten Anschlusspunkt ist in der Regel ein so genannter "ball" Bond, die Bondverbindung auf dem zweiten Anschlusspunkt ist ein so genannter "wedge" Bond. Nach der Bildung der Wedgeverbindung wird der Draht wie üblich abgerissen und an der Kapillare eine neue Drahtkugel geformt.
    • 2. Die Kapillare wird seitlich neben der gebildeten Drahtbrücke platziert, ohne die Drahtbrücke zu berühren. Die Spitze der Kapillare befindet sich unterhalb des Niveaus der Drahtbrücke.
    • 3. Die Kapillare wird parallel zur Oberfläche des Substrats und orthogonal zur Drahtbrücke bewegt. Dabei kommt sie in Berührung mit dem Draht, spannt und verzieht den Draht, bis schliesslich die Wedgeverbindung abreisst oder der Draht bricht. Während dieser Bewegung wird das Signal eines Sensors, dessen Ausgangssignal ein Mass für die von der Kapillare auf die Drahtbrücke ausgeübte Kraft ist, fortlaufend gemessen und anschliessend das Maximum dieses Signals bestimmt. Dieses Maximum ist ein Mass für die Kraft, die nötig war, um den Draht abzureissen.
  • Der Sensor ist beispielsweise ein in den Bondkopf integrierter Kraftsensor. Der Kraftsensor misst z. B. die vom Horn, an dessen Spitze die Kapillare eingespannt ist, auf den Bondkopf ausgeübte Kraft.
  • Der Bondkopf hat zwei Antriebe; die die Bewegung der Kapillare parallel zur Oberfläche des Substrats ermöglichen. Als Sensor kann einer der beiden Antriebe dienen, wobei das Sensorsignal der durch den Antrieb fliessende Strom ist. Die Bewegung der Kapillare muss orthogonal zur Längsrichtung der Drahtbrücke erfolgen. Es ist vorteilhaft, die Längsrichtung der Drahtbrücke bezüglich den Bewegungsachsen des Bondkopfs so auszurichten, dass nur einer der beiden Antriebe nötig ist, um die Kapillare orthogonal zur Längsrichtung der Drahtbrücke zu bewegen. In diesem Fall muss nämlich nur der durch diesen Antrieb fliessende Strom gemessen und ausgewertet werden.
  • Wenn die Längsrichtung der Drahtbrücke bezüglich der Bewegungsachsen des Bondkopfs nicht speziell ausgerichtet ist und somit beide Antriebe nötig sind, um die Kapillare orthogonal zur Längsrichtung der Drahtbrücke zu bewegen, dann kann entweder nur der durch einen der beiden Antriebe fliessende Strom als Sensorsignal verwendet werden, oder es können die durch die beiden Antriebe fliessenden Ströme gemessen und daraus ein einziges Sensorsignal gebildet werden.
    •
  • Die Platzierung der Kapillare im Schritt 2 und ihre Bewegung im Schritt 3 wird nun anhand der Zeichnung illustriert.
  • Es zeigen: 1, 2 in Aufsicht bzw. in seitlicher Ansicht eine Drahtbrücke und eine Kapillare eines Wire Bonders, die die Drahtbrücke formte und erfindungsgemäss benutzt wird, um die Qualität der Drahtbrücke zu überprüfen, und
  • 3 in Aufsicht und schematisch den Bondkopf des Wire Bonders und zwei Antriebe für die Bewegung des Bondkopfs in der Horizontalebene.
  • Die 1 zeigt schematisch und in Aufsicht einen Halbleiterchip 1 mit mehreren Anschlusspunkten 2 und ein Substrat 3 mit mehreren Anschlussfingern 4. Zwischen einem ersten Anschlusspunkt 2' auf dem Halbleiterchip 1 und einem zweiten Anschlusspunkt 4' eines der Anschlussfinger 4 ist eine Drahtbrücke 5 geformt. Die Drahtbrücke 5 ist mit einer Ball-Verbindung 6 auf dem Anschlusspunkt 2' befestigt und mit einer Wedge-Verbindung 7 auf dem Anschlusspunkt 4'. Die Drahtbrücke 5 wurde mittels einer Kapillare 8 gebildet, die an einem nicht dargestellten Bondkopf eines Wire Bonders befestigt ist. Die Kapillare 8 befindet sich seitlich neben der Drahtbrücke 5 auf einer Höhe, dass sich ihre Spitze unterhalb des Niveaus des Angriffspunkts der Kapillare 8 an der Drahtbrücke 5 befindet. Dieser Zustand ist in der 2 gezeigt, er entspricht dem Zustand nach der Durchführung des Schritts 2 des oben erläuterten Verfahrens. Die 1 zeigt weiter die Bewegungsrichtung 9 der Kapillare 8 während des Schritts 3 des oben erläuterten Verfahrens.
  • Mit diesem Test soll die Qualität der Wedgeverbindung bestimmt werden. Aus diesem Grund wird die Kapillare 8 im Verfahrensschritt 2 in der Nähe der Wedgeverbindung 7 platziert, damit die von der Kapillare 8 auf die Drahtbrücke 5 ausgeübte Kraft vom Draht auf die Wedgeverbindung 7 übertragen wird, so dass die Wedgeverbindung 7 zwischen dem Draht und dem Anschlussfinger 4' abreisst, und nicht der Draht selbst entzweigerissen wird.
  • Die 3 zeigt in Aufsicht und schematisch den Bondkopf 10 des Wire Bonders und zwei Antriebe 11 und 12 für die Bewegung des Bondkopfs in der Ebene 13. In diesem Beispiel sind die beiden Antriebe 11 und 12 Linearmotoren mit orthogonal zueinander verlaufenden Bewegungsachsen x und y, wobei die Linearmotoren auch eine Bewegung des Bondkopfs senkrecht zu ihrer Bewegungsachse erlauben. Die Linearmotoren bestehen aus einem Stator und einer mit dem Bondkopf verbundenen Spule. Ein solcher Bondkopf ist beispielsweise aus der EP 317 787 bekannt. Die Richtung der Drahtbrücke 5 (1) ist vorzugsweise so gewählt, dass die Bewegungsrichtung 9 der Kapillare 8 entweder parallel zur x-Achse oder parallel zur y-Achse verläuft. Wenn die Bewegungsrichtung 9 der Kapillare 8 parallel zur x-Achse verläuf, dann kann als Sensorsignal der durch den Antrieb 11 fliessende Strom, d.h. bei diesem Beispiel der durch die Spule fliessende Strom, verwendet werden. Die Erfindung lässt sich auch auf einem beliebigen anderen Wire Bonder implementieren, beispielsweise bei einem Wire Bonder mit einem rotativen Bondkopf gemäss der EP 1 098 356 .
  • Die Erfindung wurde anhand eines weit verbreiteten Standardprozesses beschrieben, bei dem die Verbindung auf dem ersten Anschlusspunkt ein sogenannter "ball" Bond und die Bondverbindung auf dem zweiten Anschlusspunkt ein so genannter "wedge" Bond ist. Da es darum geht, die Qualität des "wedge" Bonds auf dem zweiten Anschlusspunkt zu bestimmen, kann die Bondverbindung auf dem ersten Anschlusspunkt eine beliebige Bondverbindung sein, z.B. ebenfalls ein "wedge" Bond. Die Erfindung kann in diesem Fall benützt werden um entweder die Qualität des "wedge" Bonds auf dem ersten Anschlusspunkt oder die Qualität des "wedge" Bonds auf dem zweiten Anschlusspunkt zu überprüfen. Im ersten Fall ist die Kapillare 8 in der Nähe des ersten Anschlusspunktes und im zweiten Fall wie am obigen Beispiel beschrieben in der Nähe des zweiten Anschlusspunktes seitlich der Drahtbrücke 5 zu platzieren.
  • Das Substrat ist durch die Anwendung vorgegeben. Das Substrat ist beispielsweise ein Leadframe oder eine Folie mit Leiterbahnen oder auch ein Halbleiterchip, wenn Halbleiterchips direkt aufeinander montiert werden (im Fachjargon als "stagged die" Anwendung bekannt).

Claims (2)

  1. Verfahren für die Überprüfung der Qualität einer Wedgeverbindung (7) zwischen einer Drahtbrücke (5) und einem Anschlusspunkt (4') auf einem Substrat (3), wobei die Drahtbrücke (5) mittels einer Kapillare (8) eines Wire Bonders gebildet wurde, gekennzeichnet durch die Schritte: – Platzieren der Kapillare (8) seitlich neben der Drahtbrücke (5) und in der Nähe der Wedgeverbindung (7), wobei sich die Spitze der Kapillare (8) unterhalb des Niveaus der Drahtbrücke (5) befindet, – Bewegen der Kapillare (8) parallel zur Oberfläche des Substrats (3) und quer zur Drahtbrücke (5), bis die Wedgeverbindung (7) vom Anschlusspunkt (4') abreisst oder der Draht bricht, wobei gleichzeitig ein Signal gemessen wird, das ein Mass für die von der Kapillare (8) auf die Drahtbrücke (5) ausgeübte Kraft ist, und – Bestimmung des Maximums des gemessenen Signals.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal die Stärke des Stroms ist, der durch einen die Kapillare (8) bewegenden Antrieb fliesst.
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