DE102005012992B4 - Verfahren, Bondeinrichtung und System zum Bonden eines Halbleiterelementes - Google Patents

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Abstract

Verfahren mit folgenden Schritten: Bonden eines Halbleiterelementes (4), wobei nacheinander durch eine Bondeinrichtung (9, 18, 21) verschiedene Kontaktflächen (5) des Halbleiterelementes (4) mit Anschlussflächen (2, 3) mittels Bonddrahtelementen (6) verbunden werden, Erfassen einer durch das Halbleiterelement (4) beeinflussten elektrischen Größe während des Bondens, gekennzeichnet durch den Schritt Anlegen einer Wechselspannung (25) zwischen der Bondeinrichtung (9, 18, 21) und einem hiergegen isolierten Teil, welches an das Halbleiterelement (4) kapazitiv angekoppelt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bonden eines Halbleiterelementes, bei dem nacheinander durch eine Bondeinrichtung verschiedene Kontaktflächen des Halbleiterelementes mit Anschlussflächen mittels Bonddrahtelementen verbunden werden, sowie eine Vorrichtung und ein System zur Durchführung des Verfahrens.
  • Logikschaltungen und Speicherbausteine werden mit steigender Integrationsdichte immer kleiner und enthalten zunehmend mehr elektrische Anschlüsse auf engem Raum. Üblicherweise wird ein Halbleiterelement auf ein Substrat gesetzt und dieses trägt Anschlussflächen, die mit Kontaktflächen des Halbleiterelementes über Bonddrähte verbunden sind. Bei der Kontaktierung derartiger Bonddrahtstücke mit Anschlussflächen und Kontaktflächen ist eine hohe Präzision gefordert, da wenig Platz zur Verfügung steht. Dabei werden für das Dünndrahtbonden Drähte mit einem Durchmesser zwischen 17 und 100 μm, beim Dickdrahtbonden zwischen 100 und 500 μm eingesetzt. Die entsprechenden Anschlussflächen sind metallisierte Flächen beispielsweise aus Gold, Kupfer oder Aluminium. Die Bonddrähte können ebenfalls aus einem dieser Materialien bestehen und werden durch mehrfaches Ziehen durch Diamantziehsteine auf den gewünschten Querschnitt gebracht.
  • Zum automatischen Bonden werden vorwiegend das Thermokompressions-, das Ultraschall- und das Thermosonicverfahren eingesetzt. Die genannten drei Verfahren sind beispielsweise in einem Manuskript der TU Cottbus beschrieben, das im Internet unter ”www.tu-cottbus.de/MST/lehre/scripte/UES-Bonden.pdf” mit dem Titel „Elektrische Kontaktierungen in Mikrosystemen – Drahtbonden” verfügbar ist.
  • Beim Thermokompressionsverfahren, auch Ballheadbonden oder Nailheadbonden genannt, findet das Fügen des Bonddrahtes mit der Anschlussfläche durch Wärmeeinwirkung zusammen mit einer Kompressionskraft statt. Die geschaffene Verbindung ist radial symmetrisch.
  • Beim Ultraschallbonden wird mit einem Werkzeug (wedge) zunächst ein Bonddraht auf eine Anschlussfläche gedrückt und dann Ultraschall in das Bondwerkzeug eingeleitet, so dass der Bonddraht sich mit einer Frequenz von etwa 40 kHz bis 150 kHz reibend über die Anschlussfläche bewegt.
  • Dabei wird in einer ersten Phase des Bondprozesses durch die Reibung zwischen den Fügepartnern jede Art von störenden Stoffen weggerieben. In der zweiten Phase, in der die zu verbindenden Stoffe rein aneinander anliegen, erhöht sich durch Reibung die Temperatur, bis dass die Fügeflächen praktisch abstandfrei aneinander anliegen und durch die erhöhte Temperatur Diffusionseffekte eintreten. In dieser Phase haften die Fügepartner aneinander und das Fügewerkzeug löst sich vom Bonddraht und streicht über dessen Oberfläche, was zu einem weiteren Wärmeeintrag führt, der die Verbindung ausheizt und das Entstehen von Sprödstellen verhindert.
  • Von modernen Bondgeräten wird während des Bondprozesses als Messgröße einerseits die reflektierte Ultraschallleistung, andererseits die Verformung des Bonddrahtes, der sich auf die Anschlussfläche senkt, zur Verfügung gestellt. Entsprechend gemessene Parameter zeigen einen typischen über die Bondzeit reproduzierbaren Verlauf.
  • Moderne Bondgeräte arbeiten automatisiert und sind programmierbar, so dass das Bonden eines Halbleiterelementes mit Bondraten von etwa 10 Anschlüssen pro Sekunde geschehen kann. Bei diesem Prozess treten immer wieder Fehler auf, die sich in nicht funktionierenden oder nicht ausreichend zuverlässig funktionierenden Modulen äußern.
  • Es sind verschiedene Methoden bekannt, um zu versuchen, Ausfallraten beim automatisierten Bondprozess zu senken.
  • Beispielsweise ist das sogenannte Motionblitzsystem bekannt, bei dem mit einer Hochgeschwindigkeitskamera während des Bondvorgangs das Werkzeug aufgenommen wird, um Fehlbewegungen des Werkzeugs, aber auch der Einspannung des Werkstücks durch eine nachfolgende Analyse erkennen und durch eine Optimierung des Prozesses beseitigen zu können.
  • Außerdem ist in dem Artikel Farhad Farassat: ”Wire Bonding Process Control”, In: TAP Resource, online ”SemiconductorFabtech.com/features/tap/articles/07.319.html” (Download am 17.01.2005) ein System der Firma F & K Delvotec GmbH zu entnehmen, bei dem während des Bondprozesses laufend die Bonddrahtdeformation und die reflektierte Ultraschallleistung des Ultraschallbonders gemessen wird. An dem Verlauf der Deformation und der Ultraschallleistung kann erkannt werden, ob der Bondvorgang den typischen Verlauf mit einem guten Ergebnis aufweist, oder ob ein Sonderfall, beispielsweise durch Verschmutzung einer Substratoberfläche oder ähnliches auftritt. Die Messwerte werden dem jeweils vermessenen Halbleiterelement oder -modul zugeordnet und in einer Speichereinrichtung gespeichert, so dass beim nachfolgenden Test einem ausgefallenen Teil im nachhinein noch die Messwerte des Bondvorgangs zugeordnet werden können. Es kann dann herausgefunden werden, ob der Ausfall durch eine Unregelmäßigkeit im Bondprozess hervorgerufen worden und ein eventuelles Nachjustieren des Prozesses erforderlich ist.
  • Auch ein unmittelbares Abbrechen des Bondprozesses wird als Möglichkeit angeführt, falls während des Bondprozesses selbst sich durch Analyse der gemessenen Daten herausstellt, dass ein Fehler vorliegt.
  • Das beschriebene Verfahren erlaubt in engen Grenzen, den Bondprozess anhand der erfassten Messgrößen mitzuverfolgen. Jedoch werden nur Fehler entdeckt, die speziell mit dem mechanischen Vorgang des Ultraschallbondens und hierbei auftretenden Fehlern zusammenhängen.
  • Die japanische Patentanmeldung JP 2003-059981 A beschreibt ein Verfahren, bei dem zwischen zwei Elektroden eines Leistungs-MOSFET eine konstante Spannung angelegt und diese während des Bondvorganges gemessen wird. Aus dem Verlauf der gemessenen Signale lässt sich wiederum auf einen Fehler beim Bonden schließen, insbesondere auf eine Zerstörung des Gateoxids. Der Nachteil bei diesem Verfahren besteht jedoch darin, dass die entsprechenden Elektroden mechanisch kontaktiert werden müssen.
  • Die JP 63-007643 A beschreibt ebenfalls eine Bondeinrichtung, bei der die Bondverbindung jedoch erst nach dem eigentlichen Bondvorgang elektrisch getestet wird.
  • Es wäre jedoch wünschenswert, eine umfassendere Fehleranalyse zu erlauben, die dennoch eine Zuordnung von Messgrößen zu dem jeweils einzelnen Halbleiterelement sowohl während des Bondvorgangs als auch im nachhinein erlaubt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dies unter Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik zu erreichen.
  • Erreicht wird dies mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1, 12 und 13. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Bisher war es üblich, während des Bondvorganges die durch die Bondeinrichtung bestimmbaren mechanischen Parameter nur teilweise auch zeitaufgelöst zu speichern.
  • Die elektrischen Eigenschaften des gebondeten Halbleiterelementes wurden jeweils erst statisch nach dem Bondvorgang vermessen. Zu diesem Zeitpunkt lässt sich im Herstellungsprozess jedoch nur noch entscheiden, ob das Bauteil brauchbar ist oder nicht. Es ist praktisch unmöglich, auseinander zu halten, ob das Halbleiterelement vor dem Bondvorgang schon defekt war oder ob eventuelle Fehler durch das Halbleiterelement selbst und nicht durch den Bondvorgang bedingt sind.
  • Daher ist es sinnvoll, eine das Halbleiterelement charakterisierende elektrische Größe während des Bondvorgangs ständig zu erfassen und zu speichern. Es kann zum Beispiel zuerst ein Gatedraht gebonded werden, der ein Gate des Halbleiterelementes mit einer Anschlussfläche verbindet. Dieser Anschluss kann dann einen Pol einer elektrischen Messschaltung bilden während die Bondeinrichtung den anderen Pol darstellt. Auf diese Weise ist beispielsweise bei Anlegen einer Gleichspannung durch eine Widerstandsmessung ein Kurzschluss zwischen einem Gate und beispielsweise Emitteranschlüssen des Halbleiterelementes zu messen, der jeweils eine Schädigung des Halbleiterelementes anzeigt. Mit dieser Messung ist es möglich, einen Defekt des Halbleiterelementes unmittelbar bei seinem Auftreten auch während des Bondvorgangs zu detektieren oder zumindest im nachhinein einen schon früher aufgetretenen Fehler zeitlich einzuordnen.
  • Es ist selbstverständlich auch möglich, vor dem Bondvorgang das Halbleiterelement noch einmal auf seine Intaktheit zu prüfen. Wird ein Fehler erkannt, so kann falls er vor dem Bonden auftritt, das Halbleiterelement ausgesondert werden. Tritt ein Fehler während des Bondvorgangs auf, so kann durch die zeitaufgelöste Erfassung und Speicherung erkannt werden, durch welchen Schritt des Bondprozesses der Fehler bedingt war und dieser Schritt kann im Prozessdesign beziehungsweise im Steuerungsprogramm der Bondeinrichtung überprüft und nötigenfalls korrigiert werden. Auf diese Weise kann der Bondprozess laufend optimiert werden, um die Ausfallrate zu senken.
  • Die Messung kann auch berührungslos erfolgen, dadurch dass eine Wechselspannung, beispielsweise als Sinusspannung oder Dreiecksspannung, an die Bondeinrichtung einerseits und einem zur Bondeinrichtung isolierten Teil, beispielsweise einer Gummiauflage, andererseits angelegt wird. Das zur Bondeinrichtung isolierte Teil befindet sich in unmittelbarer Nähe zu dem Halbleiterelement und ist an dieses kapazitiv durch eine leitende Fläche angekoppelt. Änderungen in der Gate-Emitter-Strecke, insbesondere ein Leckstrom oder ein Kurzschluss, machen sich durch eine Änderung, beispielsweise des Verlaufs der Impedanz oder der IV-Kennlinie, bemerkbar, die gemessen und dargestellt werden kann.
  • Wird gleichzeitig beobachtet, an welchem Punkt der Bondprozess angelangt ist, so kann der auftretende Fehler mit bestimmten Schritten des Bondprozesses identifiziert werden. Dadurch ist insbesondere eine ortsaufgelöste Erfassung von Fehlern beim Bondprozess möglich. Wird beispielsweise ein Halbleiterbauelement mit mehreren parallel geschalteten Kontaktdrähten gebondet, kann direkt während des Bondprozesses festgestellt werden, ob jeder einzelne Kontakt fehlerfrei hergestellt werden und bei Auftreten eines Fehlers einerseits der Bondprozess sofort abgebrochen werden, was Zeit und Materialkosten spart, und andererseits der Fehler einer bestimmten Kontaktstelle und somit einem bestimmten Schritt des Bondprozesses zugeordnet werden.
  • Die Messung der Impedanz wird typischerweise durch Anlegen einer Wechselspannung zwischen 100 Hz und einigen kHz und Vermessung des kapazitiven Widerstandes durchgeführt.
  • Um das Auftreten eines Fehlers möglichst genau den einzelnen Schritten des Bondvorganges zuordnen zu können, werden vorteilhaft die reflektierte Ultraschallleistung, falls es sich um ein Ultraschallbondgerät handelt, und/oder die Deformation des Bonddrahtes laufend erfasst und gleichzeitig mit der erfassten elektrischen Größe gespeichert.
  • Dies kann beispielsweise in einem Dreikanalspeicheroszilloskop erfolgen, was jedoch im wesentlichen für den Laborbetrieb sinnvoll ist, während für eine industrielle Herstellung entsprechende Daten in einer Datenbank gespeichert werden sollten. Auf diese Weise kann nach dem Abschluss des Bondprozesses einerseits gezeigt werden, dass alle Schritte vorschriftsmäßig durchlaufen wurden, ohne dass Unregelmäßigkeiten aufgetreten sind, so dass das entstehende Bauteil zertifiziert werden kann.
  • Andererseits kann beim Auftreten von Fehlern analysiert werden, in welchem Schritt des Bondprozesses diese aufgetreten sind und es können die entsprechenden Schritte korrigiert und verbessert werden.
  • Wenn gleichzeitig jedem vermessenen Halbleiterelement eine Identifikationsnummer zugeordnet wird, dann können auch im nach hinein noch ganzen Chargen von Halbleiterelementen bestimmte Messwerte zugeordnet werden. Dadurch können beispielsweise schadhafte Teile auch nach der Auslieferung noch zurückgerufen werden. Außerdem ist bei später auftretenden Fehlern nachweisbar, dass die Bauteile beim Verlassen der Produktionsstätte einwandfrei waren, wodurch die Haftungssituation beim Produzenten nachhaltig verbessert werden kann.
  • Werden gewisse Abweichungen von geforderten Parametern während der Messung detektiert, die aber noch zulässig sind, so kann das Bauteil auch als akzeptabel und zweitklassig zertifiziert werden.
  • Um jederzeit den zeitaufgelöst erfassten Messwerten der elektrischen Größe, beispielsweise der Kapazität bzw. der Impedanz, des Leckstroms oder der IV-Kennlinie, einen Schritt des Bondprozesses zuordnen zu können, kann es auch vorteilhaft sein, ein bestimmtes Triggersignal der Bondeinrichtung zur Grundlage der Zeitmessung und Abspeicherung der Messdaten zu machen.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine Bondeinrichtung einen Generator für eine Wechselspannung auf, die entsprechend den obigen Ausführungen angelegt wird sowie eine Einrichtung zur Messung der elektrischen Größe, insbesondere des Verlaufs der Impedanz, und eine Datenerfassungseinrichtung, die Messwerte der elektrischen Größe und anderer Parameter, die die Bondeinrichtung liefert, zeitaufgelöst speichert. Es kann nach Abschluss des Bondprozesses eine Auswertung der Daten mittels einer Auswerteeinrichtung erfolgen, jedoch auch schon während des Bondprozesses, indem zumindest die elektrische Messgröße mit Sollwerten verglichen wird, die entweder fest vorgegeben werden oder aber auch zeitlich von dem gerade durchlaufenen Abschnitt des Bondprozesses abhängen. Somit können bestimmte Messwertverläufe mit Sollwertverläufen verglichen werden. Wird die Abweichung von einem Sollmesswert oder Sollmesswertverlauf zu groß, so weist die Auswerteeinrichtung auf die Abweichung hin, speichert entsprechende Vermerke in der Datenbank der Datenerfassungseinrichtung und gibt ein Signal aus, mittels dessen beispielsweise die Bondeinrichtung gestoppt werden kann, das einzelne Bauteil ausgesondert werden und auch im Wiederholfall des Aussonderns eine ganze Charge von Halbleiterelementen verworfen werden kann. Das ganze, aus der Bondeinrichtung, der Datenerfassungseinrichtung und einer Steuereinrichtung bestehende System ist zur vollautomatischen Steuerung des Bondprozesses mit gleichzeitigem Monitoring der Qualität der Produkte geeignet. Wenn Fehler auftreten, können diese entweder durch Analyse der Messwerte durch einen Laboranten dadurch abgestellt werden, dass der Bondprozess geändert wird, oder es können bei bestimmten Abweichungen auch Bondparameter automatisiert nachgestellt werden, um eine gleichbleibende Qualität zu erreichen.
  • Die Erfindung erlaubt somit einerseits das schnelle Abbrechen eines einzelnen Bondvorganges nach Detektion eines Fehlers oder das Abbrechen einer Serie, wenn bemerkt wird, dass wiederkehrende Fehler bei einer Charge auftreten sowie das Optimieren des Bondprozesses zwischen verschiedenen Fertigungsserien oder auch laufend während einer Fertigungsserie.
  • Fehler können Bondvorgängen einzelner Bonddrahtelemente zugeordnet werden, indem diese beispielsweise durch eine falsche Steuerung nicht an die richtige Stelle des Substrats gelangen oder nicht optimale Bondparameter angewendet werden. So wird eine ortsaufgelöste Erfassung von Fehlern während des Bondprozesses ermöglicht. Insbesondere können mit diesem Verfahren Bondpositionen an einem Halbleiterelement, die grundsätzlich schlechter zu bonden und damit fehleranfälliger sind, ermittelt werden. Auch Bedingungen des Halbleiterelementes, die das Funktionieren eines Standardbondprozesses erschweren, werden aufgedeckt und es lassen sich Fehler, die von den Halbleiterelementen abhängen, von solchen, die vom Bondprozess abhängen, leicht trennen. Entsprechende Prüfungen der Bauteile durch Zugversuche und Scherversuche der Bonddrahtverbindungen können damit auf ein Minimum reduziert werden. Dies erscheint insbesondere deshalb wertvoll, da durch das Auftreten von Fehlern, die sich bei derartigen Zerstörungsprüfungen zeigen, kaum auf die genaue Fehlerursache geschlossen werden kann.
  • Zusätzlich zu der elektrischen Größe können selbstverständlich auch die ohne weiteres von der Bondeinrichtung zur Verfügung gestellten Messwerte für sich sinnvoll ausgewertet werden, um beispielsweise anhand der zeitaufgelösten Ultraschallreflexion den zeitlichen Abstand zwischen zwei Bondvorgängen ein und desselben Bonddrahtelementes zu verfolgen und daraus bei bekannten Bewegungsparametern des Bondkopfes auf die Länge des Bonddrahtelementes zu schließen. Hierdurch kann einerseits auf die Bonddrahtlänge und andererseits auf die Höhe des durch dieses geschaffenen Loops geschlossen werden. Es ist wichtig, dass die Bonddrahtlängen bei einem Halbleiterelement an allen Anschlüssen einerseits reproduzierbar, andererseits möglichst gleich lang sind, da bei ungeplanten Unregelmäßigkeiten Widerstandserhöhungen auftreten, die zu partiellen Erhitzungen führen, die weitere Schädigungen nach sich ziehen und damit das ganze Halbleiterelement zerstören können. Entsprechend können beispielsweise auch Messungen der Deformation des Bonddrahtes ausgewertet werden.
  • Wird das reflektierte Ultraschallsignal genauer analysiert, so kann aus diesem beziehungsweise seinem zeitlichen Verlauf, wie auch aus der Messung der elektrischen Größe, auch auf Schwingungen der Aufspannung des Halbleiterelementes geschlossen werden, die die Qualität der Bondung stark gefährden, da eine Schwingung des Substrates mit der für das Ultraschallschweißen notwendigen Schwingungsbewegung des ultraschallbeaufschlagten Bonddrahtendes interferieren und die genaue Positionierung der Bondverbindung gefährden kann. Auch derartige Fehlaufspannungen lassen sich durch Analyse der Ultraschallreflexion oder auch der gemessenen elektrischen Größe herausfinden und dann gezielt abstellen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Figuren der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näherbeschrieben. Die Erfindung bezieht sich dabei einerseits auf ein Verfahren, andererseits auf eine Bondvorrichtung und auch ein umfassenderes System, das die Bondeinrichtung enthält. Dabei zeigt
  • 1 schematisch ein Halbleiterelement auf einem Substrat in dreidimensionaler Ansicht,
  • 2 schematisch die Funktionsweise eines Bondgerätes,
  • 3 einen Ultraschallbondkopf,
  • 4 eine Bondeinrichtung mit einer Messeinrichtung für eine elektrische Größe,
  • 5 eine Messkurve der Bonddrahtdeformation während des Bondvorgangs in zwei Varianten,
  • 6 eine erste Messkurve des Spannungsverlaufs während eines ersten Bondprozesses,
  • 7 eine zweite Messkurve des Spannungsverlaufs während eines zweiten Bondprozesses,
  • 8 eine dritte Messkurve des Spannungsverlaufs während eines dritten Bondprozesses,
  • 9 einen Verlauf der Impedanz während eines Bondprozesses,
  • 10 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Bonder, einer Messschaltung, einem zu bondenden und zu vermessenden Bauteil, einer Auswerteeinrichtung sowie einer Datenerfassungseinrichtung,
  • 11 einen Verlauf eines Bondprozesses bei Zerstörung des dritten Bonds,
  • 12 einen Verlauf eines Bondprozesses bei bereits erfolgter Zerstörung der Halbleiterstruktur durch einen vorherigen Bondprozess,
  • 13 einen Verlauf eines Bondprozesses mit vier Bondungen mit gutem Bondverlauf, und
  • 14 einen Verlauf eines Bondprozesses mit vier Bondungen mit schlechtem Bondverlauf der ersten Bondung.
  • Die 1 zeigt ein Substrat 1 beispielsweise aus einer Keramik, das Leiterbahnen trägt, die in Anschlussflächen 2, 3 enden, welche in unmittelbarer Nachbarschaft eines Halbleiterelementes 4 liegen.
  • Das Halbleiterelement 4 weist Kontaktflächen 5 auf, die über Bonddrähte mit den Anschlussflächen 2, 3 verbunden werden. Derartige Bonddrähte können beispielsweise aus Gold, Kupfer oder Aluminium bestehen und sind zwischen einigen 10 und wenigen 100 μm dick. Besonders günstig sind Verbindungen zwischen Bonddrähten und Anschlussflächen dann, wenn diese aus demselben Material bestehen. Bei unterschiedlichen Materialien können Diffusionseffekte, die von einem Metall in das andere in unterschiedlicher Geschwindigkeit vor sich gehen als umgekehrt, Störungen in der Metallmatrix hervorrufen, die zu einer Schädigung des Kontaktes führen können. Dies können aber zwischengelagerte Metallschichten aus entsprechend geeigneten dritten Werkstoffen verhindern.
  • Die eigentliche Bondverbindung zwischen einem Bonddraht 6, der in 2 dargestellt ist und einer Anschlussfläche 7 beziehungsweise einer Kontaktfläche 8, die in der 2 nur schematisch dargestellt sind, wird mittels einer Bondeinrichtung, beispielsweise durch Ultraschallbonden hergestellt. Dies zeigt schematisch die 2. Es ist ein Ultraschallbondwerkzeug 9 dargestellt, das an seiner unteren Spitze eine sogenannte wedge aufweist, die in der 3 vergrößert dargestellt und mit 10 bezeichnet ist. Dieses Werkzeug weist eine Wulst 11 auf, die den Bonddraht 12 auf eine Anschlussfläche 13 drückt und in Richtung des Pfeils 14 mit der eingespeisten Ultraschallfrequenz parallel zur Oberfläche der Anschlussfläche 13 alternierend bewegt. In einer ersten Phase führt dies zu einer Reinigung der aneinandergeriebenen Fläche zwischen dem Bonddraht und der Anschlussfläche 13, in der zweiten Phase zu einer Verformung des Materials mit nachfolgendem Ineinanderfließen der Flächen und in der dritten Phase zu einem Erstarren der Verbindung. In der dritten Phase ist der Bonddraht bereits an der Anschlussfläche befestigt und die wedge 11 reibt mit der Ultraschallfrequenz am stehenden Bonddraht entlang.
  • Die mit diesem Vorgang einhergehende Deformation des Bonddrahtes senkrecht zur Anschlussfläche 13 wird mittels eines Deformationsmessgerätes 15, wie in der 2 dargestellt, gemessen und eine typische Messkurve ist in der 5 in zwei Varianten 16, 17 dargestellt. Auf der y-Achse ist die Deformation aufgetragen, während auf der x-Achse die Zeit dargestellt ist. Die Kurve 16 zeigt einen Bondvorgang, bei dem in der ersten Phase bis zum Zeitpunkt t1 im wesentlichen eine Reinigung der Oberflächen stattgefunden hat, in der zweiten Phase bis t2 der eigentliche Kontakt hergestellt und dann etwa bis zur Zeit t3 der Kontakt erstarrt. Gemäß der Kurve 17 läuft der gesamte Bondvorgang zeitlich verzögert ab. Die entsprechenden Zeiten sind mit t1', t2' bezeichnet. Zu Beginn des Bondvorgangs tritt offensichtlich dort eine Verzögerung auf. Dies ist ein Anzeichen dafür, dass die Oberflächen des Bonddrahtes oder der Anschlussflächen nicht in der erwartet sauberen Form vorliegen. Eine solche Feststellung kann beispielsweise dazu führen, dass der Bonddraht gewechselt oder eine Charge von Halbleiterelementen vor dem Fortfahren mit dem Bondprozess gereinigt werden.
  • Die 2 zeigt unter anderem eine Steuerungs- und Antriebseinrichtung 18 für das Bondwerkzeug, die dieses zu dem Punkt des Substrats bringt, wo ein Bondkontakt herzustellen ist. Es kann zusätzlich auch eine Einrichtung zur Bewegung und Drehung des Substrats 1 vorgesehen sein. Die Steuerungs- und Antriebseinrichtung 18 steuert das Bondwerkzeug in xy-Richtung über die Oberfläche des Substrats und zusätzlich in z-Richtung, um den Bonddraht in Kontakt mit einer Anschlussfläche zu bringen.
  • Der Bonddraht ist, wie in 3 dargestellt, durch eine Öse des Bondwerkzeugs oder durch eine Drahtführungskapillare hinter dem Bondwerkzeug geführt, so dass mit dem Bondwerkzeug auch ein freies Ende des Bonddrahtes jeweils mitbewegt wird. Der Bonddraht 12 ist dabei auf einer Spindel 19 aufgewickelt, die über einen Winkelmesser 20 verfügt, durch den sich feststellen lässt, wie viel von dem Bonddraht jeweils abgewickelt wurde. Während das Bondwerkzeug mit Hilfe der wedge 11 eine Bondverbindung herstellt, steht die Spindel 19 fest, um danach, wenn das Bondwerkzeug zur nächsten Bondstelle fährt, weiter abgewickelt zu werden. Zwischen zwei Haltepunkten der Spindel 19 kann dann mittels des Winkelmessers 20, jedoch auch durch die bis zum nächsten Bond verstreichende Zeit, ermittelt werden, welche Länge des Bonddrahtes abgewickelt und für eine Bondverbindung verwendet wurde. Die so gemessene Bonddrahtlänge kann bis auf 1/10 mm genau bestimmt werden.
  • Die Bondeinrichtung verfügt über einen Ultraschallantrieb 21, der mit dem Bondwerkzeug 9 verbunden ist und dies in Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats 1 mit einer alternierenden Bewegung mit Ultraschallfrequenz, beispielsweise in der Größenordnung von etwa 40 kHz bis 150 kHz beaufschlagt. Gleichzeitig wird mittels des Messgerätes 22 die reflektierte Ultraschallleistung gemessen und an eine Speichereinrichtung 23 gegeben, die gleichzeitig auch die mit dem Deformationsmessgerät 15 erfasste Deformation des Bonddrahtes in z-Richtung aufnimmt. Zu den jeweiligen Messwerten in zwei Kanälen wird als dritter Kanal die jeweilige Messzeit gespeichert, so dass sich der Verlauf beider erfassten Messgrößen zeitaufgelöst darstellen lässt. Beispielsweise werden die Messungen mit dem ersten Touchdown, das heißt der Berührung des Bonddrahtes auf einer Anschlussfläche begonnen oder mit einem anderweitig in der Bondeinrichtung erzeugten Triggersignal. Während des Bondens oder auch später lässt sich durch Analyse der Messkurven in der Speichereinrichtung 23 die Qualität einer einzelnen Bondverbindung beurteilen. Die entsprechenden Messkurven werden beispielsweise nummeriert und sind den einzelnen Bondverbindungen auch im nachhinein zuordenbar. Ganze Sets von Messungen sind dann einem einzelnen Substrat zugeordnet.
  • 4 zeigt eine Messeinrichtung, die im wesentlichen über alle Einrichtungen verfügt, wie sie in der 2 dargestellt sind. Zusätzlich weist die Bondeinrichtung ein Impedanzmessgerät 24 auf, das an einer Wechselspannungsquelle 25 angeschlossen ist, welche ihrerseits mit zwei voneinander isolierten Teilen der Bondeinrichtung oder des Halbleiterelementes verbindbar ist.
  • In der 4 sind verschiedene Varianten dargestellt, von denen jedoch auch nur eine einzige bei einer Bondeinrichtung verwirklicht sein kann. Die Wechselspannung 25 steht an den Anschlüssen 26, 27 zur Verfügung. Einerseits kann ein Pol 26 mit einem Anschluss 28 der Bondeinrichtung verbunden sein, während der andere Anschluss 27 mit einem Anschluss 29 einer isolierten Unterlage 30 für das Substrat 1 verbunden wird. Die Unterlage 30 besteht aus einer unteren Gummischicht 31 und einer oberen Metallisierung 32. Wichtig ist, dass die Unterlage 30 gegenüber der Bondeinrichtung mit dem Bondwerkzeug 9 elektrisch isoliert ist. Es besteht damit eine Kapazität zwischen der Unterlage 30 und der Bondeinrichtung, die sich durch das Vorhandensein des Substrats 1 beziehungsweise des Halbleiterelementes 4 ändert. Die Änderung der Impedanz ist unter anderem auch davon abhängig, wie die einzelnen Anschlüsse des Halbleiterelementes 4 mit Anschlussflächen 2 auf dem Substrat 1 verbunden sind. Das Substrat ist quasi kapazitiv an den zwischen der Unterlage 30 und der Bondeinrichtung gebildeten Kondensator angekoppelt. Es ergibt sich eine Gesamtkapazität, die durchaus unterschiedlich ist je nachdem ob die Bonddrahtverbindungen zwischen dem Halbleiterelement 4 und entsprechenden Anschlussflächen 2, 3 wunschgemäß und vollleitend hergestellt sind oder nicht. Außerdem ist die Impedanz beispielsweise vom Sperrvermögen einer Gate-Emitter-Strecke in dem Halbleiterelement abhängig. Ist eine solche Verbindung defekt, so zeigt sich dies an der entsprechenden Messung im Messgerät 24 und der Bondvorgang kann wegen des Schadens abgebrochen werden.
  • Es muss somit nicht gewartet werden, bis das Halbleiterelement 4 vollständig gebondet ist, um dieses elektrisch zu untersuchen. Hierdurch wird Zeit beim Bondprozess gespart. Außerdem kann, während die anderen Messungen wie beispielsweise der reflektierte Ultraschallleistung und der Deformation durchgeführt werden, gleichzeitig auch die elektrische Größe gemessen werden. Zeigt sich während des Bondprozesses, dass eine außerplanmäßige Veränderung der Impedanz eintritt, so kann auf eine fehlerhafte Veränderung des Halbleiterelementes durch den Bondprozess geschlossen werden. Es kann dann das Bondprogramm an dem Punkt, an dem die schadhafte Veränderung festgestellt wurde, gezielt geändert werden. Auf diese Weise wird der Ausschuss in einer Serie drastisch gesenkt.
  • Anhand der 6 bis 9 und 11 bis 14, welche unterschiedliche Ergebnisse von Messungen einer elektrischen Größe während eines Bondprozesses zeigen, soll die elektrische Messmethode und deren Vorteile erläutert werden.
  • Die in den 6 bis 9 und 11 bis 14 dargestellten Messsignale wurden mit einer Vorrichtung erzeugt, bei welcher zunächst ein Gate eines Halbleiterelements gebondet wurde, welches den ersten Pol der Spannungsmessung bildet. Anschließend wird der Emitter des Halbleiterelements, entweder ein einzelner Kontakt oder mehrere parallel geschaltete Kontakte, gebondet. Die Bondeinrichtung ist dabei geerdet und bildet den zweiten Pol zur Spannungsmessung. Zur Messung wird dabei, anders als bei der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen, eine Gleichspannung angelegt.
  • 6 zeigt in Kurve 1' den zeitlichen Verlauf der reflektierten Ultraschallleistung. Bei Kontakt der Bondeinrichtung steigt das Signal im Punkt 1a' der Kurve 1' stark an, um anschließend im Verlauf 1b der Kurve 1' bei Ausbildung des Bonds wieder abzufallen. Die Kurve 2' zeigt das Messsignal der gemessenen elektrischen Größe, vorliegend der Spannung zwischen dem Gate und dem Emitter während des Bondprozesses. Der starke Einbruch der Spannung der Kurve 2' im Punkt 2a' zeigt deutlich den beim Bonden erzeugten Kurzschluss zwischen dem Gate und dem Emitter. Anhand eines derartigen Verlaufs der gemessenen elektrischen Größe ist sofort erkennbar, zu welchem Zeitpunkt und bei welchem Schritt des Bondprozesses, somit bei welchem Bond, ein Fehler aufgetreten ist, so dass das vorliegende Halbleiterelement aussortiert werden kann.
  • In 7 sind drei aufeinander folgende Bondprozesse eines Halbleiterelements dargestellt. Die Kurve 1' zeigt wiederum den zeitlichen Verlauf der reflektierten Ultraschallleistung, wobei an den Punkten 1a', 1b' und 1c' der jeweilige Bondprozess durchgeführt wird. Die Kurve 2' stellt wiederum die gemessene elektrische Größe, vorliegend die Spannung zwischen dem zuerst gebondeten Gate und den nachfolgend gebondeten Emittern, dar. Das Signal zeigt keine Einbrüche, sondern verläuft im wesentlichen konstant, so dass sofort ersichtlich ist, dass während des Bondprozesses keine Schädigungen des Bauelements aufgetreten sind. Erkennbar sind jedoch die Schwankungen in den Höhen der Signale während der einzelnen Bondprozesse (Punkte 1a', 1b' und 1c'). Aus dem unterschiedlichen Verlauf der Signale der Bondprozesse kann auf eine unterschiedliche Qualität der verschiedenen Bonds geschlossen werden. Im Idealfall sollten die Signale der einzelnen Bondprozesse (Punkte 1a', 1b und 1c') identisch verlaufen.
  • 8 zeigt ein weiteres Beispiel eines vermessenen Bondprozesses mit zwei Bondschritten. In der Kurve 1' ist der zeitliche Verlauf der reflektierten Ultraschallleistung dargestellt, welche an den Punkten 1a' und 1b' jeweils einen Bondprozess zeigt. Die Kurve 2' zeigt wiederum den zeitlichen Verlauf der Spannung zwischen einem zuerst gebondeten Gate und den nachfolgend gebondeten Emittern. Zwischen den beiden Bondschritten (Punkte 1a' und 1b') zeigt sich im Punkt 2a' ein Spannungseinbruch in der Kurve 2'. Dieser weist auf einen Defekt der Halbleiterstruktur hin, der nicht durch das Bonden verursacht worden ist. Bei dem Spannungseinbruch an Punkt 2a handelt es sich um den Touchdown, also das Aufsetzen des Bondwerkzeugs auf der Halbleiteroberfläche ohne Einwirkung von Ultraschallleistung. Die Spannungserhöhung zwischen dem Touchdown und dem eigentlichen Bondvorgang (ab Punkt 2b') macht dies deutlich, da hier der Draht nochmals von der Oberfläche entfernt wird. Dieser Effekt ist nur bei dem ersten Emitterbond zu beobachten und somit eine Kontrolle der Chipbeschaffenheit.
  • Wichtig für die Prozesssicherheit beim Bonden ist es, Fehler, die nicht durch den Bondprozess verursacht werden, diesem auch nicht zuzuordnen, wie es bei dem beschriebenen Verlauf der Fall ist. Bei einem Bonddefekt bleibt der Spannungseinbruch vom ersten Kontakt mit der zu bondenden Oberfläche bis zum Abschneiden bestehen, wie dies in 11 gezeigt ist. Die nachfolgenden Bondverbindungen zeigen diesen Spannungsabfall bereits bei der Kontaktierung der ersten gemeinsamen Oberfläche, wie in 12 dargestellt.
  • In den 13 und 14 sind zwei Bondverläufe dargestellt, die sich in ihrer Bondqualität des ersten Bonds signifikant unterscheiden, ohne dass die Funktionsfähigkeit eingeschränkt wäre.
  • In 13 liegt der Punkt 1'' geringfügig erhöht zu den anderen Endpunkten der Bondverläufe (Punkt 2, 3 und 4). In 14 liegt der Punkt 1'' jedoch deutlich höher als die Punkte 2'', 3'' und 4'', was bedeutet, dass in die Bondung zu Punkt 1'' erheblich weniger Energie eingeprägt wurde und somit die Qualität der Bondung schlechter ist als bei Punkt 1'' in 13. Durch diese Auswertung ist es möglich, solche qualitativ schlechteren Bonds zu ermitteln und ggf. als 1b-Ware zu deklarieren bzw. auszusortieren. 9 zeigt den zeitlichen Verlauf einer Impedanz während eines Bondprozesses, bei welchem zwischen der Unterseite eines Substrats und der Bondeinrichtung eine Wechselspannung gemäß der in 4 dargestellten Bondeinrichtung angelegt wird. Während des Bondprozesses wird somit die elektrische Größe, vorliegend die Impedanz zwischen dem Substrat und dem gerade zu bondenden Emitter, zeitlich in Abhängigkeit von der angelegten Wechselspannung erfasst. Liegt eine kurzgeschlossene Verbindung zwischen dem Gate und dem zu bondenden Emitter vor, ist der zeitliche Verlauf der Impedanz in Abhängigkeit von dem Verlauf der Wechselspannung im wesentlichen ellipsenförmig (s. Kurve 3a in 9). Treten während des Bondprozesses keine Schädigungen auf, zeigt sich in dem zeitlichen Verlauf der Impedanz eine unregelmäßige Ausbuchtung in dem ansonsten im wesentlichen ellipsenförmigen Verlauf (s. Kurve 3b in 9). Auch bei einer Messung mit Wechselspannung lässt sich somit während des Bondprozesses erkennen, ob eine Schädigung des Bauelements vorliegt.
  • Zur Vermessung der elektrischen Eigenschaften des Halbleiterelementes beziehungsweise des Substrates mit der in 4 dargestellten Messeinrichtung können die Anschlüsse 26, 27 auch direkt mit Anschlüssen 33, 34 von Anschlussflächen 2, 35 verbunden werden. Diese Verbindung ist zwar während des sehr schnell durchgeführten Bondprozesses schwierig herzustellen, jedoch erlaubt sie eine noch präzisere Messung der elektrischen Eigenschaften des Substrats beziehungsweise des Halbleiterelementes. Es kann auch auf der einen Seite ein Gateanschluss mit einem Ausgang der Wechselspannung verbunden werden und auf der anderen Seite die leitende Unterlage 30 oder die Bondeinrichtung mit dem anderen Anschluss der Wechselspannung um einen aussagekräftigen elektrischen Messwert zu erhalten. Die Messwerte der gemessenen Kapazität werden von dem Messgerät 24 direkt an eine Speichereinheit 36 zur Speicherung gegeben. Diese kann den Messwerten einen Zeitstempel geben, dadurch dass eine Zeiterfassung 42 durch die Bondeinrichtung oder eine Messeinrichtung für die Deformation oder die reflektierte Ultraschallleistung getriggert wird.
  • Dadurch, dass die verschiedenen Messgrößen zeitlich aufgelöst gemessen und gespeichert werden, lässt sich sowohl online als auch im nachhinein bei der Analyse eines Bondvorganges genau sagen, aufgrund welcher Vorgänge sich eine elektrische Eigenschaft des Halbleiterelementes oder des Substrats geändert hat und ob dies wünschenswert war oder nicht.
  • 10 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Bonder 50, einer Messschaltung 51, einem zu bondenden und zu vermessenden Bauteil 52, einer Auswerteeinrichtung 53 sowie einer Datenerfassungseinrichtung 54, anhand dessen die unterschiedlichen Signalflüsse und Speichermöglichkeiten von ermittelten Daten erläutert werden. Dazu gibt zunächst die folgende Tabelle eine Übersicht, welche Elemente der Vorrichtung untereinander welche Art von Daten oder Signalen austauschen.
    Von/An Bonder Bauteil Messschaltung Auswertung Datenerfassung
    Bonder - Trigger Signale Daten
    Bauteil - Messwert -
    Messschaltung - Messsignal Messwerte -
    Auswertung Daten - - - Daten
    Datenerfassung Daten - - Daten
  • Der Bonder 50 gibt zunächst ein Triggersignal an die Messchaltung 51, um die jeweilige Messung zu starten. Durch die Messschaltung 51 wird ein Messsignal an das Bauteil 52 angelegt. Dies kann auch, wie anhand der 4 beschrieben, kontaktlos erfolgen. Von dem Bauteil 52 wird das durch das Bauteil 52 geänderte Messsignal als Messwert an die Messschaltung 51 zurückgegeben. Durch die Messschaltung 52 werden die aufbereiteten Messwerte an die Auswerteeinrichtung 53 übergeben.
  • Der Bonder 50 gibt zusätzlich weitere Signale wie beispielsweise die reflektierte Ultraschallleistung oder den Verformungsverlauf direkt an die Auswerteeinrichtung 53. Schließlich kommuniziert der Bonder 50 auch mit der Datenerfassungseinrichtung 54 und stellt dieser sämtliche Bondparameter zur Verfügung, damit nach Abschluss des Bondprozesses jedem Bauteil 52 die Bondparameter zugeordnet werden können. Insbesondere werden die Bondparameter dabei zeitaufgelöst hinterlegt, damit die unterschiedlichen Bondparameter den unterschiedlichen Schritten des Bondprozesses und den dabei entstehenden Bondkontakten zugeordnet werden können, wodurch wiederum bei Kenntnis der Reihenfolge der Erstellung der einzelnen Bondkontakten eine ortsaufgelöste Hinterlegung ermöglicht wird.
  • Der Auswerteeinheit 53 werden von der Datenerfassungseinrichtung 54 die entsprechenden Sollverläufe der Signale vorgegeben. Hat die Auswerteeinheit 53 sämtliche Bondparameter von dem Bonder 50 und die Messergebnisse von der Messschaltung 51 erhalten, wird die Auswertung der erhaltenen Daten durchgeführt. Je nach Auswerteergebnis werden folgende Daten von der Auswerteeinheit 53 an den Bonder 50 übermittelt: Die Auswerteeinheit 53 liefert nach Vergleich der Istverläufe mit den Sollverläufen der gemessenen Signale ein Signal, ob der Bondprozess des vorliegenden Bauteils 52 vollständig gestoppt oder zumindest der nachfolgende Bondprozess gestoppt werden soll und vor dem nächsten Bondschritt eine Änderung in der von dem Bonder 50 bereitgestellten Ultraschallleistung, der Bondkraft, der Bondzeit, der Anstiegszeiten der Bondkraft oder der Bondposition vorgenommen werden müssen. Somit kann während des Bondprozesses eine Optimierung des Bondprozesses durchgeführt werden, wodurch Schädigungen von Bauteilen vermieden und Verluste gesenkt werden können.
  • Die Auswerteeinrichtung 53 sendet weiterhin an die Datenerfassungseinrichtung 54 Information über die entsprechenden Istverläufe der Signale für die einzelnen Bauteile 52 oder für ganze Chargen, über die Qualität der Bauteile und ob ein Bauteil 52 auszusondern ist, und weitere Daten beispielsweise zur Verformung des Bonddrahtes oder dem Zustand des Bondstempels.
  • Die Datenerfassungseinrichtung 54 erfasst sämtliche erhaltenen Daten und ordnet sie bestimmten Bauteilen 52 oder ganzen Chargen zeit- und ortsaufgelöst zu. Weiterhin sind in der Datenerfassungseinrichtung einerseits die für die Auswerteeinrichtung 53 zur Verfügung zu stellenden Sollverläufe einschließlich der erlaubten Schwankungsbreiten der zu erwartenden Signale und andererseits die für den Bonder 50 zur Verfügung zu stellenden Bondparameter, insbesondere die erlaubten Schwankungsbreiten der Bondparameter, oder eventuelle Änderungen der Bondparameter gespeichert. Die Datenerfassungseinrichtung 54 leitet einen Abbruch des Bondprozesses durch Signal an den Bonder 50 ein, falls beispielsweise der Zustand des Bondstempels nicht mehr den vorgegebenen Anforderungen genügt.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren können Fehler auf Halbleiterelementen genauer als bisher vermessen werden und es kann insbesondere festgestellt werden, ob diese vor dem Bondprozess schon vorhanden waren oder erst durch das Bonden herbeigeführt worden sind und wenn dies der Fall ist, durch welchen Schritt des Bondverfahrens. Dadurch kann das Bondverfahren weiter optimiert werden und Verluste können gesenkt werden beziehungsweise fehlerhafte Chargen von Halbleiterelementen können zurückgewiesen werden. Dabei kann die Erfindung ebenso beim Nailheadbonden wie bei anderen Formen des Bondens angewendet werden. Eine entsprechende Messeinrichtung für eine elektrische Größe, beispielsweise eine zu messende elektrische Kapazität, kann relativ einfach auch bei bestehenden Bondeinrichtungen nachgerüstet werden. Entsprechende Speichereinrichtungen zur Hinterlegung von zeitaufgelösten Messwerten stehen oft schon zur Verfügung, beispielsweise in Produktionssteuersystemen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, eine entsprechende Bondvorrichtung und ein entsprechendes System leisten somit einen Beitrag zur Verbesserung der Produktionsbedingungen für Halbleiterelemente.

Claims (17)

  1. Verfahren mit folgenden Schritten: Bonden eines Halbleiterelementes (4), wobei nacheinander durch eine Bondeinrichtung (9, 18, 21) verschiedene Kontaktflächen (5) des Halbleiterelementes (4) mit Anschlussflächen (2, 3) mittels Bonddrahtelementen (6) verbunden werden, Erfassen einer durch das Halbleiterelement (4) beeinflussten elektrischen Größe während des Bondens, gekennzeichnet durch den Schritt Anlegen einer Wechselspannung (25) zwischen der Bondeinrichtung (9, 18, 21) und einem hiergegen isolierten Teil, welches an das Halbleiterelement (4) kapazitiv angekoppelt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Wechselspannung zwischen 100 Hz und einigen kHz liegt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste elektrische Größe eine Impedanz, eine Spannung, ein Leckstrom oder eine IV-Kennlinie ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Größe zwischen der Bondeinrichtung (9, 18, 21) und einer dieser gegenüber elektrisch isolierten Auflagefläche (31, 32) erfasst wird, welche das Halbleiterelement (4) trägt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Größe laufend erfasst wird und Messwerte zeitaufgelöst gespeichert werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass neben der elektrischen Größe wenigstens Messwerte einer der folgenden Größen erfasst werden: a) reflektierte Ultraschallleistung bei einem Ultraschallbondgerät, b) Deformation eines Bonddrahtes bei einem Bondvorgang.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Messwerte jeweils zeitaufgelöst gespeichert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zeitauflösung in gleich langen Zeitschritten von einem Triggersignal der Bondeinrichtung an bemisst.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Messwerte jeweils ortsaufgelöst gespeichert werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Messwerte in einer Speichereinrichtung gemeinsam mit einem Identifikationsparameter des individuellen Halbleiterelementes (4) gespeichert werden.
  11. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitermoduls, bei dem das Bonden eines Halbleiterelementes (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird.
  12. Bondeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Einrichtung zum Anlegen einer elektrischen Wechselspannung (25) an die Bondeinrichtung (9, 18, 21) und einer gegenüber dieser isolierten Auflagefläche (31, 32), welches derart angeordnet ist, dass während eines Bondvorgangs eine elektrische Größe zwischen der Bondeinrichtung und dem isolierten Element durch das Halbleiterelement (4) beeinflusst wird.
  13. System mit einer Bondeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 sowie mit einer Datenerfassungseinrichtung (54), wobei in der Datenerfassungseinrichtung (54) zeitaufgelöst die erfassten Messwerte der elektrischen Größe und wenigstens ein Identifizierungsparameter des Halbleiterelementes (4) speicherbar sind.
  14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenerfassungseinrichtung (54) zusätzlich zeitaufgelöst wenigstens einer der folgenden Messwerte speicherbar ist: a) ein Triggersignal der Bondeinrichtung, b) ein Messwert der Verformung des Bonddrahtes, c) ein Messwert über die reflektierte Ultraschallleistung bei einem Ultraschallbondgerät.
  15. System nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung (53) vorgesehen ist, die Abweichungen der elektrischen Größe von einem Sollwert ermittelt.
  16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert als Sollkurve in Abhängigkeit vom Fortschritt des Bondprozesses vorliegt.
  17. System nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, eine Signalausgabeeinrichtung, die im Falle der Überschreitung des Sollwertes oder der Sollkurve ein Signal ausgibt.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104227259B (zh) * 2014-09-09 2016-01-27 长春轨道客车股份有限公司 不锈钢车体缝焊焊接设备焊接工艺性能验证工艺方法
JP7077650B2 (ja) * 2018-02-16 2022-05-31 トヨタ自動車株式会社 ボンディング装置、及びボンディング方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS637643A (ja) * 1986-06-28 1988-01-13 Fujitsu Ltd ワイヤボンダ−
JP2003059981A (ja) * 2001-08-09 2003-02-28 Denso Corp ワイヤボンディング評価方法とそれに用いる評価用治具

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4555052A (en) * 1983-02-28 1985-11-26 Fairchild Camera & Instrument Corporation Lead wire bond attempt detection
US4586642A (en) * 1985-05-13 1986-05-06 Kulicke And Soffa Industries Inc. Wire bond monitoring system
GB8826488D0 (en) * 1988-11-11 1988-12-14 Emhart Deutschland Quality control for wire bonding
DE69216761T2 (de) * 1991-10-30 1997-07-03 F&K Delvotec Bondtechnik Gmbh Steuerungssystem
US6085962A (en) * 1997-09-08 2000-07-11 Micron Technology, Inc. Wire bond monitoring system for layered packages
US6285201B1 (en) * 1997-10-06 2001-09-04 Micron Technology, Inc. Method and apparatus for capacitively testing a semiconductor die
TW504779B (en) * 1999-11-18 2002-10-01 Texas Instruments Inc Compliant wirebond pedestal
JP2001189340A (ja) * 1999-12-28 2001-07-10 Shinkawa Ltd ワイヤボンデイング方法及びその装置
TW522532B (en) * 2000-11-07 2003-03-01 Siliconware Precision Industries Co Ltd Schemes for detecting bonding status of bonding wire of semiconductor package
US6568581B2 (en) * 2001-03-15 2003-05-27 Asm Technology Singapore Pte. Ltd. Detection of wire bonding failures
JP4450143B2 (ja) * 2001-05-24 2010-04-14 オー・エイチ・ティー株式会社 回路パターン検査装置並びに回路パターン検査方法及び記録媒体
EP1343201A1 (de) * 2002-03-08 2003-09-10 F & K Delvotec Bondtechnik GmbH "Verfahren und Anordnung zur Herstellung und Qualitätsprüfung einer Drahtbondverbindung"
GB2405215B (en) * 2003-08-21 2005-09-28 Micron Technology Inc System and method for testing devices utilizing capacitively coupled signalling
JP2005066836A (ja) * 2003-08-22 2005-03-17 Three M Innovative Properties Co 可とう性成形型及びその製造方法ならびに微細構造体の製造方法
US6930494B2 (en) * 2003-08-29 2005-08-16 Agilent Technologies, Inc. Capacitive probe assembly with flex circuit
US7123022B2 (en) * 2004-04-28 2006-10-17 Agilent Technologies, Inc. Method and apparatus for non-contact testing and diagnosing electrical paths through connectors on circuit assemblies
US20050253616A1 (en) * 2004-04-30 2005-11-17 Parker Kenneth P Method and apparatus for testing and diagnosing electrical paths through area array integrated circuits
US7208957B2 (en) * 2005-03-01 2007-04-24 Agilent Technologies, Inc. Method for non-contact testing of fixed and inaccessible connections without using a sensor plate

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS637643A (ja) * 1986-06-28 1988-01-13 Fujitsu Ltd ワイヤボンダ−
JP2003059981A (ja) * 2001-08-09 2003-02-28 Denso Corp ワイヤボンディング評価方法とそれに用いる評価用治具

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Elektrische Kontaktierungen in Mikrosystemen - Drahtbonden. 1995, S. 1-16. www.tu-cottbus.de/MST/lehre/scripte/UES-Bonden.pdf [online]. *
FARASSAT, F.: Wire Bonding Process Control. 17.01.2005, 1-9. www.semiconductorfabtech.com/features/tap/07.319.html [online]. *

Also Published As

Publication number Publication date
US7654434B2 (en) 2010-02-02
DE102005012992A1 (de) 2006-10-05
US20060208037A1 (en) 2006-09-21

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