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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätsbestimmung einer Drahtbondverbindung, bei dem ein Zughaken unter einer Bondrahtbrücke der Drahtbondverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bondpad positioniert und im Eingriff mit dem Bonddraht von den Bondpads weggeführt wird, wobei fortlaufend die Höhe des Zughakens und eine auf dem Zughaken wirkende Zugkraft erfasst und ein Höhen- und Zugkraftwert registriert wird, bei denen die Drahtbondverbindung zerstört wird. Sie betrifft des Weiteren eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Entsprechende Verfahren und Anordnungen sind seit langem bekannt und werden in der Praxis routinemäßig angewendet. Sie umfassen typischerweise „manuelle” Arbeitsschritte, bei denen ein Bediener bestimmte Größen – insbesondere Zielkoordinaten – direkt eingibt bzw. den Zughaken des Testkopfes per Handsteuerung zu seiner Eingriffsposition führt und unter den Bonddraht dreht.
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Diese manuellen Verfahrensschritte sind umständlich, können individuellen Bedienfehlern unterliegen und ermöglichen – vor allem – keine reproduzierbaren Aussagen zur Qualität geprüfter Drahtbondverbindungen. Die Ursachen hierfür werden weiter unten erläutert. Überdies geben sie dem Bediener relativ großen Spielraum bei der Ausführung des Testverfahrens, der es ihm ermöglicht, bekannte Schwachpunkte von Bondverbindungen gewissermaßen aus dem Fokus des Testverfahrens zu rücken und hierdurch mit den numerischen Testergebnissen eine hohe nominelle Qualität von Bondverbindungen zu untermauern, die dann aber im praktischen Einsatz unerwartet Qualitätsprobleme zeigen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Anordnung der genannten Art anzugeben.
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Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem wesentlichen Gedanken der Erfindung wird die Eingriffsposition des Zughakens aufgrund eines Fixierungspunkte des Bonddrahtes auf dem ersten und zweiten Bondpad zeigenden Kamerabildes automatisch bestimmt und selbst tätig angesteuert. Hierdurch wird der nachteilige Einfluss manueller Steuervorgänge bzw. Einstellungen zuverlässig verbunden und eine verlässliche Reproduzierbarkeit der Ergebnisse innerhalb einer Testserie oder auch beim Vergleich verschiedener Testserien erreicht.
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In einer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zughaken derart positioniert wird, dass ein erster Winkel zwischen der Ebene des ersten Bondpads und dem Eingriffspunkt in einer vorbestimmten Relation zu einem zweiten Winkel zwischen der Ebene des zweiten Bondpads und dem Eingriffspunkt steht. Insbesondere ist bei Wedge-Wedge-Bondverbindungen der erste Winkel im Wesentlichen gleich dem zweiten Winkel. Bei andersartigen Bondverbindungen, etwa vom Ball-Wedge-Typ, werden aufgrund eines anderen Verlaufes des Bonddrahtes in der unmittelbaren Nachbarschaft seiner Fixierungspunkte andere geeignete Winkel-Relationen eingestellt.
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Eine weitere Ausführung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Verarbeitung einer vor Einwirkung einer Zugkraft gewonnenen Bildes der Bonddrahtbrücke zur angenäherten prädiktiven Ermittlung eines Verlaufes der durch Einwirkung einer vorbestimmten Zugkraft deformierten Bonddrahtbrücke, der einen ersten linearen Abschnitt zwischen dem ersten Bondpad und einem Scheitelpunkt und einen zweiten linearen Abschnitt zwischen dem Scheitelpunkt und dem zweiten Bondpad umfasst, wobei ein erster Winkel zwischen der Ebene des ersten Bondpads und dem Scheitelpunkt in einer vorbestimmten Relation zu einem zweiten Winkel zwischen der Ebene des zweiten Bondpads und dem Eingriffspunkt steht, ausgeführt wird. Dann wird der Zughaken zu einem Punkt unter dem Bonddraht geführt, dessen Koordinatenwert auf einer Fixierungspunkte auf dem ersten und zweiten Bondpad verbindenden Achse dem Koordinatenwert des Scheitelpunktes des prädikativ ermittelten Verlaufes entspricht. Auf diese Weise kann speziell bei geometrischen Konfigurationen der Bonddrahtbrücke, bei denen diese stark gekrümmt ist, eine bessere Berücksichtigung der tatsächlichen Zugkraftkomponenten im Verlaufe des eigentlichen Testvorganges erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird eine Winkelstellung des Zughakens in der Eingriffsposition und/oder eine Winkelstellung des Zughakens während eines Senkens in die Eingriffsposition aufgrund eines Fixierungspunkte des Bonddrahtes auf dem ersten und zweiten Bondpad zeigenden Kamerabildes automatisch bestimmt und selbsttätig angesteuert. Hierdurch kann dem Testingenieur weitere mühsame Feinarbeit abgenommen werden, und speziell bei der Prüfung von sich über den Umfang einer elektronischen Baugruppe erstreckenden Drahtbondverbindungen, die Stück für Stück eine neue Winkeljustierung erfordern würden, lässt sich der Testablauf auch erheblich beschleunigen.
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Ähnlich sinnvoll ist eine weitere Ausführung, bei der ein Sicherheitsabstand des Zughakens zum Bonddraht während eines Absenkens in die Eingriffsposition aufgrund eines Fixierungspunkte des Bonddrahtes auf dem ersten und zweiten Bondpad zeigenden Kamerabildes automatisch bestimmt und selbsttätig angesteuert wird. Auch dies entlastet den Bediener von mühevollen Justierarbeiten und verringert überdies die Gefahr von Beschädigungen einzelner Bonddrähte aufgrund von Fehlbedienungen.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Kamerabild und in Zuordnung zu diesem eine daraus bestimmte Eingriffsposition und wahlweise weitere Lagegrößen des Zughakens gespeichert und das gespeicherte Kamerabild später einer vergleichenden Bildverarbeitung mit einem Kamerabild einer aktuell zu prüfenden Drahtbondverbindung unterzogen werden. Bei Feststellung einer hinreichenden Übereinstimmung der Kamerabilder werden die Eingriffsposition und wahlweise die weiteren Lagegrößen des Zughakens für die aktuelle Drahtbondverbindung gemäß den gespeicherten Werten gesteuert. Hiermit lasse sich in einfacher und schneller Weise Testserien bei mehreren identischen Bauelementanordnungen ausführen, in dem die bei einem ersten Testablauf ermittelten Lagegrößen für die Tests der weiteren Anordnungen übernommen werden. Dies verbessert auch die Vergleichbarkeit der Tests und verhindert manipulative Eingriffe bei einzelnen Tests.
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Diese Ausführung kann so ausgestaltet sein, dass bei der vergleichenden Bildverarbeitung ein Verschiebungswert berücksichtigt wird, der eine Positionsverschiebung des ersten und zweiten Bondpads bei im Wesentlichen identischen Drahtbondverbindungen repräsentiert. Hierdurch lassen sich geringfügige Positionsabweichungen von nacheinander der Testanordnung zugeführten Bauelementen oder -gruppen auskorrigieren, und das vorab erwähnte Prinzip der Übernahme von einmal ermittelten Lagegrößen (wozu im vorliegenden Kontext auch Winkeleinstellungen gezählt werden) kann trotz der Positionsabweichungen angewandt werden.
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In einer weiteren Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens ist vorgesehen, dass jeweils eine geordnete Menge von Kamerabildern und zugeordneten Eingriffspositionen und wahlweise weiteren Lagegrößen gespeichert und aus den geordneten gespeicherten Lagegrößen ein Zughaken-Steuerprogramm gebildet und gespeichert und dieses Zughaken-Steuerprogramm bei Prüfung einer aktuell zu prüfenden Gruppe von Drahtbondverbindungen im Ansprechen auf die Feststellung einer hinreichenden Übereinstimmung eines ersten Kamerabildes mit einem ersten gespeicherten Kamerabild das Zughaken-Steuerprogramm gestartet wird. Dies dient der Realisierung von effizienten und schnellen Wiederholungen ganzer Testserien an im Wesentlichen identischen Bauelementen, die jeweils eine Vielzahl von unterschiedlich verlaufenden Bondverbindungen aufweisen.
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Der vorgeschlagenen Kameraeinsatz im Zusammenhang mit der Eingriffs-Steuerung des Zughakens bietet darüber hinausgehende Optionen.
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So ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass eine Scheitelhöhe der Bonddrahtbrücke oder ein erster Winkel zwischen der Ebene des ersten Bondpads und dem Eingriffspunkt oder eines prädiktiv bestimmten Scheitelpunkts der Bonddrahtbrücke und ein zweiter Winkel zwischen dem Eingriffspunkt oder prädikativ bestimmten Scheitelpunkt und der Ebene des zweiten Bondpads aus dem Kamerabild bestimmt und als Eingangsgröße bei der Bestimmung der Qualität der Drahtbondverbindung oder bei einer vergleichenden Auswertung der Ergebnisse mehrerer Qualitätsbestimmungen an verschiedenen Drahtbondverbindungen berücksichtigt wird. Hierdurch wird es möglich, unterschiedlich hohe Bonddrahtbrücken, die aufgrund abweichender vektorieller Zerlegung der Zugkraft im Hinblick auf die gemessenen Kraftwerte nicht ohne weiteres vergleichbar wären, einer gemeinsamen Qualitätsbewertung zuzuführen. Auch „asymmetrische” Bondverbindungen mit stark unterschiedlicher Höhe der Fixierungspunkte auf den beiden Bondpads (Substraten) lassen sich bei dieser Ausgestaltung sinnvollen Qualitätsvergleichen zuführen.
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Eine weitere sinnvolle Option besteht darin, dass automatisch ein Kamerabild der Drahtbondverbindung im Moment Ihrer Zerstörung, insbesondere gesteuert über die erfassten Höhe- bzw. Zugkraftwerte, bei denen die Drahtbondverbindung zerstört wird, aufgenommen und zur späteren Auswertung in Zuordnung zur zugehörigen Eingriffsposition des jeweiligen Prüfvorgangs gespeichert wird. Während die unmittelbare visuelle Prüfung einer zerstörten Drahtbondverbindung während des Testablaufes mit einer unvermeidlichen Verzögerung des selben einher geht, lassen sich mit dieser Ausgestaltung nachteilige Verzögerungen vermeiden und dennoch alle Möglichkeiten zur Gewinnung verfeinerter Qualitätssagen erhalten.
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Ein wesentlicher Aspekt der erfindungsgemäßen Anordnung besteht im Vorsehen einer Kamera zur Aufnahme von Bildern der Drahtbondverbindung, welche derart ausgebildet und, insbesondere am Zugtestkopf, platziert ist, dass der geometrische Verlauf einer Bonddrahtbrücke der Drahtbondverbindung und die Fixierungspunkte des Bonddrahts auf einem ersten und zweiten Bondpad des elektronischen Bauteils in Kamerabildern erkennbar sind. Des Weiteren umfasst die Anordnung eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung des Kamerabildes und eine Zughaken-Steuereinrichtung zur Positionierung und wahlweise Drehung des Zughakens aufgrund von Ausgangssignalen der Bildverarbeitungseinrichtung
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In einer Ausgestaltung dieser Anordnung hat die Zughaken-Steuereinrichtung eine Brückenverlaufs-Berechnungseinheit zur prädiktiven Ermittlung eines geometrischen Verlaufs der durch Einwirkung einer vorbestimmten Zugkraft deformierten Bonddrahtbrücke aufweist. Mit dieser Ausgestaltung lässt sich die weiter oben erwähnte Verfahrensführung realisieren, mit der Vorteilhaft auch Bonddrahtkonfigurationen mit stark gekrümmten Drahtverlauf ausreichend genau getestet werden können.
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In einer weiteren Ausführung der Vorrichtung weist die Bildverarbeitungseinrichtung eine Korrekturstufe zur Berücksichtigung einer Positionsverschiebung des ersten und zweiten Bondpads bei ansonsten im wesentlichen identischen Drahtbondverbindungen verschiedener Bauteile bei der Bildverarbeitung auf.
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Eine noch weitere Ausführung, die ebenfalls einer effizienten und schnellen Verfahrensführung unter Ausschöpfung der Möglichkeiten der Kamerabeobachtung dient, umfasst die Bildverarbeitungseinrichtung eine Drahthöhen- oder Drahtwinkel-Bestimmungsstufe zur Bestimmung der Höhe eines Scheitelpunktes der Bonddrahtbrücke und/oder eines ersten Winkels zwischen der Ebene des ersten Bondpads und dem Scheitelpunkt und eines zweiten Winkels zwischen dem Scheitelpunkt und der Ebene des zweiten Bondpads aufweist.
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Eine weitere Ausführungsform der Anordnung umfasst eine Bild- und Koordinatenspeichereinrichtung zur Speicherung aufgenommener Kamerabilder in Zuordnung zu hieraus bestimmten Eingriffspositionen und wahlweise weiteren Lagegrößen des Zughakens. Diese Speichereinrichtung ist insbesondere zur Speicherung einer geordneten Menge von Kamerabildern und zugeordneten Lagegrößen ausgebildet. Sie ist kombiniert mit einer nachgeschalteten Zughaken-Programmberechnungsstufe der Zughaken-Steuereinrichtung, wobei die Bildverarbeitungseinrichtung zur vergleichenden Bildverarbeitung gespeicherter Kamerabilder mit aktuell aufgenommen Kamerabildern und zur Ausgabe eines des Auswertungsergebnis repräsentierenden Signals an die Zughaken-Steuereinrichtung ausgebildet ist.
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Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
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1 bis 3 geometrische Darstellungen zur Verdeutlichung des Bonddrahtverlaufes und der vektoriellen Zugkraftzerlegung bei Pulltest-Verfahren zur Qualitätsbestimmung von Drahtbondverbindungen und
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4 ein Funktions-Blockdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung und
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5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Mit den 1 bis 3 werden Anwendungssituationen eines Verfahrens der gattungsgemäßen Art schematisch dargestellt, wobei 1 die Winkel- und Kräfteverhältnisse bei einer symmetrischen Bondverbindung zwischen einem ersten Fixierungspunkt P1 auf einem Halbleiterchip und einem zweiten, nahezu auf gleicher Höhe liegenden Fixierungspunkt P2 auf einem Substrat zeigt, 2 die gleiche Chip/Substrat-Konfiguration bei asymmetrischem Angriff des Kräftezughakens zeigt und 3 (unter Angabe der entsprechenden Berechnungsformeln) eine allgemeine Konfiguration mit ungleich hoch liegenden Fixierungspunkten P1' und P2' darstellt.
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Anhand dieser Figuren lässt sich ohne weiteres erkennen, welche hohe Bedeutung die präzise Wahl einer reproduzierbaren Eingriffsposition des Zughakens für die Messwerte und damit für eine reproduzierbare Qualitätsbewertung von Drahtbondverbindungen hat. Es wird auch erkennbar, in welcher Weise eine prädiktive Ermittlung eines ich unter Zugkraft einstellenden Scheitelpunktes der Bonddrahtbrücke sowie die Bestimmung von Scheitelpunkt bzw. Auftreffwinkeln des Bonddrahtes an seinen Fixierungspunkten für eine korrigierende bzw. vergleichenden Nachbearbeitung der Messwerte im Sinne der weiter oben erwähnten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hat.
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Bekanntlich sind Pullwerte nur dann als Qualitätswert aussagekräftig, wenn sie auch wirklichmiteinander vergleichbar sind. Das bezieht sich vor allem auf die Geometrie des Bonddrahtes, die die tatsächliche, am Bond wirksame Kraft unter widrigen Umständen gewaltig von der an der Drahtbrücke ausgeübten Pullkraft verfälscht. Die elementare Regel aus dem Kräfteparallelogramm besagt, dass nur dann, wenn der Draht die beiden Bondstellen unter einem Neigungswinkel von 30° verlässt, die gemessene Zugkraft gleich der an jeder Bondstelle wirkenden Kraft ist. Nur bei diesem Drahtwinkel misst man also die „wahre” Pullkraft.
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Diese Feststellung klingt geradezu primitiv. Trotzdem wird sie in der Praxis höchst selten berücksichtigt, und das mit unerfreulichen Folgen für die scheinbar erzielte Qualität: das Bauteildesign gibt nämlich oft ziemlich flache Loops vor, häufig mit Winkeln von deutlich unter 30°. Dadurch wird aber die Reißlast einer Bondstelle bereits bei einer deutlich niedrigeren gemessenen Testkraft erreicht, und der Bond wird schlechter dargestellt als er in Wirklichkeit ist.
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Dieser Effekt ist allgemein bekannt, wird aber erstaunlicherweise aber meist weit unterschätzt. Wie sich aus 1 leicht ersehen und aus der Standardformel (Formel 1) für den Fall einer symmetrischen Drahtbrücke ablesen lässt, hängen scheinbare und tatsächliche Pullkräfte über eine Sinusfunktion des Neigungswinkels zusammen. Bei steileren Loops steigen die gemessenen Pullwerte maßvoll, bei flacheren Loops schrumpfen sie – aber bedeutend drastischer, wie sich an der folgenden Tabelle für den Korrekturfaktor ablesen lässt. Hier sind unterschiedliche Loophöhen für einen flachen Bond von 3 mm Länge dargestellt und daraus der Neigungswinkel Θ errechnet. Die am Haken gemessene Zugkraft muss dann mit dem Korrekturfaktor multipliziert werden, um die tatsächlich am Bond wirksame Kraft zu erhalten. Bei einem sehr flachen Loop von z. B. 150 μm Höhe würde also eine gemessene Kraft von 3 cN den Bond mit nicht weniger als 15 cN belasten; damit wäre der Bond also fünfmal besser als die Messung erwarten ließe! Damit erfüllen flachere Loops aber häufig die geforderte Spezifikation nicht, obwohl sie eigentlich völlig korrekt gebondet sind. Dies wiederum führt zu einer weiteren, sehr unerfreulichen Konsequenz, wenn nämlich der Operator versucht, durch höhere Bondparameter einen besseren Bond zu erzwingen: der Bond wird dann oft genug überbondet und das Risiko von Frühausfällen durch Heelbrüche steigt dramatisch an.
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Die korrigierten, also normierten Pullwerte machen die Qualitätswerte von unterschiedlichen Schaltungen viel besser vergleichbar und lassen damit auch genauere Rückschlüsse auf Oberflächenqualitäten, Drahteinflüsse u. v. m. zu.
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Übrigens wird speziell für sehr niedrige Loops ein hoher Aufwand bei der Ermittlunge der Geometrie getrieben: so misst der Tester zunächst per Touchdown die Höhe des Substratniveaus, wobei die Unterseite des Pullhakens als Messebene dient. Beim Testen wird dann die Höhe registriert, auf welcher der Draht reißt. Dabei liegt aber die Unterseite des Drahts auf der Oberseite des Hakens auf, so dass der abgelesene Z-Wert im Tester noch korrigiert werden muss, um die Höhe des Drahtscheitels zu kennen. Die geforderte Loophöhe (z. B. um in ein flaches Gehäuse zu passen) wird normalerweise von der Bondebene zum obersten Punkt des Drahtes angegeben, und deshalb muss zur gemessenen Reißhöhe noch der Drahtdurchmesser, sowie die Dicke des Hakens addiert werden. Bei üblichen Dünndrähten sind das noch einmal etwa 50 bis 60 μm, was bei sehr niedrigen Loops von 300 bis 500 μm einen durchaus wahrnehmbaren Einfluss hat.
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Diese ausgefeilte Messtechnik erlaubt es auch, Loophöhen mechanisch auszumessen, wenn das (statt eines zerstörenden Pulltests) gewünscht ist. Man gibt dann lediglich eine geringe Messkraft ein, etwa 2 cN bei einem Bond, der etwa 12 cN erreichen sollte, und testet die Loops reihum. Dabei lässt sich die erreichte Höhe sehr genau registrieren und auswerten.
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Die Ansetzposition des Pullhakens auf der Drahtbrücke wirkt sich sehr deutlich auf das Testergebnis aus. Aus 2 und 3 ist leicht zu sehen, dass sich, besonders bei Bonds über nennenswerte Höhenunterschiede hinweg, die Zugkräfte an den beiden Bondstellen beträchtlich unterscheiden können, wenn der Haken sehr nah an einer der beiden Bondstellen angreift. Wird z. B. sehr nah am Chip gezogen, dann ist dort der Drahtwinkel Θ1 nahezu 90°, hingegen Θ2 am Substrat fast 0. Aus den beiden Kraftformeln lässt sich ablesen, dass für die Kraft am Substrat der Cosinus dann nahe 0 ist und somit die tatsächlich wirkende Kraft am Substrat viel geringer als die gemessene Pullkraft ist. Im Gegensatz dazu ist die Kraft am Chip (cos Θ2 nahe 1) praktisch gleich der gemessenen Pullkraft. Diese Art der Messung begünstigt also einen schwächeren Bond, indem sie ihm eine geringere Messkraft zuteilt.
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Der automatische Pulltester schließt Verfälschungen des Messwerts durch falsch platzierten Pullhaken also zuverlässig aus, indem immer die gleiche vorgegebene Position angefahren wird. Dies ist vorteilhaft, um unabsichtliche Schwankungen zu vermeiden und konstantere Resultate zu erzielen. Es ist aber noch wichtiger, um absichtlich herbeigeführte Schwankungen zu verhindern – beispielsweise ist bei Hybridschaltungen auf Dickschicht-Keramiken sehr wohl bekannt, dass der zweite Bond (auf dem Substrat) häufig viel schlechter ist als derjenige auf dem Chip, weil die Dickschichtpasten insgesamt schlechter bondbar sind. Ein geschickter Bediener kann also schlechter bondbare Substrate ohne Mühe kaschieren und Testwerte „nach Wunsch” erzeugen. Besonders hervorzuheben ist hier, dass der Tester keinen unbemerkten Bedienereingriff zulässt, weil er die genauen tatsächlich verwendeten Testkoordinaten sowie Datum und Uhrzeit mitprotokolliert. Sollte also ein Bediener den Automatikmodus unterbrechen, um die Hakenposition manuell zu verändern, so fällt dies schon an der Pause zwischen den Messungen auf, und erst recht an den protokollierten Hakenpositionen.
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Übrigens ist die geschilderte Manipulation bei Ball-Wedge-Bonds noch wichtiger als bei den in der Abbildung gezeigten Wedge-Wedge-Bonds. Letztere sind bezüglich des Bondfußes symmetrisch, da der Draht ja sowohl beim Source- wie auch beim Destination-Bond flach aufliegt. Beim Ball-Wedge-Bond hingegen steigt der Draht aus dem 1. Bond senkrecht nach oben und liegt nur beim 2. Bond auf der Seite auf. Damit ist die Drahtbrücke von sich aus nicht symmetrisch und verlangt schon im Prinzip eine Messposition etwas außerhalb der Mitte, näher zum 1. Bond hin. Für die genannte Situation bei Dickschichthybriden kommt hier noch erschwerend hinzu, dass der 2. Bond bei Ball-Wedge-Bonds, der sog. Fishtail oder Halbmondbond, in sich schon weniger stabil ist als der erste Bond. Dies ist dem Verfahren geschuldet und verschlimmert sich noch bei Qualitätsmängeln an der Bondstelle des zweiten Bonds, so dass der Anreiz zu manipulierenden Eingriffen noch deutlich ansteigt.
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Kommerziell ist der Ausschluss solcher Manipulationsmöglichkeiten wohl der größte Vorteil des automatischen Bondtesters. In der Praxis wird nämlich immer wieder beobachtet, dass unerklärliche Spätausfälle, manchmal erst nach mehreren Jahren im Feldbetrieb, auftreten. Wenn die Qualitätsdaten aus dem Archiv dazu analysiert werden, zeigen sich aber bei den Tests keinerlei Auffälligkeiten, denn die Pullwerte selbst waren ja korrekt. Sie waren nur falsch gemessen.
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Der Vollständigkeit halber ist hier noch anzumerken, dass bei Bonds mit solchen Höhenunterschieden die richtige Messposition nicht in der Mitte des Drahts liegt, sondern näher zur höheren Seite hin, damit die Winkel Θ1 und Θ2 gleich sind. In 3 ist das gut zu erkennen. Bei der Programmierung des Pulltesters kann das mühelos berücksichtigt werden, weil die Stufenhöhe H des Bonds entweder von vornherein bekannt ist oder leicht mit dem Tester selbst ausgemessen werden kann, denn der Pullhaken hat eine Touchdown-Funktion zur Messung der Höhen von Substrat und Chip.
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Der automatische Pulltester zeigt in der jetzigen Version bei der Auswertung drei Pullwerte an: zum ersten den tatsächlich gemessenen, also den Rohwert, sodann zwei korrigierte Pullwerte für den ersten und den zweiten Bond. Sie werden einfach ermittelt, indem mit der bekannten Hakenposition und der gemessenen Testhöhe die beiden Drahtwinkel an Source und Destination und daraus die beiden Pullkräfte errechnet werden. Im Idealfall – wenn also die Hakenposition korrekt gewählt wurde und daher die beiden Winkel gleich sind, sind auch die beiden Pullkräfte gleich.
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Wenn sie nicht gleich sind, so lässt sich auch diese Messung als Regelkreis ausnutzen: der Tester kann dann von sich aus vorschlagen, beim nächsten Bond die Hakenposition entsprechend zu verändern. Das macht natürlich nur Sinn, wenn die Drähte auch einigermaßen geometrisch ähnlich sind.
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4 zeigt als Funktions-Blockdiagramm eine Qualitätsprüfanordnung 1 (weiter oben auch abgekürzt als „Pulltester” bezeichnet) zur Prüfung einer Bonddrahtbrücke W zwischen einem ersten Fixierungspunkt P1 auf einem Halbleiterchip C und zweiten Fixierungspunkt P2 auf einem Substrat S. Die Anordnung 1 umfasst einen Zughaken 2, der über eine Positions- und Winkelsteuereinrichtung 3 sowohl in der xy-Ebene als auch in der Höhe zur Einstellung einer Eingriffsposition unter der Bonddrahtbrücke W verfahrbar und drehbar ist. Der Zughaken 2 ist mit einer Kraftmesseinrichtung 4 gekoppelt, die fortlaufend die wirksame Zugkraft registriert, die sich aus der durch eine Pull-Einheit 5 bereitgestellten Zugkraft unter dem Einfluss der Drahtverformung ergibt.
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Die Bonddrahtbrücke W und deren Fixierungspunkte sowie die Umgebung werden durch eine Kamera 6 beobachtet, deren Kamerabilder einer Bildverarbeitungseinheit 7 zugeführt werden. Die Bildverarbeitungseinheit 7 wiederum ist ausgangsseitig mit der Zughaken-Steuereinrichtung 3 und des Weiteren (wie auch die Zughaken-Steuereinrichtung selbst) mit einer Bild- und Koordinatenspeichereinrichtung 8 verbunden, in der aufgenommene Kamerabilder der Drahtbondanordnung in Zuordnung zu bei deren Test eingestellten Einstellpositions- und ggfs. weiteren Koordinaten gespeichert werden.
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Deren Verbindung mit der Zughaken-Steuereinrichtung ist bidirektional, so dass auch gespeicherte Einstellwerte wiederum der Steuereinrichtung zum aktuellen Einsatz zugeführt werden können. Auch gespeicherte Kamerabilder können zurück in die Bildverarbeitungseinrichtung gelangen, und zwar in einen Bildvergleicherabschnitt 7a derselben, in dem sie mit aktuell aufgenommen Kamerabildern im Sinne der weiter oben beschriebenen Verfahrensdurchführung verglichen werden. Die Bildverarbeitungseinrichtung weist des weiteren eine Korrekturstufe 7b zur Erkennung und Berücksichtigung von Positionsverschiebungen zwischen ansonsten gleichen Kamerabildern (d. h. ansonsten gleichen Bondverbindungen) auf. Schließlich weist die Bildverarbeitungseinrichtung 7 noch eine Drahthöhen- oder Drahtwinkel-Bestimmungsstufe 7c zur Bestimmung der Scheitelpunkthöhe der Bonddrahtbrücke W oder deren Winkeln in der Umgebung der Fixierungspunkte P1 und P2 auf. Auch die Funktion dieser Komponente ist weiter oben bei der Erläuterung bevorzugter Verfahrensführungen beschrieben.
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Die ebenfalls weiter oben erwähnte Brückenverlaufs-Berechnungseinheit ist in der vorliegenden Darstellung als Sub-Einheit 3a der Zughaken-Steuereinrichtung 3 dargestellt, es kann sich hierbei aber auch um eine im Signalweg zwischen der Bildverarbeitungseinrichtung 7 und der Zughaken-Steuereinrichtung 3 liegende separate Einheit handeln.
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5 zeigt detaillierter die konstruktive Ausführung eines weiteren erfindungsgemäßen Pulltesters 1'. Gleiche oder funktionsgleiche Komponenten wie bei der in 4 gezeigten Vorrichtung sind mit den gleichen Bezugsziffern wie dort bezeichnet und werden hier nicht nochmals erläutert.
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Der Pulltester 1' umfasst einen Prüfkopf 8, der an einer z-Achsen-Schlittenführung 9 geführt ist und an dieser über einen z-Achsen-Motor 10 bewegt wird. An der Schlittenführung sind auch (nicht dargestellte) Positionserfassungsmittel vorgesehen, die die Vertikalposition des Prüfkopfes 8 und damit auch diejenige des an seinem unteren Ende angebrachten Zughakens 2 erfassen.
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Am Prüfkopf 8 befindet sich ein weiterer Motor 11, mit dem die für die Verfahrensführung erforderliche Rotation des Zughakens 2 um die Längsachse bewirkt wird. Die Kamera 6' ist bei dieser Konstruktion vertikal oberhalb des Zughakens angebracht, und ihre optische Achse OA verläuft nahe der Achse des Zughakens, so dass die Kamera 6' die Bonddrahtbrücke W und deren Fixierungspunkte P1 und P2 auf dem Substrat S praktische direkt von oben abbildet.
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Mit dieser Konfiguration kann, da die Kamera nur die Projektionen der Abschnitte der Bondverbindung auf die xy-Ebene erfassen kann, für die Bestimmung von Höhen- und Winkelwerten nicht auf das Kamerabild zurückgegriffen werden. Stattdessen wird der Zughaken W zur Bestimmung der Höhenwerte der Fixierungspunkte P1, P2 auf das Substrat S abgesenkt („Touch-Down”) und der zugehörige Höhenwert an der Schlittenführung 9 erfasst, und analog wird bei der Bestimmung der Höhenwerte des Scheitels der Bonddrahtbrücke W auf das durch die Positionssensorik der Schlittenführung 9 ausgegebene Signal zurückgegriffen, das den Höhen-Wert des (zum fraglichen Zeitpunkt mit der Bonddrahtbrücke im Eingriff befindlichen) Zughakens 2 repräsentiert.
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Insofern weist die Signalverarbeitung bei dieser Ausführung Abweichungen gegenüber der Ausführung nach 4 auf, deren Realisierung aber im Bereich fachmännischen Wissens auf dem Gebiet der Bondtechnik und des Prüfens von Bondverbindungen liegt. Die Ausführung der Erfindung ist auch im Übrigen nicht auf die oben hervorgehobenen Aspekte und das dargestellte Beispiel beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegt.
