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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung einer Drahtbondverbindung, bei dem ein Zughaken unter einer Bonddrahtbrücke der Drahtbondverbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bondpad positioniert und im Eingriff mit dem Bonddraht von den Bondpads weg geführt wird. Sie betrifft des Weiteren eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Verfahren und Anordnungen zur Prüfung einer Drahtbondverbindung dieser Art sind seit Langem als sog. Pulltests bekannt und werden in der Praxis routinemäßig angewendet. Sie umfassen traditionell „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. 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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Vor einigen Jahren wurden daher, unter anderem durch die Firmengruppe der Anmelderin, Weiterentwicklungen des Pulltests im Sinne einer Automatisierung entwickelt und in die Praxis eingeführt; siehe hierzu unter anderem
EP 1 333 263 A1 oder
DE 10 2010 006 130 A1 .
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In der Praxis der Qualitätsprüfung von Drahtbondverbindungen liefert zwar der Pulltest die wichtigste und am meisten benötigte Aussage, in vielen Fällen sind aber noch weitergehende Aussagen erforderlich oder zumindest von gewissem Wert. Einer dieser ergänzenden Qualitätsparameter ist die Haftung des Bonddrahts auf dem Substrat bzw. der Widerstand, den die Bondverbindung am Fixierungspunkt dem Versuch eines Abschälens vom Bondpad bzw. Substrat („Peeling” oder genauer „Wire Peeling”) entgegensetzt. Tests zur Bestimmung dieses Qualitätsparameters sind an sich bekannt und werden in der Praxis auch gelegentlich eingesetzt. Sie erfordern allerdings einen nicht geringen zusätzlichen Hardware- und Handhabungsaufwand, sodass sie letztlich nicht im wünschenswerten Umfang praktiziert werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Qualitätsbestimmung einer Drahtbondverbindung und eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Anordnung anzugeben, welche störungsfrei in industrielle Drahtbondprozesse einzubetten und im Wesentlichen mit bekannten Drahtbondern zu realisieren sind.
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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 9 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung geht von der grundsätzlichen Überlegung aus, einen Peeling-Test zur erweiterten Qualitätsbestimmung einer Drahtbondverbindung sowohl verfahrens- als auch vorrichtungsseitig an den bekannten Pulltest anzubinden. Sie schließt weiterhin den Gedanken ein, hierbei grundsätzlich wie beim bekannten automatischen Pulltest vorzugehen, diesen jedoch nicht bis zur Zerstörung des Bonddrahts am sogenannten Heel fortzuführen. Vielmehr wird die auf den Zughaken im Verlauf seiner Bewegung einwirkende Kraft erfasst und im Ansprechen auf die Erreichung eines voreingestellten Zugkraftwertes die weitere Bewegung des Zughakens gestoppt. In diesem Zustand wird eine Zeitabhängigkeit der Zugkraft bei feststehendem Zughaken aufgenommen, und die Zeitabhängigkeit oder aus dieser selektierte Daten wird/werden ausgewertet (spezieller einer Vergleichs-Auswertung mit mindestens einer vorgespeicherten Zeitabhängigkeit oder einem vorgespeicherten Datensatz unterzogen), um auf das Auftreten eines Peeling zu schließen.
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Für dieses Verfahren kann im Wesentlichen ausschließlich die zur Durchführung des herkömmlichen Pulltests geschaffene Hardware genutzt werden, und es ist keine Verlagerung und Repositionierung des Werkstücks aus dem und zurück in den regulären Bondprozess erforderlich. Im Wesentlichen sind nur softwaremäßige Ergänzungen gegenüber der herkömmlichen Pulltest-Ausrüstung erforderlich, und die Kosten dieser softwaremäßigen Anpassung sind sehr überschaubar.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Zugkraftwert voreingestellt, der ein vorbestimmter Prozentsatz des beim Reißen des Bonddrahtes erfassten Zugkraftwertes, der Reißkraft, ist, insbesondere ein Wert im Bereich zwischen 75% und 90% der Reißkraft.
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Es versteht sich, dass die Reißkraft beim vorgeschlagenen Verfahren nicht vorab an der gleichen Bondverbindung ermittelt werden kann, die dem Peeling-Test unterzogen wird. In einer weiteren Ausführung ist daher vorgesehen, dass die Reißkraft in einer dem Verfahren vorgeschalteten Vorprüfphase in der gleichen Messanordnung an einer typgleichen Drahtbondverbindung experimentell ermittelt wird. Grundsätzlich können aber erfindungsgemäß auch Reißkraft-Werte benutzt werden, die außerhalb und unabhängig vom aktuell ausgeführten Prüfverfahren ermittelt wurden, oder beispielsweise auch sog. Literaturwerte typgleicher oder -ähnlicher Bondverbindungen.
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In einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird die Bewegung des Zughakens sequentiell mehrfach bei zunehmenden Zugkraftwerten gestoppt und bei jedem dieser Werte eine Zeitabhängigkeit der Zugkraft bei jeweils stehendem Zughaken ermittelt und ausgewertet. Hiermit lassen sich differenziertere Aussagen zur Peeling-Neigung bei der zu prüfenden Bondverbindung gewinnen, ohne dass die Verfahrensführung übermäßig verkompliziert würde. Diese Testmethode kann damit kombiniert werden, dass nach Ausführung des Peeling-Tests die Bewegung des Zughakens bis zur Zerstörung der Bonddrahtbrücke unter Erfassung des zugehörigen Zugkraftwertes, der Reißkraft, fortgeführt wird. Es versteht sich, dass die auf diese Weise bestimmte Reißkraft unter bestimmten Umständen (speziell wenn in erheblichem Umfang ein Peeling auftritt) nicht mit der in einem herkömmlichen automatisierten Pulltest ermittelten Reißkraft übereinstimmt. Es ist dann sinnvoll, zusätzlich zum kombinierten Verfahren einen herkömmlichen Pulltest ohne zwischenzeitliches Anhalten des Zughakens auszuführen, um einen mit üblichen Pulltests vergleichbaren Wert der Reißkraft verfügbar zu haben.
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In einer zweckmäßigen weiteren Ausführung der Erfindung wird vor Beginn der von den Bondpads wegführenden Bewegung des Zughakens im Eingriff mit dem Bonddraht eine Seitwärts-Bewegung des bereits im Eingriff mit dem Bonddraht stehenden Zughaken in Richtung auf den ersten oder zweiten Bondpad ausgeführt. Diese Seitwärts-Bewegung wird derart gesteuert, dass der Zughaken auf oder nahe einer Projektionslinie auf den ersten oder zweiten Bondpad positioniert ist und sich zugleich zwischen dem Fixierungspunkt des Bonddrahts auf dem ersten Bondpad sowie dem Fixierungspunkt des Bonddrahts auf dem zweiten Bondpad und der Eingriffsposition des Zughakens jeweils ein im Wesentlichen geradliniger Verlauf des Bonddrahts ergibt. Es wird also weitgehend eine zur Oberfläche des Bondpads bzw. Substrats senkrechte Wirkungsrichtung der Zugkraft eingestellt, was der Aussagekraft des Peeling-Tests förderlich ist.
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Speziell wird in einer Ausgestaltung dieses Vorgehens die Seitwärts-Bewegung des Zughakens im Eingriff mit dem Bonddraht aufgrund eines unter Nutzung programmierter und/oder aus einem Kamerabild der Drahtbondverbindung bestimmter Ortskoordinaten des Fixierungspunktes des Bonddrahts auf dem angezielten Bondpad bestimmten Steuersignals mit einer unter dem voreingestellten Zugkraftwert liegenden Zugkraft ausgeführt. Mit anderen Worten: Es wird mit vorbestimmtem Krafteinsatz der Zughaken derart im Wesentlichen lateral (mit einer relativ kleinen Vertikalkomponente) verschoben, dass er dem Fixierungspunkt des Bonddrahts auf dem Substrat nahe kommt und zugleich den Bonddraht möglichst linear streckt – ohne jedoch diesen wesentlich zu schwächen oder gar zu zerstören.
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Bei der Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens werden in einer weiteren Ausführung die XY-Koordinaten der Eingriffsposition des Zughakens in Relation zur XY-Position des Fixierungspunktes des Bonddrahts auf dem zu prüfenden ersten oder zweiten Bondpad registriert. Des Weiteren wird die Höhe des Zughakens über der durch die Z-Position des zu prüfenden Fixierungspunktes erfasst. Der hieraus zu bestimmende Winkel zwischen jener Ebene und der Verbindungslinie zwischen dem zu prüfenden Fixierungspunkt und der Eingriffsposition des Zughakens wird als Parameter für die Auswertung der Zeitabhängigkeit der Zugkraft oder aus dieser selektierten Daten gespeichert. Auf diese Weise kann den Besonderheiten unterschiedlicher geometrischer Konfigurationen der Bondverbindung und sich hieraus ergebender sinnvoller Eingriffspunkte des Zughakens bei der Auswertung der Daten sinnvoll Rechnung getragen werden.
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Eine Anordnung zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens umfasst neben an sich bekannten Komponenten eines Zugtestkopfes (Pulltesters) unter Funktionsaspekten
eine Zughaken-Antriebssteuereinrichtung, die eingangsseitig mit der Zugkraft-Messeinrichtung verbunden und dazu ausgebildet ist, bei Erreichung eines voreingestellten Zugkraftwertes den Zughaken in der bei jenem Zugkraftwert erreichten Position zu halten,
eine Zugkraftwert-Speichereinrichtung zur Speicherung der Zeitabhängigkeit der Zugkraft über eine vorbestimmte Zeitdauer in der festgehaltenen Position des Zughakens,
eine Vergleichskurven-Speichereinrichtung zur Speicherung mindestens einer vorbestimmten Zeitabhängigkeit der Zugkraft und
eine Zeitabhängigkeits-Vergleichereinrichtung zum Vergleichen der gemessenen Zugkraftwert-Zeitabhängigkeit mit der mindestens einen gespeicherten Zeitabhängigkeit oder von aus der gemessenen Zugkraftwert-Zeitabhängigkeit abgeleiteten repräsentativen Daten mit einem einer gespeicherten Zeitabhängigkeit entsprechenden Datensatz.
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Die hier erwähnten Funktionseinheiten sind selbstverständlich nicht sämtlich und in der Praxis auch nur zu einem geringen Teil als Hardware zu implementieren, sondern typischerweise Softwarekomponenten, und sie können in wesentlichen Teilen mit Standard-Software implementiert werden.
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In einer Ausführung der vorgeschlagenen Anordnung umfasst die Zughaken-Antriebssteuereinrichtung einen Zeitgeber zur Voreinstellung einer Stillstandszeit des Zughakens, und die Steuereinrichtung ist zur Wiederinbetriebnahme des Zughaken-Antriebs nach Ablauf der durch den Zeitgeber festgelegten Zeitdauer ausgebildet.
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In einer weiteren Ausführung ist die Zughaken-Antriebssteuereinrichtung zur sequentiellen Unterbrechung der Wirkung des Zughaken-Antriebs jeweils im Ansprechen auf die Erreichung eines von mehreren voreingestellten Zugkraftwerten und zum selbsttätigen weiteren Bewegen des Zughakens bis zur Erreichung des jeweils nächsten voreingestellten Zugkraftwertes ausgebildet.
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In einer Ausgestaltung der beiden letztgenannten Ausführungen ist zudem die Zughaken-Antriebssteuereinrichtung dazu ausgebildet, den Zughaken-Antrieb nach der oder der letzten Unterbrechung ihrer Wirkung für die vorbestimmte Zeitdauer kontinuierlich bis zur Zerstörung der Bonddrahtbrücke weiter wirken zu lassen.
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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 eine geometrische Darstellung zur Verdeutlichung des Bonddrahtverlaufes und der vektoriellen Zugkraftzerlegung bei Pulltest-Verfahren zur Qualitätsbestimmung von Drahtbondverbindungen,
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2 ein Funktions-Blockdiagramm eines automatischen Pulltesters,
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3 eine perspektivische Ansicht eines Pulltesters und
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4 ein Funktions-Blockdiagramm einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
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1 zeigt schematisch die Winkel- und Kräfteverhältnisse bei einer symmetrischen Bondverbindung zwischen einem ersten Fixierungspunkt P1 auf einem Halbleiterchip C und einem zweiten, nahezu auf gleicher Höhe liegenden Fixierungspunkt P2 auf einem Substrat S.
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Bekanntlich sind Pullwerte nur dann als Qualitätswert aussagekräftig, wenn sie auch wirklich miteinander 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 an beiden Bondstellen mit der Bondpad-Ebene einen Neigungswinkel von 30° einschließt, 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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Wie sich aus 1 leicht ersehen 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. Die am Haken gemessene Zugkraft muss dann mit dem Korrekturfaktor multipliziert werden, um die tatsächlich am Bond wirksame Kraft zu erhalten.
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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. Die korrigierten, also normierten Pullwerte, die mit einem automatischen Pulltester des weiter unten erläuterten Aufbaus ermittelt werden, 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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Der automatische Pulltester schließt Verfälschungen des Messwerts durch falsch platzierten Pullhaken 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 automatische Pulltester 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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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. 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 einer praktisch eingesetzten Version bei der Auswertung drei Pullwerte an: erstens den tatsächlich gemessenen, also den Rohwert, sodann zwei korrigierte Pullwerte für den ersten und den zweiten Bond. Sie werden ein-fach 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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2 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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Die Verbindung der Speichereinrichtung 8 mit der Zughaken-Steuereinrichtung 3 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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3 zeigt detaillierter die konstruktive Ausführung eines weiteren erfindungsgemäßen Pulltesters 1'. Gleiche oder funktionsgleiche Komponenten wie bei der in 2 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 ist auch eine (nicht dargestellte) Höhenwert-Skala vorgesehen, an der die Vertikalposition des Prüfkopfes 8 und damit auch diejenige des an seinem unteren Ende angebrachten Zughakens 2 angezeigt wird.
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Am Prüfkopf 8 befindet sich ein weiterer Motor 11, mit dem die für die optimale Positionierung 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 praktisch direkt von oben abbildet. Das Kamerabild kann somit zur Bestimmung der XY-Koordinaten der Fixierungspunkte sowie des Zughakens und damit letztlich zur Steuerung des Zughakens in eine für den Peeling-Test vorteilhafte Position genutzt werden.
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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 Höhenwert-Skala der Schlittenführung 9 erfasst. Es versteht sich, dass das nicht nötig ist, wenn bei der gegebenen Konfiguration der zu bondenden elektronischen Baugruppe vorausgesetzt werden kann, dass die Fixierungspunkte auf gleichem Niveau liegen, und wenn deren Z-Koordinate vor Beginn der Bond- und Prüfvorgänge eingegeben werden kann.
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Insofern weist die Signalverarbeitung bei dieser Ausführung Abweichungen gegenüber der Ausführung nach 2 auf, deren Realisierung aber im Bereich fachmännischen Wissens auf dem Gebiet der Bondtechnik und des Prüfens von Bondverbindungen liegt.
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4 zeigt in Form eines Funktions-Blockschaltbildes als Ausführungsbeispiel der Erfindung wesentliche Komponenten einer Testanordnung 100 zur Qualitätsbestimmung einer Drahtbondverbindung, speziell von deren Abschälverhalten (Peeling). Teile, die bereits in 2 oder 3 gezeigt sind, oder mit solchen funktionsverwandte Teile sind mit an 2 und 3 angelehnten Bezugsziffern bezeichnet, und es wird auf die diesbezügliche Beschreibung weiter oben verwiesen.
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Es wird auch auf die obigen Erläuterungen zur Kräfteverteilung an einer Bonddrahtbrücke und zu den Vorteilen einer automatischen Einstellung der optimalen Angriffsposition des Zughakens bei einem Pulltest hingewiesen. Bei einem Peeling-Test sind ähnliche Betrachtungen anzustellen, wobei zu beachten ist, dass ein solcher Test mit einem zangenartigen Werkzeug ausgeführt wird, das einen durchtrennten Bonddraht praktisch direkt oberhalb des zu prüfenden Fixierungspunktes ergreift und vom Bondpad bzw. Substrat weg zieht. Um weitgehend Vergleichbarkeit der mit dem vorgeschlagenen Verfahren gewonnenen Aussagen mit einem konventionellen Peeling-Test zu gewährleisten, ist bevorzugt eine ähnliche Kräftekonstellation (bei verfahrensgemäß intaktem Bonddraht) einzustellen.
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Der Zughaken 102 im Eingriff mit dem Bonddraht W ist demnach in 4 in einer Konfiguration gezeigt, in der die Projektion des Zughakens auf das Substrat S sehr nahe an den XY-Koordinaten des ersten Fixierungspunktes P1 und sehr weit von den XY-Koordinaten des Fixierungspunktes P2 liegt. Damit ist der erste Neigungswinkel Θ1 (am ersten Fixierungspunkt P1) wesentlich größer als der zweite Neigungswinkel Θ2 (am zweiten Fixierungspunkt P2), sodass die Kräfteverhältnisse denen sehr nahe kommen, die idealerweise für einen Peeling-Test am ersten Fixierungspunkt P1 herrschen sollten. Entsprechend ist der Zughaken nahe am zweiten Fixierungspunkt P2 zu positionieren, wenn das Abschälverhalten des Bonddrahts an jenem Bondpunkt geprüft werden soll.
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Eine Zugkraft-Speichereinheit 112 dient zur Speicherung der relevanten Zugkraftwerte aus früheren Pulltests, und eine Zugkraft-Vergleichereinheit 113 ist zum Vergleich gespeicherter Zugkraftwerte mit den von in der Kraftmesseinrichtung 104 ausgegebenen aktuellen Zugkraft-Messwerten vorgesehen. Konkret wird hier ein Zugkraft-Vergleichswert bereit gehalten und abgerufen, der 90% eines früher ermittelten Reißkraft-Wertes einer typgleichen Bonddrahtverbindung entspricht. Die Zugkraft-Vergleichereinheit 113 gibt im Ergebnis des Vergleichs ein Steuersignal an die Zughaken-Steuereinrichtung 103 aus, aufgrund dessen der Zughaken in der erreichten Position angehalten wird, sobald die gemessene Zugkraft den 90%-Wert erreicht. Eine interne Zeitgebereinheit 103a der Zughaken-Steuereinrichtung kann hierbei eine Zeitdauer vorgeben, für die der Zughaken angehalten bleibt und nach deren Ablauf seine Vertikalbewegung zur Vollendung eines Pulltests fortgeführt wird.
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Die Vergleichereinheit 113 ist weiterhin mit einer Registriereinheit 104a verbunden, welche über einen Messwerteingang mit der Kraftmesseinrichtung 104 verbunden und zur Registrierung der Zeitabhängigkeit der Zugkraftwerte für eine vorbestimmte Zeitspanne ab dem Anhalten des Zughakens ausgebildet ist. Diese Zeitspanne entspricht der durch den Zeitgeber 103a in der Zughaken-Steuereinrichtung 103 vorgegebenen Zeitspanne, weshalb die Zugkraft-Registriereinheit 104a eingangsseitig auch mit dem Zeitgeber 103a verbunden ist. Ausgangsseitig ist der Zugkraft-Registriereinheit 104a eine Zugkraft-Speichereinheit 114 zugeordnet, in der die aufgenommenen Zeitabhängigkeiten der Zugkraft während des Zughaken-Stillstands abgelegt werden. In einer Zeitabhängigkeits-Vergleichereinrichtung 115, die über einen ersten Eingang mit der Zugkraftwert-Speichereinrichtung und über einen zweiten Eingang mit einer Vergleichskurven-Speichereinrichtung 116 verbunden ist, wird die jeweils gemessene Zugkraftwert-Zeitabhängigkeit mit einer gespeicherten Vergleichskurve (Zugkraftwert-Zeitabhängigkeit einer Peeling-freien Drahtbondverbindung) verglichen, und aus dem Vergleichsergebnis wird mindestens ein Signal abgeleitet (oder vorzugsweise ein Datensatz gewonnen), woraus auf das Auftreten und gegebenenfalls Details eines Abschälens des Bonddrahts vom Substrat bzw. Bondpad am geprüften Fixierungspunkt geschlossen werden kann.
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Weiter oben wurde bereits angesprochen, dass nach dem Peeling-Test durch Fortsetzung der Vertikalbewegung des Zughakens vom Substrat S weg ein Pulltest ausgeführt werden kann. Es ist aber auch möglich, durch Abruf mehrerer, sich sukzessiv erhöhender vorbestimmter Zugkraftwerte aus der Speichereinheit 112, unter jeweiligem Vergleich mit den aktuell gemessenen Zugkraftwerten, sequentiell mehrere Peeling-Tests der oben skizzierten Art auszuführen, wobei jeweils eine (nicht notwendigerweise die gleiche) Stillstandszeit des Zughakens 102 durch den Zeitgeber 103a gesteuert wird und aufeinander folgend mehrere Zeitabhängigkeiten bei den sukzessiv erhöhten Zugkraftwerten aufgenommen werden. Entsprechende Abwandlungen der beteiligten Systemkomponenten liegen im Bereich fachmännischen Handelns und bedürfen daher hier keiner genaueren Erläuterung.
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Es bedarf auch keiner weiteren Erläuterung, dass und auf welche Weise, ausgehend von einer beliebigen Startposition des Zughakens 102 unterhalb des Bonddrahtes W und aufgrund von vorbekannten oder (wie weiter oben erläutert) mittels einer Kamera erfassten XY-Koordinaten der Fixierungspunkte auf dem Substrat S, der Zughaken in der XY-Ebene bis nahe an den hinsichtlich des Peeling-Verhaltens zu prüfenden Fixierungspunkt P1 oder P2 verfahren wird, bevor mit dem Test begonnen wird. Hierbei kann in einer Vorbereitungsphase auch ein anfängliches vertikales Verfahren des Zughakens erfolgen, bis aus der (in Seitenansicht) bogenförmigen Bonddrahtbrücke eine im Wesentlichen dreiecksartig gestreckte Konfiguration des Bonddrahtes gebildet ist. Es ist aber auch möglich, diese Vorbereitungsphase übergangslos in den eigentlichen Peeling-Test einzubinden, diesen also in einer noch bogenförmigen Brückenkonfiguration (aber nahe dem zu prüfenden Fixierungspunkt) zu starten.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1333263 A1 [0004]
- DE 102010006130 A1 [0004]
