DE102014212839A1 - Device for checking at least one property of a bonder - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (10) zur Überprüfung mindestens einer Eigenschaft eines Bonders (12) mit einem Ultraschallwandler (14) und einem Bondkeil (16) vorgeschlagen. Die Vorrichtung (10) weist eine erste Messvorrichtung (18) zur Erfassung mindestens einer Schwingungseigenschaft eines von dem Ultraschallwandler (14) ausgesendeten Ultraschalls auf. Die Vorrichtung (10) weist eine zweite Messvorrichtung (20) zur Erfassung einer von dem Bondkeil (16) auf eine Bondoberfläche (22) aufgebrachten Kraft auf.A device (10) for checking at least one property of a bonder (12) with an ultrasonic transducer (14) and a bonding wedge (16) is proposed. The device (10) has a first measuring device (18) for detecting at least one vibration characteristic of an ultrasound emitted by the ultrasound transducer (14). The device (10) has a second measuring device (20) for detecting a force applied by the bonding wedge (16) to a bonding surface (22).

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Fügeverfahren zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung bekannt. Ein Fügeverfahren ist das Bonden. Das Bonden ist in der Elektronikindustrie und in der Automobilelektronik ein etabliertes Verfahren. Dabei wird zwischen Wedge-Wedge-Bonden und Ball-Wedge-Bonden unterschieden. Ebenso wird zwischen Dünndraht-, Dickdraht- und Bändchenbonden unterschieden. Various joining methods for producing an electrical connection are known from the prior art. A joining process is the bonding. Bonding is an established process in the electronics and automotive electronics industries. A distinction is made between wedge-wedge bonding and ball-wedge bonding. Likewise, a distinction is made between thin-wire, thick-wire and ribbon bonding.

Grundlage bei allen Bondverfahren ist das Zusammenspiel von Ultraschall, Bondkraft, Bondzeit und den Fügepartnern. Wesentlich ist die Einbringung von Ultraschall mit einer definierten Kraft in die Verbindungszone. Diese Grundlage wird von einer Reihe von Randbedingungen begleitet, die entscheidenden Einfluss auf das Bondergebnis, das heiß die Einbringung des Ultraschalls in die Fügezone, haben.The basis of all bonding processes is the interaction of ultrasound, bonding force, bonding time and joining partners. Essential is the introduction of ultrasound with a defined force in the connection zone. This basis is accompanied by a number of boundary conditions that have a decisive influence on the bonding result, which is hot the introduction of the ultrasound into the joining zone.

Um den Ultraschall zu definieren, stehen verschiedene Messgeräte zur Verfügung. Das wohl verbreitetste Messgerät ist ein Vibrometer, mit dem die Schwingungen, insbesondere deren Frequenz und Amplitude, gemessen werden können. Eine weitere Messgröße ist die Kraft, mit der der Bondkeil des Bonders den Draht bzw. das Bändchen auf die Kontaktoberfläche drückt. Hier gibt es verschiedene Messmöglichkeiten, wobei eine davon diejenige mittels Piezokraftmessdose ist.To define the ultrasound, various measuring devices are available. Probably the most widely used measuring device is a vibrometer with which the vibrations, in particular their frequency and amplitude, can be measured. Another measure is the force with which the bonding wedge of the bonder pushes the wire or ribbon onto the contact surface. There are different measuring options, one of which is the one with a piezo load cell.

Trotz der durch diese Messgeräte bewirkten Verbesserungen besteht nach wie vor ein Optimierungspotenzial bekannter Überprüfungsgeräte. So kommt es beim Bonden immer wieder zu Problemen und der Bonder steht in Verdacht, nicht immer einwandfrei zu arbeiten. Es besteht Unsicherheit darüber, ob der Ultraschallwandler richtig arbeitet und ob die Kraft richtig aufgebracht wird. Beides kann einzeln teilweise betrachtet werden, nicht aber gleichzeitig und aktiv. Despite the improvements made by these meters, there is still potential for optimization of known verification equipment. So it always comes with bonding problems and the Bonder is suspected of not always working properly. There is uncertainty as to whether the ultrasonic transducer is working properly and whether the force is applied properly. Both can be viewed individually, but not simultaneously and actively.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird dementsprechend eine Vorrichtung zur Überprüfung mindestens einer Eigenschaft eines Bonders vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen zur Überprüfung zumindest weitgehend vermeidet und die eine Aussage darüber treffen lässt, ob der Bonder korrekt arbeitet.Accordingly, a device is proposed for checking at least one characteristic of a bonder which at least largely avoids the disadvantages of known devices for checking and which makes it possible to determine whether the bonder is working correctly.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überprüfung mindestens einer Eigenschaft eines Bonders mit einem Ultraschallwandler und einem Bondkeil umfasst eine erste Messvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Schwingungseigenschaft eines von dem Ultraschallwandler ausgesendeten Ultraschalls und eine zweite Messvorrichtung zur Erfassung einer von dem Bondkeil auf eine Bondoberfläche aufgebrachten Kraft.A device according to the invention for checking at least one property of a bonder with an ultrasonic transducer and a bonding wedge comprises a first measuring device for detecting at least one vibration characteristic of an ultrasound emitted by the ultrasound transducer and a second measuring device for detecting a force applied by the bonding wedge to a bonding surface.

Unter einer Schwingungseigenschaft ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jede Eigenschaft zu verstehen, die eine Schwingung quantifiziert und/oder qualifiziert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Schwingungseigenschaft mittels der Amplitude und/oder Frequenz charakterisiert.In the context of the present invention, a vibration characteristic is any property that quantifies and / or qualifies a vibration. In the context of the present invention, the vibration characteristic is characterized by means of the amplitude and / or frequency.

Die erste Messvorrichtung kann im Wesentlichen senkrecht zu einer Aufbringungsrichtung der Kraft des Bondkeils auf die Bondoberfläche orientiert sein. Die erste Messvorichtung kann einen Vibrometer aufweisen. Die erste Messvorrichtung kann insbesondere zur Erfassung einer Frequenz und einer Amplitude des von dem Ultraschallwandler ausgesendeten Ultraschalls ausgebildet sein. Die zweite Messvorrichtung kann eine Kraftmessdose aufweisen. Die Bondoberfläche kann auf der Kraftmessdose angeordnet sein. Beispielsweise ist die Kraftmessdose eine Piezokraftmessdose. Die Vorrichtung kann zum gleichzeitigen Betreiben der ersten Messvorrichtung und der zweiten Messvorrichtung zur Überprüfung der mindestens einen Eigenschaft des Bonders ausgebildet sein. Die Vorrichtung kann in den Bonder integrierbar sein.The first measuring device may be oriented substantially perpendicular to a direction of application of the force of the bonding wedge on the bonding surface. The first measuring device can have a vibrometer. The first measuring device can be designed in particular for detecting a frequency and an amplitude of the ultrasound emitted by the ultrasound transducer. The second measuring device may have a load cell. The bonding surface can be arranged on the load cell. For example, the load cell is a piezoelectric load cell. The device may be designed for simultaneously operating the first measuring device and the second measuring device for checking the at least one property of the bonder. The device can be integrated in the bonder.

Die beschriebene Vorrichtung kann Teil eines Bonders sein, der einen Ultraschallwandler und einen Bondkeil aufweist. Dabei ist die Vorrichtung zumindest zeitweise in den Bonder integriert.The described device may be part of a bonder having an ultrasonic transducer and a bonding wedge. The device is at least temporarily integrated into the bonder.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann überprüft werden, ob der Ultraschallwandler und der Bondkeil korrekt arbeiten. Beides kann aktiv und unter normalen Betriebsbedingungen des Bonders analysiert werden. Daher kann eine Aussage darüber getroffen werden, ob der Bonder korrekt arbeitet. So kann beispielsweise festgestellt werden, dass der von dem Ultraschallwandler ausgesendete Ultraschall unter Last, wie beispielsweise unter Bondkraft oder einem Bewegungswiderstand durch Reibung, zusammenbricht. Entsprechend kann die Funktion des Bonders im Einsatz analysiert werden und nicht nur einzelne Funktionen betrachtet werden. Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Kombination von zwei Messgeräten zur Überprüfung der Funktion eines Bonders. Dieses Überprüfungsgerät kann und sollte in den Bonder integriert werden, damit jederzeit eine schnelle und einfache, aber aussagekräftige Prüfung erfolgen kann. Es ist aber ebenfalls denkbar, die Vorrichtung als mobiles Messgerät auszuführen und in den Bonder kurzzeitig zu integrieren.By the device according to the invention can be checked whether the ultrasonic transducer and the bonding wedge work correctly. Both can be analyzed actively and under normal operating conditions of the bonder. Therefore, a statement can be made as to whether the bonder is working properly. For example, it can be stated that the ultrasound emitted by the ultrasound transducer collapses under load, such as, for example, under bonding force or a movement resistance due to friction. Accordingly, the function of the bonder can be analyzed in use and not just individual functions are considered. A basic idea of the present invention is therefore the combination of two measuring devices for checking the function of a bonder. This verification device can and should be integrated into the Bonder, so that a quick and easy, but meaningful check can be made at any time. However, it is also conceivable to design the device as a mobile measuring device and to integrate it into the bonder for a short time.

Nur die Messung des Ultraschalls mit Ermittlung des Frequenzverlaufs und der Amplitude bei gleichzeitiger Ermittlung des Kraftverlaufs gibt einen Aufschluss über den Zustand des Bonders. Ansonsten kann der Zustand nur durch umfangreiche Versuche über Ausschlussverfahren bewertet werden.Only the measurement of the ultrasound with determination of the frequency curve and the amplitude with simultaneous determination of the force curve gives an indication of the condition of the bonder. Otherwise, the condition can only be assessed by extensive experiments on exclusion procedures.

Die Kombination von Analyse des Ultraschalls, bevorzugt mittels eines Vibrometers, bei gleichzeitiger Analyse des Kraftverlaufs ermöglicht eine fundierte Aussage über den Bonder. Entscheidend ist, dass auf einer definierten Oberfläche gebondet wird und dass immer genau im Messbereich des Vibrometers gebondet wird. Dann ist eine grafische Auswertung von Frequenz, Amplitude und Kraft in Abhängigkeit der Zeit möglich. Die Bondoberflache muss deshalb auf der Kraftmessdose fixiert werden. The combination of analysis of the ultrasound, preferably by means of a vibrometer, with simultaneous analysis of the force curve allows a sound statement about the bonder. It is crucial that bonding takes place on a defined surface and that bonding is always carried out exactly in the measuring range of the vibrometer. Then a graphical evaluation of frequency, amplitude and force as a function of time is possible. The bond surface must therefore be fixed to the load cell.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in der Figur schematisch dargestellt sind. Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figure.

Es zeigt:It shows:

1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überprüfung mindestens einer Eigenschaft eines Bonders. 1 a side view of an inventive device for checking at least one property of a bonder.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Überprüfung mindestens einer Eigenschaft eines Bonders 12. Ein solcher Bonder 12 weist einen Ultraschallwandler 14 und einen Bondkeil 16 auf. Die Vorrichtung 10 weist eine erste Messvorrichtung 18 zur Erfassung mindestens einer Schwingungseigenschaft eines von dem Ultraschallwandler 14 ausgesendeten Ultraschalls und eine zweite Messvorrichtung 20 zur Erfassung einer von dem Bondkeil 16 auf eine Bondoberfläche 22 aufgebrachten Kraft auf. Die erste Messvorrichtung 18 ist im Wesentlichen senkrecht zu einer Aufbringungsrichtung der Kraft des Bondkeils 16 auf die Bondoberfläche 22 orientiert. Beispielsweise ist die erste Messvorrichtung 18 mit einer Abweichung von nicht mehr als 15 ° und bevorzugt nicht mehr als 10 °, beispielsweise nicht mehr als 5 °, von einer exakt senkrechten Orientierung zu einer Richtung, in der die Kraft durch den Bondkeil 16 auf die Bondoberfläche 22 aufgebracht wird, orientiert. 1 shows a side view of a device according to the invention 10 to verify at least one property of a bonder 12 , Such a bonder 12 has an ultrasonic transducer 14 and a bonding wedge 16 on. The device 10 has a first measuring device 18 for detecting at least one vibration characteristic of one of the ultrasonic transducer 14 emitted ultrasound and a second measuring device 20 for detecting one of the bonding wedge 16 on a bond surface 22 applied force. The first measuring device 18 is substantially perpendicular to a direction of application of the force of the bonding wedge 16 on the bond surface 22 oriented. For example, the first measuring device 18 with a deviation of not more than 15 ° and preferably not more than 10 °, for example not more than 5 °, from an exactly perpendicular orientation to a direction in which the force through the bonding wedge 16 on the bond surface 22 is applied, oriented.

Die erste Messvorrichtung 18 ist zur Erfassung einer Frequenz und einer Amplitude des von dem Ultraschallwandler 14 ausgesendeten Ultraschalls ausgebildet. Beispielsweise weist die erste Messvorrichtung 18 einen Vibrometer 24 auf, der zur zeitlichen Aufzeichnung einer Frequenz und einer Amplitude des Schwingungssignals des Ultraschalls dient. The first measuring device 18 is for detecting a frequency and an amplitude of the ultrasound transducer 14 emitted ultrasound formed. For example, the first measuring device 18 a vibrometer 24 on, which serves for the temporal recording of a frequency and an amplitude of the oscillation signal of the ultrasound.

Die zweite Messvorrichtung 20 weist eine Kraftmessdose 26 auf. Die Kraftmessdose 26 ist beispielsweise eine Piezokraftmessdose. Eine Piezokraftmessdose ist eine Kraftmessdose, die ein piezoresistives Element aufweist, das bei einer Krafteinwirkung ein elektrisches Spannungssignal erzeugt. Dieses Spannungssignal kann ausgewertet werden und so auf die aufgebrachte Kraft geschlossen werden. Die Bondoberfläche 22 ist dazu auf der Kraftmessdose 26 angeordnet. The second measuring device 20 has a load cell 26 on. The load cell 26 is, for example, a piezoelectric load cell. A piezo load cell is a load cell which has a piezoresistive element which generates an electrical voltage signal when a force is applied. This voltage signal can be evaluated and so closed on the applied force. The bond surface 22 is on the load cell 26 arranged.

Die Vorrichtung 10 ist zum gleichzeitigen Betreiben der ersten Messvorrichtung 18 und der zweiten Messvorrichtung 20 zur Überprüfung der mindestens einen Eigenschaft des Bonders 12 ausgebildet. Mit anderen Worten kann die Überprüfung des Bonders 12 während eines Betriebes des Bonders aktiv und gleichzeitig stattfinden. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung 10 zumindest zeitweise in den Bonder integrierbar. Bevorzugt ist dabei eine Integration der Vorrichtung 10 in den Bonder 12. Dadurch lässt sich eine Kombination einer Analyse des Ultraschalls bei gleichzeitiger Analyse des Kraftverlaufs realisieren. Dies erlaubt eine fundierte Aussage darüber, ob der Bonder 12 korrekt arbeitet. Entscheidend ist, dass auf einer definierten Bondoberfläche 22 gebondet wird und dass immer genau im Messbereich des Vibrometers 24 gebondet wird. Damit ist eine grafische Auswertung von Frequenz, Amplitude und Kraft in Abhängigkeit der Zeit möglich. So ist der Vibrometer 24 so orientiert, dass sein ausgesendeter Laserstrahl senkrecht auf eine Spitze 28 des Bondkeils 16 trifft. The device 10 is for simultaneously operating the first measuring device 18 and the second measuring device 20 to verify the at least one property of the bonder 12 educated. In other words, checking the bonder 12 take place actively and simultaneously during one operation of the bonder. For this purpose, the device 10 at least temporarily integrated into the bonder. Preference is given to an integration of the device 10 in the bonder 12 , This makes it possible to realize a combination of an analysis of the ultrasound with simultaneous analysis of the force curve. This allows an informed statement about whether the bonder 12 works correctly. It is crucial that on a defined bond surface 22 is bonded and that always exactly in the measuring range of the vibrometer 24 is bonded. Thus, a graphical evaluation of frequency, amplitude and force as a function of time is possible. That's the vibrometer 24 oriented so that its emitted laser beam is perpendicular to a tip 28 of the bond wedge 16 meets.

Claims (10)

Vorrichtung (10) zur Überprüfung mindestens einer Eigenschaft eines Bonders (12) mit einem Ultraschallwandler (14) und einem Bondkeil (16), wobei die Vorrichtung (10) eine erste Messvorrichtung (18) zur Erfassung mindestens einer Schwingungseigenschaft eines von dem Ultraschallwandler (14) ausgesendeten Ultraschalls aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) eine zweite Messvorrichtung (20) zur Erfassung einer von dem Bondkeil (16) auf eine Bondoberfläche (22) aufgebrachten Kraft aufweist.Contraption ( 10 ) for checking at least one property of a bonder ( 12 ) with an ultrasonic transducer ( 14 ) and a bonding wedge ( 16 ), the device ( 10 ) a first measuring device ( 18 ) for detecting at least one vibration characteristic of one of the ultrasonic transducer ( 14 ) emitted ultrasound, characterized in that the device ( 10 ) a second measuring device ( 20 ) for detecting one of the bonding wedge ( 16 ) on a bonding surface ( 22 ) has applied force. Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Messvorrichtung (18) im Wesentlichen senkrecht zu einer Aufbringungsrichtung der Kraft des Bondkeils (16) auf die Bondoberfläche (22) orientiert ist.Contraption ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the first measuring device ( 18 ) substantially perpendicular to a direction of application of the force of the bonding wedge ( 16 ) on the bond surface ( 22 ) is oriented. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Messvorichtung (18) zur Erfassung einer Frequenz und einer Amplitude des von dem Ultraschallwandler (14) ausgesendeten Ultraschalls ausgebildet ist. Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the first measuring device ( 18 ) for detecting a frequency and an amplitude of the signal from the ultrasonic transducer ( 14 ) emitted ultrasound is formed. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Messvorichtung (18) einen Vibrometer (24) aufweist.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the first measuring device ( 18 ) a vibrometer ( 24 ) having. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Messvorrichtung (20) eine Kraftmessdose (26) aufweist.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the second measuring device ( 20 ) a load cell ( 26 ) having. Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bondoberfläche (22) auf der Kraftmessdose (26) angeordnet ist. Contraption ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the bonding surface ( 22 ) on the load cell ( 26 ) is arranged. Vorrichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kraftmessdose (26) eine Piezokraftmessdose ist.Contraption ( 10 ) according to the preceding claim, wherein the load cell ( 26 ) is a piezoelectric load cell. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) zum gleichzeitigen Betreiben der ersten Messvorrichtung (18) und der zweiten Messvorrichtung (20) zur Überprüfung der mindestens einen Eigenschaft des Bonders (12) ausgebildet ist.Contraption ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the device ( 10 ) for simultaneously operating the first measuring device ( 18 ) and the second measuring device ( 20 ) for checking the at least one property of the bonder ( 12 ) is trained. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) in den Bonder (12) integrierbar ist.Contraption ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the device ( 10 ) in the bonder ( 12 ) is integrable. Bonder (12), umfassend einen Ultraschallwandler (14), einen Bondkeil (16) und eine Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) zumindest zeitweise in den Bonder (12) integriert ist.Bonder ( 12 ), comprising an ultrasonic transducer ( 14 ), a bonding wedge ( 16 ) and a device ( 10 ) according to any one of the preceding claims, wherein the device ( 10 ) at least temporarily into the bonder ( 12 ) is integrated.
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