DE102020108536A1 - Bondstellen-Prüfverfahren und Anordnung zu dessen Durchführung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bondstellen-Prüfverfahren zur Prüfung der Ermüdungsfestigkeit und Langzeit-Zuverlässigkeit von Drahtbondverbindungen elektronischer Bauelemente, welches aufweist:das starre Fixieren eines Bauelements, das mindestens eine zu prüfende Drahtbondverbindung aufweist, oder eines Trägers desselben;das klemmende Festhalten des Bonddrahtes der zu prüfenden Drahtbondverbindung nahe einer Verbindungsstelle auf dem Bauelement mittels eines Klemmhalters mit einer vorbestimmten Klemmkraft;die Erzeugung einer mechanischen Schwingung mit vorbestimmter Frequenz bzw. vorbestimmtem Frequenzspektrum und vorbestimmter Schwingungsrichtung mittels eines elektrisch angetriebenen Schwingungserzeugers zur Beaufschlagung des Klemmhalters mit dieser Schwingung; unddie Registrierung und Auswertung eines Prüfvorganges,wobei der zeitliche Verlauf des Stromflusses durch den Schwingungserzeuger und/oder der Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers und/oder der Position des Klemmhalters relativ zur Verbindungsstelle auf dem Bauelement erfasst und ausgewertet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bondstellen-Prüfverfahren zur Prüfung der Ermüdungsfestigkeit und Langzeit-Zuverlässigkeit von Drahtbondverbindungen elektronischer Bauelemente sowie eine entsprechende Bondstellen-Prüfanordnung.
  • Qualität und Lebensdauer von elektronischen Komponenten / Halbleiterbauteilen hängen wesentlich von Qualität und Lebensdauer der Mikroverbindungen, wie Bondungen oder Lötungen zwischen einzelnen Werkstücken aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen ab. Von besonderer Bedeutung ist hier die Grenzverbindungsfläche zwischen Bonddraht und Bondoberfläche, an der Delamination und Rissbildung bis zur Drahtabhebung (lift-off Fehler) erfolgen kann.
  • Bekannt sind statische Pull- und Shear- Tester, deren Aufgabe darin besteht, die Qualität der Bonddrahtverbindungen in mikroelektronischen Bauteilen zu prüfen. Die Prüfung erfolgt durch einmaliges Anziehen am Verbindungsdraht mittels eines Hakens (Pull- oder Zugtest) oder durch Anschieben am Verbindungsdraht mittels eines meißelförmigen Stifts (Querbelastung im Shear- oder Schertest). Es gibt nicht destruktive Pull- und Shear Tests, bei denen eine vorbestimmte (mindestens oder durchschnittlich auszuhaltende) Zug- oder Scherkraft eingesetzt wird, und destruktive Pull- und Shear Tests, bei denen die Zug- oder Scherkraft bis zur Riss- oder Bruchbildung erhöht wird.
  • Es sind auch statische Pull Tests bekannt, bei denen der Bonddraht mittels eines Greifers festgehalten wird und der Zug durch Bewegung der Plattform, auf der die Probe fixiert ist, ausgeführt wird.
  • Die Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit und die Zuverlässigkeit einer Drahtbondverbindung über die Lebensdauer wird über dynamische Tests ermittelt, in denen die zyklische Belastung der Bonds durch wiederholte mechanische und oder thermische Belastung nachvollzogen wird.
  • Für Ballbonds ist ein Schertest bekannt, bei dem ein meißelförmiger Stift als Testwerkzeug genutzt wird. Der Ballbond ist auf einem Probenhalter fixiert, der sich hin- und herbewegt, so dass der Stift eine Querbelastung auf den Ballbond ausüben kann. Ein Sensor dient dazu, einen Mindestabstand zwischen Stiftspitze und Probenhalter herzustellen, damit die Scherbelastung nur am Ballbond erfolgt und nicht den Probenhalter trifft.
  • http://www.nordson.com/en/divisions/dage/test-types/fatigue
  • Für Leads in sog. Lead Frames ist ein Biegetest bekannt, bei dem der Lead Frame an einem Probenhalter fixiert ist. Unter vorgegebenem Biegewinkel wird auf den Lead wiederholte Zugbelastung ausgeübt. Dazu wird das Ende des Leads eingeklemmt und Lasten darauf aufgebracht.
  • http://sixsiqmaservices.com/othertestngservices.asp#LeadFatigue
  • Ein im Vergleich dazu wesentlich beschleunigtes Verfahren bietet die DE 10 2005 016 038 . Die Testzeit wird von Wochen auf wenige Stunden reduziert: Die Schertests werden in einem Ultraschallsystem, das in Resonanz erregt wird und mit einer Frequenz von mehreren kHz schwingt, durchgeführt. Das Messprinzip beruht darauf, dass das schwingende System (Probenhalter oder auf den Probenhalter aufgeklebtes Werkstück) mit einem sehr viel kleineren Werkstück über eine Mikroverbindung verbunden wird. Durch Beschleunigung eines ausschließlich durch den Bond verbundenen Werkstücks gegen das andere, am Probenhalter fixierte Werkstück wird unter Ausnutzung der Massenträgheit des anderen Werkstücks eine Relativbewegung gegeneinander erzeugt. Die Mikroverbindung wird dadurch in Scherung bzw. in Scherung und Dehnung belastet. Das Prüfverfahren ist für die Prüfung von Drahtbonds geeignet, jedoch kann die Testung nicht für fertig konfigurierte mikroelektronische Bauteile erfolgen, sondern es müssen spezielle Testpräparate hergestellt werden.
  • Nachteilig ist darüber hinaus, dass das Handling der Proben (Aufkleben des Testpräparats an ausgewählten Stellen des Probenhalters) zeitaufwendig ist und aufgrund der benötigten Präzision nur von Experten durchgeführt werden kann.
  • Mit der beschleunigten mechanischen Testung der Ermüdungsfestigkeit von Verbindungen in mikroelektronischen Bauteilen befassen sich die PublikationenG. Khatibi, W. Wroczewski, B. Weiss, T. Licht, A Fast Mechanical Test Technique for Lifetime Estimation of Micro-joints, Microelectronics Reliability 2008 (48) 1822-1830 sowie G Khatibi, M Lederer, B Weiss, T Licht, J Bernardi, H Danninger, Accelerated Mechanical Fatigue Testing and Lifetime of Interconnects in Microelectronics, Procedia Engineering, 2010 (2) 511-519.
  • Prüfvorrichtungen und -verfahren für statische Pull- bzw. Shear-Tests sind beispielsweise beschrieben in DE 19752319A1 , EP 0772036A2 , US 4 453 414 , US 2008/0257059 A1 , US 2013/0186207 A1 , US 7 753 711 B2 und JPH07130797(A ).
  • Eine neuartige Bondstellen-Prüfanordnung sowie ein entsprechendes Prüfverfahren werden in der DE 10 2016 107 028 A1 der Anmelderin beschrieben, die die Merkmale des jeweiligen Oberbegriffs der unabhängigen Ansprüche offenbart.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Bondstellen-Prüfverfahren und eine entsprechende Bondstellen-Prüfanordnung anzugeben, die insbesondere eine zerstörungsfreie und dennoch aussagekräftige und/oder zeitsparende Beurteilung der Qualität von Bondverbindungen erlaubt.
  • Diese Aufgabe wird in ihrem Vorrichtungsaspekt durch ein Bondstellen-Prüfverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in ihrem Verfahrensaspekt durch eine Bondstellen-Prüfanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung schließt den Gedanken ein, Betriebsgrößen der Prüfanordnung bzw. bei einem Testvorgang erfassbare Messgrößen zu finden, deren zeitlicher Verlauf im Zeitraum vor einer Zerstörung der Bondverbindung bereits aussagekräftig für die Beurteilung von deren Qualität, insbesondere ihrer Ermüdungsfestigkeit und Langzeit-Zuverlässigkeit, ist. Nach den Erkenntnissen der Erfinder sind dies insbesondere der Stromfluss durch den Schwingungserzeuger, die Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers und die Position des Klemmhalters relativ zur Verbindungsstelle auf dem Bauelement. Die Erfinder haben festgestellt, dass diese Größen zwar graduell unterschiedlich auf durch das Testverfahren simulierte Ermüdungen der Bondverbindung, aber jedenfalls signifikant ansprechen. Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, mindestens eine dieser Größen in ihrem zeitlichen Verlauf speziell vor der Zerstörung der Bondverbindung zu erfassen und zur Beurteilung der Qualität auszuwerten.
  • Die vorgeschlagene Anordnung und das Verfahren stehen im Kontext der sog. HCF(High Cycle Fatigue)- bzw. VHCF(Very High Cycle Fatigue)-Testung und widmen sich im Speziellen der Verbindungsgrenzflächezwischen Bonddraht und Bondoberfläche unter zyklischer Wechsel- bzw. Scherbelastung zur Erzeugung von Drahtabhebungen (Lift-Off-Fehlern).
  • Die erfindungsgemäße Prüfanordnung und das Prüfverfahren ermöglichen grundsätzlich eine wesentliche Einsparung an Prüfzeit gegenüber bekannten Verfahren und erhöhen somit die Ausbeute an geprüften Bondverbindungen pro Zeiteinheit. Die essentielle Verkürzung der Prüfdauer erleichtert erheblich den Einsatz in laufenden Produktionsprozessen und ermöglicht außerordentlich breit angelegte Prüfungen, d.h. die Erreichung eines neuen Niveaus an Aussagekraft der Prüfungen. Die Einfachheit der Anordnung und des Verfahrens ermöglichen die Bedienung durch speziell eingewiesenes Laborpersonal, was ebenfalls die breite Anwendung erleichtert und unter Kostenaspekten vorteilhaft ist. Die hiermit vorgeschlagene Verlaufs-Erfassung und -auswertung mindestens einer relevanten Betriebs- bzw. Messgröße der Prüfanordnung bietet weitere Möglichkeiten zur Zeit- und Kosteneinsparung und erhöht gleichzeitig die Aussagekraft der gemäß DE 10 2016 107 028 A1 ermittelten Zuverlässigkeit.
  • In einer Ausführung der Erfindung wird die Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers auf einen Resonanzzustand mit dem Klemmhalter eingestellt und der zeitliche Verlauf der Resonanzfrequenz des Schwingungserzeugers erfasst und ausgewertet.
  • In einer weiteren, mit der vorgenannten kombinierbaren oder eigenständigen Ausführung, wird der Bonddraht mit einer vorbestimmten, senkrecht zur Ebene der Verbindungsstelle auf dem Bauelement gerichteten Zugkraft beaufschlagt wird und der zeitliche Verlauf der Position des Klemmhalters in Richtung senkrecht zur Verbindungsstelle erfasst und ausgewertet.
  • In einer weiteren Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens weist die Auswertung der im zeitlichen Verlauf erfassten Größe/n die Feststellung der Erreichung mindestens eines bezüglich eines Anfangswertes der jeweiligen Größe festgelegten Schwellenwertes auf. Es kann also bei der gleichlaufenden Erfassung mindestens zweier der genannten Größen mindestens einer einer solchen Schwellwertdiskriminierung unterzogen werden, und es ist die Verwendung nur eines einzelnen Schwellenwertes ebenso denkbar wie der Vergleich des gemessenen Zeitverlaufes mit mehreren Schwellenwerten zur Gewinnung noch detaillierterer Qualitätsaussagen.
  • In einer anderen Ausführung ist vorgesehen, dass die Auswertung der im zeitlichen Verlauf erfassten Größe/n einen Vergleich mit einem gespeicherten Zeitverlauf der jeweiligen Größe aufweist. Auch hier gilt, dass bei gleichlaufender Erfassung mehrerer Größen für mindestens eine der Zeitverlauf mit einem gespeicherten Vergleichs-Zeitverlauf verglichen wird. Die beiden letztgenannten Ausführungen können durchaus so kombiniert werden, dass eine Größe einem Schwellenwert-Vergleich und eine andere einem Zeitverlaufs-Vergleich unterzogen wird.
  • In einer noch weiteren Ausführung ist vorgesehen, dass mindestens zwei der Größen Stromfluss durch den Schwingungserzeuger, Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers und Position des Klemmhalters gleichlaufend erfasst werden und die Auswertung eine Bewertung jedes erfassten Verlaufes mit einer vorbestimmten Bewertungsgröße, insbesondere einem Bewertungsfaktor, aufweist. Insbesondere kann hierbei der oder jeder Bewertungsfaktor über einen vorbestimmten Erfassungszeitraum variabel festgelegt werden.
  • Vorrichtungsaspekte der Erfindung ergeben sich für den Fachmann weitgehend aus den oben erwähnten Verfahrensaspekten und werden daher nachfolgend nicht nochmals im Einzelnen erläutert. Ihre Realisierung ist jeweils hard- oder softwareseitig möglich.
  • In einer konstruktiv wesentlichen Ausführung der Anordnungs-Grundkonfiguration sind dem Klemmhalter Zugkraft-Beaufschlagungsmittel zur Beaufschlagung mit einer vorbestimmten, insbesondere senkrecht zur Ebene der Verbindungsstelle auf dem Bauelement gerichteten, Zugkraft zugeordnet, welche insbesondere Zugkraft-Einstellmittel aufweisen. Die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung ist dann speziell zur Erfassung des zeitlichen Verlaufs der Position des Klemmhalters relativ zur Verbindungsstelle ausgebildet.
  • In der bevorzugten Ausführung weist der Schwingungserzeuger Frequenz-Einstellmittel zur Einstellung der Schwingungsfrequenz und/oder Amplituden-Einstellmittel zum Einstellen eines Resonanzzustandes mit dem Klemmhalter auf. Die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung ist dann zur Erfassung und Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Resonanzfrequenz des Schwingungserzeugers ausgebildet.
  • Grundsätzlich ist die oben beschriebene Auswertung des zeitlichen Verlaufs der relevanten Größen im Sinne eines Schwellenwertvergleiches oder Vergleiches mit einer gespeicherten Verlaufskurve in Echtzeit oder Quasi-Echtzeit möglich. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist jedoch die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung einen Messwertspeicher zum Speichern des zeitlichen Verlaufs der oder jeder erfassten Größe auf.
  • Für die vorgeschlagene Schwellenwertdiskriminierung sind in der Registrierungs- und Auswertungseinrichtung ein Schwellenwertspeicher und eine Schwellen-Vergleichereinheit implementiert, während zur Ausführung des ebenfalls oben erwähnten Vergleichs der erfassten Zeitverlaufs-Kurve mit mindestens einer gespeicherten Zeitverlaufs-Kurve eine Vergleichsverlaufs-Speichereinheit und eine Verlaufs-Vergleichereinheit vorgesehen sind.
  • Für die kombinierte Auswertung mehrerer relevanter Größen mit einem jeweils zugeordneten Bewertungsfaktor umfasst die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung Bewertungsgrößen-Einstellmittel zur Vorgabe der entsprechenden Bewertungsgröße/n, und sie wird zweckmäßigerweise auch einen Speicher zur Abspeicherung der oder jeder Bewertungsgröße umfassen.
  • Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und von Ausführungsaspekten der Erfindung anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Bondstellen-Prüfanordnung,
    • 2 eine Darstellung beispielhafter Zeitverlaufs-Diagramme der in einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Größen und
    • 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bondstellen-Prüfanordnung.
  • Gemäß 1 umfasst die Bondstellen-Prüfanordnung 1 einen Substrathalter 3 zur starren Fixierung eines Halbleitersubstrats 5, auf dem mittels eines Bonddrahtes 7 eine Bondstelle 7a ausgebildet wurde. Zur Prüfung der Ermüdungsfestigkeit und Langzeit-Zuverlässigkeit der Bondstelle 7a wird der Bonddraht 7 direkt an der Bondstelle 7a mit einem Klemmhalter 9 ergriffen, der zwei (nicht gesondert dargestellte) Klemmbacken und Klemmkraft-Einstellmittel 9a aufweist.
  • Der Klemmhalter 9 seinerseits ist in einer Klemmhalter-Zugführung 11 höhenverstellbar und mit voreinstellbarer Zugkraft gehaltert. Die Klemmhalter-Zugführung 11 umfasst einen Zugkraftsensor 13 zur Erfassung der effektiven Zugkraft. Ein Ultraschall-Schwingungserzeuger 15 mit einstellbaren Schwingungsparametern (Frequenz, Amplitude) ist mechanisch an die Klemmhalter-Zugführung 11 und somit an den Klemmhalter 9 gekoppelt.
  • Bei der gezeigten Ausführung sind alle mechanischen Komponenten der Prüfanordnung 1 in einer Klimakammer 17 untergebracht, in der die Temperatur und ggfs. weitere Parameter (Luftfeuchtigkeit, Gaszusammensetzung der Atmosphäre ...) über eine Klima-Einstellvorrichtung 19 vorwählbar sind. Eine Klemm- und Zugkraft-Einstellstufe 21 dient zur Voreinstellung einer definierten Klemmkraft des Bonddrahtes über die Klemmkraft-Einstellmittel 9a und einer definierten Zugkraft über die Klemmhalter-Zugführung 11.
  • Zur Auswertung der Tests dient eine Registrierungs- und Auswertungseinrichtung 23, der über entsprechende Eingänge seitens der Klima-Einstellvorrichtung 19 und Klemm- und Zugkraft-Einstellstufe 21 zugeführt werden. Weiterhin empfängt die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung 23 die seitens des Zugkraftsensors 13 erfassten effektiven Zugkraftwerte am Bonddraht 7 und die Einstellparameter des Schwingungserzeugers 15 und optional Messwerte von einem wahlweise vorgesehenen (gestrichelt gezeichneten) Schwingungssensor 25 zur Erfassung effektiver Schwingungsparameter des in Schwingung versetzten Bonddrahtes 7.
  • 2 zeigt beispielhaft erfasste Zeitverläufe von Größen, die erfindungsgemäß in ihrem zeitlichen Verlauf erfasst und ausgewertet werden sollen, nämlich des Stromes durch einen als Schwingungserzeuger dienenden elektrisch angetriebenen Ultraschall-Transducer, der Frequenz des Ultraschall-Generators, der mit dem Ultraschall-Transducer in Resonanz steht, und die Höhen-Position des Klemmhalters über der Bondstelle.
  • Während der Einwirkung des Ultraschalls, die einige (bis viele) Sekunden dauert, werden die o. a. drei Parameter ständig aufgezeichnet.
  • Ein typischer Bond zeigt sein Versagen schon frühzeitig durch einen stetigen Rissfortschritt im Bondinterface an. Dieser Rissfortschritt spiegelt sich in einer stetigen Abnahme des Stroms wider, die sich kurz vor dem Versagen des Bonds deutlich beschleunigt. Das gleiche Verhalten mit im gleichen Maß zunehmendem Abheben des Klemmhalters ist an dessen Position zu beobachten. Der Verlauf der Klemmhalter-Position ist auch ein Signal dafür, ob die Greifzange noch gut an den Bond greift oder ob Sprünge und Schlupf während des Testlaufs eintreten.
  • Der Strom fällt nach etwa 80% der Lebensdauer um etwa 20% des Ausgangswerts, danach weiter mit raschem Abfall beim Versagen des Bonds auf den Leerlaufwert des ungedämpften Transducers, typisch weniger als 50% des Ausgangswerts.
  • Die Resonanzfrequenz des US-Systems nimmt ebenfalls im Verlauf der Belastung ab, aber im Vergleich deutlich weniger als der Strom (im Bereich von nur 0,2%). Kurz vor und beim Versagen des Bonds steigt die Frequenz aber, im Gegensatz zum Strom, stark an.
  • Bei Bonds, die innerhalb der möglichen Messdauer von vielen Sekunden nicht versagen (z. B. weil die Amplitude der Belastungsschwingung gering war), wird ein ähnliches Verhalten von Strom und Klemmhalter-Position beobachtet, aber mit wesentlich geringerer Ab- bzw. Zunahme.
  • Die Verläufe der drei Kurven von Strom, Zangenposition und Frequenz können einzeln oder im Verbund genutzt werden, um den Verlauf der Schädigung des Bonds (den Verlauf des Versagens) durch den Rissfortschritt zu verfolgen. Dabei kann beobachtet werden, ob das Versagen allmählich und stetig erfolgt [der Riss stetig und gleichmäßig fortschreitet] oder ob Sprünge und Diskontinuitäten auftreten.
  • 3 zeigt eine erfindungsgemäße Bondstellen-Prüfanordnung 1'. Diese umfasst wesentliche Teile der in 1 gezeigten Bondstellen-Prüfanordnung 1, und für diese Teile sind gleiche oder entsprechende Bezugsziffern vergeben, und deren Beschreibung wird hier nicht wiederholt.
  • Von der Anordnung nach 1 unterscheidet sich die Bondstellen-Prüfanordnung 1' durch die Ausgestaltung der Registrierungs- und Auswertungseinrichtung 23', durch das zusätzliche Vorsehen einer Kamera 27 zur Erfassung der Höhenposition des Klemmhalters 9, die an die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung 23' ein Klemmhalter-Positionssignal SP liefert, und dadurch, dass der Registrierungs- und Auswertungseinrichtung vom Ultraschallsystem (hier symbolisiert durch den Ultraschall-Schwingungserzeuger 15) kontinuierlich ein Strom-Signal SI und ein Frequenz-Signal SF zugeführt werden.
  • Statt eine Kamera zur Erfassung der Z-Position des Klemmhalters vorzusehen, kann auch ein entsprechende Position Sensor im der Klemmhalter-Zugführung 11 vorgesehen sein.
  • Die Signale SP, SI und SF gelangen - was in der Figur der besseren Übersichtlichkeit halber nicht separat dargestellt ist - in einen Messwertspeicher 23a mit (durch gestrichelte Linien symbolisierten) separaten Speicherbereichen, in denen sie zeitaufgelöst gespeichert werden. In der vorliegenden Darstellung wird bewusst nicht darauf eingegangen, wie die Signale vom Zugkraftsensor 13, von der Klima-Einstellvorrichtung 19 und vom (optional vorgesehenen) Schwingungssensor 25 in der Registrierungs- und Auswertungseinrichtung erfasst und verarbeitet werden, weil dies nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
  • Die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung 23' umfasst des Weiteren einen Schwellenwertspeicher 23b, in dem relevante Schwellenwerte für jede der auszuwertenden Größen gespeichert sind, die aufgrund von Erfahrungen aus früheren Bondstellen-Tests programmiert werden. Eine Schwellen-Vergleichereinheit 23c ist einerseits mit dem Messwertspeicher 23a und andererseits mit dem Schwellenwertspeicher 23b verbunden und dient dazu, die zeitaufgelöst erfassten Messwerte der relevanten Größen laufend mit den gespeicherten Schwellenwerten zu vergleichen und bei Erreichung eines Schwellenwertes ein erstes Auswertungsergebnis Q1 der Registrierungs- und Auswertungseinrichtung zu liefern.
  • Des Weiteren umfasst die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung 23' in der gezeigten Ausführung eine Vergleichsverlaufs-Speichereinheit 23d, in der vorbestimmte Vergleichs-Zeitverläufe der relevanten Größen gespeichert sind, die ebenfalls bei früheren Tests ähnlicher Bondverbindungen gewonnen wurden. Eine Verlaufs-Vergleichereinheit 23e ist einerseits mit dem Messwertspeicher 23a und andererseits mit der Vergleichsverlaufs-Speichereinheit 23d verbunden und dient dazu, die erfassten Zeitverläufe der relevanten Größen in Echtzeit oder Quasi-Echtzeit mit den gespeicherten Zeitverläufen zu vergleichen und im Ergebnis des Vergleichs ein zweites Auswertungsergebnis Q2 zu erzeugen. Es wird darauf hingewiesen, dass auch Ausführungen der Erfindung möglich sind, bei denen nur einer der erwähnten Vergleichsvorgänge ausgeführt wird und entsprechend auch nur eine der zugehörigen Speicher- und Vergleichereinheiten vorhanden ist.
  • Des Weiteren umfasst die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung 23' einen Bewertungsgrößenspeicher 23f, in dem Bewertungs- bzw. Gewichtungsfaktoren für die Auswertung der einzelnen Messgrößen gespeichert sind. Die Bewertungsgrößen-Speichereinheit 23f ist ausgangsseitig mit den beiden Vergleichereinheiten 23c und 23e verbunden und speist die relevanten Bewertungsgrößen in die dort online stattfindenden Vergleichsvorgänge ein.
    Es wird darauf hingewiesen, dass die Bewertungsgrößen-Speichereinheit zur Speicherung zeitabhängiger Bewertungsgrößen ausgebildet sein kann und dann auch den Vergleichereinheiten zeitvariable Bewertungsgrößen in Abhängigkeit vom Fortschritt des Testablaufes zuführt.
  • Insgesamt ist die Ausführung der Erfindung nicht auf die oben erläuterten Aspekte beschränkt, sondern im Rahmen der anhängenden Ansprüche in einer Vielzahl weiterer Varianten möglich.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • US 7753711 B2 [0011]
    • JP H07130797 A [0011]
    • DE 102016107028 A1 [0012, 0017]
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    • G. Khatibi, W. Wroczewski, B. Weiss, T. Licht, A Fast Mechanical Test Technique for Lifetime Estimation of Micro-joints, Microelectronics Reliability 2008 (48) 1822-1830 [0010]
    • G Khatibi, M Lederer, B Weiss, T Licht, J Bernardi, H Danninger, Accelerated Mechanical Fatigue Testing and Lifetime of Interconnects in Microelectronics, Procedia Engineering, 2010 (2) 511-519 [0010]

Claims (15)

  1. Bondstellen-Prüfverfahren zur Prüfung der Ermüdungsfestigkeit und Langzeit-Zuverlässigkeit von Drahtbondverbindungen elektronischer Bauelemente, welches aufweist: das starre Fixieren eines Bauelements, das mindestens eine zu prüfende Drahtbondverbindung aufweist, oder eines Trägers desselben; das klemmende Festhalten des Bonddrahtes der zu prüfenden Drahtbondverbindung nahe einer Verbindungsstelle auf dem Bauelement mittels eines Klemmhalters mit einer vorbestimmten Klemmkraft; die Erzeugung einer mechanischen Schwingung mit vorbestimmter Frequenz bzw. vorbestimmtem Frequenzspektrum und vorbestimmter Schwingungsrichtung mittels eines elektrisch angetriebenen Schwingungserzeugers zur Beaufschlagung des Klemmhalters mit dieser Schwingung; und die Registrierung und Auswertung eines Prüfvorganges, wobei der zeitliche Verlauf des Stromflusses durch den Schwingungserzeuger und/oder der Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers und/oder der Position des Klemmhalters relativ zur Verbindungsstelle auf dem Bauelement erfasst und ausgewertet wird.
  2. Bondstellen-Prüfverfahren nach Anspruch 1, wobei die Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers auf einen Resonanzzustand mit dem Klemmhalter eingestellt und der zeitliche Verlauf der Resonanzfrequenz des Schwingungserzeugers erfasst und ausgewertet wird.
  3. Bondstellen-Prüfverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bonddraht mit einer vorbestimmten, senkrecht zur Ebene der Verbindungsstelle auf dem Bauelement gerichteten Zugkraft beaufschlagt wird und der zeitliche Verlauf der Position des Klemmhalters in Richtung senkrecht zur Verbindungsstelle erfasst und ausgewertet wird.
  4. Bondstellen-Prüfverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswertung der im zeitlichen Verlauf erfassten Größe/n die Feststellung der Erreichung mindestens eines bezüglich eines Anfangswertes der jeweiligen Größe festgelegten Schwellenwertes aufweist.
  5. Bondstellen-Prüfverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Auswertung der im zeitlichen Verlauf erfassten Größe/n einen Vergleich mit einem gespeicherten Zeitverlauf der jeweiligen Größe aufweist.
  6. Bondstellen-Prüfverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei der Größen Stromfluss durch den Schwingungserzeuger, Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers und Position des Klemmhalters gleichlaufend erfasst werden und die Auswertung eine Bewertung jedes erfassten Verlaufes mit einer vorbestimmten Bewertungsgröße, insbesondere einem Bewertungsfaktor, aufweist.
  7. Bondstellen-Prüfverfahren nach Anspruch 6, wobei der oder jeder Bewertungsfaktor über einen vorbestimmten Erfassungszeitraum variabel festgelegt wird.
  8. Bondstellen-Prüfanordnung zur Prüfung der Ermüdungsfestigkeit und Langzeit-Zuverlässigkeit von Drahtbondverbindungen elektronischer Bauelemente insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, welche aufweist: einen Substrathalter zum starren Fixieren eines Bauelements, das mindestens eine zu prüfende Drahtbondverbindung aufweist, oder eines Trägers desselben; einen Klemmhalter zum lösbaren Erfassen und klemmenden Festhalten des Bonddrahtes der zu prüfenden Drahtbondverbindung an einer Verbindungsstelle auf dem Bauelement mit einer vorbestimmten Klemmkraft; einen mechanisch an den Klemmhalter gekoppelten Schwingungserzeuger zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung mit vorbestimmter Frequenz bzw. vorbestimmtem Frequenzspektrum und vorbestimmter Schwingungsrichtung und zur Beaufschlagung des Klemmhalters mit dieser Schwingung, der insbesondere einen piezoelektrischen Wandler aufweist; und eine Registrierungs- und Auswertungseinrichtung zur Registrierung und Auswertung eines Prüfvorganges, wobei die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass der zeitliche Verlauf des Stromflusses durch den Schwingungserzeuger und/oder der Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers und/oder der Position des Klemmhalters relativ zur Verbindungsstelle auf dem Bauelement erfasst und ausgewertet wird.
  9. Bondstellen-Prüfanordnung nach Anspruch 8, wobei dem Klemmhalter Zugkraft-Beaufschlagungsmittel zur Beaufschlagung mit einer vorbestimmten, insbesondere senkrecht zur Ebene der Verbindungsstelle auf dem Bauelement gerichteten, Zugkraft zugeordnet sind, welche insbesondere Zugkraft-Einstellmittel aufweisen und die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung zur Erfassung des zeitlichen Verlaufs der Position des Klemmhalters relativ zur Verbindungsstelle ausgebildet ist.
  10. Bondstellen-Prüfanordnung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Schwingungserzeuger Frequenz-Einstellmittel zur Einstellung der Schwingungsfrequenz und/oder Amplituden-Einstellmittel zum Einstellen eines Resonanzzustandes mit dem Klemmhalter aufweist und die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung zur Erfassung und Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Resonanzfrequenz des Schwingungserzeugers ausgebildet ist.
  11. Bondstellen-Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung einen Schwellenwertspeicher zum Speichern mindestens eines Schwellenwertes mindestens einer der Größen Stromfluss durch den Schwingungserzeuger, Schwingungsfrequenz des Schwingungserzeugers und Position des Klemmhalters und eine Schwellen-Vergleichereinheit zum Vergleich mindestens eines Teils der im zeitlichen Verlauf erfassten Größe/n mit mindestens einem Schwellenwert der entsprechenden Größe aufweist.
  12. Bondstellen-Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung einen Messwertspeicher zum Speichern des zeitlichen Verlaufs der oder jeder erfassten Größe aufweist.
  13. Bondstellen-Prüfanordnung nach Anspruch 11 und 12, wobei der Eingang der Schwellen-Vergleichereinheit mit dem Messwertspeicher verbunden ist und die Schwellen-Vergleichereinheit derart ausgebildet ist, dass der gespeicherte zeitliche Verlauf der oder mindestens einer erfassten Größe mit mindestens einem gespeicherten Schwellenwert verglichen wird.
  14. Bondstellen-Prüfanordnung nach Anspruch 12, wobei die Registrierungs - und Auswertungseinrichtung eine Vergleichsverlaufs-Speichereinheit zur Speicherung mindestens eines vorbestimmten Zeitverlaufs der oder mindestens einer erfassten Größe und einer Verlaufs-Vergleichereinheit zum Vergleichen eines erfassten zeitlichen Verlaufs mit mindestens einem gespeicherten Vergleichsverlauf der entsprechenden Größe aufweist.
  15. Bondstellen-Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung Bewertungsgrößen-Einstellmittel zur Vorgabe einer Bewertungsgröße, insbesondere über einen zum vorbestimmten Erfassungszeitraum variablen Bewertungsfaktors, zur kombinierten Auswertung mindestens zweier der erfassten Größen aufweist.
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