DE19752319A1 - Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung mit einer Einrichtung zum Prüfen einer Bondverbindung und Verfahren zum Prüfen einer mittels eines Ultraschall-Drahtbondingwerkzeugs hergestellten Bondverbindung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschall-Draht­ bondingvorrichtung, insbesondere zum Anbonden eines Drahts auf Gegenständen wie beispielsweise elektronischen Schal­ tungen und Bauteilen. Besonders betrifft die Erfindung eine Ultraschall-Bondingvorrichtung, bei der Drahtbondverbindungen mittels eines Zugprüfsystems geprüft werden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Prüfen einer mit­ tels eines Ultraschall-Drahtbondingwerkzeugs hergestellten Bondverbindung.

Bislang wurde die Zugprüfung von Drahtbondverbindungen im allgemeinen mit einer Zugeinrichtung oder einem Zughaken durchgeführt, die bzw. der unter die Schleife des gebondeten Drahtes positioniert wird.

Die Zugeinrichtung oder der Zughaken wird dabei gegen den Draht angehoben und beaufschlagt denselben mit einer Span­ nung. Dies ist in Fig. 1 zu sehen, die ein Beispiel des Standes der Technik zeigt. Die verwendete Apparatur ist im allgemeinen von einem Typ, der eine autonome oder "stand-alone"-Apparatur darstellt, die entweder manuell oder auto­ matisch betrieben wird.

Eine Methode der Zugprüfung besteht darin, die gebondete Drahtschleife mittels eines motorbetriebenen Belastungsarms mit einer Kraft zu beaufschlagen. Der Haken oder Arm, der mit dem freien Ende eines flexiblen Auslegers verbunden ist, stellt eine bestimmte Kraft zur Verfügung, und ein Dehnungs­ messer auf dem Balken mißt die Durchbiegung. Auf diese Weise kann die angewandte Zugkraft durch ein der gemessenen Kraft entsprechendes Signal angezeigt werden. Zusätzlich zu diesem Betrag gibt das System die Entfernung an, um die sich der Haken bewegt, wenn der Dehnungsmesser damit beginnt, sein Signal zu erzeugen.

Andere Bondingtests beinhalten bestimmte Einrichtungen, um die Unversehrtheit der Bondverbindung durch Anwenden einer bekannten und stufenlos einstellbaren Zugkraft auf den zu prüfenden Draht zu messen.

Wenn die Zugprüfung als Qualitätsprüfung für eine Bondverbin­ dung verwendet wird, wird sie im allgemeinen auf eine zerstö­ rungsfreie Weise durchgeführt. Es wird eine solche Kraft ver­ wendet, daß der Draht mit einer solchen Spannung beaufschlagt wird, daß keine Schädigung des Drahtes oder der Bondverbin­ dung verursacht wird. Ferner ist es aus dem Stand der Technik auch bekannt, eine Zugprüfung auf eine zerstörende Weise durchzuführen, wobei an der Bondverbindung gezogen wird, bis ihr Versagenspunkt erreicht ist. Dieses Verfahren wird nur auf Stichprobenbasis angewandt, da es die Bondverbindung, die es mißt, zerstört.

Die Zugkraft, die dazu verwendet wird, Bondverbindungen einer zerstörungsfreien Zugprüfung zu unterziehen, wird mittels eines herkömmlichen Zughakens erzeugt und ist auf eine ver­ gleichsweise kleine Kraft beschränkt. Eine große Kraft kann nicht verwendet werden angesichts der Tatsache, daß der Haken, der quer zu der Längsachse des Drahts zieht, eine dauerhafte Kinke, eine Biegung, einen Bogen oder einen Deh­ nungsrest in dem Draht erzeugen würde. Mit anderen Worten, der Haken würde den Draht aufbiegen und dessen ursprüngliche Anordnung verändern, in der er auf der Schaltung oder dem Substrat liegt.

Die praktische Grenze für zerstörungsfreie Zugkräfte liegt bei 10 bis 15% der praktischen Fließgrenze des Drahtes.

Um den Bogen, die Kinke oder die nach oben abgewinkelte Aus­ richtung nach der Durchführung einer Zugprüfung zu verhin­ dern, ist daran gedacht worden, daß der Draht längs seiner Achse gezogen werden sollte. Auf diese Weise kann der Draht bei der Zugprüfung mit größeren Kräften gezogen werden, ohne den Draht zu beschädigen.

Bestimmte Patente betreffen Einrichtungen zum Prüfen von Drahtbondverbindungen, die in die gesamte Einheit oder den Bondingkopf eingebaut sind, die bzw. der sich auf die zu testende Bondverbindung zu und von derselben weg bewegt. Ein Dehnungsmesser ist eingebaut, der Drahtgreifhaken verwendet, welche in Wirkverbindung mit dem Dehnungsmesser stehen. Nach dem Ergreifen eines Drahts in einer gebondeten Anordnung einer Schaltung wird der Dehnungsmesser von der Unterlage weg bewegt, bis die Drahtbondverbindung versagt, und die Kraft wird durch den Dehnungsmesser registriert. Sowohl bei einer solchen zerstörenden Prüfung als auch bei Prüfungen, die die Zerstörung der Bondverbindung beschränken, ist eine beträcht­ liche Komplexität der erforderlichen Apparaturen anzutreffen.

Die Verwendung von Zughaken ist in vielerlei Hinsicht be­ schränkt. Die Haken sind üblicherweise rund und weisen einen Durchmesser auf, der das Zwei- bis Dreifache des Durchmessers des zu prüfenden Drahtes beträgt. Die Haken können auch eine 90°-Biegung aufweisen, die ihnen eine L-Form gibt. Diese Eigenschaften der Haken beschränken deren Verwendbarkeit hin­ sichtlich solcher Drähte, die eine sehr niedrige Schleife aufweisen oder im wesentlichen nicht von der Oberfläche ab­ stehen, zwischen welcher und dem Draht die Haken eingreifen müssen. Ferner können die Haken nicht für Drähte verwendet werden, die eng zusammengebondet sind, und auch nicht für Drähte, die andere Drähte unterqueren.

Der Stand der Technik bezüglich der Zugprüfung in der Halb­ leiter- und Hybridindustrie besteht darin, die Zugprüfung als eine Qualitätskontrolle für den Bondingvorgang zu verwenden. Es handelt sich dabei im allgemeinen um einen separaten Vor­ gang, der durchgeführt wird, nachdem der Bondingvorgang be­ endet worden ist. In den meisten Fällen liegt eine beträcht­ liche Zeitspanne zwischen dem Herstellen der Bondverbindung und der Zugprüfung. Dies ist unerwünscht, weil in der Zeit, die es dauert, Ergebnisse aus der Zugprüfung zu erhalten, einige weitere Ausschußteile von der Bondingvorrichtung er­ zeugt werden könnten. Es ist daher wünschenswert, ein System zu haben, das die Qualität des Bondens so bald wie möglich nach dem Herstellen der Bondverbindung kontrolliert.

Andere Verfahren zum Kontrollieren der Qualität von Draht­ bondverbindungen bestehen darin, andere Variablen, wie bei­ spielsweise die Ultraschallimpedanz, die Verformung der Bond­ verbindung oder Frequenzverschiebungen, während des Bonding­ vorgangs zu überwachen. Diese Überwachungssysteme zweiter Ordnung haben sich als wertvoll beim Detektieren einiger Prozeßabweichungen erwiesen, sind aber nicht so zuverlässig wie eine tatsächliche Prüfung der Bondverbindung mittels einer Zugprüfung.

Einige Ultraschall-Drahtbondingvorrichtungen beinhalten ein Maß für die Bondverbindungsqualität, das durch eine zerstö­ rungsfreie Prüfung der Bondverbindung mittels Entwicklung einer zu der Amplitude der transversalen Bewegung des Ultra­ schallbondingwerkzeugs proportionalen Spannung erhalten wird. Bei diesen Methoden wird mittels eines Wandlers eine zweite Spannung entwickelt, die proportional zu der tangentialen Komponente der während des Bondens angewandten Kräfte ist. Die Spannungen werden anschließend in eine logische Schaltung gespeist, um ihr Verhältnis abzuleiten, weiches ein Maß für die Bondingqualität darstellt. Diese Verfahren sind nicht immer zuverlässig.

Weitere Bondverbindungsqualitäts-Überwachungssysteme beinhal­ ten eine Analyse der relativen Qualität der Herstellung der Bondverbindung mittels des Wandlerleistungssignals. In sol­ chen Fällen wird eine Reihe von auf dem Logarithmus der Impe­ danz des Wandlers basierenden analogen Berechnungen verwen­ det, um ein Maß für die Qualität der Bondverbindung zu schaffen.

Andere Prüfgeräte beinhalten die Verwendung mehrerer Frequenzablesungen, die während der Herstellung der Ultra­ schallbondverbindung vorgenommen und gemessen werden. Diese Information wird dazu benutzt, eine Bondverbindungsqualitäts­ bewertung zu berechnen und vorherzusagen, ob eine gute Bond­ verbindung hergestellt worden ist. Dies erfolgt, indem ein Signal bereitgestellt wird, das eine vorbestimmte Mehrzahl von Zyklen von einem Ultraschallgenerator in einer stabilen Pulsquelle, die einem zweiten Zähler zugeführt wird, anzeigt. Auch solche Verfahren werden nicht als zuverlässig angesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des vorstehend beschriebenen Standes der Tech­ nik zu überwinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach Anspruch 1, eine Drahtbonding­ vorrichtung nach Anspruch 9, ein Ultraschall-Drahtbonding­ gerät nach Anspruch 14 und ein Verfahren zum Prüfen einer mittels eines Ultraschall-Drahtbondingwerkzeugs hergestellten Bondverbindung nach Anspruch 17 gelöst.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und das erfindungsgemäße Verfahren sind dazu geeignet, eine Zugprüfung an Drähten durchzuführen, die eng beieinander liegen.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, den Draht und die Bondverbindung mit einer Zugspannung zu beaufschlagen, ohne die Bondverbindung zu schädigen.

Das erfindungsgemäße Konzept eröffnet einen raschen und preisgünstigen Weg, um Drahtbondverbindungen zu prüfen.

Ferner erlauben es die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und das erfindungsgemäße Verfahren, den Drahtbondingvorgang sofort abzubrechen, nachdem eine unzulängliche Bondverbindung hergestellt worden ist.

Ferner ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, Draht­ bondverbindungen zu prüfen, die möglicherweise durch weitere Montagevorgänge unzugänglich werden könnten.

Ferner erlauben es die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und das erfindungsgemäße Verfahren, auch solche Bondverbindungen zu prüfen, die ausgehend von der Oberfläche nur eine niedrige Drahtschleife aufweisen, die für eine normale, herkömmliche Bondverbindungsprüfung nicht brauchbar wären.

Ferner ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Prüfen von Bondverbindungen unabhängig von dem Winkel des die Schleife zwischen den Bondverbindungen bildenden Drahts.

Ferner erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, eine erste Bondverbindung unabhängig von einer zweiten Bondverbindung einer Zugprüfung zu unterwerfen.

Die Erfindung erlaubt es, die Zugprüfung in den Herstellungs­ vorgang der Bondverbindung einzubeziehen.

Ferner erlaubt es die Erfindung, die Zugkraft in Längsrich­ tung des Drahtes statt quer zum Draht anzuwenden.

Kurz zusammengefaßt umfaßt die vorliegende Erfindung sowohl ein Zugprüfungsverfahren und ein Gerät zum Durchführen des Verfahrens als auch einzigartige Systeme und Geräte zum Prüfen von mittels Ultraschall gebondeten Drähten.

Insbesondere umfaßt die Erfindung eine dynamische Zugprüfung für Drähte, die mittels Ultraschall gebondet worden sind. Die Prüfung erfordert nicht die Verwendung eines Hakens oder Zug­ mittels, der bzw. das unterhalb der Schleife des Drahtes, der gebondet worden ist, angeordnet ist. Die Erfindung schafft ferner ein Drahtprüfungssystem, das das System nicht aus­ schließlich durch Wandlerkräfte oder andere Frequenz- und Schwingungsmoden des Systems während eines Bondingvorgangs elektronisch prüft. Statt dessen macht die Erfindung Gebrauch von dem grundlegenden Konzept, eine Zugprüfung bei einer vor­ gegebenen besonderen Zugkraft durchzuführen, um herauszufin­ den, ob eine Bondverbindung ordnungsgemäß hergestellt worden ist.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Zugkraft längs der longitudinalen Achse des Drahtes gerich­ tet. Dies dient dazu, eine stärkere Zugkraft zu erlauben, ohne den Draht in der Mitte oder in dem als Schleife ausge­ bildeten Bereich zu verbiegen, mit einer Kinke zu versehen oder winklig zu verformen.

Ferner ist bei der Erfindung vorteilhaft, daß die für die Prüfung des Drahtes benutzten Zugkräfte nicht dadurch erzeugt werden müssen, daß der Draht auf einen Haken genommen, mit einer Zugvorrichtung verbunden oder in seinem gebogenen oder zu einer Schleife geformten Bereich mechanisch in irgendeiner Weise von der Oberfläche weggezogen wird. Dies beseitigt die Einschränkung, daß nur solche Drähte geprüft werden können, die einen ausreichenden Zwischenraum zwischeneinander auf­ weisen, um einen Haken oder ein L-förmiges gewinkeltes Teil in Stellung bringen zu können. Folglich können auch solche Drähte, die eng zueinander angeordnet, mit sich kreuzenden Schleifen versehen oder in enger Nachbarschaft zueinander an­ geordnet worden sind, oder solche Drähte, die sehr niedrig verlaufende Schleifen aufweisen, mittels des erfindungsge­ mäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen geprüft werden.

Aus diesem Grund stellt die vorliegende Erfindung einen wesentlichen Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik auf dem Gebiet der Prüfung von mittels Ultraschall gebondeter Drähte dar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8, 10 bis 13 sowie 15 und 16. Vorteilhafte Weiterbildungen des er­ findungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 18 bis 24.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Stands der Technik;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bondingvorrichtung für dünnen Draht;

Fig. 2A einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bondingvorrichtung für dicken Draht;

Fig. 2B einen Querschnitt längs der Linie 2B-2B in Fig. 2;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Bereichs eines erfindungsgemäßen Bondingkopfs;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm der Steuerung des erfin­ dungsgemäßen Bondingverfahrens für dünnen Draht;

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Kupplungsmecha­ nismus einer alternativen Ausführungsform der Erfindung längs einer Mittellinie der in Fig. 8 dargestellten Nabe 200;

Fig. 6A-6J eine Reihe gegliederter Bewegungen der erfin­ dungsgemäßen Drahtbondingvorrichtung während der verschiedenen Bonding-, Klemm-, Anheb- und Zugprüfungsschritte für die Bondingvor­ richtung für dünnen Draht aus Fig. 2;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Be­ reichs eines Bondingkopfes für dicken Draht und von Klemmen, ähnlich der Darstellung von Fig. 2A, jedoch mit mehr Einzelheiten;

Fig. 8 eine alternative Ausführungsform eines Systems zur Prüfung einer Bondverbindung, das eine Reibungskopplung oder eine gekuppelte Förderung des Drahts statt einer direkten Zugprüfung verwendet; und

Fig. 9A-9L eine Reihe von Schritten eines Bondingver­ fahrens für dicken Draht zum Herstellen einer Bondverbindung und zum Durchführen einer be­ gleitenden Zugprüfung.

Wie vorstehend bezüglich des Standes der Technik angegeben, arbeiten Zugprüfungen im allgemeinen mit einem Haken oder einem L-förmigen Teil, das an dem gebondeten Draht zieht. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, weist ein Draht 10, der mittels Ultraschall mit Bondverbindungen 12 und 14 gebondet worden ist, einen Schleifenbereich 16 auf. Der Schleifenbereich 16 weist eine ausreichende Höhe auf, um es einem L-förmigen Teil 18 zu erlauben, an der Schleife 16 zu ziehen. Diese in der Richtung des Pfeils 20 nach oben gerichtete Kraft neigt dazu, den Draht 10 weiter zu verbiegen oder zu einer Schleife zu formen bis zu einem Punkt, an dem er mit einer Kontur hervor­ steht, die höher ist als erwünscht. Ferner kann diese Kraft den gebondeten Draht mit einer solchen Spannung beaufschla­ gen, daß sie einen gewinkelten oder versetzten Bereich in dem gebogenen Abschnitt 16 erzeugt.

Fig. 2 zeigt einen Draht 22, der von einer Drahtklemme 24 ge­ halten wird. Der Draht 22 und die Drahtklemme 24 sind zusam­ men mit einem Bondingwerkzeug 26 dargestellt. Die Drahtklemme 24 umfaßt zwei Backen 28 und 30, die den Draht 22 zwischen sich halten. Um den Draht ordnungsgemäß zuzuführen, durch­ setzt eine sich verjüngende Öffnung, ein Durchbruch, eine Apertur oder ein Loch 32 das Bondingwerkzeug 26. Es ist zu sehen, daß sich das Bondingwerkzeug 26 in der durch den Pfeil angegebenen Z-Richtung nach oben bewegt in einer Weise, die nachstehend im einzelnen beschrieben werden wird.

Um den Durchgang des Drahts 22 zu erlauben, ist ein gestufter gewinkelter Bereich 36 vorgesehen, um für eine Entlastung und den Durchgang des Drahts 22 zu sorgen. Das Einklemmen des Drahtes ist ferner aus dem Querschnitt der Fig. 2B ersicht­ lich, in dem gezeigt ist, wie der Draht 22 zwischen den bei­ den Backen 28 und 30 eingeklemmt ist. Das vorstehend be­ schriebene Drahtklemm- und -bondingwerkzeug aus den Fig. 2 und 2B wird im allgemeinen für Drahtgrößen verwendet, die als kleiner oder dünner Draht mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 0,0762 mm (0,003 inches) oder weniger ein­ gestuft werden. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß die Dar­ stellungen der Fig. 2 und 2B vergleichsweise vereinfacht sind.

Die Elemente aus den Fig. 2 und 2B sind an einem Bonding­ kopf von beträchtlicher Komplexität angeordnet, der bewirkt, daß sich das Werkzeug 26 und die Klemme 24 in X-, Y- und Z-Richtung bewegen. Die X-Richtung und die Y-Richtung sind im wesentlichen parallel zu der Ebene des Substrates ausgerich­ tet, an dem eine Bondverbindung hergestellt wird. Die Bewe­ gungen in Z-Richtung bewirken, daß sich der Kopf mit dem Werkzeug 26 und der Klemme 24 nach oben und nach unten be­ wegt.

Fig. 2A zeigt eine Klemme 40, die Backen 42 und 44 aufweist. Die Backen sind dabei dargestellt, wie sie einen schwereren Aluminiumdraht 46 einklemmen. Der schwerere Draht wird auf dem Gebiet der Bondverbindungen als großer oder dicker Draht bezeichnet und weist üblicherweise einen Durchmesser auf, der größer ist als 0,0762 mm (0,003 inches). Fig. 2A zeigt ein Bondingwerkzeug 48, das sich in der Richtung des Pfeils Z nach oben bewegt, zusammen mit einer benachbarten Drahtfüh­ rung 50, die sich gleichzeitig ebenfalls nach oben bewegt. Die Drahtführung 50 bewegt sich in Verbindung mit dem Bon­ dingwerkzeug, das dazu erforderlich ist, die Bondverbindung herzustellen. Dies wird im allgemeinen durch den Bondingkopf gesteuert, an dem das Werkzeug 48 und die Klemme 40 angeord­ net sind.

Das Bondingwerkzeug 48 arbeitet mit einer Schneidvorrichtung 52 zusammen, die eine Schneidvorrichtungsklinge mit einer messerähnlichen Kante 54 zum Abschneiden des Drahts, nachdem er gebondet worden ist, aufweist.

Das Bondingwerkzeug 48 benötigt keine Zuführöffnung und kein sich verjüngendes Loch oder Gewindeloch, weist aber an seiner Basis eine Nut oder Rille 138 auf, wie in Fig. 7 zu sehen.

Sowohl die Fig. 2 als auch die Fig. 2A zeigen Bondverbin­ dungen an Bondingpunkten 60 bzw. 62, die mittels des Fußes oder des unteren Bereichs des Bondingwerkzeugs 26 bzw. 48 hergestellt worden sind. Diese Bondverbindungen werden ausge­ bildet, indem das Bondingwerkzeug 26 bzw. das Bondingwerkzeug 48 mittels eines Wandlers, der in Fig. 3 dargestellt ist, in Ultraschallschwingungen versetzt werden. Für weitere Einzel­ heiten bezüglich der Funktion der Bondingwerkzeuge und Klem­ men und deren jeweilige Funktionen, wenn sie an einem Bon­ dingkopf angeordnet sind, wird sowohl auf die US-Patentschrift Nr. 4 976 392 als auch auf die US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 08/615,470 Bezug genommen, die der Anmelderin der vorliegenden Erfindung ge­ hören.

Aus Fig. 3 ist zu ersehen, daß ein Wandler 66 mit einem Kas­ settenteil 68 dargestellt ist. Der Kassettenteil 68 ist mit einem Horn 70 verbunden, um die Ultraschall-Schwingungsmoden von der den Wandler bildenden Kassette auf das Bondingwerk­ zeug zu übertragen, welches in diesem Fall das Bondingwerk­ zeug 26 für dünnen Draht aus Fig. 2 ist.

Der Wandler mit der Kassette 68, das Horn 70 und das Bonding­ werkzeug 26 schwenken um einen an einem Block 76 angeordneten Schwenkpunkt 74 nach oben und nach unten. Dieser Bereich des Bondingkopfs ist auch in dem US-Patent und der US-Patent­ anmeldung dargestellt, auf die vorstehend Bezug genommen wurde.

Um eine Steuerung, Bewegung und eine Kraft auf das Bonding­ werkzeug 26 bereitzustellen, wird ein Kraftbeaufschlagungs­ mechanismus in Form eines Magneten mit einem Nordpol N und einem Südpol S mittels einer Spule 80, die von einer Kraftsteuer- oder -regeleinrichtung 82 angesteuert wird, ge­ steuert oder geregelt. Wenn das Bondingwerkzeug 26 nach oben und nach unten schwenkt, kann die Kraft angepaßt werden.

Ein Positionssensor 86 ist dargestellt, der das Bondingwerk­ zeug 26 lokalisiert, während es um den Schwenkpunkt 74 schwenkt. Die Steuerung oder Regelung erfolgt durch einen linear-variablen Differentialwandler, der in der vorstehend genannten US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 08/615,470 beschrieben ist. Zum Zwecke der Erläuterung kann der Wandler lediglich als aus zwei Teilen bestehend angesehen werden, die sich relativ zueinander bewegen, um die Position des Horns 70 und des damit verbunden angeordneten Bonding­ kopfs 26 zu bestimmen. Der linear-variable Differentialwand­ ler ist als zwei Platten dargestellt, die sich relativ zuein­ ander bewegen, nämlich die Platten 87 und 88, die den linear­ variablen Differentialwandler 90 bilden. Die gesamte Bewegung wird mittels eines Zentralprozessors 94 gesteuert oder ge­ regelt, der die Bewegung durch den mittels der Kraftsteuer- oder -regeleinrichtung 82 gesteuerten oder geregelten Kraft­ beaufschlagungsmechanismus 80 aktiviert.

Der linear-variable Differentialwandler 90 kann durch einen Kapazitanzsensor, einen Hall-Effekt-Sensor, optische Sensoren oder lineare Kodierer ersetzt werden, um die Position des Horns 70 und des damit verbundenen Bondingwerkzeugs 26 zu bestimmen.

Was die Handhabung des Drahts 22 angeht, so ist dargestellt, daß dieser von einer Spule 96 zugeführt wird, und die Klemm­ backen der Klemme 24 sind in schematischer Form als Backen 28 und 30 dargestellt. Diese dienen dazu, den Draht 22 in der Darstellung der Fig. 2 entsprechender Weise und zum Zwecke der Erläuterung in zu der Darstellung der Fig. 2A entspre­ chender Weise festzuklemmen, mit Ausnahme der verschiedenen Merkmale, die unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 9A bis 9L im einzelnen erläutert werden.

Um eine Bondverbindung herzustellen, bewegt sich das Bonding­ werkzeug 26 nach unten auf den Draht 22 und wird in Ultra­ schallschwingungen versetzt mittels des Wandlers 66, der Ultraschallenergie durch das Horn 70 auf das Bondingwerkzeug 26 überträgt, so daß der Draht 22 auf einen darunter angeord­ neten Halbleiter gebondet wird.

Um ein Verständnis des in den Fig. 2, 2B, 3 und 6A bis 6J dargestellten Bondingvorgangs für dünnen Draht zu ermögli­ chen, werden im folgenden die Fig. 6A bis 6J besprochen.

In jeder der Fig. 6A bis 6J ist ein Substrat 102 darge­ stellt. Dieses Substrat 102 kann die Form einer Halbleiter­ schaltung oder irgendeiner anderen geeigneten elektronischen Komponente aufweisen.

Das Substrat 102, an das der Draht 22 gebondet werden soll, ist erstmals in Fig. 6A zu sehen, in der sich das Bonding­ werkzeug 26 und der gesamte Drahtbondingkopf in der Ausgangs­ stellung befinden. Der Draht ist zwischen den Backen 28 und 30 festgeklemmt. Durch das Einklemmen des Drahts zwischen den Backen 28 und 30 ist der Draht ersichtlich in seiner Bewe­ gungsfreiheit beschränkt und muß sich mit dem Bondingkopf be­ wegen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Darstellungen der Fig. 6A bis 6J nur als Beispiel dienen und die Klemme 24 und die Backen 28 und 30 in entsprechender, wenn auch nicht in identischer Weise angeordnet und ausgerichtet sind wie diejenigen der Fig. 2.

Fig. 6B zeigt, wie sich das Bondingwerkzeug 26 mit dem Draht 22, der in den Klemmbacken der Klemme 24 gehalten ist, in der Richtung der Pfeile nach unten bewegt. Während sich der Bon­ dingkopf mit dem Bondingwerkzeug 26 nach unten bewegt, läßt er den Draht durch die Backen der Klemme 24 in enger Neben­ einanderanordnung zu dem Ende des Bondingwerkzeugs 26 halten.

Fig. 6C zeigt, wie sich die Klemme 24 öffnet und sich das Bondingwerkzeug 26 weiter nach unten bewegt, um eine Bondver­ bindung gegen das Substrat 102 herzustellen. Die Klemme 24 ist zu diesem Zeitpunkt geöffnet, um es dem Draht zu erlau­ ben, ausgegeben zu werden, um die Ausbildung der Schleife 17 zu beginnen.

Fig. 6D zeigt, wie das Bondingwerkzeug 26 abhebt, wobei sich die Klemme 24 in dessen Nachbarschaft befindet. Während des Abhebens von der Oberfläche bis zu der richtigen Höhe ist die Klemme 24 immer noch offen, um eine geringfügige Bewegung des Drahtes 22 zum Ausbilden einer ordnungsgemäßen Schleife zu erlauben und um es dem Bondingkopf 26 zu erlauben, sich zu­ sammen mit der Klemme von der Bondverbindung wegzubewegen.

In Fig. 6E wird die Klemme 24 geschlossen. Wenn die Klemme in einer passenden Zughöhe, die eingestellt worden ist, ge­ schlossen worden ist, wird der gebondete Draht mit einer Zug­ kraft beaufschlagt, deren Betrag programmierbar ist. Dieses Ziehen in der axialen Richtung des Drahtes erlaubt eine Prü­ fung der ersten Bondverbindung, die in der Darstellung der Fig. 6C hergestellt worden ist. Wenn sich der Draht nicht von der Oberfläche wegbewegt und, unter Berücksichtigung eines programmierbaren Ausmaßes einer Dehnung oder einer Bewegung aufgrund einer Ausrichtung des Drahtes, vergleichsweise sta­ tisch oder ortsfest ist, ist eine gute Bondverbindung herge­ stellt worden. Im Ergebnis stellt das Fehlen einer Bewegung des Werkzeugs 26 und der Klemme 24 in ihrer geschlossenen Stellung, wenn der Bondingkopf angehoben oder geschwenkt wird, sicher, daß die Bondverbindung sicher befestigt ist und sich am richtigen Platz befindet. Das Ziehen des Drahtes mit­ tels der Bewegung des Bondingkopfs bei geschlossener Klemme 24, ohne daß sich der Draht bewegt, stellt sicher, daß die Bondverbindung befestigt ist.

In Fig. 6E' ist zu sehen, daß sich das Bondingwerkzeug 26 und die Klemme 24 bei der Prüfung der Fig. 6E nach oben bewegt haben. Der Draht 22 hat sich losgelöst, was an dem Zwischen­ raum zwischen dem Substrat 102 und dem Schwanz oder Ende des Drahts zu ersehen ist. Die während der Prüfung der Fig. 6E angewandte Kraft hat den Draht 22 von der Oberfläche 102 weg­ gezogen, was eine schlechte Bondverbindung anzeigt. Der ge­ samte Vorgang wird dann abgebrochen, was das Bonden angeht, so daß ein Eingriff der Bedienungsperson oder eine andere automatische Aktivität stattfinden kann, um eine Fortsetzung des Bondingvorgangs zu ermöglichen.

Fig. 6F zeigt, wie sich das Bondingwerkzeug 26 mit der Klemme 24 und dem Draht 22 von der Oberfläche 102 weg nach oben be­ wegt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Klemme 24 geöffnet worden und läßt die Bildung einer Schleife des Drahts 22 zu.

Fig. 6G zeigt, wie sich das Bondingwerkzeug 26 und die Klemme 24 mit dem Draht 22 nach unten bewegen, um eine zweite Bond­ verbindung zu schaffen. Die Anordnung der zweiten Bondverbin­ dung schafft eine als Schleife 17 dargestellte Schleife des Drahts, die der im Zusammenhang mit dem Stand der Technik dargestellten Schleife 16 entspricht. Diese Schleife ist her­ gestellt worden durch die Bewegung des Bondingwerkzeugs und der Klemme 24 zu einem vorprogrammierten Bereich, der die passende Stelle für eine zweite Bondverbindung darstellt.

Fig. 6H zeigt, wie der Draht 22 gebondet wird, wobei die Klemme 24 mit den Backen 28 und 30 geöffnet ist. Es ist je­ doch in einigen Fällen herausgefunden worden, daß die Klemme 24 an dieser Stelle geschlossen sein kann.

Aus Fig. 6I ist zu ersehen, daß das Bondingwerkzeug 26 den Draht an das Substrat gebondet hat, wie im einzelnen aus Fig. 6I' zu ersehen ist, und daß sich die Klemme 24 mit geschlos­ senen Klemmbacken in der Richtung der Pfeile dreht. Dies dient dazu, den Draht abzubrechen, was in Fig. 6I' im einzel­ nen zu sehen ist. Der Draht ist nun abgebrochen worden, und Fig. 6J zeigt, wie sich das Bondingwerkzeug 26 mit dem Draht und der Klemme 24 nach oben bewegt, so daß der Draht 22 in der Ruhestellung der Fig. 6J, die derjenigen der Fig. 6A ent­ spricht, für eine weitere Bondverbindung vorbereitet werden kann.

Um eine Einzelheit eines Bereichs des Bondingkopfs für dicken Draht zu zeigen, ist in Fig. 7 eine perspektivische Ansicht dargestellt. Dieser Bereich des Bondingkopfs umfaßt ein Bon­ dingwerkzeug 48, das vorne und hinten eine abgeschrägte Ober­ fläche 130 und auf jeder Seite eine abgeschrägte Oberfläche 132 aufweist. Diese abgeschrägten Oberflächen erlauben es, das Werkzeug 48 präziser über dem Draht 46, der gebondet werden soll, zu zentrieren. Es ist zu sehen, daß die Schneidvorrichtungsklinge 52 eine Messerschneide 54 aufweist und von einem Halteblock 134 mittels eines Festziehschrauben­ halters 136 gehalten ist.

Es ist gezeigt, daß der Draht 46 an einem Bondingpunkt 62 durch Ultraschallbonding gebondet ist. Um den Draht 46 gegen das Bondingwerkzeug 48 zu drücken, ist eine Nut oder Rille 138 innerhalb des Bodens des Bondingwerkzeugs ausgebildet.

Die Backen der Klemme, die denen der Fig. 2A und denjenigen der Fig. 9A bis 9L entsprechen, sind in Fig. 7 detaillier­ ter dargestellt. Die Darstellung der Fig. 7 umfaßt die Klemme 40 mit Backen 42 und 44. Diese Backen 42 und 44 sind mittels teilweise im Querschnitt dargestellter Schrauben 146 be­ festigt, von denen jede in einen Klemmenarm 148 eingedreht ist. Die Klemmenarme 148 schwenken um einen mit einer Feder vorgespannten Schwenkpunkt 150. Die Klemmenarme 148 sind auf jeder Seite symmetrisch, so daß sich die Backe 44 in entspre­ chender Weise wie die Backe 42 öffnet und in einer klemmenden Weise schließt.

Um den Draht 46 in die Stellung unter dem Bondingwerkzeug 48 zu führen, ist gezeigt, daß die Drahtführung 50 einen Schlitz 156 aufweist, den der Draht durchquert. Ein Paar von Schul­ tern 158 erlaubt es dem Draht, sich hindurchzubewegen, und erlaubt eine Anordnung des Drahtes in einer Stellung unter dem Bondingwerkzeug 48 und insbesondere unter dem Schlitz oder der Nut oder Rille 138.

Die Drahtführung 50 erstreckt sich nach oben und endet in einem Ausrichtungskeil 162, der in einem Schlitz 164 eines Drahtführungsrohrs 166 angeordnet ist. Das Drahtführungsrohr 166 weist eine Riegelverrastung 170 auf, um ein Festhalten und ein ordnungsgemäßes Ausrichten zu erlauben.

In den Fig. 9A bis 9L ist das Bondingwerkzeug 48 in Nach­ barschaft zu der Schneidvorrichtungsklinge 52 dargestellt. In Verbindung hiermit ist gezeigt, daß der Draht 46 die Klemme 40 und die Drahtführung 50 durchquert. Ein Substrat, das dem vorstehend erwähnten und in den Fig. 6A und folgende dar­ gestellten Substrat 102 entspricht, ist als ein Substrat 178 dargestellt. Die Backen 42 und 44 der Klemme 40 sind, nur aus Gründen einer übersichtlicheren Darstellung, in einer Anord­ nung und Ausrichtung dargestellt, die sich geringfügig von derjenigen der Darstellung der Fig. 7 unterscheidet.

Die Fig. 9A bis 9L betreffen das Bonden eines schweren Drahts mit der Schneidvorrichtungsklinge 52. Die Darstellung der Fig. 9A zeigt das Bondingwerkzeug 48 und den Bondingkopf in der Ruhestellung.

Fig. 9B zeigt, wie sich das Bondingwerkzeug zu der Bondver­ bindungsposition hin über das Substrat 178 bewegt, auf dem eine Drahtbondingverbindung hergestellt werden soll. Das Werkzeug 48 bewegt sich zusammen mit dem Bondingkopf nach unten, und der Draht 46 ist in der Nut oder Rille gezeigt, die im einzelnen als Nut oder Rille 138 in dem in Fig. 7 ge­ zeigten Bereich des Bondingkopfs dargestellt worden ist.

In Fig. 9C findet der Bondingvorgang statt, und die Klemme 40 wird geöffnet.

In Fig. 9D wird der Bondingkopf abgehoben, wobei die Klemme 40 geöffnet ist, um den Draht 46, welcher an das Substrat 178 gebondet worden ist, freizugeben. Der Bondingkopf in Fig. 9D bewegt sich nach oben bis zu einer Höhe, auf die die Zughöhe zum Ziehen und Prüfen der Bondverbindung eingestellt worden ist.

In Fig. 9E sind das Bondingwerkzeug 48 und der Bondingkopf mit geschlossener Klemme 40 abgehoben worden. Dies erfolgt in der vertikalen oder Z-Richtung. Mit geschlossener Klemme 40 wird der Draht 46 anschließend zu Prüfungszwecken gezogen. Um einen ordnungsgemäßen Zug einzustellen, wird ein bestimmter Dehnungsgrad in die Zugprüfung vorprogrammiert, um die ge­ ringfügige Dehnung und Bewegung des Drahts bezüglich des Substrats 178 zu berücksichtigen.

Fig. 9F zeigt die Tatsache, daß eine gute Bondverbindung auf dem Substrat 178 hergestellt worden ist. Der Bondingkopf mit dem Werkzeug 48 wird mit geöffneter Klemme 40 nach oben be­ wegt, um eine schleifenbildende Bewegung des Drahts zu erzeu­ gen. An dieser Stelle ist auch zu ersehen, daß die Klemme 40 durch Freigeben des Drahts diese schleifenbildende Bewegung zuläßt, während sich der Kopf in der Z- und in der X- und/oder Y-Richtung bewegt.

Fig. 9E' zeigt dadurch, daß sich der Draht 46 von dem Substrat 178 löst, daß eine schlechte Bondverbindung herge­ stellt worden ist. Der Draht 46 ist gezogen worden und bezüg­ lich seiner Bondverbindung gebrochen, oder die Bondverbindung ist überhaupt nicht erfolgreich zustandegekommen. Die gelöste Bondverbindung ist das Ergebnis des Vorgangs in Fig. 9E, wo­ bei die Bewegung nach oben in der Z-Richtung erfolgt und die Klemme 40 geschlossen ist. Das Versagen der Bondverbindung wird anschließend aufgezeichnet, und die Apparatur kann dann angehalten werden, um das Teil zurückzuweisen und mit dem kontinuierlichen Bonden anderer Teile fortzufahren.

Unter der Annahme, daß die Herstellung der Bondverbindung er­ folgreich war, wie in Fig. 9F nach der Prüfung der Fig. 9E gezeigt, bewegt sich das Bondingwerkzeug 48 nach unten, um die Schleife zu vollenden. Die Schleife ist diejenige Schleife, die allgemein als Schleife 19 dargestellt ist und der Schleife 17 sowie der Schleife 16, die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik dargestellt wurde, entspricht. Die Klemme 40 ist geöffnet, und die Ausgabe des Drahts 46 nach unten bringt den Draht in eine Stellung, in der er von dem Bondingwerkzeug 48 gebondet werden kann.

Aus Fig. 9H ist zu ersehen, daß das Bondingwerkzeug 48 das Substrat 178 berührt hat und ein Bondingvorgang stattfindet.

In Fig. 9I bewegt sich der Kopf mit dem Bondingwerkzeug 48 und der Klemme 40 nach oben bis zu der Zughöhe, wobei die Klemme geöffnet ist.

In Fig. 9J wird der Bondingkopf nach oben bewegt, wobei die Klemme 40 geschlossen ist, um den Draht 46 einer Zugprüfung zu unterziehen, während er sich immer noch in der Drahtfüh­ rung 50 befindet. Die Zugprüfung an diesem besonderen Bereich versucht, den Draht 46 von dem Substrat 178 zu lösen. Daß die Klemme geschlossen ist und die Zugprüfung durchgeführt wird, bewirkt entweder ein erfolgreiches Ziehen, bei dem sich der Draht nicht von dem Substrat löst, oder der Draht wird wegge­ zogen, wie in Fig. 9J' dargestellt. Fig. 9J' zeigt, wie sich der Bondingkopf mit geschlossener Klemme 40 von dem Substrat 178 wegbewegt und wie sich der Draht 46 von dem Substrat 178 wegbewegt. An dieser Stelle wird dann die Drahtbondingvor­ richtung angehalten und das Teil zurückgewiesen.

Unter der Annahme, daß die Zugprüfung der Fig. 9J erfolgreich war, bewegt sich der Bondingkopf mit dem Bondingwerkzeug 48 anschließend in der in Fig. 9K dargestellten Weise. Während dieser Bewegung sind die Backen 42 und 44 der Klemme 40 ge­ öffnet, um es dem Bondingkopf mit dem Bondingwerkzeug 48 zu erlauben, sich in einer bogenförmigen Bewegung nach oben und nach unten zu bewegen. Dies bewegt das Bondingwerkzeug 48 mit dem Draht nach hinten von der Bondverbindung 62 weg, von der gezeigt worden ist, daß sie erfolgreich gebondet worden ist. Anschließend bewegt der Schneidvorrichtungsblock 134 die Schneidvorrichtungsklinge 52 nach unten, wie in Fig. 9L dar­ gestellt, um den Draht zu durchtrennen. Die Klemme wird ge­ schlossen, um die Stellung des Drahtes aufrechtzuerhalten und für ein ordnungsgemäßes Abschneiden ohne Fehlausrichtung zu sorgen.

Der Ablauf oder die Logik des in den Fig. 6A bis 6J darge­ stellten Bondingvorgangs für dünnen Draht ist aus Fig. 4 zu ersehen. Die Bondingvorrichtung startet in der Ruhestellung, wonach eine erste Bondverbindung hergestellt wird. An­ schließend bewegt sich der Kopf auf die Zughöhe. Dann werden die Klemmen geschlossen, und der gebondete Draht wird mit einer vertikalen Kraft beaufschlagt.

Danach wird, wenn die Kraft die Stärke der Bondverbindung übersteigt, was zu einem Versagen der Bondverbindung führt, die Bondingschrittfolge abgebrochen. Eine Fehleranzeigemel­ dung wird bereitgestellt, oder mechanische Einrichtungen werden herangezogen, um die Bewegung der Bondingvorrichtung anzuhalten und dafür zu sorgen, daß das Versagen angezeigt wird und geeignete Maßnahmen ergriffen werden.

Unter der Annahme, daß die Kraft die Stärke der Bondverbin­ dung nicht überschritten hat und die Bondverbindung intakt geblieben ist, werden die Klemmen anschließend geöffnet, und eine vollständige zweite Bondverbindung wird hergestellt. Wenn zusätzliche Stichbondverbindungen, worunter mehrfache Bondverbindungen längs der Längsrichtung desselben Drahts zu verstehen sind, hergestellt werden sollen, wird das Vorgehen in der Weise fortgesetzt, daß der Bondingkopf sich nach dem Herstellen jeder Bondverbindung auf die Zughöhe bewegt und anschließend die Klemmen geschlossen und die Zugprüfung durchgeführt werden. Wenn keine zusätzlichen Stichbondver­ bindungen herzustellen sind, bewegt sich der Kopf mit dem Bondingwerkzeug zurück in die Ruhestellung, und das Bonding für dünnen Draht wird fortgesetzt. Entsprechende, wenn auch nicht identische, logische Funktionen treffen auch im Bezug auf den Ablauf oder die Logik zur Durchführung der Schritte der Fig. 9A bis 9L zum Bonden von dickem Draht zu.

Die in den Fig. 5 und 8 dargestellte Ausführungsform eines Bondingkopfs stimmt mit der in Fig. 3 dargestellten Ausfüh­ rungsform überein bis auf eine Nabe 200, die den von der Drahtspule 96 ausgegebenen Draht 22 mit einem Drehmoment oder einer Zugkraft beaufschlagt. Die Nabe 200 steuert den Draht unter dem Gesichtspunkt des Betrages der Zugkraft, mit der der Draht 22 beaufschlagt werden kann.

In Verbindung mit dem System befindet sich ein Kodierer 204, durch den der Draht 22 hindurchgeht. Der Kodierer 204 über­ wacht, wieviel Draht ausgegeben wird. Der Kodierer 204 be­ stimmt, wenn sich das Bondingwerkzeug 26 mit dem gesamten Kopf nach oben bewegt, ob oder ob nicht eine gute Bondverbin­ dung vorhanden ist. D. h., daß, wenn der Kodierer keine Aus­ gabe von Draht 22 detektiert, wenn sich der Bondingkopf nach oben bewegt, der gebondete Draht durch die Drahtführung, bei­ spielsweise die Drahtführung 206, von der Oberfläche abgeho­ ben worden ist.

Ein Typ einer Reibungsbremse, die verwendet werden kann, ist in Fig. 5 dargestellt worden, wobei die Nabe 200 es dem Draht erlaubt, über dieselbe zu laufen. Die Nabe 200 ist mit einer Ausgangswelle 210 verbunden, die in einem Gehäuse 209 ange­ ordnet und ihrerseits mit einer Scheibe 212 verbunden ist. Die Scheibe 212 befindet sich innerhalb einer Vielzahl von magnetischen Partikeln 217 in einer Kammer 214. Eine elektri­ sche Spule 216 ist dargestellt, wie sie die Kammer 214 um­ gibt. Lager 218 und 220 zum Lagern der Welle sind auf beiden Seiten dargestellt. Ferner sind Dichtungen 224 dargestellt, die die in dem Gehäuse 209 angeordnete Welle 210 abdichten, um eine Drehbewegung in abgedichtetem Zustand ohne Störung der magnetischen Teilchen zu erlauben.

Die Ausgangsscheibe 212, die an der Welle 210 angeordnet ist, berührt das Gehäuse 209 nicht. Die magnetischen Teilchen in der Kammer 214 sind Teilchen eines feinen Pulvers von rost­ freiem Stahl, die frei fließen, bis ein Magnetfeld mittels der Spule 216 angelegt wird. Die Teilchen bilden dann Ketten längs der magnetischen Flußlinien aus, die die Scheibe 212 mit dem Gehäuse 209 verbinden. Das dadurch erzeugte Dreh­ moment ist proportional zu dem Magnetfeld, welches von dem Eingangs-Gleichstrom abhängt. Dieser Eingangsstrom kann durch den Positionssensor 86 eingestellt werden, der die Spulen 216 mit einem Gleichstrom versorgt, um die Bremskraft oder das Drehmoment bereitzustellen, mit dem die Nabe 200 beaufschlagt wird.

Dies erlaubt es dem Ausgang des Positionssensors 86, ein aus­ reichendes Drehmoment zu erzeugen, so daß, wenn der Bonding­ kopf einschließlich des Bondingwerkzeugs und der Draht 22 nach der Herstellung einer Bondverbindung abgehoben werden, ein vorgegebener Betrag einer gegen den Draht wirkenden Kraft es ermöglicht, daß die Zugprüfung durchgeführt wird. Die Aus­ gangsdaten des Kodierers 204 werden in einem Kodierer-Auf­ zeichner 205 aufgezeichnet, der in Wirkverbindung mit dem Positionssensor und mit dem Steuer- oder Regelprozessor 94 steht. Dies ermöglicht es zu bestimmen, ob eine gute Bondver­ bindung hergestellt worden ist. Wenn der Kopf von der Ober­ fläche abhebt und der Codierer sich nicht bewegt, so zeigt dies eine schlechte Bondverbindung an. Wenn sich hingegen der Kopf aufwärtsbewegt und eine geringfügige Bewegung des Drahts zeigt, daß der Draht ausgegeben wird, so zeigt dies an, daß die Bondverbindung auf dem Substrat verbleibt und folglich eine gute Bondverbindung hergestellt worden ist.

Andere Arten von Naben können verwendet werden, oder ge­ steuerte Kupplungen, wie beispielsweise Reibungskupplungen, Schlupfdrehmomentbremsen, Bremsen oder andere Arten, die es erlauben, den Draht beim Abheben mit einer Kraft von propor­ tionalem Betrag zu beaufschlagen. Eine Anspannung jeglicher Art kann bewirkt werden mittels des Drehmoments der Nabe 200 oder mittels anderer Rutsch- oder Zahnradanordnungen.

Aus dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß mit der Offenbarung der Reibungsnabe oder Reibungsbremse 200 eine alternative Zugprüfung geschaffen worden ist.

Es versteht sich, daß auch andere alternative Ausführungs­ formen für die Durchführung der Zugprüfung gemäß der vor­ liegenden Erfindung verwendet werden können.

Eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Ultraschall-Draht­ bondingvorrichtung mit einer Einrichtung zum Prüfen einer Bondverbindung umfaßt ein mittels Ultraschall angetriebenes Bondingwerkzeug zum Verschweißen eines Drahts mit einem darunter angeordneten Substrat und eine Klemme zum Halten des durch das Bondingwerkzeug zu bondenden Drahts. Dieselbe Klemme oder eine andere Zugeinrichtung bewegt den Draht, der gebondet worden ist, mit einer vorbestimmten Kraft, um zu be­ stimmen, ob die Bondverbindung der Kraft standhält. Eine Aus­ gestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Prüfen einer Bondverbindung umfaßt das Halten des Drahts, nachdem die Bondverbindung hergestellt worden ist, mit demselben Halter und das Ziehen des Drahts mit einer vorbestimmten Kraft im wesentlichen längs der Richtung der Längsachse des Drahts, um die Stärke der Bondverbindung zu bestimmen.

Claims (24)

1. Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung mit einer Einrich­ tung zum Prüfen einer Bondverbindung, umfassend:

• - ein Bondingwerkzeug (26; 48), das mittels Ultra­ schall zum Ultraschallbonden eines Drahts (22; 46) auf ein darunter angeordnetes Substrat (102; 178) antreibbar ist;
• - eine Klemme (24; 40) zum Halten des von dem Bonding­ werkzeug (26; 48) zu bondenden Drahts (22; 46); und
• - eine Einrichtung zum Bewegen der Klemme (24; 40), während der Draht (22; 46), der gebondet worden ist, mit einer vorbestimmten Kraft festgehalten wird, um zu bestimmen, ob die Bondverbindung dieser Kraft standhält.

2. Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Draht­ bondingvorrichtung ferner eine Einrichtung zum Ziehen des Drahts (22), der gebondet worden ist, nachdem die letzte Bondverbindung vollendet worden ist, um den Draht (22) jenseits der letzten Bondverbindung durchzutrennen, umfaßt.

3. Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung ferner eine Schneidvorrichtung (52) zum Abschneiden des Drahts (46) nach einer Bondverbindung umfaßt.

4. Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung ferner eine Führung (32; 50) umfaßt, die zusammen mit dem Bondingwerkzeug (26; 48) ausgebildet ist, um den zu bondenden Draht (22; 46) zu führen.

5. Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung ferner folgendes umfaßt

• - eine Drahtführung (50) zum Führen des Drahtes (46) zu dem Bondingwerkzeug (48); und
• - eine am unteren Bereich des Bondingwerkzeugs (48) ausgebildete Nut oder Rille (138) zur Aufnahme eines Bereichs des zu bondenden Drahts (46).

6. Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung ferner folgendes umfaßt:

• - einen Wandler (66) zum Antreiben des damit verbunde­ nen Bondingwerkzeugs (26; 48) mittels Ultraschall;
• - eine Einrichtung zum Schwenken des Bondingwerkzeugs (26; 48) bezüglich eines Substrats (102; 178), auf dem eine Drahtbondingverbindung hergestellt werden soll;
• - eine Einrichtung (86, 87, 88) zum Erfassen der Posi­ tion des Bondingwerkzeugs (26; 48);
• - eine Einrichtung (80, 82) zum Steuern oder Regeln der Kraft auf das Bondingwerkzeug (26; 48); und
• - einen Steuer- oder Regelprozessor (94), der mit der Einrichtung (86, 87, 88) zum Erfassen der Position des Bondingwerkzeugs (26; 48) und mit der Einrich­ tung (80, 82) zum Steuern oder Regeln der Kraft auf das Bondingwerkzeug (26; 48) verbunden ist, um eine vorbestimmte Kraft auf der Grundlage der Position des Bondingwerkzeugs (26; 48) bereitzustellen.

7. Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung ferner eine Einrich­ tung zum Bewirken einer Bewegung der Klemme (24; 40) und des Bondingwerkzeugs (26; 48) in mindestens zwei der drei folgenden Richtungen, nämlich der X-Richtung, der Y-Richtung und der Z-Richtung, bezüglich eines Substrats (102; 178), an dem eine Bondverbindung hergestellt wor­ den ist, zum Ausbilden einer Schleife (17; 19) zwischen der ersten Bondverbindung und einer zweiten Bondverbin­ dung umfaßt.

8. Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung Mittel zum Ein­ schränken oder Unterbinden weiterer Bondverbindungen, nachdem eine Bondverbindung durch die Klemme (24; 40) von dem Substrat (102; 178) weggezogen worden ist, umfaßt.

9. Drahtbondingvorrichtung, umfassend ein Drahtbondingwerk­ zeug (26) und eine Einrichtung (206) zum Führen von Draht zu dem Bondingwerkzeug (26), dadurch gekennzeich­ net, daß die Drahtbondingvorrichtung eine Einrichtung zum Anwenden einer Widerstandskraft, nachdem ein Draht gebondet worden ist und wenn der Bondingkopf, an dem das Bondingwerkzeug (26) angeordnet ist, angehoben wird, umfaßt.

10. Drahtbondingvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung zum Anwenden einer Wider­ standskraft eine Bremse (200) umfaßt, über die der Draht läuft und die den Draht mit einer vorbestimmten Kraft beaufschlagt, wenn der Draht bezüglich der Bremse (200) ausgegeben wird.

11. Drahtbondingvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum An­ wenden der Widerstandskraft eine elektrische Bremse um­ faßt, die eine drehbare Scheibe (212) aufweist, welche in Wirkverbindung mit dem Draht steht, der gebondet wor­ den ist, und welche in einem Feld angeordnet ist, das einen Widerstand auf die in Wirkverbindung mit dem Draht stehende Scheibe (212) ausübt.

12. Drahtbondingvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Scheibe (212) innerhalb einer Kammer (214) angeordnet ist, welche mit Teilchen (217) eines magnetisch ausrichtbaren Materials gefüllt ist, und daß die Einrichtung zum Anwenden der Wider­ standskraft eine Spule (216) zum Ausrichten des magne­ tisch ausrichtbaren Materials umfaßt, um einen zu dem Strom durch die Spule (216) proportionalen Drehwider­ stand auf die Scheibe (212) auszuüben.

13. Drahtbondingvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtbondingvorrich­ tung ferner einen Kodierer (204) umfaßt, durch den der Draht hindurchläuft, um eine Bewegung des Drahts festzu­ stellen.

14. Ultraschall-Drahtbondinggerät, umfassend:

• - ein Bondingwerkzeug (26; 48);
• - einen Wandler (66), der mit dem Bondingwerkzeug (26; 48) verbunden ist, um das Bondingwerkzeug (26; 48) mittels Ultraschall anzutreiben;
• - eine Einrichtung zum Halten eines zu bondenden Drahts in einer festgelegten Position; und
• - Mittel, um die Drahthalteeinrichtung, nachdem eine Bondverbindung hergestellt worden ist, so zu be­ wegen, daß sie den Draht hält, und um daran mit einer vorbestimmten Kraft zu ziehen, um die Stärke der Bondverbindung zu bestimmen.

15. Ultraschall-Drahtbondinggerät nach Anspruch 14, bei dem die Drahthalteeinrichtung als eine Klemme (24; 40), die sich öffnende und schließende Backen (28, 30; 42, 44) aufweist, ausgebildet ist.

16. Ultraschall-Drahtbondinggerät nach einem der Ansprüche 14 oder 15, das ferner ein dem Bondingwerkzeug (48) be­ nachbartes Schneidwerkzeug (52) zum Abschneiden eines Drahts, der gebondet worden ist, umfaßt.

17. Verfahren zum Prüfen einer mittels eines Ultraschall-Drahtbondingwerkzeugs hergestellten Bondverbindung, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

• - Anordnen eines zu bondenden Drahts auf einem Substrat, an das er gebondet werden soll;
• - Anordnen eines Bondingwerkzeugs in Kontakt mit dem Draht;
• - Antreiben des Bondingwerkzeugs mittels Ultraschall in der Weise, daß eine Bondverbindung geschaffen wird;
• - Halten des Drahts, nachdem die Bondverbindung herge­ stellt worden ist; und
• - Ziehen an dem Draht, während der Draht gehalten wird, mit einer vorbestimmten Kraft im wesentlichen in der Richtung der Längsachse des Drahts in der Weise, daß die Stärke der Bondverbindung bestimmbar ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, umfassend den folgenden zu­ sätzlichen Verfahrensschritt:
Führen des Drahts mittels einer Führung.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, umfassend den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt:
Halten des Drahts mittels einer Klemme, die Backen auf­ weist, welche den Draht festlegen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, umfassend den folgenden zu­ sätzlichen Verfahrensschritt:
Bewegen des Drahts bezüglich des Substrats mittels der Klemme.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, umfassend folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt:
Durchtrennen des Drahts mittels einer Schneidvorrich­ tungsklinge in der Nachbarschaft des Drahtbondingwerk­ zeugs.

22. Verfahren nach Anspruch 20, umfassend folgenden zusätz­ lichen Verfahrensschritt:
Durchtrennen des Drahts, nachdem eine Bondverbindung hergestellt worden ist, mittels der Klemme, die den Draht hält und ihn mit ausreichender Stärke von dem ge­ bondeten Bereich wegzieht, um den Draht zu durchtrennen.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, umfassend folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt:
Bremsen der Bewegung des Drahts, während der Draht rela­ tiv zu der Bondverbindung angehoben wird, um einen Zug auf die Bondverbindung zu erzeugen mit einer Kraft, die ausreicht, um die vorbestimmte erwünschte Stärke der Bondverbindung zu prüfen.

24. Verfahren nach Anspruch 23, umfassend folgenden zusätz­ lichen Verfahrensschritt:
Kodieren der Bewegung des Drahts, während derselbe ge­ bremst wird, um zu bestimmen, ob der Draht sich aus seiner gebondeten Beziehung zu dem Substrat bewegt hat.