DE19752319B4

DE19752319B4 - Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung mit einer Einrichtung zum Prüfen einer Bondverbindung und Verfahren zum Prüfen einer mittels eines Ultraschall-Drahtbondingwerkzeugs hergestellten Bondverbindung

Info

Publication number: DE19752319B4
Application number: DE1997152319
Authority: DE
Inventors: Gregg S. Newport Beach Kelly
Original assignee: Orthodyne Electronics Corp
Current assignee: Orthodyne Electronics Corp
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1997-11-26
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2017-11-27
Also published as: DE19752319A1; US5894981A; DE19752319C5

Abstract

Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung mit einer Einrichtung zum Prüfen einer Bondverbindung, umfassend:
– ein Bondingwerkzeug (26; 48), das mittels Ultraschall zum Ultraschallbinden eines Drahts (22; 46) auf ein darunter angeordnetes Substrat (102; 178) antreibbar ist;
– eine Klemme (24; 40) zum Halten des von dem Bondingwerkzeug (26; 48) zu bindenden 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.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung, insbesondere zum Anbonden eines Drahts auf Gegenständen wie beispielsweise elektronischen Schaltungen 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 mittels 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 Spannung. Dies ist in 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 automatisch 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 Dehnungsmesser 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 Bondverbindung verwendet wird, wird sie im allgemeinen auf eine zerstörungsfreie Weise durchgeführt. Es wird eine solche Kraft verwendet, daß der Draht mit einer solchen Spannung beaufschlagt wird, daß keine Schädigung des Drahtes oder der Bondverbindung 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 vergleichsweise 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 Ausrichtung nach der Durchführung einer Zugprüfung zu verhindern, 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 beträchtliche Komplexität der erforderlichen Apparaturen anzutreffen.
Die Verwendung von Zughaken ist in vielerlei Hinsicht beschränkt. 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 hinsichtlich solcher Drähte, die eine sehr niedrige Schleife aufweisen oder im wesentlichen nicht von der Oberfläche abstehen, 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 Halbleiter- und Hybridindustrie besteht darin, die Zugprüfung als eine Qualitätskontrolle für den Bondingvorgang zu verwenden. Es handelt sich dabei im allgemeinen um einen separaten Vorgang, der durchgeführt wird, nachdem der Bondingvorgang beendet worden ist. In den meisten Fallen liegt eine beträchtliche 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 erzeugt 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 Drahtbondverbindungen bestehen darin, andere Variablen, wie beispielsweise die Ultraschallimpedanz, die Verformung der Bondverbindung oder Frequenzverschiebungen, während des Bondingvorgangs 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 zerstörungsfreie Prüfung der Bondverbindung mittels Entwicklung einer zu der Amplitude der transversalen Bewegung des Ultraschallbondingwerkzeugs 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, welches ein Maß für die Bondingqualität darstellt. Diese Verfahren sind nicht immer zuverlässig.
Weitere Bondverbindungsqualitäts-Überwachungssysteme beinhalten eine Analyse der relativen Qualität der Herstellung der Bondverbindung mittels des Wandlerleistungssignals. In solchen Fallen wird eine Reihe von auf dem Logarithmus der Impedanz des Wandlers basierenden analogen Berechnungen verwendet, um ein Maß für die Qualität der Bondverbindung zu schaffen.
Andere Prüfgeräte beinhalten die Verwendung mehrerer Frequenzablesungen, die während der Herstellung der Ultraschallbondverbindung vorgenommen und gemessen werden. Diese Information wird dazu benutzt, eine Bondverbindungsqualitätsbewertung zu berechnen und vorherzusagen, ob eine gute Bondverbindung 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.
Aus der US 4,895,028 A ist es bekannt, die Zugprüfung von Drahtbondverbindungen mit einer Zugeinrichtung oder einem Zughaken durchzuführen, der unter einer Schleife des gebondeten Drahtes positioniert wird, wobei der Zughaken gegen den Draht angehoben wird und diesen mit einer Spannung beaufschlagt.
Aus der DE 38 10 929 C2 ist eine Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung bekannt, bei der das Abtrennen des Drahts durch Betätigen einer Drahtklemme und im Wesentlichen seitliches Bewegen von Bondingwerkzeug und Substrat zueinander erfolgen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des vorstehend beschriebenen Standes der Technik zu überwinden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Prüfen einer mittels eines Ultraschall-Drahtbondingwerkzeugs hergestellten Bondverbindung nach Anspruch 9 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 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 erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren, den Drahtbondingvorgang sofort abzubrechen, nachdem eine unzulängliche Bondverbindung hergestellt worden ist.
Ferner ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, Drahtbondverbindungen zu prüfen, die möglicherweise durch weitere Montagevorgänge unzugänglich werden könnten.
Ferner erlauben es die erfindungsgemäße Vorrichtung 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 Herstellungsvorgang der Bondverbindung einzubeziehen.
Ferner erlaubt es die Erfindung, die Zugkraft in Längsrichtung 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 Zugmittels, der bzw. das unterhalb der Schleife des Drahtes, der gebondet worden ist, angeordnet ist. Die Erfindung schafft ferner ein Drahtprüfungssystem, das das System nicht ausschließlich 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 herauszufinden, ob eine Bondverbindung ordnungsgemäß hergestellt worden ist.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Zugkraft längs der longitudinalen Achse des Drahtes gerichtet. Dies dient dazu, eine stärkere Zugkraft zu erlauben, ohne den Draht in der Mitte oder in dem als Schleife ausgebildeten 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 aufweisen, 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 angeordnet worden sind, oder solche Drähte, die sehr niedrig verlaufende Schleifen aufweisen, mittels des erfindungsgemäßen 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 Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 10 bis 16.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung des Stands der Technik;
2 einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bondingvorrichtung für dünnen Draht;
2A einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bondingvorrichtung für dicken Draht;
2B einen Querschnitt längs der Linie 2B-2B in 2;
3 eine schematische Darstellung eines Bereichs eines erfindungsgemäßen Bondingkopfs;
4 ein Ablaufdiagramm der Steuerung des erfindungsgemäßen Bondingverfahrens für dünnen Draht;
5 einen Querschnitt durch einen Kupplungsmechanismus einer alternativen Ausführungsform der Erfindung längs einer Mittellinie der in 8 dargestellten Nabe 200;
6A–6J eine Reihe gegliederter Bewegungen der erfindungsgemäßen Drahtbondingvorrichtung während der verschiedenen Bonding-, Klemm-, Anheb- und Zugprüfungsschritte für die Bondingvorrichtung für dünnen Draht aus 2;
7 eine perspektivische Darstellung eines Bereichs eines Bondingkopfes für dicken Draht und von Klemmen, ähnlich der Darstellung von 2A, jedoch mit mehr Einzelheiten;
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
9A–9L eine Reihe von Schritten eines Bondingverfahrens für dicken Draht zum Herstellen einer Bondverbindung und zum Durchführen einer begleitenden 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 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 hervorsteht, die höher ist als erwünscht. Ferner kann diese Kraft den gebondeten Draht mit einer solchen Spannung beaufschlagen, daß sie einen gewinkelten oder versetzten Bereich in dem gebogenen Abschnitt 16 erzeugt.
2 zeigt einen Draht 22, der von einer Drahtklemme 24 gehalten wird. Der Draht 22 und die Drahtklemme 24 sind zusammen 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, durchsetzt 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 2B ersichtlich, in dem gezeigt ist, wie der Draht 22 zwischen den beiden Backen 28 und 30 eingeklemmt ist. Das vorstehend beschriebene Drahtklemm- und -bondingwerkzeug aus den 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 eingestuft werden. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß die Dar stellungen der 2 und 2B vergleichsweise vereinfacht sind.
Die Elemente aus den 2 und 2B sind an einem Bondingkopf 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 ausgerichtet, an dem eine Bondverbindung hergestellt wird. Die Bewegungen in Z-Richtung bewirken, daß sich der Kopf mit dem Werkzeug 26 und der Klemme 24 nach oben und nach unten bewegt.
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). 2A zeigt ein Bondingwerkzeug 48, das sich in der Richtung des Pfeils Z nach oben bewegt, zusammen mit einer benachbarten Drahtführung 50, die sich gleichzeitig ebenfalls nach oben bewegt. Die Drahtführung 50 bewegt sich in Verbindung mit dem Bondingwerkzeug, das dazu erforderlich ist, die Bondverbindung herzustellen. Dies wird im allgemeinen durch den Bondingkopf gesteuert, an dem das Werkzeug 48 und die Klemme 40 angeordnet 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 7 zu sehen.
Sowohl die 2 als auch die 2A zeigen Bondverbindungen an Bondingpunkten 60 bzw. 62, die mittels des Fußes oder des unteren Bereichs des Bondingwerkzeugs 26 bzw. 48 hergestellt worden sind. Diese Bondverbindungen werden ausgebildet, indem das Bondingwerkzeug 26 bzw. das Bondingwerkzeug 48 mittels eines Wandlers, der in 3 dargestellt ist, in Ultraschallschwingungen versetzt werden. Für weitere Einzelheiten bezüglich der Funktion der Bondingwerkzeuge und Klemmen und deren jeweilige Funktionen, wenn sie an einem Bondingkopf 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 gehören.
Aus 3 ist zu ersehen, daß ein Wandler 66 mit einem Kassettenteil 68 dargestellt ist. Der Kassettenteil 68 ist mit einem Horn 70 verbunden, um die Ultraschall-Schwingungsmoden von der den Wandler bildenden Kassette auf das Bondingwerkzeug zu übertragen, welches in diesem Fall das Bondingwerkzeug 26 für dünnen Draht aus 2 ist.
Der Wandler mit der Kassette 68, das Horn 70 und das Bondingwerkzeug 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-Patentanmeldung dargestellt, auf die vorstehend Bezug genommen wurde.
Um eine Steuerung, Bewegung und eine Kraft auf das Bondingwerkzeug 26 bereitzustellen, wird ein Kraftbeaufschlagungsmechanismus 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, gesteuert oder geregelt. Wenn das Bondingwerkzeug 26 nach oben und nach unten schwenkt, kann die Kraft angepaßt werden.
Ein Positionssensor 86 ist dargestellt, der das Bondingwerkzeug 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 Bondingkopfs 26 zu bestimmen. Der linear-variable Differentialwandler ist als zwei Platten dargestellt, die sich relativ zueinander bewegen, nämlich die Platten 87 und 88, die den linear-variablen Differentialwandler 90 bilden. Die gesamte Bewegung wird mittels eines Zentralprozessors 94 gesteuert oder geregelt, der die Bewegung durch den mittels der Kraftsteuer- oder -regeleinrichtung 82 gesteuerten oder geregelten Kraftbeaufschlagungsmechanismus 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 Klemmbacken der Klemme 24 sind in schematischer Form als Backen 28 und 30 dargestellt. Diese dienen dazu, den Draht 22 in der Darstellung der 2 entsprechender Weise und zum Zwecke der Erläuterung in zu der Darstellung der 2A entsprechender Weise festzuklemmen, mit Ausnahme der verschiedenen Merkmale, die unter Bezugnahme auf die 7 und 9A bis 9L im einzelnen erläutert werden.
Um eine Bondverbindung herzustellen, bewegt sich das Bondingwerkzeug 26 nach unten auf den Draht 22 und wird in Ultraschallschwingungen versetzt mittels des Wandlers 66, der Ultraschallenergie durch das Horn 70 auf das Bondingwerkzeug 26 überträgt, so daß der Draht 22 auf einen darunter angeordneten Halbleiter gebondet wird.
Um ein Verständnis des in den 2, 2B, 3 und 6A bis 6J dargestellten Bondingvorgangs für dünnen Draht zu ermöglichen, werden im folgenden die 6A bis 6J besprochen.
In jeder der 6A bis 6J ist ein Substrat 102 dargestellt. Dieses Substrat 102 kann die Form einer Halbleiterschaltung oder irgendeiner anderen geeigneten elektronischen Komponente aufweisen.
Das Substrat 102, an das der Draht 22 gebondet werden soll, ist erstmals in 6A zu sehen, in der sich das Bondingwerkzeug 26 und der gesamte Drahtbondingkopf in der Ausgangsstellung 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 Bewegungsfreiheit beschränkt und muß sich mit dem Bondingkopf be wegen. Es sei darauf hingewiesen, daß die Darstellungen der 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 2.
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 Bondingkopf mit dem Bondingwerkzeug 26 nach unten bewegt, läßt er den Draht durch die Backen der Klemme 24 in enger Nebeneinanderanordnung zu dem Ende des Bondingwerkzeugs 26 halten.
6C zeigt, wie sich die Klemme 24 öffnet und sich das Bondingwerkzeug 26 weiter nach unten bewegt, um eine Bondverbindung gegen das Substrat 102 herzustellen. Die Klemme 24 ist zu diesem Zeitpunkt geöffnet, um es dem Draht zu erlauben, ausgegeben zu werden, um die Ausbildung der Schleife 17 zu beginnen.
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 zusammen mit der Klemme von der Bondverbindung wegzubewegen.
In 6E wird die Klemme 24 geschlossen. Wenn die Klemme in einer passenden Zughöhe, die eingestellt worden ist, geschlossen worden ist, wird der gebondete Draht mit einer Zugkraft 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 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 statisch oder ortsfest ist, ist eine gute Bondverbindung hergestellt 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 mittels der Bewegung des Bondingkopfs bei geschlossener Klemme 24, ohne daß sich der Draht bewegt, stellt sicher, daß die Bondverbindung befestigt ist.
In 6E' ist zu sehen, daß sich das Bondingwerkzeug 26 und die Klemme 24 bei der Prüfung der 6E nach oben bewegt haben. Der Draht 22 hat sich losgelöst, was an dem Zwischenraum zwischen dem Substrat 102 und dem Schwanz oder Ende des Drahts zu ersehen ist. Die während der Prüfung der 6E angewandte Kraft hat den Draht 22 von der Oberfläche 102 weggezogen, was eine schlechte Bondverbindung anzeigt. Der gesamte 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.
6F zeigt, wie sich das Bondingwerkzeug 26 mit der Klemme 24 und dem Draht 22 von der Oberfläche 102 weg nach oben bewegt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Klemme 24 geöffnet worden und läßt die Bildung einer Schleife des Drahts 22 zu.
6G zeigt, wie sich das Bondingwerkzeug 26 und die Klemme 24 mit dem Draht 22 nach unten bewegen, um eine zweite Bondverbindung zu schaffen. Die Anordnung der zweiten Bondverbindung 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 hergestellt worden durch die Bewegung des Bondingwerkzeugs und der Klemme 24 zu einem vorprogrammierten Bereich, der die passende Stelle für eine zweite Bondverbindung darstellt.
6H zeigt, wie der Draht 22 gebondet wird, wobei die Klemme 24 mit den Backen 28 und 30 geöffnet ist. Es ist jedoch in einigen Fallen herausgefunden worden, daß die Klemme 24 an dieser Stelle geschlossen sein kann.
Aus 6I ist zu ersehen, daß das Bondingwerkzeug 26 den Draht an das Substrat gebondet hat, wie im einzelnen aus 6I' zu ersehen ist, und daß sich die Klemme 24 mit geschlossenen Klemmbacken in der Richtung der Pfeile dreht. Dies dient dazu, den Draht abzubrechen, was in 6I' im einzelnen zu sehen ist. Der Draht ist nun abgebrochen worden, und 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 6J, die derjenigen der 6A entspricht, für eine weitere Bondverbindung vorbereitet werden kann.
Um eine Einzelheit eines Bereichs des Bondingkopfs für dicken Draht zu zeigen, ist in 7 eine perspektivische Ansicht dargestellt. Dieser Bereich des Bondingkopfs umfaßt ein Bondingwerkzeug 48, das vorne und hinten eine abgeschrägte Oberfläche 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 Festziehschraubenhalters 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 2A und denjenigen der 9A bis 9L entsprechen, sind in 7 detaillierter dargestellt. Die Darstellung der 7 umfaßt die Klemme 40 mit Backen 42 und 44. Diese Backen 42 und 44 sind mittels teilweise im Querschnitt dargestellter Schrauben 146 befestigt, 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 entsprechender 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 Schultern 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 9A bis 9L ist das Bondingwerkzeug 48 in Nachbarschaft 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 6A und folgende dargestellten 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 Anordnung und Ausrichtung dargestellt, die sich geringfügig von derjenigen der Darstellung der 7 unterscheidet.
Die 9A bis 9L betreffen das Bonden eines schweren Drahts mit der Schneidvorrichtungsklinge 52. Die Darstellung der 9A zeigt das Bondingwerkzeug 48 und den Bondingkopf in der Ruhestellung.
9B zeigt, wie sich das Bondingwerkzeug zu der Bondverbindungsposition 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 7 gezeigten Bereich des Bondingkopfs dargestellt worden ist.
In 9C findet der Bondingvorgang statt, und die Klemme 40 wird geöffnet.
In 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 9D bewegt sich nach oben bis zu einer Höhe, auf die die Zughöhe zum Ziehen und Prüfen der Bondverbindung eingestellt worden ist.
In 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 geringfügige Dehnung und Bewegung des Drahts bezüglich des Substrats 178 zu berücksichtigen.
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 bewegt, um eine schleifenbildende Bewegung des Drahts zu erzeugen. 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.
9E' zeigt dadurch, daß sich der Draht 46 von dem Substrat 178 löst, daß eine schlechte Bondverbindung hergestellt worden ist. Der Draht 46 ist gezogen worden und bezüglich seiner Bondverbindung gebrochen, oder die Bondverbindung ist überhaupt nicht erfolgreich zustandegekommen. Die gelöste Bondverbindung ist das Ergebnis des Vorgangs in 9E, wobei 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 erfolgreich war, wie in 9F nach der Prüfung der 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 9H ist zu ersehen, daß das Bondingwerkzeug 48 das Substrat 178 berührt hat und ein Bondingvorgang stattfindet.
In 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 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 Drahtführung 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 weggezogen, wie in 9J' dargestellt. 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 Drahtbondingvorrichtung angehalten und das Teil zurückgewiesen.
Unter der Annahme, daß die Zugprüfung der 9J erfolgreich war, bewegt sich der Bondingkopf mit dem Bondingwerkzeug 48 anschließend in der in 9K dargestellten Weise. Während dieser Bewegung sind die Backen 42 und 44 der Klemme 40 geöffnet, 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 9L dargestellt, um den Draht zu durchtrennen. Die Klemme wird geschlossen, um die Stellung des Drahtes aufrechtzuerhalten und für ein ordnungsgemäßes Abschneiden ohne Fehlausrichtung zu sorgen.
Der Ablauf oder die Logik des in den 6A bis 6J dargestellten Bondingvorgangs für dünnen Draht ist aus 4 zu ersehen. Die Bondingvorrichtung startet in der Ruhestellung, wonach eine erste Bondverbindung hergestellt wird. Anschließend 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 Fehleranzeigemeldung 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 Bondverbindung 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 Stichbondverbindungen 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 9A bis 9L zum Bonden von dickem Draht zu.
Die in den 5 und 8 dargestellte Ausführungsform eines Bondingkopfs stimmt mit der in 3 dargestellten Ausführungsform 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 überwacht, wieviel Draht ausgegeben wird. Der Kodierer 204 bestimmt, wenn sich das Bondingwerkzeug 26 mit dem gesamten Kopf nach oben bewegt, ob oder ob nicht eine gute Bondverbindung vorhanden ist. D. h., daß, wenn der Kodierer keine Ausgabe von Draht 22 detektiert, wenn sich der Bondingkopf nach oben bewegt, der gebondete Draht durch die Drahtführung, beispielsweise die Drahtführung 206, von der Oberfläche abgehoben worden ist.
Ein Typ einer Reibungsbremse, die verwendet werden kann, ist in 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 angeordnet 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 elektrische Spule 216 ist dargestellt, wie sie die Kammer 214 umgibt. 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 rostfreiem 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 Drehmoment 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 ausreichendes Drehmoment zu erzeugen, so daß, wenn der Bondingkopf 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 Ausgangsdaten des Kodierers 204 werden in einem Kodierer-Aufzeichner 205 aufgezeichnet, der in Wirkverbindung mit dem Positionssensor und mit dem Steuer- oder Regelprozessor 94 steht. Dies ermöglicht es zu bestimmen, ob eine gute Bondverbindung hergestellt worden ist. Wenn der Kopf von der Oberfläche 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 gesteuerte Kupplungen, wie beispielsweise Reibungskupplungen, Schlupfdrehmomentbremsen, Bremsen oder andere Arten, die es erlauben, den Draht beim Abheben mit einer Kraft von proportionalem 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 Ausführungsformen für die Durchführung der Zugprüfung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
Eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung 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 bestimmen, ob die Bondverbindung der Kraft standhält. Eine Ausgestaltung 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

Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung mit einer Einrichtung zum Prüfen einer Bondverbindung, umfassend: – ein Bondingwerkzeug (26; 48), das mittels Ultraschall zum Ultraschallbinden eines Drahts (22; 46) auf ein darunter angeordnetes Substrat (102; 178) antreibbar ist; – eine Klemme (24; 40) zum Halten des von dem Bondingwerkzeug (26; 48) zu bindenden 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.
Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung 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.
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.
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.
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).
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 verbundenen 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 Position 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 Einrichtung (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.
Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung ferner eine Einrichtung 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 worden ist, zum Ausbilden einer Schleife (17; 19) zwischen der ersten Bondverbindung und einer zweiten Bondverbindung umfasst.
Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschall-Drahtbondingvorrichtung Mittel zum Einschränken oder Unterbinden weiterer Bondverbindungen, nachdem eine Bondverbindung durch die Klemme (24; 40) von dem Substrat (102; 178) weggezogen worden ist, umfasst.
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 hergestellt 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.
Verfahren nach Anspruch 9, umfassend den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt: Führen des Drahts mittels einer Führung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, umfassend den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt: Halten des Drahts mittels einer Klemme, die Backen aufweist, welche den Draht festlegen.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend den folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt: Bewegen des Drahts bezüglich des Substrats mittels der Klemme.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, umfassend folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt: Durchtrennen des Drahts mittels einer Schneidvorrichtungsklinge in der Nachbarschaft des Drahtbondingwerkzeugs.
Verfahren nach Anspruch 12, umfassend folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt: Durchtrennen des Drahts, nachdem eine Bondverbindung hergestellt worden ist, mittels der Klemme, die den Draht hält und ihn mit ausreichender Stärke von dem gebondeten Bereich wegzieht, um den Draht zu durchtrennen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, umfassend folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt: Bremsen der Bewegung des Drahts, während der Draht relativ 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.
Verfahren nach Anspruch 15, umfassend folgenden zusätzlichen Verfahrensschritt: Kodieren der Bewegung des Drahts, während derselbe gebremst wird, um zu bestimmen, ob der Draht sich aus seiner gebondeten Beziehung zu dem Substrat bewegt hat.