DE19754871C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen der Qualität von Drahtverbindungen elektrischer Bauteile - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen der Qualität von Drahtverbindungen elektrischer Bauteile

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen der Qualität von Drahtverbindungen elektrischer Bauteile, insbesondere der Anschlussdrähte von integrierten Schaltkreisen mit Leiterbahnen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
In der Halbleiterindustrie wird zur Kontaktierung von Leadframes eine als Wirebonding bezeichnete Drahtverbindungstechnik eingesetzt. Der Wirebond ist die Verbindung eines Mikrochips zur Außenwelt, insbesondere mit einer Leiterbahn oder einer Leiterplatte. In der Regel weist jeder Mikrochip eine Vielzahl derartiger Wirebonds auf, die an den entsprechend vorgesehenen Bondstellen, welche auch Pads genannt werden, von einem Wirebonding- Automaten mit den Pads auf dem Substrat verbunden werden. Es sind dabei unterschiedliche Verbindungsarten bekannt, nämlich die Ball-Bonds und die Wedge-Bonds, die auch in Kombination bei einer Kontaktierung angewendet werden.
Die Problematik derartiger Drahtverbindungen besteht darin, dass aufgrund der Automatisierung bei der Herstellung der Wirebonds diese anschließend auf Fehler überprüft werden müssen. Die Qualitätsprüfung von Wirebonding-Drähten kann in zwei unterschiedliche Aufgabengebiete eingeteilt werden. Zum einen muss die exakte Position der Bond-Anknüpfstellen innerhalb des vorgegebenen Pads und die Größe festgestellt werden. Zum anderen muss der Verlauf des Drahtes ermittelt werden, da selbst bei der korrekten Position der Bond- Anknüpfstellen durch fehlerhafte Drahtverläufe die Bauteile in ihrer Funktion nachteilig beeinflusst werden können.
Mit der DE 40 32 327 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatisierten Überwachung der Herstellung von Halbleiterbauteilen bekannt geworden, mit der der Verlauf der Bond-Drähte mittels Beleuchtungstechnik und Mustererkennung mit Bildverarbeitung festgestellt werden kann. Dieses System beruht darauf, dass von einer Vielzahl im Raum halbkugelförmig angeordneter Beleuchtungen ein komplexes Muster an Reflexionsstellen auf den aus Metall bestehenden Bond-Drähten erzeugt wird, welche von einer Kamera erfasst und das resultierende Muster in einem Rechner durch Mustervergleich ausgewertet wird. Ein derartiges Verfahren ist hochkomplex und hängt von der Anzahl und Richtung der Beleuchtungskörper, der Anzahl und Reflexionsverhältnisse an den Metalldrähten und den zulässigen Lageabweichungen der Bond-Drähte ab. Aufgrund der großen Anzahl der Parameter führt dieses Verfahren nicht zu einem einfachen oder überhaupt zu einem beherrschbaren Mustervergleich.
Aus den Druckschriften JP 2-51007 A, EP 471 196 A2 und DE 41 39 189 A1 sind weitere Vorrichtungen und Verfahren aus dem Bereich der Mustererkennung bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem bzw. mit der die Qualität der Drahtverbindungen elektrischer Bauteile relativ einfach und schnell sowie zuverlässig überprüft werden kann.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren des Anspruchs 1 bzw. der Vorrichtung des Anspruchs 5 gelöst.
Die Unteransprüche geben Ausführungsarten der Erfindung an.
Dabei wird erfindungsgemäß ein Draht mittels z. B. zweier Kameras erfasst, wobei die beiden Kameras zuvor in ihrer räumlichen Lage kalibriert worden sind, und am Draht vorgegebene oder willkürliche Punkte werden identifiziert und jeder Ort dieser Punkte wird durch Triangulation in einem Rechnersystem bestimmt. Ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren sieht vor, dass ein Draht mittels wenigstens einer Kamera und einem auf den Draht aufprojizierten Punkt- oder Linienmuster erfasst wird. Dabei sind die Kamera und das Punkt- oder Linienmuster in ihrer räumlichen Lage zuvor kalibriert worden.
Die Aufgabe wird außerdem mit einer Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass entweder eine Kamera und ein Linienmuster, die in ihrer räumlichen Lage zueinander kalibriert sind, oder wenigstens zwei in ihrer räumlichen Lage zueinander kalibrierte Kameras vorgesehen sind, dass die Kameras mit einem Rechnersystem verbunden sind, dass das Rechnersystem ein Triangulationsprogramm für die Daten der Kameras aufweist und dass das Rechnersystem insbesondere mit einem Handlingsystem gekoppelt ist, mit dem das elektronische Bauteil in die Vorrichtung eingeführt und aus dieser entnommen wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die räumliche Lage des Bond-Drahtes an bestimmten Stellen oder über den gesamten Verlauf gemessen werden. Die dreidimensionale Bestimmung von Raumkoordinaten auf Objekten kann prinzipiell mit Methoden der dreidimensionalen Bildverarbeitung erfolgen.
Die Erfindung sieht vor, dass ein Bond-Draht oder mehrere Bond-Drähte von zwei oder mehreren Kameras erfasst werden, wobei die Bond-Drähte passive oder aktive Markierungen aufweisen. Durch diese Markierungen sind Drahtpunkte durch die Kameras identifizierbar. Die Erfindung sieht aber auch vor, dass ein oder mehrere Bond-Drähte mittels einer einzigen, im Raum kalibrierten Kamera und einem definierten Linienmuster erfasst werden. Die definierten Linienmuster werden auf den zu vermessenden Draht aufprojiziert und es werden dadurch aktive Markierungen auf dem Draht erzeugt. Das Linienmuster wird über sich fächerartig ausbreitende Ebenen erzeugt.
Dabei können entweder die Anschlussdrähte eines fertig verdrahteten Mikrochips entweder nacheinander oder gleichzeitig vermessen werden, oder es wird jeder Draht einzeln sofort nach Fertigstellung der jeweiligen Drahtverbindung vermessen.
Erfindungsgemäß werden bei der passiven Markierung der Anfangs-, der End-, der Wende- und/oder ein maximaler Krümmungspunkt des Drahtes identifiziert. Durch die Triangulation werden die räumlichen Lagen dieser Punkte ermittelt und mit Sollwerten verglichen.
Bei der aktiven Markierung wird auf den Draht ein Muster, insbesondere ein statisches Linienmuster projiziert, welches von den Kameras erfasst wird. Dieses Linienmuster wird auf den einzelnen oder auf mehrere Drähte aufprojiziert.
Die Triangulation, d. h. die räumliche Bestimmung der Objektpunkte, setzt eine Reihe von Verfahrensschritten voraus, die nachfolgend erläutert werden. Die bei der Messung verwendeten Kameras, welche CCD-(Coupled Charged Devices)-Kameras oder CMOS-(Complementary Metal Oxide Semiconductor)-Bildsensoren sind, müssen kalibriert sein. Dies bedeutet, dass die räumliche Lage und die Orientierung aller Kameras in einem einmaligen Kalibriervorgang vorab ermittelt werden müssen. Von diesen Kameras wird dann das elektrische Bauteil erfasst und es werden die Punkte auf den Wirebond-Drähten ermittelt. Die von den Kameras erfassten Punkte werden an das Rechnersystem übergeben und dort rechnerisch ausgewertet. Die Auswertung umfasst die Identifikation der einzelnen Punkte in den verschiedenen Kameraansichten, die zu einer Linie verbunden werden. Diese Linie entspricht näherungsweise dem Drahtverlauf. Die Verbindung der einzelnen Punkte erfolgt z. B. durch Interpolation.
Nunmehr kann der Vergleich mit den konstruktiv vorgegebenen räumlichen Solldaten unter Berücksichtigung von Toleranzen rechnerisch erfolgen und eine Auswahl getroffen werden. Die Auswahl kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, dass das Bauteil markiert oder ausgesondert wird, wenn ein Sollwert nicht erreicht wird. Eventuell kann die Messung nochmals durchgeführt werden, bevor das Bauteil markiert bzw. ausgesondert wird.
Ein Vorteil besteht darin, dass der gesamte Vorgang vollautomatisch und rechnergesteuert abläuft. Außerdem liegt ein Vorteil in der Echtzeitfähigkeit. Für die Vermessung eines Drahtes oder mehrerer Drähte ist die Aufnahme lediglich eines einzigen Bildes je beteiligter Kamera erforderlich, wobei durch eine geeignete Ansteuerung erreicht werden kann, dass jede Kamera zum selben Zeitpunkt, d. h. dass die Kameras synchron die Bildaufnahme durchführen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Mikrochips mit mehreren Wirebonds;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Ball-Wedge-Bonds;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Wedge-Wedge-Bonds;
Fig. 4 schematische Darstellungen verschiedener Drahtverbindungen in Seitenansicht;
Fig. 5 eine Draufsicht verschiedener Drahtverbindungen;
Fig. 6 eine schematische Darstellung zweier Kameras bei der Erfassung eines Drahtverlaufs;
Fig. 7 einen schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 8 einen Bond-Draht mit passiven Einzelpunkten; und
Fig. 9 einen Bond-Draht mit markierten Einzelpunkten.
Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines insgesamt mit 1 bezeichneten Mikrochips, welcher insgesamt acht Bondstellen 2, welche auch Pads genannt werden, aufweist. Außerdem sind in Fig. 1 acht weitere Bondstellen 3 zu erkennen, die z. B. auf einer Platine oder Leiterplatte angeordnet sind. Die Bondstellen 2 des Mikrochips sind mit den Bondstellen 3 über Drähte 4 verbunden. Diese Drähte 4 werden über eine geeignete Vorrichtung automatisch mit den Bondstellen 2 und 3 verbunden. Außerdem werden diese Drähte 4 von dieser Vorrichtung geformt.
Die Fig. 2 und 3 zeigen unterschiedliche Formen des Drahtes 4 sowie unterschiedliche Verbindungsarten. In der Fig. 2 wird auf der linken Seite eine Ball-Bond 5 und auf der rechten Seite eine Wedge-Bond 6 dargestellt, wohingegen in der Fig. 3 zwei Wedge-Bonds 6 dargestellt sind. Beim Ball-Bond 5 ist der Draht 4 stumpf an die Bondstellen 2 bzw. 3 angeschweißt, wobei der Draht 4 beim Wedge-Bond 6 seitlich angeschweißt ist.
Die Fig. 4a zeigt einen korrekten Verlauf des Drahtes 4 zwischen den Bondstellen 2 und 3, wohingegen in der Fig. 4b der Draht 4 zwar mit der Bondstelle 2 korrekt verbunden ist, jedoch an der Bondstelle 3 einen Kurzschluss 7 an der Leiterplatte 8 bildet. In der Fig. 4c ist der Draht 4 zwar korrekt mit den Bondstellen 2 und 3 verbunden, jedoch liegt die Höhe h des Hochpunkts 9 des Drahtes 4 über der Leiterplatte und liegt der Abstand x des Hochpunkts 9 von der Bondstelle 2 außerhalb einer vorgegebenen Toleranz. Die in den Fig. 4b und 4c dargestellten Verbindungen sind daher fehlerhaft.
Die Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen teilweise dargestellten Mikrochip 1 mit mehreren Bondstellen 2, die mit den Bondstellen 3 mittels Drähte 4 verbunden sind. Die Fig. 5a zeigt eine Fehlstelle, da der Draht 4 bei 10 unterbrochen ist. Die Fig. 5b zeigt ebenfalls eine Fehlstelle, da die Drähte 4 bei 11 einander berühren und daher einen Kurzschluss erzeugen. In der Fig. 5c weicht der Draht zu weit von einer Ideallinie 12 ab und liegt daher außerhalb der Toleranz. Die Fig. 5 zeigt eine korrekte Drahtverbindung, die in der Ideallinie 12 liegt.
In der Fig. 6 sind zwei CCD-Kameras 13 und 14 dargestellt. Die beiden Kameras 13 und 14 sind im Raum unterschiedlich angeordnet und besitzen unterschiedliche Orientierungen. Mit den beiden Kameras 13 und 14 wird ein beispielhaft dargestellter Draht 4 erfasst. Auf den Bildschirmen 15 und 16 sind die Einzelpunkte 17 und 18 schematisch dargestellt, die in einem Rechnersystem ausgewertet werden und deren Lage im Raum durch Triangulation bestimmt wird.
Die Fig. 7 zeigt schematisch die räumliche Anordnung der beiden Kameras 13 und 14 sowie des Mikrochips 1, des Drahtes 4 und der Bondstelle 3. Außerdem ist ein Projektor 19 dargestellt, der auf den Draht 4 ein Linienmuster 20 projiziert. Auf diese Weise erhält der Draht 4, wie in Fig. 9 dargestellt, eine Markierung 21, die mehrere Punkte 22 definiert. Auf diese Weise ist der Draht 4, wie in Fig. 8 dargestellt, nicht nur durch den Hochpunkt 9, den Anfangspunkt 23, den Endpunkt 24 und den Wendepunkt 26 markiert.
Diese Punkte 9 und 22 bis 24 können über die Kameras 13 und 14 erfasst und deren räumliche Position im Rechnersystem durch Triangulation errechnet werden. Durch Interpolation dieser errechneten Werte kann der Verlauf des Drahtes 4 ermittelt und mit Sollwerten abgeglichen und die Toleranz festgestellt werden. Liegt der Verlauf des Drahtes 4 außerhalb der Toleranz, dann wird der Mikrochip 1 markiert oder ausgesondert.

Claims (8)

1. Verfahren zum Überprüfen der Qualität von Drahtverbindungen elektrischer Bauteile, insbesondere der Anschlussdrähte (4) von integrierten Schaltkreisen mit Leiterbahnen (8), bei dem wenigstens ein Draht (4) mittels zweier Kameras (13, 14) erfasst wird, wobei die beiden Kameras (13, 14) zuvor in ihrer räumlichen Lage kalibriert worden sind, dadurch gekennzeichnet, dass am Draht (4) für den Verlauf des Drahtes der Anfangspunkt (23), der Endpunkt (24), der Hochpunkt (9), der Wendepunkt (25) und/oder der maximale Krümmungspunkt des Drahtes 4, oder auch charakteristische Punkte, identifiziert werden und der Ort dieser Punkte, durch Triangulation in einem Rechnersystem bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Rechnersystems die Orte der Punkte zu einer Linie verbunden werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte und/oder die ermittelte Linie mit vorgegebenen Solldaten verglichen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil markiert oder ausgesondert wird, wenn ein Sollwert nicht erreicht wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei in ihrer räumlichen Lage zueinander kalibrierte Kameras (13, 14) vorgesehen sind, dass die Kameras (13, 14) mit einem Rechnersystem verbunden sind, dass das Rechnersystem ein Triangulationsprogramm für die von den Kameras (13, 14) erfassten charakteristischen Punkten aufweist und dass das Rechnersystem insbesondere mit einem Handlingsystem gekoppelt ist, mit dem das elektronische Bauteil in die Vorrichtung eingeführt und aus dieser entnommen wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Aufbringen einer Markierung, insbesondere eines Linienmusters (20) auf den Draht (4) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Kennzeichnen des elektrischen Bauteils vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameras (13, 14) CCD-Kameras oder CMOS-Bildsensoren sind.
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