EP0575566A1 - Process for optimizing soldering during ultrasonic bonding - Google Patents

Process for optimizing soldering during ultrasonic bonding

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Publication number
EP0575566A1
EP0575566A1 EP19920920124 EP92920124A EP0575566A1 EP 0575566 A1 EP0575566 A1 EP 0575566A1 EP 19920920124 EP19920920124 EP 19920920124 EP 92920124 A EP92920124 A EP 92920124A EP 0575566 A1 EP0575566 A1 EP 0575566A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
welding process
welding
evaluation
curve
ultrasonic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19920920124
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Bleich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BLEICH KARL HEINZ
Original Assignee
BLEICH KARL HEINZ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BLEICH KARL HEINZ filed Critical BLEICH KARL HEINZ
Publication of EP0575566A1 publication Critical patent/EP0575566A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/07—Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors for soldered or welded connections
    • H01R43/0207—Ultrasonic-, H.F.-, cold- or impact welding

Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • thermosonic bonding Production of electronic components, in particular by means of ultrasonic bonding, thermosonic bonding or thermocompression bonding on thermosonic bonding machines and single-point TAB bonding (SPTAB).
  • Patent specification DD 45217 proposes a program-controlled temporal course of the ultrasonic energy input in such a way that the mechanical vibration amplitude of the sonotrode is not kept stable at a preselectable constant value during the entire welding process, but rather by a preselectable temporal value
  • the course is controlled in a targeted, variable manner, preferably with a decreasing characteristic.
  • bonding an improvement in wire, foil, ribbon and lead bonding or the like, hereinafter referred to as bonding, is used by more or less certain correlations during the welding process between measurable quantities and the quality of the welds can. It has long been known here to detect a possible drop in the HF generator output voltage and to use it to switch off the welding energy. A further possibility is described in the patent specification DD 83 289 that the drop in the mechanical oscillation amplitude of the oscillating head is monitored via a piezoelectric sensor and a switch-off S igna l is obtained at the end of the welding process.
  • a number of other methods for solving the problem of process reliability and the quality of the weld are concerned with signals which can be derived once from the welding process as a measure of the quality of the welded joint. It is proposed in the patent DE 23 16 598 to evaluate an indentation that occurs during the time course of the HF generator output voltage or the suddenly increasing electrical contact resistance between the sonotrode and the upper welding component as a sign of the completion of the welding point and to end the energy input. From the patent DE 3233 629 it is apparent that the adhesive force with which the sonotrode is connected to the upper welding component as a process side effect during the welding process is determined. After the end of the energy input while the sonotrode is being lifted up, the adhesive force can be measured as a necessary detaching force on the sonotrode.
  • a method is also known from DD 219 338 in which the usual ultrasonic energy is clocked by a lower frequency, as a result of which an intermittent mode of operation of the ultrasonic oscillating head is achieved.
  • the influence of successive energy pulses on the structure of the respective machined weld site can be determined by evaluating successive decay times of this oscillating head, so that the current welding process can be controlled with this measurement information.
  • the object of the invention is to create a method for optimizing the welding process to achieve bonds with high and constant quality, which can be achieved without ßer technical changes to the bonding machines can be used without complex software measures and enables effective control of the process parameters.
  • the method according to the invention is based on the fact that, in order to optimize the welding process in the case of bonding processes to achieve bonds with high and constant quality, the ultrasonic vibration behavior in the welding process is recorded and subjected to an evaluation.
  • the evaluation results are used for optimizing control of the welding parameters of the bonds.
  • valleys and heights appear in different numbers and at different intervals on the envelope of the mechanical amplitude curve.
  • the number of these valleys and heights as well as their time interval is correlated with the quality of the finished bond, i.e. with sweat resistance.
  • the unsteady vibration behavior after dosed sound energy jumps is used as a suitable substitute parameter for automatic welding process control in order to achieve optimal bond results.
  • the possibly occurring ' distortions of the curve shape serve the ultrasonic vibrations gene on the bonding tool for the detection of faults in the connection formation.
  • the process parameters mechanical vibration amplitude and / or static contact pressure and / or duration of the welding process are used to optimize the welding process or the error message in the event of poor connection kinetics.
  • the optimization is always carried out in the procedural sequence of the production of the welded connections, but not always for the welded connection which supplies the values for the optimization.
  • thermosonic bonder consisting of an ultrasound oscillating head, ultrasound generator, electromechanical energy converter, amplitude transformer with sonotrode and mechanical-electrical transducer, and a heating unit for thermosonic bonding.
  • the complete ultrasonic oscillation course in the welding process is recorded by means of an oscillograph during the continuous energy input.
  • the mechanical amplitude curve shows a number of valleys which, for example, fluctuate between two and twelve valleys in a particular bond batch.
  • the shape of the valleys has a sawtooth-like course.
  • the heights can also be recorded.
  • the distance between two valleys and / or between two heights is recorded.
  • the process parameters mechanical vibration amplitude and / or static contact pressure of the oscillating head and / or duration of the welding process are changed such that a number of valleys and heights does not exceed six ⁇ represents.
  • the oscillograms were recorded using time-lapse films. It is of course also possible to determine the course of the ultrasonic vibration in the welding process by means of electronic or optical recording media.
  • the evaluation of the detected vibration behavior can be carried out visually or electronically, the electronic evaluation advantageously being carried out by a microcomputer.
  • the optimizing control for the welding process in bonding processes can be carried out manually or, preferably, automatically.
  • Another exemplary embodiment relates to the utilization and evaluation of transient vibration states after metered sound energy jumps.
  • transient vibration states for example, the quantity and shape of the variable on / off
  • connection kinetics of the bond point that is formed are considered to be irreparably disturbed, so that an error message must be output.

Abstract

Un procédé d'optimisation du soudage permet d'obtenir des bondings (aux ultra-sons, thermosoniques, par thermocompression, TAB ponctuel ou autres, y compris des macro-soudures) de qualité élevée et constante. Selon ce procédé, la courbe qui décrit les vibrations ultrasoniques pendant le soudage est enregistrée et évaluée. Les résultats de l'évaluation sont utilisés pour commander les paramètres de soudage de façon à les optimiser et pour contrôler la qualité des liaisons. Le nombre de creux et de crêtes de l'enveloppante de la courbe d'amplitude mécanique pendant le soudage, ainsi que leur écartement dans le temps sont utilisés pour effectuer une commande réalisant une optimisation. Une grandeur de pilotage de procédé permettant de doser individuellement l'énergie requise pour effectuer chaque liaison est dérivée des états vibratoires instationnaires produits après des sauts dosés d'énergie sonique. La teneur en harmoniques des vibrations ultrasoniques au niveau de l'outil de bonding permet de contrôler de manière non destructive la qualité de chaque point de bonding.A welding optimization process makes it possible to obtain bondings (ultrasonic, thermosonic, by thermocompression, punctual TAB or others, including macro-welds) of high and constant quality. According to this method, the curve which describes the ultrasonic vibrations during welding is recorded and evaluated. The results of the evaluation are used to control the welding parameters so as to optimize them and to control the quality of the connections. The number of hollows and crests of the envelope of the mechanical amplitude curve during welding, as well as their spacing over time are used to carry out an order carrying out an optimization. A process control quantity making it possible to individually dose the energy required to make each connection is derived from the unsteady vibrational states produced after metered jumps of sonic energy. The harmonic content of the ultrasonic vibrations at the level of the bonding tool makes it possible to non-destructively control the quality of each bonding point.

Description

Verfahren zur Opt imi erung des Schwe i ßprozesses be i Ul trascha l l bondverfahren .Process for optimizing the welding process in ultrasonic bonding processes.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zurThe present invention relates to a method for
Optimierung des Schweißprozesses bei Bondverfahren zur Erzielung von Bondungen, wie beispielsweise Wed- ge-, Ball-, Ösen-, Rillen-, Single-Point-Bondungen o. a. mit hoher und gleichbleibender Güte und findet Anwendung insbesondere in der Mikroelektronik bei derOptimization of the welding process in bonding processes to achieve bonds, such as, for example, wedge, ball, eye, groove, single-point bonds or the like. with high and constant quality and is used in particular in microelectronics at
Herstellung elektronischer Bauelemente, insbesondere mittels des Ultraschallbondens, Thermosonic-Bondens oder Thermokompressions-Bondens auf Thermosonic -Bond¬ maschinen sowie Single-Point TAB-Bondens ( SPTAB ) .Production of electronic components, in particular by means of ultrasonic bonding, thermosonic bonding or thermocompression bonding on thermosonic bonding machines and single-point TAB bonding (SPTAB).
Es ist bekannt, zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Draht- und Bändchenbondungen o.a. bei der Herstellung elektronischer Bauelemente die Einflußfaktoren, wel¬ che sich auf die Güte der Schweißverbindung auswir- ken, zu überwachen und konstant zu halten. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, daß sie "aufgrund der Vielzahl der möglichenObjektiven und subjektiven Einflußfaktoren sehr aufwendig und ferti¬ gungstechnisch nur sehr schwer umsetzbar ist.To increase the reliability of wire and ribbon bonds or the like in the production of electronic components, it is known to monitor and keep constant the influencing factors which affect the quality of the welded connection. The disadvantage of this method is that, owing to the large number of possible objective and subjective influencing factors, it is very complex and very difficult to implement in terms of production technology.
In der Patentschrift DD 45217 wird ein programmge¬ steuerter zeitlicher Verlauf des Ultraschallenergie¬ eintrages in der Form vorgeschlagen, daß die mechani¬ sche Schwingungsamplitude der Sonotrode während des gesamten Schweißprozesses nicht auf einem vorwählba¬ ren konstanten Wert stabil gehalten wird, sondern durch einen vorwählbaren zeitlichen Verlauf gezielt, variabel, vorzugsweise mit abfallender Charakteri¬ stik, gesteuert wird.Patent specification DD 45217 proposes a program-controlled temporal course of the ultrasonic energy input in such a way that the mechanical vibration amplitude of the sonotrode is not kept stable at a preselectable constant value during the entire welding process, but rather by a preselectable temporal value The course is controlled in a targeted, variable manner, preferably with a decreasing characteristic.
Trotz einer zu erwartenden Erhöhung der Verfahrens- Zuverlässigkeit, vor allem bei empfindlichen Schwei߬ komponenten, macht sich nachteilig bemerkbar, daß die Schwingamplitudensteuerung relativ starr ist und die Schweißzeit konstant vorgegeben werden muß.Despite an expected increase in process reliability, especially in the case of sensitive welding components, it is disadvantageously noticeable that the vibration amplitude control is relatively rigid and the welding time has to be specified constantly.
Es ist weiter bekannt, daß eine Verbesserung des Draht-, Folie-, Bändchens- und Lead-Bondens o.a., nachfolgend kurz Bonden genannt, durch mehr oder we- niger gesicherte Korrelationen während des Schwei߬ prozesses zwischen meßtechnisch erfaßbaren Größen und der Schweißstellengüte genutzt werden kann. Am läng¬ sten vorbekannt ist hier, .einen möglichen Abfall der HF-Generatorausgangsspannung zu erfassen und zur Ab- Schaltung der Schweißenergie zu benutzen. Als eine weitere Möglichkeit wird in der Patentschrift DD 83 289 beschrieben, daß über einen piezoelektrischen Sensor der Abfall der mechanischen Schwingungsampli¬ tude des Schwingkopfes überwacht und ein Abschalt- Signal zur Beendigung des Schweißprozesses gewonnen wird.It is also known that an improvement in wire, foil, ribbon and lead bonding or the like, hereinafter referred to as bonding, is used by more or less certain correlations during the welding process between measurable quantities and the quality of the welds can. It has long been known here to detect a possible drop in the HF generator output voltage and to use it to switch off the welding energy. A further possibility is described in the patent specification DD 83 289 that the drop in the mechanical oscillation amplitude of the oscillating head is monitored via a piezoelectric sensor and a switch-off S igna l is obtained at the end of the welding process.
Bekannt ist auch, eine Frequenzverwerfung der Ultra- schallarbeitsfrequenz auszunutzen, welche sich durch geringfügige Verlagerung der Eigenresonanzfrequenz des Schwingkopfes ergeben kann.Is also known to utilize a frequency rejection of the ultra-shell ll working frequency, which may result from slight displacement of the natural resonant frequency of the oscillating head.
Weiter ist bekannt, den sinkenden elektrischen Über- gangswiderstand zwischen oberer und unterer Schwei߬ komponente und den Deformationsgrad der oberen Schweißkomponente als Ersatzmeßgröße zur Signalisie¬ rung der Schweißgüte zu bewerten.It is also known to assess the falling electrical contact resistance between the upper and lower welding components and the degree of deformation of the upper welding component as a substitute measurement for signaling the welding quality.
Der sich durch die Korrelation zwischen den vorge¬ schlagenen Ersatzmeßgrößen und der Schweißgüte erge¬ bende Nachteil besteht darin, daß bei vielen Schwei߬ aufgaben und Bondmaschinen der beschriebene Zusammen¬ hang durch eine Vielzahl störender Einflußgrößen so stark vermindert wird, daß er zur Erfüllung der Güte¬ sicherung praktisch nicht verwendbar ist.The disadvantage resulting from the correlation between the proposed alternative measurement variables and the welding quality is that in many welding tasks and bonding machines the described relationship is reduced so much by a large number of disruptive influencing variables that it is necessary to achieve the quality ¬ fuse is practically unusable.
Eine Anzahl weiterer Methoden zur Lösung des Problems der Verfahrenszuverlässigkeit und der Schweißgüte befaßt sich mit einmalig aus dem Schweißprozeß ab¬ leitbaren Signalen als Maß für die Güte der Schwei߬ verbindung. So wird in der Patentschrift DE 23 16 598 vorgeschlagen, eine auftretende Einkerbung während des zeitlichen Verlaufes der HF-Generatorausgangs- Spannung oder den plötzlich ansteigenden elektrischen Übergangswiderstand zwischen Sonotrode und oberer Schweißkomponente als Zeichen für die Fertigstellung der Schweißstelle zu werten und den Energieeintrag zu beenden. Aus der Patentschrift DE 3233 629 geht hervor, daß die Haftkraft bestimmt wird, mit der die Sonotrode während des Schweißprozesses mit der oberen Schwei߬ komponente als Prozeßnebenwirkung verbunden ist. Die Haftkraft läßt sich nach Beendigung des Energieein¬ trages während des Anhebens der Sonotrode als notwen¬ dige Ablösekraft an der Sonotrode messen. Der bekann¬ te Nachteil dieses Haftens oder Klebens der Sonotro¬ de, der gewöhnlich durch die Wahl eines zur Schweiß- aufgäbe passenden Sonotrodenwerkstoffs oder das Aus¬ lösen eines sogenannten Nachimpulses minimiert wird, läßt keinen eindeutigen Schluß auf die erreichte SchweißStellengüte zu.A number of other methods for solving the problem of process reliability and the quality of the weld are concerned with signals which can be derived once from the welding process as a measure of the quality of the welded joint. It is proposed in the patent DE 23 16 598 to evaluate an indentation that occurs during the time course of the HF generator output voltage or the suddenly increasing electrical contact resistance between the sonotrode and the upper welding component as a sign of the completion of the welding point and to end the energy input. From the patent DE 3233 629 it is apparent that the adhesive force with which the sonotrode is connected to the upper welding component as a process side effect during the welding process is determined. After the end of the energy input while the sonotrode is being lifted up, the adhesive force can be measured as a necessary detaching force on the sonotrode. The known disadvantage of this sticking or sticking of the sonotrodes, which is usually minimized by the choice of a sonotrode material suitable for the welding task or the triggering of a so-called post-pulse, does not allow a clear conclusion to be drawn about the welding spot quality achieved.
Auch ist aus der DD 219 338 ein Verfahren bekannt, bei welchem die übliche Ultraschallenergie durch eine niedrigere Frequenz getaktet wird, wodurch eine in¬ termittierende Arbeitsweise des Ultraschallschwing¬ kopfes erreicht wird. Durch die Auswertung zeitlich aufeinanderfolgender Ausschwingzeiten dieses Schwing¬ kopfes läßt sich der Einfluß aufeinanderfolgender Energiepulse auf den Aufbau der jeweiligen bearbeite¬ ten Schweißstelle erfassen, so daß mit dieser Meßin¬ formation der laufende Schweißvorgang gesteuert wer- den kann.A method is also known from DD 219 338 in which the usual ultrasonic energy is clocked by a lower frequency, as a result of which an intermittent mode of operation of the ultrasonic oscillating head is achieved. The influence of successive energy pulses on the structure of the respective machined weld site can be determined by evaluating successive decay times of this oscillating head, so that the current welding process can be controlled with this measurement information.
Diese Lösung hat den Nachteil, daß technische Verän¬ derungen an den zur Zeit eingesetzten Bondern"vor¬ genommen werden müssen.This solution has to be taken from the disadvantage that technical Verän¬ changes to the currently employed bonders "vor¬.
Ausgehend von den Nachteilen der bekannten techni¬ schen Lösungen liegt der Erfindung die Aufgabe zu¬ grunde, ein Verfahren zur Optimierung des Schweißpro¬ zesses zur Erzielung von Bondungen mit hoher und gleichbleibender Güte zu schaffen, welches ohne grö- ßere technische Änderungen an den Bondmaschinen und ohne aufwendige softwaremäßige Maßnahmen anwendbar ist und eine effektive Steuerung der Prozeßparameter ermöglicht.On the basis of the disadvantages of the known technical solutions, the object of the invention is to create a method for optimizing the welding process to achieve bonds with high and constant quality, which can be achieved without ßer technical changes to the bonding machines can be used without complex software measures and enables effective control of the process parameters.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 im Zusammen¬ wirken mit den ausgestaltenden Merkmalen der Unter¬ ansprüche gelöst.This object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of claim 1 in cooperation with the design features of the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert hierbei dar¬ auf, daß zur Optimierung des Schweißprozesses bei - Bondverf hren zur Erzielung von Bondungen mit hoher und gleichbleibender Güte das Ultraschall-Schwin- gungsverhalten im Schweißprozeß erfaßt und einer Aus¬ wertung unterzogen wird.The method according to the invention is based on the fact that, in order to optimize the welding process in the case of bonding processes to achieve bonds with high and constant quality, the ultrasonic vibration behavior in the welding process is recorded and subjected to an evaluation.
Die Auswerteergebnisse werden zur optimierenden Steu¬ erung der Schweißparameter der Bondungen verwendet.The evaluation results are used for optimizing control of the welding parameters of the bonds.
Während des Schweißprozesses treten an der Hüllkurve des mechanischen Amplitudenverlaufes Täler und Höhen in unterschiedlicher Zahl und mit unterschiedlichem zeitlichen Abstand auf. Die Anzahl dieser Täler und Höhen sowie ihr zeitlicher Abstand ist korreliert mit der Güte der fertigen Bondung, d.h. mit der Schwei߬ festigkeit.During the welding process, valleys and heights appear in different numbers and at different intervals on the envelope of the mechanical amplitude curve. The number of these valleys and heights as well as their time interval is correlated with the quality of the finished bond, i.e. with sweat resistance.
Das instationäre Schwingverhalten nach dosierten Schallenergiesprüngen wird als zweckmäßige Ersatzme߬ größe zur automatischen Schweißprozeßführung zur Er¬ zielung optimaler Bondresultate benutzt.The unsteady vibration behavior after dosed sound energy jumps is used as a suitable substitute parameter for automatic welding process control in order to achieve optimal bond results.
Andererseits dienen die gegebenenfalls auftretenden' Verzerrungen der Kurvenform der Ultraschallschwingun- gen am Bondwerkzeug der Erkennung von Störungen der Verbindungsbildung.On the other hand, the possibly occurring ' distortions of the curve shape serve the ultrasonic vibrations gene on the bonding tool for the detection of faults in the connection formation.
Nach Auswertung der erfaßten Werte erfolgt über die Steuerung der Prozeßparameter mechanische Schwin¬ gungsamplitude und/oder statischer Anpreßdruck und/- oder Zeitdauer des Schweißprozesses die Optimierung des Schweißprozesses bzw. die Fehlermeldung bei schlechter Verbindungskinetik.After evaluating the detected values, the process parameters mechanical vibration amplitude and / or static contact pressure and / or duration of the welding process are used to optimize the welding process or the error message in the event of poor connection kinetics.
Die Optimierung erfolgt stets im verfahrenstechni¬ schen Ablauf der Herstellung der Schweißverbindungen, allerdings nicht immer für die Schweißverbindung, welche die Werte zur Optimierung liefert.The optimization is always carried out in the procedural sequence of the production of the welded connections, but not always for the welded connection which supplies the values for the optimization.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei Aus¬ führungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of two exemplary embodiments.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an einem üblichen Ultraschall- oder Thermosonic-Bonder, bestehend aus Ultraschallschwingkopf, Ultraschallgenerator, elek- tromechanische Energiewandler, Amplitudentransforma¬ tor mit Sonotrode und mechanisch-elektrischem Me߬ wandler sowie Heizeinheit beim Thermosonic-Bonden angewandt.The method according to the invention is applied to a conventional ultrasound or thermosonic bonder, consisting of an ultrasound oscillating head, ultrasound generator, electromechanical energy converter, amplitude transformer with sonotrode and mechanical-electrical transducer, and a heating unit for thermosonic bonding.
Mittels eines Oszillographen wird der vollständige Ultraschall-Schwingungsverlauf im Schweißprozeß wäh¬ rend der kontinuierlichen Energieeintragung erfaßt.The complete ultrasonic oscillation course in the welding process is recorded by means of an oscillograph during the continuous energy input.
Im mechanischen Amplitudenverlauf zeigt sich eine Anzahl von Tälern, die beispielsweise bei einer be¬ stimmten Bondcharge zwischen zwei und zwölf Tälern schwankt. Die Form der Täler hat einen sägezahnähnlichen Ver¬ lauf.The mechanical amplitude curve shows a number of valleys which, for example, fluctuate between two and twelve valleys in a particular bond batch. The shape of the valleys has a sawtooth-like course.
Selbstverständlich können alternativ oder zusätzlich auch die Höhen erfaßt werden.Of course, alternatively or additionally, the heights can also be recorded.
Gleichzeitig oder zusätzlich zur Erfassung der Anzahl von Tälern oder Höhen wird der Abstand zwischen zwei Tälern und/oder zwischen zwei Höhen erfaßt.At the same time or in addition to the detection of the number of valleys or heights, the distance between two valleys and / or between two heights is recorded.
Die Korrelation zwischen der Anzahl der sichtbaren Täler und der erzielten Schweißfestigkeit wurde expe¬ rimentell ermittelt.The correlation between the number of visible valleys and the weld strength achieved was determined experimentally.
Zwischen zwei und sechs auftretenden Tälern können gleiche und hohe Festigkeiten erzielt werden, während bei einer größeren Anzahl der Täler als sechs die Schweißfestigkeit vermindert ist.Between two and six valleys that occur, the same and high strengths can be achieved, while if the number of valleys is greater than six, the weld strength is reduced.
Wird eine größere Anzahl der Täler oder Höhen als sechs festgestellt, werden die Prozeßparameter mecha¬ nische Schwingungsamplitude und/oder statischer An¬ preßdruck des Schwingkopfes und/oder Zeitdauer des Schweißprozesses derart verändert, daß eine Anzahl von Tälern und Höhen nicht größer als sechs sich ein¬ stellt.If a greater number of valleys or heights than six are determined, the process parameters mechanical vibration amplitude and / or static contact pressure of the oscillating head and / or duration of the welding process are changed such that a number of valleys and heights does not exceed six ¬ represents.
Analog wird mit dem zeitlichen Abstand zwischen zwei Tälern und Höhen verfahren.The same procedure is followed with the time interval between two valleys and heights.
Im vorliegenden Ausführungsbespiel wurde die Auf¬ zeichnung der Oszillogramme mittels Zeitrafferfilmen vorgenommen. Es ist selbstverständlich ebenfalls möglich, die Er¬ fassung des Ultraschallschwingungsverlaufes im Schweißprozeß durch elektronische oder durch optische Aufzeichnungsträger vorzunehmen.In the present exemplary embodiment, the oscillograms were recorded using time-lapse films. It is of course also possible to determine the course of the ultrasonic vibration in the welding process by means of electronic or optical recording media.
Die Auswertung des erfaßten Schwingungsverhaltens kann visuell oder elektronisch erfolgen, wobei die elektronische Auswertung zweckmäßigerweise durch ei¬ nen Mikrorechner erfolgt.The evaluation of the detected vibration behavior can be carried out visually or electronically, the electronic evaluation advantageously being carried out by a microcomputer.
1010
Die optimierende Steuerung für den Schweißprozeß bei Bondverfahren kann manuell oder vorzugsweise automa¬ tisch erfolgen.The optimizing control for the welding process in bonding processes can be carried out manually or, preferably, automatically.
15 Ein anderes Ausführungsbeispiel betrifft die Ausnut¬ zung und Auswertung von instationären Schwingungszu¬ ständen nach dosierten Schallenergiesprüngen. Bei instationären Schwingungszuständen können beispiels¬ weise die Quantität und Form der variablen An-, Aus-Another exemplary embodiment relates to the utilization and evaluation of transient vibration states after metered sound energy jumps. In the case of transient vibration states, for example, the quantity and shape of the variable on / off
20 . und/oder Einschwingvorgänge meßtechnisch erfaßt und über Mikrorechner ausgewertet werden mit dem Ziel, eine individuelle Schallenergiedosierung für jede Bondstelle durch eine automatische adaptive Prozeß- führung zu realisieren. Die Prozeßführungsgröße kor-20th and / or settling processes are measured and evaluated using microcomputers with the aim of realizing an individual sound energy metering for each bond point by means of automatic adaptive process control. The process control variable
25. reliert mit dem Verbindungszuwachs der Bondstelle'.25. Relates to the connection increase of the bond point '.
Dadurch wird der allgemeine Mangel eines starr vor¬ programmierten Schallenergieeintrages überwunden, der in der Bondpraxis zu erheblichen Streuungen der Bond- 30 gute führen kann. Der Bondprozeß wird zum optimalen Zeitpunkt beendet.This overcomes the general lack of a rigidly preprogrammed sound energy input, which can lead to considerable scattering of the bonds in bond practice. The bonding process is ended at the optimal time.
Zusätzlich hat sich als sinnvoll erwiesen, während des Schweißprozesses die Kurvenform der Ultraschall- 5 Schwingungen direkt am Bondwerkzeug zu charakterisie- 5 ren, um daraus ein Signal zur Gütekontrolle der sich aufbauenden Bondstelle abzuleiten.In addition, it has proven useful to characterize the curve shape of the ultrasonic vibrations directly on the bonding tool during the welding process. 5 ren in order to derive a signal for quality control of the bond site that is being built up.
Oberhalb eines bestimmten Oberwellengehaltes als Maß der Verzerrungen der harmonischen Schwingungen gilt die Verbindungskinetik der sich bildenden Bondstelle als irreparabel gestört, so daß eine Fehlermeldung ausgegeben werden muß. Above a certain harmonic content as a measure of the distortion of the harmonic vibrations, the connection kinetics of the bond point that is formed are considered to be irreparably disturbed, so that an error message must be output.

Claims

Paten ansprüche Godfather claims
1. Verfahren zur Optimierung des Schweißprozesses bei Bondverfahren, wie USB, TSB, TCB auf TS-Bon- dem, SPTAB o.a. einschließlich Makroschweißun- gen zur Erzielung von Bondungen mit hoher und gleichbleibender Güte, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der gesamte Ultraschall-Schwingungsverlauf einschließlich der instationären Zustände und der Kurvenform im Schweißprozeß erfaßt und einer Auswertung unterzogen wird und die Auswertungs- ergebnisse zur optimierenden Steuerung der Schweißparameter des Prozesses und zur zerstö- rungsfreien on-Line-Gütekontrolle der Bondungen verwendet werden.1.Procedure for optimizing the welding process in bonding processes such as USB, TSB, TCB on TS bonders, SPTAB or similar. including macro-welds to achieve bonds with high and constant quality, characterized in that the entire ultrasonic oscillation course including the transient conditions and the curve shape in the welding process is recorded and subjected to an evaluation and the evaluation results for optimizing control of the welding parameters of the process and be used for non-destructive online quality control of the bonds.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Anzahl der Täler und/oder Höhen der Hüllkurve des mechanischen Amplitudenverlaufes im Schweißprozeß erfaßt werden.2. The method according to claim 1, characterized gekennzeich¬ net that the number of valleys and / or heights of the envelope of the mechanical amplitude profile are detected in the welding process.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der zeitliche Abstand zwischen den Tälern und/oder Höhen der Hüllkurve des mechani¬ schen Amplitudenverlaufes im Schweißprozeß er¬ faßt wird.3. The method according to claim 1 and 2, characterized gekenn¬ characterized in that the time interval between the valleys and / or heights of the envelope of the mechanical amplitude course in the welding process is recorded er¬.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Erfassung des Ultraschall- Schwingungsverlaufes im Schweißprozeß durch Auf¬ zeichnung von Oszillogrammen erfolgt. M4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the detection of the ultrasonic vibration curve in the welding process is carried out by recording oscillograms. M
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Aufzeichnung der Oszillogramme mit¬ tels Zeitrafferfilmen erfolgt.5. The method according to claim 4, characterized in that the recording of the oscillograms takes place by means of time-lapse films.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 4 und 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Auswertung des erfaßten Schwingungsverlaufes visuell erfolgt.6. The method according to claim 1, 4 and 5, characterized ge indicates that the evaluation of the detected waveform is visual.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Erfassung des Ultraschall- .7. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the detection of the ultrasound.
Schwingungsverlaufes im Schweißprozeß durch elektronische oder optische Aufzeichnungsträger erfolgt.Vibration course in the welding process is carried out by electronic or optical recording media.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 4 und 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Auswertung des erfaßten Ultraschall-Schwingungsverlaufes im Schweißpro¬ zeß elektronisch erfolgt.8. The method according to claim 1, 4 and 7, characterized ge indicates that the evaluation of the detected ultrasonic vibration profile in the welding process takes place electronically.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Auswertung des erfaßten Ultra¬ schall-Schwingungsverlaufes im Schweißprozeß durch einen Mikrorechner erfolgt.9. The method according to claim 8, characterized gekennzeich¬ net that the evaluation of the detected ultrasonic vibration curve in the welding process is carried out by a microcomputer.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, daß instationäres Schwingungsverhalten, beispielsweise Quantität und Form der An-, Aus- und/oder Einschwingvorgänge bei dosierten Schallenergiesprüngen jeglicher Größe und Form, im Schweißprozeß erfaßt und zur Prozeßführung ausgewertet wird.10. The method according to claim 1, characterized gekennzeich¬ net that unsteady vibration behavior, such as the quantity and shape of the on, off and / or settling in metered sound energy jumps of any size and shape, detected in the welding process and evaluated for process control.
11. Verfahren nach Anspruch 1 und 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Kurvenform der Ultra- schallschwingungen am Bondwerkzeug zum Zwecke ΛZ, der Überwachung auf Kurvenverzerrungen im Schweißprozeß erfaßt wird.11. The method according to claim 1 and 10, characterized ge indicates that the curve shape of the ultrasonic vibrations on the bonding tool for the purpose ΛZ, the monitoring for curve distortion in the welding process is detected.
12. Verfahren nach Anspruch 1 und 11, dadurch ge- kennzeichnet, daß die Kurvenform der Ultra¬ schallschwingungen am Bondwerkzeug durch eine Echtzeit-Frequenzanalyse während des Schweißpro¬ zesses ausgewertet und daraus ein Gut/Schlecht- Signal abgeleitet wird.12. The method according to claim 1 and 11, characterized in that the curve shape of the ultrasonic vibrations on the bonding tool is evaluated by a real-time frequency analysis during the welding process and a good / bad signal is derived therefrom.
13. Verfahren nach Anspruch 1, 6 und 8 bis 12, da¬ durch gekennzeichnet, daß mit den Auswerteergeb¬ nissen die Prozeßparameter mechanische Schwin¬ gungsamplitude und/oder statischer Anpreßdruck des Schwingkopfes und/oder Zeitdauer des13. The method according to claim 1, 6 and 8 to 12, da¬ characterized in that the process parameters mechanical vibration amplitude and / or static contact pressure of the oscillating head and / or period of time with the evaluation results
Schweißprozesses gesteuert werden.Welding process can be controlled.
14. Verfahren nach Anspruch 1 und 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die optimierende Steuerung manuell oder automatisch erfolgt.14. The method according to claim 1 and 13, characterized ge indicates that the optimizing control is carried out manually or automatically.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich¬ net, daß bei Ableitung eines Schlec t-Signales eine Fehlermeldung erfolgt. 15. The method according to claim 12, characterized in that an error message is generated when a Schlec t signal is derived.
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