WO2002070185A1 - Verfahren zum prüfen von durch ultraschall-drahtbonden hergestellten verbindungen - Google Patents

Verfahren zum prüfen von durch ultraschall-drahtbonden hergestellten verbindungen Download PDF

Info

Publication number
WO2002070185A1
WO2002070185A1 PCT/DE2002/000523 DE0200523W WO02070185A1 WO 2002070185 A1 WO2002070185 A1 WO 2002070185A1 DE 0200523 W DE0200523 W DE 0200523W WO 02070185 A1 WO02070185 A1 WO 02070185A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
value
values
master
bond
determined
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/000523
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Reinold
Thomas Kaden
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2002070185A1 publication Critical patent/WO2002070185A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • 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
    • 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
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/12—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
    • B23K31/125—Weld quality monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • 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
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/32—Wires
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/4501—Shape
    • H01L2224/45012—Cross-sectional shape
    • H01L2224/45015—Cross-sectional shape being circular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7801—Means for cleaning, e.g. brushes, for hydro blasting, for ultrasonic cleaning, for dry ice blasting, using gas-flow, by etching, by applying flux or plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/78313—Wedge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/78—Apparatus for connecting with wire connectors
    • H01L2224/7825—Means for applying energy, e.g. heating means
    • H01L2224/783—Means for applying energy, e.g. heating means by means of pressure
    • H01L2224/78313—Wedge
    • H01L2224/78314—Shape
    • H01L2224/78317—Shape of other portions
    • H01L2224/78318—Shape of other portions inside the capillary
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/852—Applying energy for connecting
    • H01L2224/85201—Compression bonding
    • H01L2224/85205—Ultrasonic bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/85—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector
    • H01L2224/859—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a wire connector involving monitoring, e.g. feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014—Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01015—Phosphorus [P]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0102—Calcium [Ca]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01052—Tellurium [Te]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01058—Cerium [Ce]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01061—Promethium [Pm]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01068—Erbium [Er]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]

Definitions

  • the invention is based on a method for testing connections produced by ultrasonic wire bonding, of the type defined in the preamble of claim 1.
  • connections known, in which the strength of the connection is determined as a decisive parameter for the bond quality are the speed or the time profile of the wire deformation and the time profile of the bond process variables
  • Bond wedge amplitude recorded during the bonding process and evaluated by comparison with stored data that correspond to a specified quality standard. In this way it is possible to test each individual connection for strength without additional time expenditure.
  • measured values are determined from the current course of the bond wedge amplitude and the wire deformation curve at two points in time after the start of the bonding process and compared with the assigned data of the respective master curve. The quality is deduced from this comparison. It has been found in practice that this method does not lead to sufficiently satisfactory results in all areas of application.
  • the method according to the invention for testing connections produced by ultrasonic wire bonding, with the characterizing features of claim 1, has the advantage over the prior art that it provides significantly improved and more reliable evaluation results and therefore also in more difficult areas of application, such as in particular when bonding thin ones Wires with a wire diameter of less than 125 ⁇ , can be used with advantage.
  • the invention works
  • this is principally achieved in that, in particular for on-line monitoring of thin wire connections with a wire diameter of approximately ⁇ 125 ⁇ m, on the one hand for determining master values and two master curve profiles up to n master bonds are carried out, during each individual master bond the time course of the wire deformation and the time course of the bond wedge amplitude are determined and evaluated in order to determine the master values therefrom and to determine the two master curve courses themselves, Furthermore, limit values are set in the positive and negative direction for each individual master value; on the other hand, in the online monitoring, the curve of the wire deformation and the bond wedge amplitude is recorded for each individual bond connection and a comparison is carried out to check whether the actual values corresponding to the master values are within the tolerance range of the individual assigned master values.
  • At least two, preferably four, parameters or master values for the wire deformation and at least two, preferably four, parameters or master values for the bond wedge amplitude are used in the evaluation of the bond process variables.
  • an integral value of the wire deformation in the form of the total integral of the decrease in the wire thickness from the beginning to a certain point in time, in particular shortly before the end, of the bonding process is provided as one of the measured values.
  • the individual values of the bond wedge amplitude (a) are the first value, the maximum value, and the second value is the value of a defined percentage " decrease from the maximum value of the falling Curve branch of the bond wedge amplitude and, as the third value, the value at a defined point in time, in particular shortly before the end, of the bonding process.
  • the time interval between the beginning of the bonding process and the value of the defined percentage drop from the maximum value of the falling curve branch of the bond wedge amplitude curve can be determined as the second value of the characteristic values or master values for evaluation.
  • the individual values of the wire deformation (b) are the first value the value at the time of the maximum value of the bond wedge amplitude, the second value is the value at the time of the defined percentage decrease from the maximum value of the falling curve branch of the bond wedge amplitude and the third value is the Value determined at a defined point in time, in particular shortly before the end of the bonding process.
  • Substrates or to change the bonding tool are generated.
  • the course of the wire deformation during the bonding process is recorded by a contactlessly operating sensor.
  • the bond wedge amplitude is advantageously determined by detecting the current consumption of the ultrasound device.
  • FIG. 1 schematically shows the parts of a wedge-wedge bond welding device that are of interest in the present context
  • FIG. 2 schematically shows the course of vibration in the bond wedge tool corresponding to FIG. 1;
  • Fig. 3 schematically shows the time course of the bond wedge amplitude transferred to the wire, as determined in preliminary tests for a specific application, for both clean and contaminated contact surfaces on
  • the bond welding device shown in FIG. 1 has a fixed support 10 for a substrate 12 to which a wire 14 is to be welded by bonding. This is done using a bond wedge tool 16, which is designed in the usual way and interacts with the wire 14. During the bonding process, the bond wedge tool 15 is pressed against the end of the wire 14 to be connected and the substrate 12 by a force P. In addition, one does not transmit shown ultrasound device an oscillation energy E on the bond wedge tool 16. The amplitude profile of the oscillation energy is shown in Fig. 2.
  • the force P and the vibration energy E are dimensioned such that the tensile strength of the connection between wire 14 and substrate 12 reaches or exceeds a predetermined value with clean contact surfaces on wire 14 and substrate 12.
  • the input amplitude ai of the vibration energy E is greater than the output amplitude a 2 transmitted to the wire 14.
  • This damping effect caused by the friction between wire 14, substrate 12 and bond wedge tool 16 is smaller, the more the contact surfaces of wire 14 and substrate 12 are contaminated by hand perspiration, oil or the like. This fact is used to query and evaluate the output amplitude a 2 during the bonding process.
  • the sizes or the time profiles of the output amplitude a 2 for clean and contaminated contact surfaces are determined by preliminary tests, which are each matched to a specific application. This results in curve A shown in FIG. 3 for clean and curve B for contaminated contact surfaces.
  • Curve A is regarded as the master curve and the associated values are saved.
  • current values of this variable namely the bond wedge amplitude curve a • are sampled as the bond process variable and compared with corresponding values of the master curve.
  • an online decision is made as to whether the currently determined values are within the specified tolerance range for master curve A or not.
  • the speed or the time profile of the wire deformation b is also determined as a further parameter for the strength or quality of the bond connection as a bond process variable during the bond process.
  • the distance b is plotted over the ' time t, which the working surface of the Bond wedge tool 16 to a reference plane on the support 10 or the substrate 12. With clean contact surfaces there is a deformation curve according to curve C, with contaminated contact surfaces there is a slower curve according to curve D, which is not tolerable.
  • current values of this variable namely the wire deformation b, are sampled as the bonding process variable and compared with corresponding values of the master curve.
  • an online decision is made as to whether or not the currently determined values are within the specified tolerance range for master curve C.
  • the data for the master curves A and C are composed of specific values of two master curve profiles themselves and also of integral values with respect to the respective curve profile, and are determined and stored in preliminary tests.
  • the monitoring principle consists in that on the one hand up to n master bonds are carried out to determine the master values and the two master curve profiles A and C, the time profile of the wire deformation b and the time profile of the bond wedge amplitude a being determined and evaluated during each individual master bond in order to From this, the master values AI - A4, An or Cl - C4, Cn are determined and the two master curve profiles A and C are determined.
  • the master values and the master curve profiles are thus ultimately determined from a large number of measurements from determined average or average values.
  • limit values in positive and negative directions are set for each individual master value AI - A4, generally An, or Cl - C4, generally Cn.
  • the curve of the wire deformation b is recorded for each individual bond connection and it is determined from this whether the actual values corresponding to the master values AI - A4, generally An, or Cl - C4, generally Cn Bl - B4, generally Bn or Dl - D4, generally Dn, are in the tolerance range of the individual master values assigned in each case, ie the limit values defined in the positive and negative directions are not exceed.
  • each bond parameter curve a and b is scanned at least twice in the course of the bonding process or the bonding process of a respective connection in order to generate corresponding individual values for comparison with the master curve courses A and C as well as values for forming the integral values.
  • These currently sampled and determined values are compared in the online evaluation with the temporally and technically corresponding master values and evaluated according to various criteria.
  • FIG. 3 four values AI, A2, A3 and A4 are shown by way of example of the bond wedge amplitude a, which is plotted over time t and which can expediently be determined by recording the current consumption of the ultrasound device, which are determined and stored as master values .
  • these values which are shown by way of example on curve B in FIG. 3 and denoted by B1-B4, are determined in a corresponding manner in terms of time and type for comparison and compared with the corresponding associated master values for evaluation.
  • 31 denotes the line which corresponds to the value zero of the bond wedge amplitude a; no energy is supplied to the bond wedge tool 16.
  • tool 16 is energized and bond wedge amplitude a increases to maximum value AI or B1 up to time t m .
  • curve A has dropped a certain percentage from the maximum value of the peak, the time is tj. reached. This drop can coincide with the turning point of the falling branch of the curve and is indicated in FIG. 3 at curve A by A w .
  • the master value A2 is determined from the resulting time value t x and the time value t 0 by forming the difference. It indicates the width of the peak.
  • the then existing amplitude value a is taken as master value A3, which largely corresponds to the value at the actual end of the bonding process.
  • the time t E Energy supply to the tool is switched off and reaches line 31 again.
  • Curve A represents the master curve.
  • the integral below curve A and above line 31 is from time t 0 at the beginning to time t n at or short formed before the end of the bonding process.
  • the same values are determined in online monitoring and compared with the corresponding master values.
  • the values B1, B2, Bw, tis, B3 and B4 are entered on the basis of curve B.
  • the bonding process itself can take, for example, about 35 ms, the last value at time t n being chosen shortly before the end of the bonding process about 5 ms before the end at t E of the bonding process.
  • the first master value AI is a single value along the curve A and corresponds to the maximum value of the bond wedge amplitude a.
  • the second master value designated A3 is a further individual value along curve A and is taken as the value A3 at time t n at the end or shortly before the end of the bonding process.
  • the value of a defined percentage decrease from the maximum value AI is determined as a single value along curve A.
  • the percentage drop from the maximum value is freely adjustable and is preferably between 10 and 50%. In the example shown, this value corresponds to the inflection point Aw of the falling curve branch.
  • the time interval between the start of the bonding process at time t 0 and reaching said value of the percentage drop, in particular the turning point Aw, is determined and stored as a further master value A2.
  • this value is determined as the current comparison value B2.
  • the master value A2 can be regarded as the value for the width of the peak containing the maximum value AI.
  • the value A4 is determined as an additional integral value, namely the integral value of the bond wedge amplitude a from the beginning of the bonding process at the time t 0 to the end or shortly before the end of the bonding process at the time t n .
  • This integral value determined in this way is entered as value A4 and is called Master value is determined and saved and then in each case again determined as value B4 and evaluated comparably.
  • the wire deformation curve b which is plotted against the time t and which is expediently recorded during the bonding process by a non-contacting sensor (not shown), exemplarily shows four values C1, C2, C3 and C4, which are the master values are determined and saved.
  • these values which are shown by way of example on curve D in FIG. 4 and denoted by D1-D4, are determined in a corresponding manner in terms of time and type for comparison and compared with the corresponding associated master values Cl-C4 for evaluation
  • the first value C1 is a single value along the curve C and is determined at the point in time at which the maximum value AI of the bond wedge amplitude a according to FIG. 3 is present.
  • the second individual value along the curve C is the value C2 at the time t X 1 at which the value of a defined percentage drop from the maximum value AI, in particular the turning point Aw of the falling curve branch, is determined in curve A of FIG. 3. Furthermore, along the curve C, the value C3 is determined as a single value at the end or shortly before the end of the bonding process at time t n as the master value or as the current comparison value. The value C4 is determined as an additional integral value, specifically the integral value of the decrease in the wire diameter b from the start of the bonding process at the time t 0 to the end or shortly before the end of the bonding process at the time t n .
  • This integral value determined in this way is the area above curve C up to the dashed initial value 0 and is entered as value C4, is ascertained and stored as a master value and is then in each case again ascertained as value D4 during the bonding process and evaluated comparably.
  • 0 denotes the line which corresponds to a wire cross section which has not yet been changed; no wire deformation b has yet occurred.
  • the wire deformation begins after the time t 0 , the switch-on time of the energy supply to the tool. This is some time after the tool has been placed on the wire, identified by the time t d for the touch down. The value becomes the master value for the wire deformation b. Cl of the deformation at the time t m of the
  • the same values are determined in online monitoring and compared with the corresponding master values.
  • the values D1, D2, t 1D , D3 and D4 are entered on the basis of curve D.
  • the master values AI - A4, selected above according to the invention and accordingly to be determined in preliminary tests that are tailored to very specific applications, or generally up to An, the bond wedge amplitude a according to the master curve A and the master values Cl - C4, or generally up to Cn, the wire deformation b according to the master curve C, are expediently determined and stored with the aid of an appropriately designed program. During the bonding process, these characteristic values are determined for each individual connection at the same times and in the same way by this program. The evaluation part of this program then compares these currently determined data online with the corresponding master data and determines, within the framework of predetermined tolerances, whether the values are within the previously determined limit values and whether the desired quality standard has been reached or not.
  • the evaluation of the measured values of the process curves is primarily based on the quality and the specified quality standard of the connections.
  • Deviations from the specified quality standard a signal for the elimination of the corresponding component is generated.
  • the evaluation can also be carried out with regard to contamination of the contact surfaces, fluctuations in the condition of the substrate and wear on the bonding tool.
  • indicative signals can be generated to initiate cleaning processes or to feed new substrates or to change the bonding tool. This enables errors in series production to be identified earlier and unwanted failures to be reduced.
  • the measurement accuracy is significantly increased by the special selection and determination of the master values AI-An or Cl-Cn and the associated comparison values Bl-Bn or Dl-Dn, so that it is possible to work with significantly smaller input variables and thus safe and reliable non-destructive monitoring of the quality of the connection and possible online securing of a desired quality standard is also provided for thin wire bond connections.
  • the method according to the invention is suitable for wedge-wedge and ball-wedge ultrasonic wire bonding, and in particular for the bonding of thin wires with a diameter of less than approximately 125 ⁇ , because the particular choice of the master and comparison values of the bonding process parameters, deformation path and vibration behavior of the bond wedge, the evaluation options are significantly increased even with small input signals.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschall-Drahtbonden hergestellten Verbindungen, bei welchem als Bondparameter während des Bondvorganges der zeitliche Verlauf der Drahtdeformation (b) und der zeitliche Verlauf der Bondkeilamplitude (1) ermittelt aund ausgewertet wird. Durch Vergleich mit vorgegebenen und gespeicherten Masterwerten (A1-A4; C1-C4) wird die Festigkeit der Verbindung als massgebende Grösse für die bondgüte ermittelt. Insbesondere zur On-line-Überwachung von Dünndrahtver bindungen mit einem Drahtdurchmesser von in etwa < 125 µm sind die Masterwerte sowohl aus Werten zweier Masterkurvenverläufe (A, C) selbst als auch aus Integralwerten (A4, C4) in Bezug auf den jeweiligen Kurvenverlauf zusammengesetzt. Im Verlauf des Bondvorganges einer jeweiligen Verbindungsherstellung wird der Verlauf jeder Bondparameterkurve (a, b) zumindest zweimal abgetastet, um daraus entsprechende Einzelwerte zum Vergleich mit den Masterkurvenverl©ufen als auch Werte zur Bildung der Integralwerte zu generieren.

Description

Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschall-Drahtbonden hergestellten Verbindungen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschall-Drahtbonden hergestellten Verbindungen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Aus der DE 44 47 073 Cl ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschall-Drahtbonden hergestellten
Verbindungen bekannt, bei dem die Festigkeit der Verbindung als maßgebende Größe für die Bondgüte ermittelt wird. Als für die Festigkeit der Verbindung maßgebende Parameter werden als Bondprozessgrößen die Geschwindigkeit bzw. der zeitliche Verlauf der Drahtdeformation und der zeitliche Verlauf der
Bondkeilamplitude während des Bondvorganges erfasst und durch Vergleich mit gespeicherten Daten, die einem vorgegebenen Qualitätsstandard entsprechen, bewertet. Auf diese Weise ist es möglich, jede einzelne Verbindung ohne zusätzlichen Zeitaufwand störungsfrei auf Festigkeit zu prüfen. Bei diesem bekannten Verfahren werden in der praktischen Ausführung zu zwei Zeitpunkten nach Beginn des Bondvorganges Messwerte aus dem aktuellen Verlauf der Bondkeilamplitude und der Drahtdeformationskurve ermittelt und mit den zugeordneten Daten der jeweiligen Masterkurve verglichen. Aus diesem Vergleich wird auf die Güte geschlossen. Es hat sich in der Praxis herausgestellt, dass dieses Verfahren nicht in allen Einsatzgebieten zu ausreichend zufriedenstellenden Ergebnissen führt .
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschall- Drahtbonden hergestellten Verbindungen, mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass es wesentlich verbesserte und zuverlässigere Auswertergebnisse liefert und dadurch auch bei schwierigeren Einsatzgebieten, wie insbesondere beim Bonden von dünnen Drähten mit einem Drahtdurchmesser von weniger als 125 μ , mit Vorteil einsetzbar ist. Darüber hinaus arbeitet das erfindungsgemäße
Verfahren schneller und mit mehr sowie teilweise andersartigen Messwerten. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch Aussagen hinsichtlich Verunreinigungen der Kontaktflächen, Schwankungen im Zustand des Substrats und Verschleiß des Bondwerkzeuges treffen.
Gemäß der Erfindung wird dies prinzipiell dadurch erreicht, dass insbesondere zur On-line-Oberwachung von Dünndrahtverbindungen mit einem Drahtdurchmesser von in etwa < 125 μm, zum einen zur Festlegung der Masterwerte und zweier Masterkurvenverläufe bis zu n Masterbondungen durchgeführt werden, wobei während jeder einzelnen Masterbondung der zeitliche Verlauf der Drahtdeformation und der zeitliche Verlauf der Bondkeilamplitude ermittelt und ausgewertet wird, um daraus die Masterwerte zu bestimmen sowie die beiden Masterkurvenverläufe selbst festzulegen, des Weiteren für jeden einzelnen Masterwert Grenzwerte in positiver und negativer Richtung festgelegt werden, zum anderen bei der on-line-Überwachung für jede einzelne Bondverbindung der Kurvenverlauf der Drahtdeformation und der Bondkeilamplitude aufgenommen wird und durch Vergleich überprüft wird, ob die den Masterwerten entsprechenden tatsächlichen Werte im Toleranzbereich der einzelnen zugeordneten Masterwerte liegen.
Durch die in den jeweils abhängigen Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
Entsprechend einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bei der Bewertung der Bondprozessgrößen zumindest zwei, vorzugsweise vier, Kenngrößen bzw. Masterwerte für die Drahtdeformation und zumindest zwei, vorzugsweise vier, Kenngrößen bzw. Masterwerte für die Bondkeilamplitude verwendet. λ
' Entsprechend einer zweiten vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist als einer der Messwerte ein Integralwert der Bondkeilamplitude in Form des Gesamtintegrals vom Beginn bis zu einem bestimmten Zeitpunkt, insbesondere kurz vor dem Ende, des Bondvorganges vorgesehen.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist als einer der Messwerte ein Integralwert der Drahtdeformation in Form des Gesamtintegrals der Abnahme der Drahtdicke vom Beginn bis zu einem bestimmten Zeitpunkt, insbesondere kurz vor dem Ende, des Bondvorganges vorgesehen.
Entsprechend einer sehr vorteilhaften und zweckmäßigen Weiterbildung dieser Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Einzelwerte der Bondkeilamplitude (a) als erster Wert der Maximalwert, als zweiter Wert der Wert eines definierten prozentualen" Abfalls vom Maximalwert des abfallenden Kurvenastes der Bondkeilamplitude und als dritter Wert der Wert zu einem definierten Zeitpunkt, insbesondere kurz vor dem Ende, des Bondvorganges ermittelt. In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung dieser Weiterbildung kann zum Auswerten der zeitliche Abstand zwischen Beginn des Bondvorganges und dem Wert des definierten prozentualen Abfalls vom Maximalwert des abfallenden Kurvenastes der Bondkeilamplitudenkurve als zweiter Wert der Kenngrößen bzw. Masterwerte ermittelt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Einzelwerte der Drahtdeformation (b) als erster Wert der Wert zum Zeitpunkt des Maximalwerts der Bondkeilamplitude, als zweiter Wert der Wert zum Zeitpunkt des definierten prozentualen Abfalls vom Maximalwert des abfallenden Kurvenastes der Bondkeilamplitude und als dritter Wert der Wert zu einem definierten Zeitpunkt, insbesondere kurz vor dem Ende, des Bondvorganges ermittelt.
Entsprechend einer weiteren sehr vorteilhaften und zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die
Auswertung der ermittelten Messwerte der Prozesskurven zusätzlich auch im Hinblick auf Verunreinigungen der Kontaktflächen, auf Schwankungen im Zustand des Substrats und auf Verschleiß des Bondwerkzeuges hin.
In vorteilhafter Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei Auftreten von Abweichungen vom vorgegebenen Qualitätsstandard ein Signal zur Ausscheidung des entsprechenden Bauteils erzeugt wird, oder dass hinweisende Signale zur Einleitung von Reinigungsprozessen oder zur Zuführung neuer
Substrate oder zum Wechsel des Bondwerkzeuges generiert werden.
Entsprechend weiterer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verlauf der Drahtdeformation während des Bondvorganges durch einen berührungslos arbeitenden Sensor erfasst. In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bondkeilamplitude in zweckmäßiger Weise durch Erfassen der Stromaufnahme der Ultraschallvorrichtung ermittelt.
Zeichnung
Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 schematisch die im vorliegenden Zusammenhang interessierenden Teile einer Keil-Keil- Bondschweißvorrichtung;
Fig. 2 schematisch den Schwingungsverlauf im Bondkeilwerkzeug entsprechend Fig. 1;
Fig. 3 schematisch den in Vorversuchen für einen bestimmten Anwendungsfall ermittelten zeitlichen Verlauf der auf den Draht übertragenen Bondkeilamplitude, sowohl für saubere als auch für verunreinigte Kontaktflächen am
Draht und auf dem Substrat, und
Fig. 4 schematisch den in Vorversuchen für einen bestimmten Anwendungsfall ermittelten zeitlichen Verlauf der Drahtdeformation, sowohl, für saubere als auch für verunreinigte Kontaktflächen am Draht und auf dem Substrat.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in Fig. 1 dargestellte BondschweißVorrichtung hat eine feste Auflage 10 für ein- Substrat 12, an welches ein Draht 14 durch Bonden angeschweißt werden soll. Dazu dienst ein Bondkeilwerkzeug 16, welches in üblicher Weise ausgebildet ist und mit dem Draht 14 zusammenwirkt. Das Bondkeilwerkzeug 15 wird beim Bondprozess durch eine Kraft P gegen das Ende des anzuschließenden Drahtes 14 und das Substrat 12 gedrückt. Außerdem überträgt eine nicht dargestellte Utraschallvorrichtung eine Schwingungsenergie E auf das Bondkeilwerkzeug 16. Der Amplitudenverlauf der Schwingungsenergie ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Kraft P und die Schwingungsenergie E sind so bemessen, dass bei sauberen Kontaktflächen an Draht 14 und Substrat 12 die Zugfestigkeit der Verbindung zwischen Draht 14 und Substrat 12 einen vorgegebenen Wert erreicht oder überschreitet. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Eingangsamplitude ai der Schwingungsenergie E größer als die auf den Draht 14 übertragene Ausgangsamplitude a2. Dieser durch die Reibung zwischen Draht 14, Substrat 12 und Bondkeilwerkzeug 16 hervorgerufene Dämpfungseffekt ist um so kleiner, je stärker die Kontaktflächen von Draht 14 und Substrat 12 durch Handschweiß, Öl oder dergleichen verunreinigt sind. Dieser Umstand wird dazu ausgenutzt, um während des Bondprozesses die Ausgangsamplitude a2 abzufragen und zu bewerten.
Durch Vorversuche, die jeweils auf einen bestimmten Anwendungsfall abgestimmt sind, werden zu diesem Zweck die Größen bzw. die zeitlichen Verläufe der Ausgangsamplitude a2 für saubere und verunreinigte Kontaktflächen ermittelt. Dabei ergeben sich die in Fig. 3 dargestellten Kurve A für saubere und Kurve B für verunreinigte Kontaktflächen. Die Kurve A wird als Masterkurve angesehen und die zugehörigen Werte werden abgespeichert. Während des Bondprozesses, der mit dem Zeitpunkt t0 beginnt, werden aktuelle Werte dieser Größe, nämlich der Bondkeilamplitudenkurve a •als Bondprozessgröße abgetastet und mit entsprechenden Werten der Masterkurve verglichen. Bei der Auswertung wird on-line entschieden, ob die aktuell ermittelten Werte im vorgegebenen Toleranzbereich zur Masterkurve A liegen oder nicht.
Bei den jeweils auf einen bestimmten Anwendungsfall abgestimmten Vorversuchen wird auch die Geschwindigkeit bzw. der zeitliche Verlauf der Drahtdeformation b als ein weiterer Parameter für die Festigkeit bzw. Güte der Bondverbindung als Bondprozessgröße während des Bondprozesses ermittelt. In Fig. 4 ist über der' Zeit t der Abstand b aufgetragen, welchen die Arbeitsfläche des Bondkeilwerkzeuges 16 zu einer Bezugsebene an der Auflage 10 bzw. dem Substrat 12 einnimmt. Bei sauberen Kontaktflächen ergibt sich ein Deformationsverlauf entsprechend der Kurve C, bei verunreinigten Kontaktflächen stellt sich ein verlangsamter Verlauf entsprechend Kurve D ein, welcher nicht tolerabel ist. Während des Bondprozesses, der mit dem Zeitpunkt t0 beginnt, werden aktuelle Werte dieser Größe, nämlich der Drahtdeformation b als Bondprozessgröße abgetastet und mit entsprechenden Werten der Masterkurve verglichen. Bei der Auswertung wird on-line entschieden, ob die aktuell ermittelten Werte im vorgegebenen Toleranzbereich zur Masterkurve C liegen oder nicht.
Entsprechend vorliegender Erfindung werden als Daten für die Masterkurven A und C die Masterwerten aus bestimmten Werten zweier Masterkurvenverläufe selbst als auch aus Integralwerten in Bezug auf den jeweiligen Kurvenverlauf zusammengesetzt und in Vorversuchen ermittelt und abgespeichert. Das Überwachungsprinzip besteht darin, dass zum einen zur Festlegung der Masterwerte und der zwei Masterkurvenverläufe A und C bis zu n Masterbondungen durchgeführt werden, wobei während jeder einzelnen Masterbondung der zeitliche Verlauf der Drahtdeformation b und der zeitliche Verlauf der Bondkeilamplitude a ermittelt und ausgewertet wird, um daraus die Masterwerte AI - A4, An bzw. Cl - C4, Cn zu bestimmen sowie die beiden Masterkurvenverläufe A und C selbst festzulegen. Die Masterwerte und die Masterkurvenverläufe werden also aus einer Vielzahl von Messungen letztlich aus ermittelten Mittel- oder Durchschnittswerten bestimmt. Es werden des Weiteren für jeden einzelnen Masterwert AI - A4, allgemein An, bzw. Cl - C4, allgemein Cn, Grenzwerte in positiver und negativer Richtung festgelegt. Zum anderen wird dann bei der on-line-Überwachung für jede einzelne Bondverbindung der Kurvenverlauf der Drahtdeformation b aufgenommen und es wird daraus ermittelt, ob die den Masterwerten AI - A4, allgemein An, bzw. Cl - C4, allgemein Cn, entsprechenden tatsächlichen Werte Bl - B4, allgemein Bn bzw. Dl - D4, allgemein Dn, im Toleranzbereich der einzelnen jeweils zugeordneten Masterwerte liegen, d. h. die in positiver und negativer Richtung festgelegten Grenzwerte nicht überschreiten. Im Verlauf des Bondvorganges bzw. des Bondprozesses einer jeweiligen Verbindungsherstellung wird der Verlauf jeder Bondparameterkurve a und b zumindest zweimal abgetastet, um daraus entsprechende Einzelwerte zum Vergleich mit den Masterkurvenverläufen A und C als auch Werte zur Bildung der Integralwerte zu generieren. Diese so aktuell abgetasteten und ermittelten Werte werden in der online vorgenommenen Auswertung mit den zeitlich und artmäßig entsprechenden Masterwerten verglichen und nach verschiedenen Gesichtspunkten hin ausgewertet.
In Fig. 3 sind an Hand der Bondkeilamplitude a, die über der Zeit t aufgetragen ist und die zweckmäßigerweise durch Erfassen der Stromaufnahme der Ultraschallvorrichtung ermittelt werden kann, beispielhaft vier Werte AI , A2, A3 und A4 dargestellt, die als Masterwerte ermittelt und abgespeichert sind. Beim online Abtasten während des Bondprozesses werden diese Werte, die in Fig. 3 beispielhaft an der Kurve B dargestellt und mit Bl - B4 bezeichnet sind, zeitlich und artmäßig in entsprechender Weise zum Vergleich ermittelt und zur Auswertung mit den entsprechend zugehörigen Masterwerten verglichen.
In Fig. 3 ist mit 31 die Linie bezeichnet, die dem Wert Null der Bondkeilamplitude a entspricht, es wird dem Bondkeilwerkzeug 16 keine Energie zugeführt. Zum Zeitpunkt t0 wird das Werkzeug 16 mit Energie beaufschlagt und die Bondkeilamplitude a steigt bis zum Zeitpunkt tm zum Maximalwert AI bzw. Bl an. Wenn die Kurve A um einen bestimmten, prozentualen Wert vom Maximalwert des Peaks abgefallen ist, ist der Zeitpunkt tj. erreicht. Dieser Abfall kann mit dem Wendepunkt des abfallenden Kurvenastes übereinstimmen und ist in Fig. 3 bei Kurve A mit Aw bezeichnet. Aus dem dabei auftretenden Zeitwert tx und dem Zeitwert t0 wird durch Differenzbildung der Masterwert A2 ermittelt. Er gibt die Breite des Peaks an. Zum Zeitpunkt tn, der insbesondere sehr kurz vor dem Ende des Bondvorganges zum Zeitpunkt tE liegt, wird der dann vorhandene Amplitudenwert a als Masterwert A3 genommen, der weitgehend mit dem Wert am tatsächlichen Ende des Bondprozesses übereinstimmt. Am Ende des Bondvorganges wird zum Zeitpunkt tE die Energiezufuhr zum Werkzeug abgeschaltet und erreicht wieder die Linie 31. Die Kurve A stellt die Masterkurve dar. Als weiterer Masterwert A4 wird das Integral unterhalb der Kurve A und oberhalb der Linie 31 vom Zeitpunkt t0 bei Beginn bis zum Zeitpunkt tn bei bzw. kurz vor dem Ende des Bondprozesses gebildet.
In analoger Weise werden bei der on-line-Überwachung die gleichen Werte ermittelt und mit den entsprechenden Masterwerten verglichen. Als Beispiel dafür sind anhand der Kurve B die Werte Bl, B2, Bw, tis, B3 und B4 eingetragen. Der Bondvorgang selbst kann beispielsweise etwa 35 ms in Anspruch nehmen, wobei der letzte Werte zum Zeitpunkt tn kurz vor Ende des Bondvorganges etwa 5 ms vor dem Ende bei tE des Bondvorganges gewählt sein kann.
Der erste Masterwert AI ist eine Einzelwert entlang der Kurve A und entspricht dem Maximalwert der Bondkeilamplitude a. Der zweite mit A3 bezeichnete Masterwert ist ein weiterer Einzelwert entlang der Kurve A und wird als der Wert A3 zum Zeitpunkt tn zum Ende oder kurz vor dem Ende des Bondvorganges genommen. Des weiteren wird entlang der Kurve A als Einzelwert der Wert eines definierten prozentualen Abfalls vom Maximalwert AI, ermittelt. Der prozentuale Abfall vom Maximalwert ist frei einstellbar und liegt vorzugsweise zwischen 10 und 50%. Im dargestellten Beispiel entspricht dieser Wert dem Wendepunkt Aw des abfallenden Kurvenastes . Aus diesem Wert Aw wird der zeitliche Abstand zwischen dem Beginn des Bondvorganges beim Zeitpunkt t0 und dem Erreichen des besagten Wertes des prozentualen Abfalls, insbesondere des Wendepunktes Aw, als weiterer Masterwert A2 ermittelt und gespeichert. In analoger Weise wird dieser Wert als aktueller Vergleichswert B2 bestimmt. Der Masterwert A2 kann als Wert für die Breite des den Maximalwert AI enthaltenen Peaks betrachtet werden. Als zusätzlicher Integralwert wird der Wert A4 ermittelt und zwar der Integralwert der Bondkeilamplitude a vom Beginn des Bondvorganges an beim Zeitpunkt t0 bis zum Ende oder kurz vor dem Ende des Bondvorganges beim Zeitpunkt tn. Dieser so ermittelte Integralwert ist als Wert A4 eingetragen, wird als Masterwert ermittelt und gespeichert und jeweils dann aktuell erneut als Wert B4 ermittelt und vergleichend ausgewertet.
In Fig. 4 sind an Hand der Drahtdeformationskurve b, die über der Zeit t aufgetragen ist, und die zweckmäßigerweise während des Bondvorganges durch einen nicht dargestellten berührungslos arbeitenden Sensor erfasst wird, beispielhaft vier Werte Cl, C2, C3 und C4 dargestellt, die als Masterwerte ermittelt und abgespeichert sind. Beim online Abtasten während des Bondprozesses werden diese Werte, die in Fig. 4 beispielhaft an der Kurve D dargestellt und mit Dl - D4 bezeichnet sind, zeitlich und artmäßig in entsprechender Weise zum Vergleich ermittelt und zur Auswertung mit den entsprechend zugehörigen Masterwerten Cl - C4 verglichen. Der erste Wert Cl ist ein Einzelwert entlang der Kurve C und wird zu dem Zeitpunkt ermittelt, zu welchem der Maximalwert AI der Bondkeilamplitude a gemäß Fig. 3 anliegt. Der zweite Einzelwert entlang der Kurve C ist der Wert C2 zum Zeitpunkt tX l zu welchem entsprechend in der Kurve A von Fig. 3 der Wert eines definierten prozentualen Abfalls vom Maximalwert AI, insbesondere der Wendepunkt Aw des abfallenden Kurvenastes, ermittelt wird. Des weiteren wird entlang der Kurve C als Einzelwert der Wert C3 zum Ende oder kurz vor dem Ende des Bondvorganges zum Zeitpunkt tn als Masterwert bzw. als aktueller Vergleichswert ermittelt. Als zusätzlicher Integralwert -wird der Wert C4 ermittelt und zwar der Integralwert der Abnahme des Drahtdurchmessers b vom Beginn des Bondvorganges beim Zeitpunkt t0 bis zum Ende oder kurz vor dem Ende des Bondvorganges beim Zeitpunkt tn. Dieser so ermittelte Integralwert ist der Bereich oberhalb der Kurve C bis zum gestrichelt eingetragenen Ausgangswert 0 und ist als Wert C4 eingetragen, wird als Masterwert ermittelt und gespeichert und jeweils dann beim Bondvorgang aktuell erneut als Wert D4 ermittelt und vergleichend ausgewertet.
Für die Darstellung in Fig. 4 gelten dieselben Zeitvorgaben wie in Fig. 3. In Fig. 4 ist mit 0 die Linie bezeichnet, die einem noch nicht veränderten Drahtquerschnitt entspricht, es hat noch keine Drahtdeformation b stattgefunden. Die Drahtdeformation beginnt nach dem Zeitpunkt t0, dem Einschaltzeitpunkt der Energiezufuhr zum Werkzeug. Dies ist einige Zeit nach dem Aufsetzten des Werkzeugs auf den Draht, kenntlich gemacht durch den Zeitpunkt td für den Touch Down. Als Masterwerte für die Drahtdeformation b wird der Wert. Cl der Deformation zum Zeitpunkt tm des
Peakmaximums, der Wert C2 der Drahtdeformation zum Zeitpunkt tj, der Wert C3 zum Zeitpunkt tn und der Wert D4 als Integralwert des Flächeninhalts oberhalb der Kurve C und unterhalb der Linie 0 zwischen den Zeitpunkten t0 und tn vom Beginn bis zum Ende bzw. kurz vor dem Ende des Bondprozesses ermittelt.
In analoger Weise werden bei der on-line-Überwachung die gleichen Werte ermittelt und mit den entsprechenden Masterwerten verglichen. Als Beispiel dafür sind anhand der Kurve D die Werte Dl, D2, t1D, D3 und D4 eingetragen.
Die vorstehend gemäß der Erfindung ausgesuchten und dementsprechend in Vorversuchen, die auf ganz bestimmte Anwendungsfälle abgestimmt sind, zu bestimmenden Masterwerte AI - A4, bzw. allgemein bis An, der Bondkeilamplitude a gemäß der Masterkurve A und der zu bestimmenden Masterwerte Cl - C4, bzw. allgemein bis Cn, der Drahtdeformation b gemäß der Masterkurve C, werden zweckmäßigerweise mit Hilfe eines entsprechend gestalteten Programmes ermittelt und abgespeichert. Beim Bondvorgang werden für jede einzelne Verbindung diese charakteristischen Werte zu den selben Zeitpunkten und in derselben Art von diesem Programm ermittelt. Durch den Auswerteteil dieses Programms werden dann online diese aktuell ermittelten Daten mit den entsprechenden Masterdaten verglichen und im Rahmen von jeweils vorgegebenen Toleranzen festgestellt, ob die Werte innerhalb der vorher bestimmten Grenzwerten liegen und ob der gewünschte Qualitätsstandard erreicht ist oder nicht.
Die Auswertung der ermittelten Messwerte der Prozesskurven erfolgt in ersten Linie auf die Güte und den vorgegebenen Qualitätsstandard der Verbindungen hin. Beim Auftreten von
Abweichungen vom vorgegebenen Qualitätsstandard wird ein Signal zur Ausscheidung des entsprechenden Bauteils erzeugt. Zusätzlich kann die Auswertung programmgemäß auch im Hinblick auf Verunreinigungen der Kontaktflächen, auf Schwankungen im Zustand des Substrats und auf Verschleiß des Bondwerkzeuges hin erfolgen. Es können daraus resultierend hinweisende Signale zur Einleitung von Reinigungsprozessen oder zur Zuführung neuer Substrate oder zum Wechsel des Bondwerkzeuges generiert werden. Somit lassen sich auftretende Fehler in der Serienfertigung früher erkennen und ungewollte Ausfälle reduzieren.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die besondere Auswahl und Ermittlung der Masterwerte AI - An bzw. Cl - Cn und der zugehörigen Vergleichswerte Bl - Bn bzw. Dl - Dn die Messgenauigkeit wesentlich erhöhen, so dass mit wesentlich kleineren Eingangsgrößen gearbeitet werden kann und somit auch für Dünndrahtbondverbindungen eine sichere und zuverlässige zerstörungsfreie Überwachung der Güte der Verbindung und eine online mögliche Sicherung eines gewünschten Qualitätsstandards gegeben ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für Keil-Keil- und Kugel-Keil-Ultraschalldrahtbonden geeignet und dabei insbesondere für das Bonden von dünnen Drähten mit einem Durchmesser von weniger als ca. 125 μ , weil die besondere Wahl der Master- und Vergleichswerte der Bondprozessparameter Deformationsweg und Schwingungsverhalten des Bondkeils die Auswertmöglichkeiten auch bei kleinen Eingangssignalen wesentlich gesteigert sind.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschall-Drahtbonden hergestellten Verbindungen, bei welchem als Bondprozessgrößen während des Bondvorganges der zeitliche Verlauf der Drahtdeformation (b) und der zeitliche Verlauf der Bondkeilamplitude (a) ermittelt und ausgewertet werden, um durch Vergleich mit vorgegebenen und gespeicherten Masterwerten die Festigkeit der Verbindung als maßgebende Größe für die Bondgüte zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere zur on-line-Überwachung von Dünndraht- Verbindungen mit einem Drahtdurchmesser von in etwa < 125 μm, zum einen zur Festlegung der Masterwerte und zweier Masterkurvenverläufe (A, C) bis zu n Masterbondungen durchgeführt werden, wobei während jeder einzelnen Masterbondung der zeitliche Verlauf der Drahtdeformation (b) und der zeitliche Verlauf der Bondkeilamplitude (a) ermittelt und ausgewertet wird, um daraus die Masterwerte (AI - A4, An; Cl - C4, Cn) zu bestimmen sowie die beiden
Masterkurvenverläufe (A, C) selbst festzulegen, des weiteren für jeden einzelnen Masterwert (AI - A4, An; Cl - C4, Cn) Grenzwerte in positiver und negativer Richtung festgelegt werden, zum anderen bei der on-line-Überwachung für jede einzelne
Bondverbindung der Kurvenverlauf der Drahtdeformation (b) und der Bondkeilamplitude (a) aufgenommen wird und durch Vergleich überprüft wird, ob die den Masterwerten entsprechenden tatsächlichen Werte im Toleranzbereich der einzelnen zugeordneten Masterwerte liegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bewertung der Bondprozessgrößen zumindest zwei, vorzugsweise vier, Kenngrößen bzw. Masterwerte (Bl - B4 bzw. entsprechend AI - A4) für die Drahtdeformation (b) und zumindest zwei, vorzugsweise vier, Kenngrößen bzw.
Masterwerte (Dl - D4 bzw. entsprechend Cl - C4) für die Bondkeilamplitude (a) verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als einer der Messwerte ein Integralwert (A4) der
.Bondkeilamplitude (a) in Form des Gesamtintegrals vom Beginn (t0) bis zu einem bestimmten Zeitpunkt (tn) , insbesondere kurz vor dem Ende des Bondvorganges vorgesehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als einer der Messwerte ein Integralwert (C4) der Drahtdeformation (b) in Form des Gesamtintegrals der Abnahme der Drahtdicke vom Beginn (t0) bis zu einem bestimmten Zeitpunkt (tn) , insbesondere kurz vor dem Ende des Bondvorganges vorgesehen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 , 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Einzelwerte der Bondkeilamplitude (a) als erster Wert der Maximalwert (AI) , als zweiter Wert der Wert eines definierten prozentualen Abfalls (Aw) vom Maximalwert (AI) des abfallenden Kurvenastes der Bondkeilamplitude (a) und als dritter Wert der Wert (A3) zu einem definierten Zeitpunkt (tn) , insbesondere kurz vor dem Ende, des Bondvorganges ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass zum Auswerten der zeitliche Abstand zwischen Beginn (t0) des Bondvorganges und dem Wert (Aw) des definierten prozentualen Abfalls vom Maximalwert (AI) des abfallenden Kurvenastes der Bondkeilamplitudenkurve (a) als -zweiter Wert (A2) der Kenngrößen bzw. Masterwerte ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Einzelwerte der Drahtdeformation (b) als erster Wert (Cl) der Wert zum Zeitpunkt des Maximalwerts (AI) der Bondkeilamplitude (a), als zweiter Wert der Wert (C2) zum Zeitpunkt (tx) des definierten prozentualen Abfalls (Aw) vom Maximalwert (AI) des abfallenden Kurvenastes der Bondkeilamplitude (a) und als dritter Wert der Wert (C3) zu einem definierten Zeitpunkt (tn) , insbesondere kurz vor dem Ende des Bondvorganges ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung der ermittelten Messwerte (Bl - B4 entsprechend AI - A4; Dl - D4 entsprechend Cl - C4) der Prozesskurven (a, b) zusätzlich auch im Hinblick auf Verunreinigungen der Kontaktflächen, auf Schwankungen im Zustand des Substrats (12) , auf Verschleiß des Bondwerkzeuges (16) hin erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 oder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten von Abweichungen vom vorgegebenen Qualitätsstandard ein Signal zur Ausscheidung des entsprechenden Bauteils erzeugt wird, oder dass hinweisende Signale zur Einleitung von Reinigungsprozessen oder zur Zuführung neuer Substrate oder zum Wechsel des Bondwerkzeuges- generiert werden.
10. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Drahtdeformation (b) während des Bondvorganges durch einen berührungslos arbeitenden Sensor erfasst wird.
11. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bondkeilamplitude (a) durch Erfassen der Stromaufnahme der Ultraschallvorrichtung ermittelt wird.
PCT/DE2002/000523 2001-03-02 2002-02-14 Verfahren zum prüfen von durch ultraschall-drahtbonden hergestellten verbindungen WO2002070185A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10110048A DE10110048A1 (de) 2001-03-02 2001-03-02 Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschall-Drahtbonden hergestellten Verbindungen
DE10110048.5 2001-03-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2002070185A1 true WO2002070185A1 (de) 2002-09-12

Family

ID=7676054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2002/000523 WO2002070185A1 (de) 2001-03-02 2002-02-14 Verfahren zum prüfen von durch ultraschall-drahtbonden hergestellten verbindungen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10110048A1 (de)
WO (1) WO2002070185A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1897648A1 (de) * 2006-09-05 2008-03-12 Technische Universität Berlin Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Herstellung von Drahtbondverbindungen
WO2009062887A1 (de) * 2007-11-12 2009-05-22 Hesse & Knipps Gmbh Verfahren und vorrichtung zum ultraschallbonden
EP3355343A1 (de) 2017-01-30 2018-08-01 F&K Delvotec Bondtechnik GmbH Verfahren zur herstellung von drahtbondverbindungen und vorrichtung zur durchführung des verfahrens

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030066344A (ko) 2002-02-01 2003-08-09 에섹 트레이딩 에스에이 와이어본더로 접합시에 최적의 접합 파라미터들을결정하기 위한 방법
DE10324094B3 (de) 2003-04-30 2004-09-09 Schunk Ultraschalltechnik Gmbh Verfahren zum Verschweißen von Teilen
DE102006043605B3 (de) * 2006-09-16 2008-03-27 Stapla Ultraschalltechnik Gmbh Verfahren zur Qualitätsüberwachung beim Ultraschallschweißen
DE202008016010U1 (de) 2008-12-03 2009-02-19 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Vorrichtung zum kraftschlüssigen Verbinden von glasartigen Bauteilen mit Metallen
DE102008060301B4 (de) 2008-12-03 2012-05-03 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum kraftschlüssigen Verbinden von glasartigen Bauteilen mit Metallen sowie Computerprogramm und maschinenlesbarer Träger zur Durchführung des Verfahrens
DE102019109262A1 (de) 2019-04-09 2020-10-15 Lisa Dräxlmaier GmbH VORRICHTUNG ZUM BESTIMMEN EINES ZUSTANDS EINES ULTRASCHALLSCHWEIßPROZESSES

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3429776A1 (de) * 1984-08-13 1986-02-13 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur qualitaetskontrolle beim ultraschallschweissen sowie zugehoerige vorrichtung
EP0540189A2 (de) * 1991-10-30 1993-05-05 F &amp; K Delvotec Bondtechnik GmbH Steuerungssystem
DE4447073C1 (de) * 1994-12-29 1996-07-18 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschalldrahtbonden hergestellten Verbindungen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3429776A1 (de) * 1984-08-13 1986-02-13 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zur qualitaetskontrolle beim ultraschallschweissen sowie zugehoerige vorrichtung
EP0540189A2 (de) * 1991-10-30 1993-05-05 F &amp; K Delvotec Bondtechnik GmbH Steuerungssystem
DE4447073C1 (de) * 1994-12-29 1996-07-18 Bosch Gmbh Robert Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschalldrahtbonden hergestellten Verbindungen

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1897648A1 (de) * 2006-09-05 2008-03-12 Technische Universität Berlin Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Herstellung von Drahtbondverbindungen
WO2008028906A1 (en) * 2006-09-05 2008-03-13 Technische Universität Berlin Method and device for controlling the generation of ultrasonic wire bonds
US8020746B2 (en) 2006-09-05 2011-09-20 Technische Universitaet Berlin Method and device for controlling the generation of ultrasonic wire bonds
WO2009062887A1 (de) * 2007-11-12 2009-05-22 Hesse & Knipps Gmbh Verfahren und vorrichtung zum ultraschallbonden
EP2385545A3 (de) * 2007-11-12 2012-05-02 Hesse & Knipps GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Ultraschallbonden
CN102543792A (zh) * 2007-11-12 2012-07-04 赫西和奈普斯有限责任公司 用于超声波键合的方法和设备
US8783545B2 (en) 2007-11-12 2014-07-22 Hesse Gmbh Method for quality control during ultrasonic
EP3355343A1 (de) 2017-01-30 2018-08-01 F&K Delvotec Bondtechnik GmbH Verfahren zur herstellung von drahtbondverbindungen und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
DE102017101736A1 (de) 2017-01-30 2018-08-02 F&K Delvotec Bondtechnik Gmbh Verfahren zur Herstellung von Drahtbondverbindungen und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Also Published As

Publication number Publication date
DE10110048A1 (de) 2002-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3429776C2 (de)
DE102004026826B4 (de) Ultraschallschweißvorrichtung und Konverter einer Ultraschallschweißvorrichtung
DE10324094B3 (de) Verfahren zum Verschweißen von Teilen
DE102019109263B4 (de) Verfahren, eine Messvorrichtung und eine Ultraschallschweißanlage zum zerstörungsfreien Prüfen einer Qualität einer Ultraschallschweißung
WO2008031823A1 (de) Verfahren zur qualitätsüberwachung beim ultraschallschweissen
EP2359106A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur schwingungsanalyse sowie musterdatenbank dafür und verwendung einer musterdatenbank
WO2002070185A1 (de) Verfahren zum prüfen von durch ultraschall-drahtbonden hergestellten verbindungen
DE2316598B2 (de) Verfahren und Einrichtung zur Feststellung einer erfolgten Schweißverbindung zwischen mit einem Ultraschallgerät verbundenen Werkstücken
EP1677942A1 (de) Verfahren zum verschweissen von leitern
DE10350809B3 (de) Verfahren zum Verschweissen von Leitern
DE102015213433A1 (de) Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Stanznietvorrichtung und Fertigungseinrichtung
DE102004030381B3 (de) Verfahren zur Online-Qualitätsprüfung beim Reibrührschweißen
DE102011118419B4 (de) Verfahren zum Erkennen eines Verschleißzustandes von Elektroden einer Schweißzange und Schweißzange
WO2002071091A2 (de) Vorrichtung zur signalauswertung bei der ultraschallanalyse von schweissverbindungen
EP1343201A1 (de) &#34;Verfahren und Anordnung zur Herstellung und Qualitätsprüfung einer Drahtbondverbindung&#34;
DE102005012992B4 (de) Verfahren, Bondeinrichtung und System zum Bonden eines Halbleiterelementes
EP0800433B1 (de) Verfahren zum prüfen von durch ultraschalldrahtbonden hergestellten verbindungen
DE4203190C1 (en) Regulation and quality assessing of welding esp. spot welding - has ultrasonic detecting probe attached to welding electrode to record noise emission level at weld location
DE10255497B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Laser-Energieparametern beim Laserstrahl-Punktschweißen
AT522422B1 (de) Vorrichtung zur Herstellung einer aus wenigstens zwei Drähten zusammengeschweißten Bewehrungskonstruktion
DE10208304C1 (de) Verfahren zur Überwachung und gegebenenfalls Steuerung des Fügeprozesses beim Durchsetzfügen
DE102015120165A1 (de) Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung eines Ultraschallschweißprozesses
DE102019209723A1 (de) Schweisssteuerung für ein schweisswerkzeug und verfahren zum vermeiden von kraftschwingungen eines schweisswerkzeugs
WO2024094730A1 (de) Ultraschallschweissverfahren mit fügepartnerrückmeldung sowie vorrichtung hierfür
DE19944717A1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Schraubvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GB JP KR MX US

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP