WO1996020806A1 - Verfahren zum prüfen von durch ultraschalldrahtbonden hergestellten verbindungen - Google Patents

Verfahren zum prüfen von durch ultraschalldrahtbonden hergestellten verbindungen Download PDF

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    • H10W72/5363—Shapes of wire connectors the connected ends being wedge-shaped

Definitions

  • the invention is based on a method for testing connections produced by ultrasonic wire bonding according to the preamble of the main claim.
  • the strength is determined in the shear, tensile and peel test. This process can only be carried out on a random basis, so that it cannot meet the high quality requirements of modern mass production.
  • features of the main claim have the advantage that each individual connection is non-destructively checked for strength or quality without additional expenditure of time, and an unforeseen occurrence of disturbance variables impairing strength can be recognized in good time.
  • Advantageous refinements of the method according to the main claim are possible through the measures listed in the subclaims.
  • Process assurance module generates a signal for the removal of the relevant components when a connection is found that does not meet the specified quality standard. With an appropriate design, this means that the production flow does not have to be interrupted by a discharge process.
  • the course of the wire deformation during the bonding process can be easily and reliably detected by a contactless sensor.
  • the bond wedge amplitude can advantageously be determined by detecting and evaluating the current consumption of the ultrasound device.
  • the method according to the invention is preferably applicable to wedge-wedge bond welding methods.
  • FIG. 1 shows the parts of a wedge-wedge bond welding device that are of interest in the present context
  • FIG. 2 shows the vibration profile in the bond wedge tool according to FIG. 1
  • FIGS. 3 and 4 show the time profiles of the amplitudes and transmitted to the wire, determined in preliminary tests for a specific application the wire deformation for clean and for contaminated contact surfaces on the wire and on the substrate.
  • the bond welding device has a fixed support 10 for the substrate 12 to which the wire 14 is to be welded by bonding.
  • a bond wedge tool 16 is used, which is designed in the usual way and interacts with the wire 14.
  • the bond wedge tool 16 is pressed in the bonding process by a force P against the wire end to be connected and the substrate 12.
  • an ultrasound device (not shown) transmits an oscillation energy E to the bond wedge tool 16, the amplitude profile of which in
  • the force P and the vibration energy E are dimensioned such that the tensile strength of the connection reaches or exceeds a predetermined value with clean contact surfaces on the wire 14 and substrate 12. It can be seen from FIG. 2 that the input amplitude a_ of the vibration energy E is greater than the output amplitude a 2 transmitted to the wire 14. This caused by the friction between the wire 14, substrate 12 and bond wedge tool 16 damping effect is smaller, the more the contact surfaces of the wire and substrate are contaminated by hand perspiration, oil or the like.
  • the present invention takes advantage of this fact by querying and evaluating the output amplitude & 2 during the bonding process.
  • the sizes or temporal profiles of the output amplitude & 2 for clean and for contaminated contact surfaces are determined by preliminary tests which are geared to a specific application.
  • Surrender 3 shows curve A for clean and curve B for contaminated contact surfaces.
  • Curve A is now stored as a master curve in a process assurance module which is queried at two different times t 2 and t 2 during the bonding process beginning at time t 0 .
  • the process safety module now decides whether the values of the output amplitude a2 determined at these times correspond to the value on curve A or lie within a predetermined tolerance range. If this is not the case, the
  • Process safety module trigger a signal for the need to eject the relevant components.
  • the speed or the time course of the wire deformation is also determined as a further parameter for the strength or quality of the bond connection.
  • the diagram according to FIG. 4 shows the distance b over the process time t, which takes up 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. Curve C is stored as a master curve in the process control module and - like curve A - is used to assess the actual values of the wire deformation determined at times t ⁇ and t2.
  • the measurements can be evaluated in such a way that there is a signal for the ejection of components if only one measured value lies outside the specified tolerance range for the corresponding master curve A or C.
  • the method can also be chosen so that the measured values recorded at time 2 are rated higher than those at

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Wire Bonding (AREA)
  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschalldrahtbonden hergestellten Verbindungen, bei welchem die Festigkeit der Verbindung als maßgebende Größe für die Bondgüte ermittelt wird. Es wird vorgeschlagen, daß als für die Festigkeit der Verbindung maßgebende Parameter die Geschwindigkeit bzw. der zeitliche Verlauf der Drahtdeformation und der zeitliche Verlauf der Bondkeilamplitude während des Bondvorgangs erfaßt und durch Vergleich mit in einem Prozeßsicherungsbaustein gespeicherten, einem vorgegebenen Qualitätsstandard entsprechenden Daten bewertet werden. Dadurch ist es möglich, daß jede einzelne Verbindung ohne zusätzlichen Zeitaufwand störungsfrei auf Festigkeit geprüft werden kann.

Description

Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschalldrahtbonden hergestellten Verbindungen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschalldrahtbonden hergestellten Verbindungen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei den bekannten Verfahren dieser Gattung wird neben einer optischen Beurteilung der Verbindungsstelle die Festigkeit im Scher-, Zug- und Schälversuch ermittelt. Dieses Verfahren läßt sich nur stichprobenweise durchführen, so daß es den hohen Qualitätsanforderungen einer modernen Massenfertigung nicht entsprechen kann.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß jede einzelne Verbindung ohne zusätzlichen Zeitaufwand zerstörungsfrei auf Festigkeit bzw. Güte überprüft und so ein unvorhergesehenes Auftreten von die Festigkeit beeinträchtigenden Störgrößen rechtzeitig erkennbar wird. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß dem Hauptanspruch möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der
Prozeßsicherungsbaustein bei Feststellung einer den vorgegebenen Qualitätsstandard nicht entsprechenden Verbindung ein Signal für das Ausschleusen der betreffenden Bauteile erzeugt. Dadurch läßt sich bei entsprechender Ausgestaltung erreichen, daß der Fertigungsfluß durch einen AusschleusVorgang nicht unterbrochen werden muß.
Der Verlauf der Drahtdeformation während des Bondvorganges kann einfach und sicher durch einen berührungslos arbeitenden Sensor erfaßt werden.
Die Bondkeilamplitude läßt sich vorteilhaft durch Erfassen und Auswerten der Stromaufnahme der Ultraschallvorrichtung ermitteln.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise bei Keil-Keil-Bondschweißverfahren anwendbar.
Zeichnung
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Schweißvorrichtung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen Figur 1 die im vorliegenden Zusammenhang interessierenden Teile einer Keil-Keil-Bondschweißvorrichtung, Figur 2 den Schwingungsverlauf im Bondkeilwerkzeug nach Figur 1, und die Figuren 3 und 4 die in Vorversuchen für einen bestimmten Anwendungsfall ermittelten zeitlichen Verläufe der auf den Draht übertragenen Amplituden und der Drahtdeformation für saubere und für verunreinigte Kontaktflächen am Draht und am Substrat.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Bondschweißvorrichtung gemäß Figur 1 hat eine feste Auflage 10 für das Substrat 12, an welches der Draht 14 durch Bonden angeschweißt werden soll. Dazu dient ein Bondkeilwerkzeug 16, das in üblicher Weise ausgebildet ist und mit dem Draht 14 zusammenwirkt. Das Bondkeilwerkzeug 16 wird beim Bondprozeß durch eine Kraft P gegen das anzuschließende Drahtende und das Substrat 12 gedrückt. Außerdem überträgt eine nicht dargestellte Ultraschallvorrichtung eine Schwingungsenergie E auf das Bondkeilwerkzeug 16, deren Amplitudenverlauf in
Längsrichtung des BondkeilWerkzeugs 16 in Figur 2 dargestellt ist.
Die Kraft P und die Schwingungsenergie E sind so bemessen, daß bei sauberen Kontaktflächen am Draht 14 und Substrat 12 die Zugfestigkeit der Verbindung einen vorgegebenen Wert erreicht bzw. überschreitet. Aus Figur 2 ist ersichtlich, daß die Eingangsamplitude a_ der Schwingungsenergie E größer als die auf den Draht 14 übertragene Ausgangsamplitude a2 ist. Dieser durch die Reibung zwischen Draht 14, Substrat 12 und Bondkeilwerkzeug 16 hervorgerufene Dämpfungseffekt ist umso kleiner, je stärker die Kontak flächen von Draht und Substrat durch Handschweiß, Öl oder gleichen verunreinigt sind. Die vorliegende Erfindung macht sich diesen Umstand dadurch zunutze, daß während des Bondprozesses die Ausgangsamplitude &2 abgefragt und bewertet wird.
Zu diesem Zweck werden durch Vorversuche, .die auf einen bestimmten Anwendungsfall abgestellt sind, die Größen bzw. zeitlichen Verläufe der Ausgangsamplitude &2 für saubere und für verunreinigte Kontaktflächen ermittelt. Dabei ergeben sich gemäß Schaubild nach Figur 3 die Kurve A für saubere und die Kurve B für verunreinigte Kontaktflächen. Die Kurve A wird nun als Masterkurve in einem Prozeßsicherungsbaustein gespeichert, der während des zum Zeitpunkt t0 beginnenden Bondprozesses an zwei verschiedenen Zeitpunkten t- und t2 abgefragt wird. Der Prozeßsicherungsbaustein entscheidet nun, ob die zu diesen Zeitpunkten ermittelten Werte der Ausgangsamplitude a2 dem Wert auf der Kurve A entsprechen bzw. innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches dazu liegen. Wenn das nicht zutrifft, kann der
Prozeßsicherungsbaustein ein Signal für die Notwendigkeit des Ausschleusens der betreffenden Bauteile auslösen.
Bei den auf einen bestimmten Anwendungsfall abgestellten Vorversuchen wird auch die Geschwindigkeit bzw. der zeitliche Verlauf der Drahtdeformation als ein weiterer Parameter für die Festigkeit bzw. Güte der Bondverbindung ermittelt. Dem Schaubild nach Figur 4 ist über der Prozeßzeit t der Abstand b aufgetragen, welcher die Arbeitsfläche des Bondkeilwerkzeugs 16 zu einer Bezugsebene an der Auflage 10 bzw. dem Substrat 12 einnimmt. Bei sauberen Kontaktflächen ergibt sich ein Deformationsverlauf nach Kurve C, bei verunreinigten Kontaktflächen stellt sich ein verlangsamter Verlauf nach Kurve D ein. Die Kurve C wird als Masterkurve in den Prozeßsicherungsbaustein eingespeichert und - wie die Kurve A - zur Beurteilung der zu den Zeitpunkten t^ und t2 ermittelten Istwerte der Drahtdeformation herangezogen.
Die Messungen können so ausgewertet werden, daß ein Signal für das Ausschleusen von Bauteilen erfolgt, wenn nur ein Meßwert außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches zur entsprechenden Masterkurve A bzw. C liegt. Das Verfahren kann aber auch so gewählt werden, daß die zum Zeitpunkt 2 erfaßten Meßwerte höher bewertet werden als die zum
Zeitpunkt t-^ erfaßten, oder daß ein Fehlersignal erst erfolgt, wenn zwei oder drei der vier Meßwerte nicht mehr in den vorgegebenen Toleranzbereich fallen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Prüfen von durch Ultraschalldrahtbonden hergestellten Verbindungen, bei welchem die Festigkeit der Verbindung als maßgebende Größe für die Bondgüte ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als für die Festigkeit der Verbindung maßgebende Parameter die Geschwindigkeit bzw. der zeitliche Verlauf der Drahtdeformation und der zeitliche Verlauf der Bondkeilamplitude während des Bondvorgangs erfaßt und durch Vergleich mit in einem
Prozeßsicherungsbaustein gespeicherten, einem vorgegebenen Qualitätsstandard entsprechenden Daten bewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßsicherungsbaustein bei Feststellung einer dem vorgegebenen Qualitätsstandard nicht entsprechenden Ausführung der Verbindung ein Signal für das Ausschleusen der betreffenden Bauteile erzeugt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Drahtdeformation während des Bondvorgangs durch einen berührungslos arbeitenden Sensor erfaßt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bondkeilamplitude durch Erfassen der Stromaufnahme der Ultraschallvorrichtung ermittelt wird.
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