DD298611A5 - METHOD FOR CONTROLLING ENERGY FOR ULTRASONIC WIRE BONDING PROPERTIES - Google Patents

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DD298611A5 DD89328749A DD32874989A DD298611A5 DD 298611 A5 DD298611 A5 DD 298611A5 DD 89328749 A DD89328749 A DD 89328749A DD 32874989 A DD32874989 A DD 32874989A DD 298611 A5 DD298611 A5 DD 298611A5
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Silvio Stephan
Klaus-Peter Galuschki
Wolfgang Scheel
Klaus-Dieter Lang
Michael Langula
Helmut Muchow
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Humboldt-Universitaet Zu Berlin Sektion Elektronik,De
Veb Werk Fuer Fernsehelektronik,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Energie bei Ultraschallbondvorgaengen, das bei der Montage von Halbleiterbauelementen und fuer alle Ultraschallschweiszverfahren anwendbar ist. Unter Verwendung eines die Schwingerimpedanz repraesentierenden Signals wird erfindungsgemaesz zuerst vor dem kontinuierlichen Bondprozesz fuer einige Bondvorgaenge zu einem oder mehreren Zeitpunkten eine charakteristische Signaldifferenz ermittelt und gespeichert. Bei unterschiedlichen Bondbedingungen werden diese Signaldifferenzen in Korrelation zu den Bondergebnissen gestellt und eine adaequate Reaktion in Form einer Ultraschalleistungsaenderung zugeordnet. Anschlieszend wird beim kontinuierlichen Bondprozesz das gewonnene Ergebnis mit dem gespeicherten Ergebnis verglichen und in Abhaengigkeit davon eine entsprechende Ultraschalleistungsaenderung des aktuellen Bondvorgangs vorgenommen. Fig. 1{Verfahren; Steuerung; Energie; Ultraschalldrahtbondvorgaengen; Halbleiterbauelementen; Montage; Ultraschallschweiszverfahren; Schwingerimpedanz; Signal; Bondvorgaenge; Signaldifferenzen; Bondergebnisse; Ultraschalleistungsaenderung}The invention relates to a method for controlling the energy in Ultraschallbondvorgaengen that is applicable in the assembly of semiconductor devices and for all Ultraschallschweiszverfahren. Using a signal representative of the oscillator impedance, a characteristic signal difference is first determined and stored at one or more times prior to the continuous bonding process for some bonding operations. At different bonding conditions, these signal differences are correlated to the bonding results and assigned an adequate response in the form of an ultrasound power change. Subsequently, in the continuous bonding process, the result obtained is compared with the stored result and, depending on this, a corresponding change in the ultrasonic power of the current bonding process is made. Fig. 1 {method; Control; Energy; Ultraschalldrahtbondvorgaengen; Semiconductor devices; Assembly; Ultraschallschweiszverfahren; Schwinger impedance; Signal; Bondvorgaenge; Signal differences; Bond results; Ultraschalleistungsaenderung}

Description

Bondbedingungen wiederholt und die dadurch gewonnenen charakteristischen Signaldifferenzen in Korrelation zu den Bondergebnissen gestellt. Es wird eine Referenzwerttabelle erstellt, die verschiedenen charakteristischen Signaldifferenzen adäquate Reaktionen in Form von Ultraschalleistungsänderungen zuordnet.Bond conditions repeated and the characteristic differences obtained thereby correlated to the Bondergebnissen. A reference value table is created which assigns adequate responses in the form of ultrasonic power changes to various characteristic signal differences.

Im zweiten Schritt, dem kontinuierlichen Bondprozeß, wird zu einem oder mehreren der Zeitpunkte, die hinreichend vor dem Ende des aktuellen Bondvorgangs und frühestens nach dem Erreichen des Maximalwerts des die Schwingerimpedanz repräsentierenden Signals liegen, die charakteristische Signaldifferenz aus Maximalwert υ i aktuellem Wert dieses Signals gebildet, mit der gespeicherten Refere.izwerttabelle verglichen und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis die korrespondierende Ultraschalleistungsänderung vorgenommen und bis zu einem weiteren Steuerungszeitpunkt bzw. bis zum Ende des aktuellen Verbindungsvorgangs beibehalten. Damit ist eine mehrstufig differenzierte Reaktion realisiert, das bedeutet, es wird in situ eine UltraschalleistungsänderunQ durchgeführt und damit eine bondstellenspezifische Anpassung der benötigten Schweißenergie differenziert nach dem Grad der Abweichung erreicht.In the second step, the continuous bonding process, at one or more of the times sufficiently prior to the end of the current bonding process and at the earliest after reaching the maximum value of the signal representing the oscillator impedance, the characteristic signal difference is formed from the maximum value υ i current value of that signal , compared with the stored Refere.izwerttabelle and made in response to the comparison result, the corresponding ultrasonic power change and maintained until another control time or until the end of the current connection process. Thus, a multi-stage differentiated reaction is realized, which means that an ultrasonic power change is carried out in situ and thus a bond point-specific adaptation of the required welding energy differentiated according to the degree of deviation is achieved.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und anhand zugehöriger Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen inThe invention will be explained below with reference to an embodiment and with reference to the accompanying drawings. The drawings show in

Fig. 1: ausgewählte, die Schwingerimpedanz repräsentierende Signalverläufe (a, b, c, d) als Funktion der Zeit (t), Fig. 2: qualitativ den Verlauf nach Ultraschalleistungskorrektur bei Leistungserhöhung als Funktion der Zeit.Fig. 1: selected, the oscillator impedance representing waveforms (a, b, c, d) as a function of time (t), Fig. 2: qualitatively the course after ultrasonic power correction with power increase as a function of time.

Nach Tigur 1 sind Signalverläufe dargestellt, die einen zu geringen (a, b), einen zu großen (d) und einen als optimal (c) anzusehenden Energieeintrag in die Fügezone repräsentieren. Die Folgen für die Schweißverbindung sind Abhebungen (a, b), Überbondi.ngen (d) und hohe Verbindungsfestigkeit (c) der Bondverbindung.According to Tigur 1 waveforms are shown, which represent too low (a, b), too large (d) and to be considered as optimal (c) energy input into the joining zone. The consequences for the welded joint are lifts (a, b), Überbondi.ngen (d) and high bond strength (c) of the bond.

Bei dem orfindungsgemäßen Verfahren werden die sich aus (a), (b) und (d) ergebenden Folgen beseitigt und damit die Streuungsbreite der Verbindungsfestigkeit verringert, wobei gleichzeitig eine Erhöhung für deren Mittelwerte erreicht wird. Es erfolgt dazu in einem ersten Schritt vor dem kontinuierlichen Bondprozeß die Erstellung einer Referenzwerttabelle, indem eine Korrelation der charakteristischen Differenzen zu den erzielten Bondergebnissen hergestellt wird. Es wird dabei ausgehend von einer als optimal anzusehenden charakteristischen Differenz (Dopl) für relevante davon abweichende charakteristische Diifeienzen in Abhängigkeit vom Grad der Abweichung sine Reaktion in Form einer bondstellenspezifischen Ultraschalleistungsänderung festgelegt. Dabei ist die charakteristische Differenz (D) als Differenz zwischen Maximalwert (Umlx) und (U*) zu verstehen, wobei (U5) der Wert des die Schwingerimpedanz repräsentierenden Signals zum Steuerungszeitpunkt (tstiudf) ist. Dieser Zeitpunkt liegt hinreichend vor dem Ende des aktuellen Verbindungsvorgangs bei 2 χ (traax). Der Zeitpunkt (tmu) schwankt in einem verfahrensabhängigen Bereich und wird für den aktuell ablaufenden Bondvorgang bei der Ermittlung von (Un1x) miterfaßt und gespeichert.In the method according to the invention, the consequences resulting from (a), (b) and (d) are eliminated and thus the range of variation of the bond strength is reduced, at the same time an increase being achieved for the mean values thereof. In a first step before the continuous bonding process, a reference value table is created by establishing a correlation of the characteristic differences with the achieved bonding results. Based on a characteristic difference (D opl ) which is to be regarded as optimal for relevant deviating characteristic diissancies depending on the degree of the deviation, a reaction in the form of a bond point-specific change in ultrasound power is determined. Here, the characteristic difference (D) is to be understood as the difference between the maximum value (U mlx ) and (U *), where (U 5 ) is the value of the signal representing the oscillator impedance at the control instant (tstiudf). This time is sufficiently before the end of the current connection process at 2 χ (t raax ). The time (tmu) fluctuates in a process-dependent area and is recorded and stored for the currently running bonding process in the determination of (Un 1x ).

In einem zweiten Schritt, während der eigentlichen Schweißaufgabe, wird während des aktuellen Bondvorgangs als erstes der Maximalwert (Um>x) des die Schwingerimpedanz repräsentierenden Signals und der Zeitpunkt dessen Auftretens (tmax) ermittelt und gespeichert. Nach Ablauf von 2 x (tmax) wird der aktuelle Wert des die Schwingerimpedanz repräsentierenden Signals bestimmt und der Wert der charakteristischen Differenz (Umix - U5) gebildet. Mittels der Referenzwerttabelle wird sofort entschieden, ob und in welcher Quantität eine Ultraschalleistungsveränderung erforderlich ist. Bei Auftreten einer solchen notwendigen Korrektur wird die erforderliche Ultraschalleistung eingestellt und bis zum Erreichen eines Abbruchkriteriums bzw. bis zum Ablauf der Bondzeit (teond) beinhalten.In a second step, during the actual welding task, the maximum value (U m> x ) of the signal representing the oscillator impedance and the time of its occurrence (t max ) are determined and stored first during the current bonding process. After expiration of 2 x (t max ), the current value of the signal representing the oscillator impedance is determined and the value of the characteristic difference (U mix - U 5 ) is formed. The reference value table is used to decide immediately whether and in what quantity an ultrasonic power change is required. Upon the occurrence of such a necessary correction, the required ultrasound power is adjusted and included until reaching a termination criterion or until the end of the bonding time (teond).

In Figur 2 ist quantitativ ein Verlauf des die Schwingerimpedanz repräsentierenden Signals prinzipiell für den Fall dargestellt, daß eine Ultraschalleistungskorrektur in der Form einer Leistungserhöhung notwendig war.In FIG. 2, a course of the signal representing the oscillator impedance is shown quantitatively in principle for the case that an ultrasonic power correction in the form of a power increase was necessary.

Claims (1)

Verfahren zur Steuerung der Energie von Ultraschalldrahtbondvorgängen unter Vorwendung eines die Schwingerimpedan? repräsentierenden Signales, gekennzeichnet dadurch, daß zuerst vor dem kontinuierlichen Bondprozeß für einige Bondvorgänge zu einem oder mehreren Zeitpunkten, die hinreichend vor dem Ende des aktuellen Bondvorgangs und frühestens nach dem Erreichen dos Maximalwertes des die Schwingerimpedanz repräsentierenden Signals liegen, die charakteristische Differenz aus gemessenem Maximalwert und aktuellem Wert dieses Signals gebildet und gespeichert wird und daß dieser Vorgang bei definiert unterschiedlichen Bondbedingungen wiederholt und die dabei gewonnenen charakteristischen Signaldifferenzen in Korrelation zu den Bondergebnissen gestellt, in einer Referenzwerttabelle erfaßt und gespeichert werden, wobei den unterschiedlichen, charakteristischen Differenzen eine adäquate Reaktion in Form einer Ultraschalleistungsänderung zugeordnet wird, und daß anschließend beim kontinuierlichen Bondprozeß, für den einen oder die Zeitpunkte ebenfalls die charakteristische Differenz aus gemessenem Maximalwert des die Schwingerimpedanz repräsentierenden Signales und aktuellem Wert gebildet wird und das gewonnene Ergebnis mit der gespeicherten Referenzwerttabelle verglichen und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis eine entsprechende Ultraschalleistungsänderung vorgenommen und bis zu einem weiteren Steuerungszeitpunkt oder bis zum Ende des aktuellen Bondvorganges beibehalten wird.Method for controlling the energy of ultrasonic wire bonding operations using a Schwingerimpedan? representative signal, characterized in that first before the continuous bonding process for some bonding operations at one or more times sufficiently prior to the end of the current bonding process and at the earliest after reaching the maximum value of the signal representative of the oscillator impedance, the characteristic difference of the measured maximum value and the instantaneous value of this signal is formed and stored, and that this process is repeated under defined different bonding conditions and the characteristic signal differences thus obtained are correlated to the bonding results, recorded in a reference value table and stored, wherein the different, characteristic differences an adequate response in the form of a Ultrasound power change is assigned, and then that in the continuous bonding process, for the one or the time points also measured the characteristic difference from a maximum value of the signal representing the oscillator impedance and the current value is formed and the result obtained is compared with the stored reference value table and a corresponding change in ultrasound power is made as a function of the comparison result and maintained until another control time or until the end of the current bonding process. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings Anwendungsgebiet tier ErfindungApplication of animal invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung tier Enorgie bei Ultraschalldrahtbondvorgängen zur qualitätsgerechten Montage von Halbleiterbauelementen. Die Erfindung ist darüber hinaus für alle Ultraschallschweißverfahren anwendbar.The invention relates to a method for controlling animal Enorgie in ultrasonic wire bonding operations for the quality of assembly of semiconductor devices. The invention is also applicable to all ultrasonic welding processes. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Bisher wurden zur Sicherung der Vorbindungsqualität zwischen Bonddraht und Bondanschlußflgche verschiedene Verfahren angewandt, die zunehmend darauf gerichtet sind, aktiv auf den aktuellen Verbindungsbildungsprozeß zurückzuwirken. Es wird dabei beim Stand der Technik insbesondere die Bonddrahtdeformation als Informationsquelle herangezogen. Dabei wird bei einigen Methoden (PS-SU 1313614 und PS-EP 0208310) diese nur als Abbruchkriterium genutzt. Im WP H 01 L / 317 wird ein für eine Gutbondung als hinreichend anzusehender Verlauf der Deformation als Vergleichswert für eine Bondleistungssteuerung verwendet.Heretofore, various methods have been employed to secure the pre-bond quality between bond wire and bond pad, which are increasingly directed to actively reacting to the current link formation process. In the prior art, in particular, the bonding wire deformation is used as the information source. In some methods (PS-SU 1313614 and PS-EP 0208310) this is used only as a termination criterion. In WP H 01 L / 317, a course of the deformation which can be regarded as sufficient for a good bond is used as the comparison value for a bond power control. Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß Sensoren für die Deformationswerterfassung am Bonder angebracht bzw. integriert werden müssen. Diese sind den Einflüssen der Fertigungsumgebung ausgesetzt und beeinflussen nicht selten den Grundzustand der Maschine. Ein prinzipieller Nachteil dieser Verfahren ist es, daß bei ungünstigen Bondbedingungen (starke Oxidschichten, Verschmutzungen, Eigenschwingungen) eine Bonddrahtdeformation auftritt, auch wenn es zu keiner Verbindungsbildung der Fügepartner kommt. In diesen Fällen kann die gewonnene Information keine Aussage über den aktuellen Schweißvorgang liefern und ist somit im Sinne einer differenzierten Leistungssteuerung ungeeignet. In PS-DD 217454 wird ein die Schwingerimpedanz repräsentierendes Signal zur Steuerung von Ultraschalldrahtbondvorgängen genutzt. Aus dem Vergleich von Soll- und Signaldifferenz werden hier Zeitpunkte zur Steuerung eines zeitlichen, technologisch vorgegebenen Ablaufs beim Ultraschalldrahtbonden abgeleitet. Nachteilig ist dabei, daß der jeweilige bondstellenspezifische Energiebedarf nicht berücksichtigt wird. Insbesondere die Realisierung eines bondstellenabhängigen Energiebedarfs ist in einem großem Toleranzbereich der Fügeteileigenschaften nur über eine Ultraschalleistungsänderung möglich.A disadvantage of this method is that sensors for the deformation value detection must be mounted or integrated on the bonder. These are exposed to the influences of the manufacturing environment and often influence the ground state of the machine. A principal disadvantage of these methods is that under unfavorable bonding conditions (thick oxide layers, dirt, natural oscillations) a bonding wire deformation occurs, even if there is no connection formation of the joining partners. In these cases, the information obtained can not provide any information about the current welding process and is thus unsuitable in terms of a differentiated power control. In PS-DD 217454 a signal representing the oscillator impedance is used to control ultrasonic wire bonding operations. From the comparison of the desired and signal difference times are derived here for controlling a temporal, technologically predetermined sequence in the ultrasonic wire bonding. The disadvantage here is that the respective bond-specific energy requirement is not taken into account. In particular, the realization of a bond point-dependent energy requirement is possible in a wide tolerance range of the joining part properties only via a change in ultrasound power. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung der Energie beim Ultraschalldrahtbonden anzugeben, wodurch auch bei schwankenden Fügeteileigenschaften Fehlbondungen ausgeschlossen werden und die Verbindungsfestigkeit erhöht wird.The aim of the invention is to provide a method for controlling the energy in the ultrasonic wire bonding, whereby even with fluctuating joint properties Fehlbondungen be excluded and the connection strength is increased. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Energie beim Ultraschalldrahtbonden zu schaffen, welches während des Bondvorgangs die für eine sichere Verbindungsbildung notwendige Energie bestimmt und gegebenenfalls korrigiert, ohne daß zusätzliche Sensoren notwendig sind.The invention has for its object to provide a method for controlling the energy in the ultrasonic wire bonding, which determines the energy necessary for secure connection formation during the bonding process and optionally corrected, without additional sensors are necessary. Erfindungsgemäß wird die Aufgaber dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt vor dem kontinuierlichen Bondprozeß zu einem oder mehreren Zeitpunkten, die hinreichend vor dem Ende des aktuellen Bondvorgangs und frühestens nach dem Ei reichen des Maximalwerts des die Schwingerimpendanz repräsentierenden Signals liegen, die charakteristische Differenz aus Maximalwert und aktuellem Wert dieses Signals gebildet und gespeichert wird. Dieser Vorgang wird mit definiert unterschiedlichenAccording to the invention, the object is achieved in that in a first step before the continuous bonding process at one or more times sufficiently before the end of the current bonding process and at the earliest after the egg reach the maximum value of the signal representing the Schwingerimpendanz, the characteristic difference of maximum value and current value of this signal is formed and stored. This process is defined with different
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5386936A (en) * 1992-08-12 1995-02-07 Kabushiki Kaisha Shinkawa Wire bonding method
EP1343201A1 (en) * 2002-03-08 2003-09-10 F & K Delvotec Bondtechnik GmbH Method and apparatus for manufacture and quality control of a wire bond

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