-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätsbestimmung oder Bestimmung einer Einflussgröße auf die Qualität einer Bondverbindung auf einem Substrat unter Einsatz eines Bondgerätes, das mit einem eingebauten Prüfwerkzeug mit einem Prüfwerkzeug-Antrieb und angeschlossener Niveau- und/oder Kraftmesseinrichtung ausgestattet ist. Sie betrifft des Weiteren eine Anordnung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
-
Bondverfahren, und unter diesen insbesondere Drahtbondverfahren, sind seit vielen Jahren eine Standardtechnik für die Verbindung verschiedener elektronischer Bauteile oder Baugruppen für praktisch alle Einsatzbereiche elektronischer Geräte. Ihre Zuverlässigkeit und eine der Lebensdauer der elektronischen Komponenten entsprechende Lebensdauer muss auch unter widrigen Bedingungen, wie etwa starken Vibrationen oder Temperaturwechselbelastungen, gewährleistet sein. Deshalb ist eine umfassende und aussagekräftige Qualitätsprüfung von Bondverbindungen und die darauf beruhende Beseitigung etwaiger Fehlerquellen im Bondprozess unabdingbar für den Einsatz gebondeter Elektronik-Komponenten.
-
Ein bei Drahtbondverbindungen seit Langem etabliertes und bewährtes Prüfverfahren ist der sogenannte Pulltest, bei dem eine Bonddrahtbrücke mittels eines Zughakens einer definierten Zugbelastung ausgesetzt und die Haltbarkeit der Verbindung bei ansteigender Zugkraft ermittelt wird. Der Pulltest und andere Testverfahren werden traditionell von einem Prüfingenieur weitgehend manuell gesteuert und ausgewertet. Dies führt allerdings teilweise zu kaum vergleichbaren Ergebnissen von Tests, die von verschiedenen Prüfingenieuren mit verschiedenartigen Herangehensweisen und unterschiedlicher Erfahrung ausgeführt werden.
-
Vor einigen Jahren wurden daher, unter anderem durch die Firmengruppe der Anmelderin, Weiterentwicklungen des Pulltests im Sinne einer Automatisierung entwickelt und in die Praxis eingeführt; siehe hierzu unter anderem
EP 1 333 263 A1 oder
DE 10 2010 006 130 A1 .
-
Es hat sich herausgestellt, dass bei bestimmten Typen von Schaltungssubstraten oder Gerätegrundplatten, auf die Bondstellen gesetzt werden, eine gewisse Nachgiebigkeit des Substrats nachteiligen Einfluss auf die Qualität der Bondverbindung hat. Entsprechende Qualitätsmängel äußern sich vielfach noch nicht bei der Qualitätsprüfung am Ende des Produktionsprozesses, sondern erst später beim Einsatz des Gerätes unter hoher mechanischer oder thermischer Beanspruchung, weshalb das Auftreten nachgiebigkeits-bedingter Fehlbondungen sowohl für die Gerätehersteller wie auch für die Anwender besonders kritisch ist. Es besteht daher das Anliegen, bei Bondprozessen auf potentiell kritischen Substraten Testergebnisse zur Nachgiebigkeit verfügbar zu haben.
-
Besonders im Bereich von Leistungsbauelementen für die Automobiltechnik treten immer wieder schadhafte Drahtbonds auf, die von unzureichend steifen Bonduntergründen verursacht werden. Mit Kunststoff umspritzte Stanzgitter etwa werden sehr häufig als Gehäuse für unterschiedliche Steuergeräte eingesetzt. Die Kontaktzungen des Stanzgitters werden dann mit der eingesetzten Schaltung durch Dickdrähte verbunden. Solche Kontaktzungen werden üblicherweise durch eine Kunststoffmasse unterstützt, mit der im Spritzgussverfahren das gesamte Gehäuse erstellt wird und die auch das Stanzgitter umhüllt. Weil das Fließverhalten des Kunststoffs nicht immer ideal und konstant ist, kann es vorkommen, dass einzelne Kontaktzungen dann nicht perfekt unterstützt werden und beim Aufbringen des Drahtbonds in unterschiedlichem Maß nachgeben. Dieses Nachgeben führt dann gelegentlich zu Mitschwingen der Kontaktzunge oder auch nur zu verschlechterten Bondbedingungen, so dass der resultierende Drahtbond nicht mit optimaler Qualität gefertigt wurde. Das Nachgeben ist aber sehr schwer zu detektieren und fällt üblicherweise beim Bonden auch nur in extremen Fällen auf, sodass Bonds mit grenzwertiger Qualität nicht auffallen, aber später durch Frühausfälle des Bauteils Probleme machen können.
-
Aus der
EP 0 263 542 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausführung eines Pulltests bei Halbleiterschaltkreisen bekannt, die
DE 36 41 688 A1 offenbart ein Verfahren zur Qualitätsprüfung einer Elektrodenschicht eines Halbleiterbauelements, und die
US 4 699 000 A offenbart ein Gerät zur Bestimmung und Bewertung der mechanischen Eigenschaften von Materialien.
-
Prüfgeräte zur Bestimmung der Nachgiebigkeit von Materialien sind grundsätzlich bekannt und beispielsweise bei der Prüfung von Baustoffen oder auch Lebensmitteln als sog. Textur-Analyzer auch im praktischen Einsatz. Für Prüfungen an elektronischen Bauteilen oder Komponenten mit deren typischerweise miniaturisierten Abmessungen und kleinen Abständen der Prüfpunkte eignen sich derartige Standard-Materialprüfgeräte nicht.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, die zur routinemäßigen Prüfung der Beschaffenheit, speziell Nachgiebigkeit, von mit Bondstellen zu versehenden Substraten geeignet sind. Das Verfahren und die Anordnung sollen für Serien-Tests geeignet sein.
-
Diese Aufgabe wird in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ihrem Vorrichtungsaspekt durch ein Bondgerät mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
-
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, die gewünschte Prüfung der Beschaffenheit des Bondsubstrats im Kontext eines Bondprozesses und unter weitgehender Nutzung von Prüftechnik auszuführen, die in modernen Bondgeräten verfügbar ist. Es handelt sich dabei insbesondere um ein, typischerweise an einem Testkopf angebrachtes, Prüfwerkzeug mit einem Prüfwerkzeug-Antrieb und angeschlossener Niveau- und/oder Kraftmesseinrichtung. Zur Lösung der bestehenden Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung ein vorbestimmter Abschnitt des Substrats mit dem Prüfwerkzeug berührt und der Prüfwerkzeug-Antrieb derart gesteuert, dass das Prüfwerkzeug mit definierter Antriebskraft auf das Substrat gedrückt wird. Hierbei wird mittels der Niveaumesseinrichtung eine zeitabhängige Erfassung der Z-Koordinate des Prüfwerkzeugs und/oder mittels der Kraftmesseinrichtung eine zeitabhängige Erfassung der effektiven Andruckkraft ausgeführt.
-
Hierzu wird im Wesentlichen die Kraftmessdose des bekannten Pulltesters in umgekehrter Arbeitsweise eingesetzt. Es wird also nicht eine Zugkraft eingestellt, sondern eine Druckkraft. Auf die zu messende Oberfläche (beispielsweise also eine freitragende Kontaktzunge) wird an einer definierten Stelle mit einem definierten Stempel eine programmierte Druckkraft aufgebracht. Gleichzeitig wird insbesondere registriert, wie tief und wie rasch der Stempel sich dabei nach unten bewegt. Bei einer unnachgiebigen, steifen Oberfläche ist diese Bewegung unabhängig von der Andruckkraft fast Null; je nachgiebiger die Oberfläche hingegen ist, desto größer ist die Ausweichbewegung.
-
Nach einer programmierbaren Wartezeit wird in einer Ausführung des vorgeschlagenen Verfahrens der Stempel wieder kontrolliert nach oben gefahren, wobei wiederum die resultierende Kraft gemessen und registriert wird. Hierbei kann leicht festgestellt werden, ob eine etwaige Verformung des Untergrunds völlig reversibel ist (das Substrat im getesteten Bereich also elastisch ist) oder ob eine Restverformung zurückbleibt, also eine plastische Verformung eingetreten ist. Mit anderen Worten ist dann vorgesehen, dass das Prüfverfahren als erste Phase eine Andruckphase und als zweite Phase eine Rückführungsphase umfasst, in der das Prüfwerkzeug in definierter Weise entgegen der in der Andruckphase eingestellten Andruckrichtung bewegt wird.
-
Hier wird z.B. in der ersten Phase eine erste Zeitabhängigkeit und in der zweiten Phase eine zweite Zeitabhängigkeit der Z-Koordinate und/oder der effektiven Andruckkraft des Prüfwerkzeugs erfasst. Ausgewertet wird das Ergebnis dieses zweistufigen Verfahrens dahingehend, dass die erste und zweite Zeitabhängigkeit miteinander verglichen werden und aus dem Vergleichsergebnis eine Aussage zum Elastizitäts- bzw. Plastizitätsgrad der Nachgiebigkeit des Substrats abgeleitet wird. Es ist auch möglich, anstelle einer Zeitabhängigkeit der Z-Koordinate lediglich deren Anfangs- und Endwert zu Beginn bzw. am Ende der kombinierten Andruckphase und Rückführungsphase zu erfassen, und anstelle einer Zeitabhängigkeit oder auch Z-Koordinaten-Abhängigkeit der effektiven Andruckkraft kann der weiteren Auswertung auch jeweils ein einzelner Wert aus der ersten und zweiten Phase des Verfahrens zugrunde gelegt werden, also insbesondere ein erster und zweiter Gradient der Andruckkraft-Verlaufskurve.
-
In einem gewissen Sinne ist das vorgeschlagene Verfahren ein modifizierter und automatisierter Schertest, jedoch mit anderer Zielstellung und, sich daraus ergebend, anderer Geometrie und Bewegungsrichtung des Prüfwerkzeugs. Speziell wird ein Prüfwerkzeug mit derart auf die Härte der Substratoberfläche abgestimmten Andruck-Querschnitt des Werkzeugendes eingesetzt, dass sich bei der definierten Antriebskraft das Werkzeugende nicht in die Substratoberfläche eindrückt.
-
Die Auswertung der (oder jeder) erfassten Zeitabhängigkeit kann derart erfolgen, dass diese einem Vergleich mit mindestens einer gespeicherten entsprechenden Zeitabhängigkeit unterzogen und aus dem Vergleichsergebnis ein Kriterium der Qualität der Bondverbindung oder ein Wert der Einflussgröße abgeleitet wird. So kann eine definierte Nachgiebigkeit des Substrats tolerabel sein, weil sie im Kontext eines Bondprozesses mit vorgegebenen Parametern hinreichend zuverlässige und langlebige Bondverbindungen liefert, wogegen eine höhere als die zulässige Nachgiebigkeit (ablesbar an einem anderen Verlauf und insbesondere höheren Gradienten der Orts/Zeit-Kurve oder Andruckkraft/Zeit-Kurve) nicht mehr tolerierbar ist oder Anlass zur Einstellung anderer Bondparameter geben muss.
-
Die obigen Aspekte der Erfindung gelten insbesondere für eine wichtige praktische Implementierung, bei der als Substrat ein mit Kunststoff umspritzter Stanzgitter-Schaltungsträger benutzt wird und als vorbestimmte Abschnitte eine Vielzahl von peripheren Kontaktzungenabschnitten desselben geprüft werden. Da derartige Schaltungsträger vielfach in der Fahrzeugelektronik eingesetzt werden und dort hoher Schwingungsbelastung und gegebenenfalls auch thermischen Belastungen ausgesetzt sind, ist ein routinemäßiger Einsatz des vorgeschlagenen Verfahrens dort zur Qualitätssicherung äußerst vorteilhaft.
-
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Prüfung der Nachgiebigkeit in einem zusammenhängenden Bond- und Testverfahren ausgeführt wird, welches insbesondere weiterhin einen Pulltest und/oder Peeling-Test und/oder Schertest an fertigen Bondverbindungen, insbesondere Drahtbondverbindungen, direkt im Bondgerät umfasst. Speziell die funktionalen und konstruktiven Ähnlichkeiten zwischen dem vorgeschlagenen Verfahren und einem automatisierten Schertest und auch die Nutzbarkeit von Komponenten eines bekannten Pulltesters lassen Kombinationen der genannten Verfahren bzw. Anordnungen in einem integrierten Bond- und Prüfprozess als sinnvoll erscheinen.
-
Ein besonders effizienter Ablauf von Serien-Tests lässt sich in einer Ausführung erreichen, in der das Prüfwerkzeug koordinatengesteuert aufgrund eingegebener oder durch Bildverarbeitung aus einem aufgenommenen Kamerabild erfasster Konfigurationsdaten über dem vorbestimmten Abschnitt des Substrats, insbesondere sukzessive über einer Vielzahl vorbestimmter Abschnitte des Substrats, positioniert wird. Geringfügige Positionsabweichungen der anzufahrenden Prüfpunkte bei verschiedenen Testexemplaren lassen sich anhand eines Kamerabildes mit geeigneter Bildverarbeitung gut und sehr schnell erkennen und durch eine entsprechende Korrekturgröße bei der XY-Positionierung des Prüfwerkzeugs berücksichtigen.
-
Ein Bondgerät zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens umfasst
einen Arbeitstisch zur Fixierung eines elektronischen Bauteils oder einer Baugruppe, welches/welche die Bondverbindung aufweist,
einen Testkopf mit einem Prüfwerkzeug, dem ein Prüfwerkzeug-Antrieb zu einer mindestens vertikalen Positionsverschiebung des Prüfwerkzeugs mit definierter Antriebskraft zugeordnet ist,
eine in Wirkverbindung mit dem Prüfwerkzeug stehenden Niveaumesseinrichtung zur zeitabhängigen Erfassung der Z-Koordinate und/oder Kraftmesseinrichtung zur Zeitabhängigen Erfassung der effektiven Andruckkraft des Prüfwerkzeugs und
eine Nachgiebigkeits-Auswertungseinrichtung zur Bestimmung einer Nachgiebigkeit eines Substratabschnitts des elektronischen Bauteils oder der Baugruppe aufgrund der Ausgangssignale der Niveau- und/oder Kraftmesseinrichtung.
Die hier erwähnten Funktionseinheiten sind selbstverständlich nicht sämtlich und in der Praxis auch nur zu einem geringen Teil als Hardware zu implementieren, sondern typischerweise Softwarekomponenten, und sie können in wesentlichen Teilen mit Standard-Software implementiert werden.
-
In der oben erwähnten Zwei-Phasen-Variante des vorgeschlagenen Verfahrens ist in dem Bondgerät dem Prüfwerkzeug-Antrieb eine Antriebs-Programmsteuereinheit zur programmgesteuerten Ausführung eines vorbestimmten Prüfablaufs zugeordnet, der mindestens eine Andruckphase des Prüfwerkzeugs an das Substrat und optional eine Rückführungsphase mit entgegen gerichteter Bewegungsrichtung des Prüfwerkzeugs mit vorbestimmter Kraft/Zeit- bzw. Orts-/Zeit-Kennlinie umfasst.
-
Zur Realisierung der weiter oben erwähnten Automatisierung des Prüfablaufes, speziell bei Prüfobjekten mit einer Vielzahl zu prüfender Substratabschnitte, umfasst die Anordnung des Weiteren
eine Konfigurationsdaten-Eingabeeinheit zur Eingabe von vorbestimmten Konfigurationsdaten mindestens eines vorbestimmten Substratabschnitts des elektronischen Bauelements oder der Baugruppe und/oder
eine Kamera zur Aufnahme von Bildern des elektronischen Bauelements oder der Baugruppe, welche derart ausgebildet und, insbesondere an einem Testkopf, platziert ist, dass mindestens der zu prüfende Substratabschnitt in Kamerabildern erkennbar ist, und
eine Bildverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung des Kamerabildes und eine Prüfwerkzeug-Steuereinrichtung zur Start-Positionierung aufgrund von Ausgangssignalen der Konfigurationsdaten-Eingabeeinheit oder der Bildverarbeitungseinrichtung. Noch spezieller ist hierbei die Konfigurationsdaten-Eingabeeinheit zur Eingabe der Konfigurationsdaten einer Mehrzahl von Substratabschnitten in einem vorbestimmten Flächenbereich und/oder die Kamera und nachgeschaltete Bildverarbeitungseinrichtung zur Aufnahme und Verarbeitung von Bildern der Mehrzahl von Substratabschnitten ausgebildet. Entsprechend ist die Prüfwerkzeug-Steuereinrichtung zur Verarbeitung entsprechender, in Bezug zu mehreren Konfigurationsdatensätzen stehender Ausgangssignale der Konfigurationsdaten-Eingabeeinheit oder der Bildverarbeitungseinrichtung zur Positionierung des Prüfwerkzeugs ausgebildet.
-
In einer hinsichtlich der Auswertung der Messergebnisse zur Ableitung einer Qualitätsbewertung und/oder zur optimierten Einstellung von Bondprozessparametern hat die Auswertungseinrichtung eine Zeitabhängigkeits-Speichereinrichtung zur Speicherung erfasster Zeitabhängigkeiten des Niveaus und/oder der effektiven Andruckkraft des Prüfwerkzeugs und eine Zeitabhängigkeits-Vergleichereinrichtung zum Vergleichen erfasster Zeitabhängigkeiten miteinander und/oder mit vorbestimmten, in einem gesonderten Speicherbereich gespeicherten Vergleichs-Zeitabhängigkeiten. Im Sinne der weiter oben angegebenen Varianten des Zwei-Phasen-Verfahrens kann auch die Auswertungseinrichtung, insbesondere deren Zeitabhängigkeits-Speichereinrichtung und Zeitabhängigkeits-Vergleichereinrichtung, zur Handhabung jeweils einzelner Z-Koordinatenwerte oder einzelner charakteristischer Größen des Andruckkraft-Verlaufs modifiziert sein.
-
Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren. Von diesen zeigen:
- 1 eine perspektivische Teilansicht eines Drahtbonders mit einem Testkopf zur Qualitätsbestimmung von Drahtbondverbindungen,
- 2 ein Funktions-Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Bondgerätes und
- 3A bis 3H Diagramme zur Illustration verschiedener Zeitverläufe der relevanten Messwerte in Relation zu typischen Beschaffenheiten von Substraten (Kontaktzungenabschnitten einer Bondverbindung).
-
1 zeigt wesentliche Komponenten eines Drahtbonders 1, der mit Prüfmitteln zur Qualitätsbestimmung einer Drahtbondverbindung ausgerüstet ist, die eine Bonddrahtbrücke W zwischen zwei Bondstellen P1 und P2 auf einem Substrat S umfasst.
-
Der Drahtbonder 1 hat einen Testkopf 2 mit einem Prüfwerkzeug 3 (hier: einem Zughaken), das mit einer Kraftmesseinrichtung 4 gekoppelt ist, die fortlaufend oder zu vorbestimmten Messzeitpunkten eine auf das Prüfwerkzeug 3 wirkende Kraft (im Falle eines Zughakens eine Zugkraft) erfasst. Der Drahtbonder 1 umfasst einen Testkopf 2, der an einer z-Achsen-Schlittenführung 5 geführt ist und an dieser über einen z-Achsen-Motor 6 bewegt wird. An der Schlittenführung ist auch eine (nicht dargestellte) Höhenwert-Skala vorgesehen, an der die Vertikalposition des Testkopfes 2 und damit auch diejenige des an seinem unteren Ende angebrachten Prüfwerkzeugs 3 angezeigt wird.
-
Am Testkopf 2 befindet sich ein weiterer Motor 7, mit dem die für die optimale Positionierung erforderliche Rotation des Zughakens 2 um die Längsachse bewirkt wird. In der Figur nicht dargestellt ist, dass das Substrat S sich während eines Bondprozesses ebenso wie während eines Prüfvorgangs auf einem Arbeitstisch befindet, dem ein koordinatengesteuerter Antrieb für eine Positionierung in der XY-Ebene zugeordnet ist. Zu diesem Aspekt wird auf 2 verwiesen. Eine Kamera 8 ist bei dieser Konstruktion vertikal oberhalb des Zughakens angebracht, und ihre optische Achse OA verläuft nahe der Achse des Zughakens, so dass die Kamera 8 die Bonddrahtbrücke W und deren Fixierungspunkte P1 und P2 auf dem Substrat S praktisch direkt von oben abbildet.
-
Wie aus der speziellen Ausbildung des Prüfwerkzeugs als Zughaken bereits deutlich wird, ist diese Anordnung spezifisch zur Durchführung von Pulltests an Drahtbondverbindungen vorgesehen. Hierfür werden Höhenwerte der Bondstellen P1, P2 und die Winkel benötigt, die der Bonddraht an den Bondstellen mit dem Substrat S einschließt. Mit dieser Konfiguration kann, da die Kamera nur die Projektionen der Abschnitte der Bondverbindung auf die XY-Ebene erfassen kann, für die Bestimmung von Höhen- und Winkelwerten nicht auf das Kamerabild zurückgegriffen werden.
-
Stattdessen wird der Zughaken W zur Bestimmung der Höhenwerte der Fixierungspunkte P1, P2 auf das Substrat S abgesenkt („Touchdown“) und der zugehörige Höhenwert an der Höhenwert-Skala der Schlittenführung 5 erfasst. Analog wird bei der Bestimmung der Höhenwerte des Scheitels der Bonddrahtbrücke W auf den an der Höhenwert-Skala der Schlittenführung 5 angezeigten Wert zurückgegriffen, der den jeweiligen Höhenwert des (zum fraglichen Zeitpunkt mit der Bonddrahtbrücke im Eingriff befindlichen) Zughakens 3 repräsentiert. Es versteht sich, dass die erwähnte Höhenwert-Skala nicht notwendigerweise eine optisch abzulesende Anzeige ist, sondern auch eine elektronische Anzeige mit einem digitalen Signalausgang sein kann, an dem der jeweilige Höhenwert als Ausgangssignal zur unmittelbaren elektronischen Weiterverarbeitung bereitgestellt wird; siehe dazu weiter unten.
-
Die in 1 gezeigten Teile eines Drahtbonders können grundsätzlich auch zur Durchführung des hier vorgeschlagenen Verfahrens, also zur Prüfung der Nachgiebigkeit von Substratabschnitten genutzt werden, auf denen eine Bondverbindung erzeugt wurde oder zu erzeugen ist. Hierzu ist im Wesentlichen die Kraftmesseinrichtung statt zur Bestimmung einer auf einen Zughaken wirkenden Zugkraft zur Messung einer auf ein stempelartiges Prüfwerkzeug wirkenden Andruckkraft zu modifizieren und eine positions- und zeitabhängige Registrierung dieser Andruckkraft zu implementieren.
-
2 ist ein Funktions-Blockschaltbild einer entsprechenden Prüfanordnung, als Test-Komponente eines modifizierten Drahtbonders 1'. Die Anordnung ist in ihrer Anwendung zur Prüfung der Nachgiebigkeit eines Substratabschnittes (Kontaktzungenabschnittes) Sa eines Bondsubstrates S gezeigt. Auf diesem soll auf entsprechenden (nicht gesondert bezeichneten) Bondpads eine hier gestrichelt dargestellte Drahtbondverbindung W gebildet werden. Gleiche oder funktionsgleiche Komponenten wie bei der in 1 gezeigten Vorrichtung sind mit den gleichen Bezugsziffern wie dort bezeichnet und werden hier nicht nochmals erläutert.
-
Ein Prüfstempel 3' wird durch einen Prüfwerkzeug-Antrieb 6 auf den Kontaktzungenabschnitt Sa gedrückt, wobei eine programmierte und durch die Druckmesseinrichtung 4' überwachte Andruckkraft eingestellt wird. Hierbei wird mittels einer Niveaumesseinrichtung (elektronischen Z-Skala) 9 fortlaufend die Vertikalposition des Prüfstempels 3' erfasst.
-
Sowohl die Aufbringung der Andruckkraft auf den Kontaktzungenabschnitt durch den Prüfwerkzeug-Antrieb 6 als auch eine Speicherung der Vertikalpositions-Messwerte des Prüfstempels in einer Messwert-Speichereinrichtung 10 erfolgt unter Steuerung durch einen Zeitgeber 11 der Anordnung. Der Zeitgeber 11 kann zugleich einen (punktiert gezeichneten) Programmsteuerabschnitt 11a zur Programmsteuerung des Prüfwerkzeug-Antriebs 6 umfassen. Ergebnis des Registrierungsvorgangs ist also eine Vertikalpositions/Zeit-Kennlinie, die einer Andruckkraft/Zeit-Kennlinie gegenübergestellt werden kann und Auskunft über die Nachgiebigkeit des Kontaktzungenabschnitts Sa gibt.
-
Zur weiteren Auswertung wird mindestens die erstere, im Prüfvorgang aufgenommene Kennlinie einer Nachgiebigkeits-Auswertungseinrichtung 12 zugeführt. In jener Auswertungseinrichtung kann die durch Programmierung vorab festgelegte Andruckkraft/Zeit-Kennlinie bereits abgelegt sein, oder auch diese Kennlinie wird nach Zwischenspeicherung in einer optionalen Andruckkraft-Speichereinrichtung 13 (punktiert dargestellt) der Auswertungseinrichtung zugeführt. Des Weiteren ist der Nachgiebigkeits-Auswertungseinrichtung 12 eine Vergleichswert-Speichereinrichtung 14 zugeordnet, in der früher bei vergleichbaren Substraten erfasste oder für solche berechnete Nachgiebigkeiten erfasst sind. Die Vergleichsgrößen oder -kennlinien werden somit bei der Auswertung der erfassten Kennlinien berücksichtigt und können gegebenenfalls zur Nachjustierung von Parametern eines Bondprozesses herangezogen werden.
-
Zur korrekten lateralen Positionierung des Prüfstempels 3' bezüglich des Kontaktzungenabschnitts Sa (in der XY-Ebene) wird die Kamera 8 mit nachgeordneter Bildverarbeitungseinrichtung 15 genutzt, um mit aufgrund der Auswertung von Kamerabildern gewonnenen Positionsdaten des Kontaktzungenabschnitts eine Prüfwerkzeug-Positioniereinrichtung (ein XY-Antrieb) 16 anzusteuern, mit der eine korrekte Start-Positionierung des Prüfstempels 3' realisiert wird. Alternativ kann die Start-Positionierung aufgrund von programmierten Positionsdaten erfolgen, soweit sichergestellt ist, dass Abweichungen der tatsächlichen Positionsdaten des zu prüfenden Substratabschnitts von den programmierten Positionsdaten hinreichend klein sind.
-
Im Anschluss an den oben skizzierten Prüfvorgang kann unter Nutzung der in 2 gezeigten Systemkomponenten eine - insbesondere wieder programmgesteuerte - Entlastung des zu prüfenden Kontaktzungenabschnitts erfolgen und hierbei wiederum die Vertikalpositions/Zeit-Kennlinie des sich zu seiner Ausgangsposition zurückbewegenden Substratabschnitts aufgenommen und ausgewertet werden. Die Auswertung kann weitgehend analog dem oben beschriebenen Konzept bei der Auswertung der ersten Testphase erfolgen; sie gibt insbesondere Auskunft über den Grad bzw. die Anteile elastischer und plastischer Verformung des Kontaktzungenabschnitts. Auch hieraus lassen sich für die Steuerung des Bondprozesses bzw. für Qualitätsaussagen hinsichtlich einer Bondverbindung relevante Aussagen gewinnen.
-
Die 3A bis 3H zeigen schematische Diagramme zur Illustration verschiedener Zeitverläufe der relevanten Messwerte in Relation zu typischen Beschaffenheiten von Substraten (hier: Kontaktzungenabschnitten einer Bondverbindung). Die Darstellungen zeigen jeweils als Abszisse die Z-Koordinate des Endes des Prüfwerkzeuges bzw. der Kontaktzungen-Oberseite und als Ordinate die effektive Andruckkraft F, und über den Diagrammen sind jeweils schematisch Querschnittsansichten von Kontaktzungenabschnitten eines Schaltungsträgers gezeigt, auf dem eine Bondverbindung erzeugt werden soll.
-
3A zeigt eine beispielhafte Zeitabhängigkeit der Z-Koordinate eines Prüfwerkzeugs (Messstempels) und der mittels der zugeordneten Kraftmessdose gemessenen Andruckkraft F bei einem ideal starren Substrat. Der Punkt Z1 ist die Z-Koordinate des sog. „Touchdown“, d.h. des Punktes der ersten Berührung zwischen Messstempel und Substratoberfläche, und die Steigung GD im Anstiegsbereich der Zeitabhängigkeit ist allein durch die Federkonstante der Kraftmessdose gegeben. 3B zeigt im Vergleich eine Messkurve für ein nachgiebiges Substrat, bei der der Anstiegsbereich der Andruckkraft F einen kleineren Gradienten G1 aufweist, der auf die Nachgiebigkeit des Substrats zurückzuführen ist.
-
3C zeigt, aufbauend auf 3B, die in einem Zwei-Phasen-Verfahren mit Andruckphase und Rückführungsphase, bei einem ideal elastischen Substrat gemessene Zeitabhängigkeit. Hier ist Z1 = Z2, d.h. der belastete Substratabschnitt (Kontaktzungenabschnitt) kehrt vollständig in die Ausgangsposition zurück, und der Gradient G2 in der Rückführungsphase ist gleich dem Gradienten G1 in der Andruckphase (G2 = G1). Dem gegenüber zeigt 3D die Verhältnisse bei einem gewissermaßen ideal plastisch verformbaren Substrat. Hier wird bei der Zurückführung des Messstempels, bei der der Gradient G2 der Andruckkraft durch die Federkonstante GD der Messdose bestimmt ist, nicht der Anfangswert Z1 der Z-Koordinate erreicht, sondern deren niedergedrückter Kontaktzungenabschnitt verbleibt annähernd in der Endposition Z2, die er in der ersten Verfahrensphase (Andruckphase) erreicht hat.
-
3E zeigt - wiederum schematisch - die Verhältnisse für ein Substrat, welches eine gewisse Plastizität aufweist: Die Verformung bildet sich in der Rückführungsphase nicht vollständig zurück, so dass eine Endposition mit einer Z-Koordinate Z2' erreicht wird, die zwischen dem Anfangswert Z1 und dem Punkt maximaler Auslenkung am Ende der Andruckphase liegt, und der Verlauf der Andruckkraft ist angenähert durch zwei unterschiedliche Gradiente G2a und G2b zu beschreiben, wobei gilt G2a = GD und G2b = G1.
-
3F zeigt, wiederum im Vergleich zu den Verhältnissen bei einem ideal starren Substrat (3A), eine Kraftverlaufskurve bei einem verformbaren Substrat, unter dem ein starrer Anschlag liegt. Hier gibt es, beginnend wiederum beim „Touchdown“ bzw. Anfangswert Z1, einen ersten Kurvenabschnitt mit einem Gradienten G1a und einen zweiten Kurvenabschnitt mit einem höheren Gradienten G1b, wobei gilt G1b =GD. 3G zeigt zusätzlich zu 3F den Verlauf der Kraft in einer Rückführungs-Phase für ein ideal elastisch deformierbares Substrat. Hier wird für einen ersten Kurvenabschnitt ein Gradient G2a gemessen, für den gilt G2a = G1b, und für einen zweiten Kurvenabschnitt wird ein Gradient G2b gemessen, für den gilt G2b = G1a. Wie im Falle eines elastisch deformierbaren Substrats ohne darunterliegenden Anschlag, wird in der Rückführungs-Phase der Ausgangspunkt wieder erreicht, es gilt also Z2 = Z1.
-
3H zeigt die Verhältnisse für ein Substrat mit plastischem Deformationsverhalten mit darunterliegendem Anschlag. Hier wird in der Rückführungs-Phase ein einzelner Andruckkraft-Gradient G2 gemessen, für den gilt: G2 = G1b =GD, und das Substrat erreicht nicht wieder seinen anfänglichen Z-Koordinatenwert Z1, sondern bleibt in einer deformierten Position mit einer Z-Koordinate Z2.
-
Aus den obigen, lediglich beispielhaften und stark vereinfachten Erläuterungen ergibt sich, dass mit dem vorgeschlagenen Verfahren und der Erfassung von Verlaufskurven bzw. charakteristischen Werten der Z-Koordinate eines Substrats bzw. eines dieses berührenden Messstempels bzw. der wirksamen Andruckkraft vielfältige Aussagen zur mechanischen Beschaffenheit des Substrats einer Bondverbindung getroffen werden können. Insbesondere kann dessen Steifigkeit sowie die maximale Verformung (bei einer anzunehmenden Bondkraft) ermittelt werden, und die relevanten Größen können auch in ihrer Verteilung über ein größeres Bondsubstrat (etwa einen Stanzgitter-Schaltungsträger mit einer Vielzahl von peripheren Kontaktzungenabschnitten) ermittelt werden. Des Weiteren kann auch das Zusammenspiel mit Hilfsmitteln, wie etwa einem hinter Kontaktzungen liegenden Anschlag, geprüft werden, um mit solchen Hilfsmitteln gezielt Verbesserungen der Qualität von Bondverbindungen herbeizuführen.
-
Die Ausführung der Erfindung ist auch im Übrigen nicht auf die oben hervorgehobenen Aspekte und das dargestellte Beispiel beschränkt, sondern ebenso in einer Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachgemäßen Handelns liegt.
