DE102013222439B4

DE102013222439B4 - Measuring compliance

Info

Publication number: DE102013222439B4
Application number: DE102013222439.7A
Authority: DE
Inventors: Josef Sedlmair
Original assignee: F&s Bondtec Semiconductor GmbH
Current assignee: F&s Bondtec Semiconductor At GmbH
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: DE102013222439A1

Abstract

Verfahren zur Qualitätsbestimmung oder Bestimmung einer Einflussgröße auf die Qualität einer Bondverbindung (W) auf einem Substrat (S) unter Einsatz eines Bondgerätes (1), das mit einem eingebauten Prüfwerkzeug (3) mit einem Prüfwerkzeug-Antrieb (6) und angeschlossener Niveau- (9) und/oder Kraftmesseinrichtung (4) ausgestattet ist, wobei zur Prüfung der Nachgiebigkeit eines vorbestimmten Abschnitts des Substrats der Prüfwerkzeug-Antrieb (6) derart gesteuert wird, dass das Prüfwerkzeug (3) mit definierter Antriebskraft auf das Substrat (S) gedrückt wird, und mittels der Niveaumesseinrichtung eine zeitabhängige Erfassung der Z-Koordinate des Prüfwerkzeugs (3) und/oder mittels der Kraftmesseinrichtung (4) eine zeitabhängige Erfassung der effektiven Andruckkraft (F) ausgeführt wird.Method for determining quality or determining an influencing variable on the quality of a bond connection (W) on a substrate (S) using a bonding device (1) which has a built-in testing tool (3) with a testing tool drive (6) and a connected level ( 9) and/or force measuring device (4), wherein to test the flexibility of a predetermined section of the substrate, the testing tool drive (6) is controlled in such a way that the testing tool (3) is pressed onto the substrate (S) with a defined driving force , and a time-dependent detection of the Z coordinate of the test tool (3) is carried out by means of the level measuring device and/or a time-dependent detection of the effective pressure force (F) is carried out by means of the force measuring device (4).

Description

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.The invention relates to a method for determining quality or determining an influencing variable on the quality of a bond connection on a substrate using a bonding device which is equipped with a built-in testing tool with a testing tool drive and a connected level and/or force measuring device. It also concerns an order to carry out such a procedure.

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.Bonding processes, and among these in particular wire bonding processes, have been a standard technology for connecting various electronic components or assemblies for practically all areas of application of electronic devices for many years. Their reliability and a service life corresponding to the service life of the electronic components must be guaranteed even under adverse conditions, such as strong vibrations or temperature changes. Therefore, a comprehensive and meaningful quality test of bond connections and the resulting elimination of any sources of error in the bonding process are essential for the use of bonded electronic components.

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.A long-established and proven test method for wire bond connections is the so-called pull test, in which a bond wire bridge is subjected to a defined tensile load using a pull hook and the durability of the connection is determined as the tensile force increases. The pull test and other test procedures are traditionally controlled and evaluated largely manually by a test engineer. However, this sometimes leads to hardly comparable results from tests that are carried out by different test engineers with different approaches and different experiences.

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 .A few years ago, further developments of the pull test in the sense of automation were developed and introduced into practice, among others by the applicant's group of companies; see this, among other things EP 1 333 263 A1 or 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.It has been found that for certain types of circuit substrates or device baseplates on which bonding points are placed, a certain flexibility of the substrate has a detrimental influence on the quality of the bond connection. In many cases, corresponding quality defects do not become apparent during the quality inspection at the end of the production process, but only later when the device is used under high mechanical or thermal stress, which is why the occurrence of flexibility-related faulty bonds is particularly critical for both device manufacturers and users. There is therefore a need to have test results available for compliance during bonding processes on potentially critical substrates.

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.Particularly in the area of power components for automotive technology, defective wire bonds often occur due to insufficiently rigid bonding substrates. For example, stamped grids coated with plastic are often used as housings for various control devices. The contact tabs of the lead frame are then connected to the circuit used using thick wires. Such contact tongues are usually supported by a plastic mass with which the entire housing is created using the injection molding process and which also envelops the lead frame. Because the flow behavior of the plastic is not always ideal and constant, it can happen that individual contact tabs are not perfectly supported and give way to varying degrees when the wire bond is applied. This yielding then occasionally leads to the contact blade vibrating or simply to worsened bonding conditions, so that the resulting wire bond is not manufactured with optimal quality. However, the yielding is very difficult to detect and is usually only noticeable during bonding in extreme cases, so that bonds with marginal quality are not noticeable, but can cause problems later due to early component failures.

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.From the EP 0 263 542 A1 a method and a device for carrying out a pull test on semiconductor circuits are known DE 36 41 688 A1 discloses a method for checking the quality of an electrode layer of a semiconductor component, and the US 4,699,000 A discloses a device for determining and evaluating the mechanical properties of materials.

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.Testing devices for determining the flexibility of materials are generally known and are also used in practice, for example when testing building materials or food as so-called texture analyzers. Such standard material testing devices are not suitable for testing electronic components or components with their typically miniaturized dimensions and small distances between the test points.

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.The invention is therefore based on the object of specifying a method and an arrangement which are suitable for routine testing of the properties, especially flexibility, of substrates to be provided with bonding points. The procedure and arrangement should be suitable for series tests.

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.This task is solved in its method aspect by a method with the features of claim 1 and its device aspect by a bonding device with the features of claim 9. Appropriate developments of the inventive concept are the subject of the respective dependent claims.

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.The invention is based on the idea of carrying out the desired test of the condition of the bond substrate in the context of a bonding process and with extensive use of testing technology that is available in modern bonding devices. This is in particular a testing tool, typically attached to a test head, with a testing tool drive and a connected level and/or force measuring device. To solve the existing problem, according to one aspect of the invention, a predetermined section of the substrate is touched with the testing tool and the testing tool drive is controlled in such a way that the testing tool is pressed onto the substrate with a defined driving force. Here, a time-dependent detection of the Z coordinate of the test tool is carried out using the level measuring device and/or a time-dependent detection of the effective pressure force is carried out using the force measuring device.

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.For this purpose, the load cell of the well-known pull tester is essentially used in the opposite way. So it is not a tensile force that is set, but rather a compressive force. A programmed pressure force is applied to the surface to be measured (for example a self-supporting contact tongue) at a defined point using a defined stamp. At the same time, it is particularly recorded how deep and how quickly the stamp moves downwards. With an unyielding, rigid surface, this movement is almost zero, regardless of the pressure force; However, the more flexible the surface is, the greater the evasive movement.

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.After a programmable waiting time, in one embodiment of the proposed method, the stamp is moved upwards again in a controlled manner, with the resulting force again being measured and registered. This makes it easy to determine whether any deformation of the substrate is completely reversible (i.e. the substrate in the tested area is elastic) or whether there is residual deformation remaining, i.e. plastic deformation has occurred. In other words, it is then provided that the testing method includes a pressure phase as the first phase and a return phase as the second phase, in which the testing tool is moved in a defined manner against the pressure direction set in the pressure phase.

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.Here, for example, a first time dependence is recorded in the first phase and a second time dependence of the Z coordinate and/or the effective pressure force of the testing tool is recorded in the second phase. The result of this two-stage process is evaluated in such a way that the first and second time dependencies are compared with one another and a statement about the degree of elasticity or plasticity of the flexibility of the substrate is derived from the comparison result. It is also possible, instead of a time dependence of the Z coordinate, to only record its initial and final values at the beginning or at the end of the combined pressure phase and return phase, and instead of a time dependence or Z coordinate dependence of the effective pressure force, further evaluation can be carried out A single value from the first and second phases of the method can also be used as a basis, i.e. in particular a first and second gradient of the pressure force curve.

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.In a certain sense, the proposed method is a modified and automated shear test, but with a different objective and, as a result, a different geometry and direction of movement of the test tool. In particular, a testing tool is used with a pressure cross-section of the tool end that is tailored to the hardness of the substrate surface in such a way that the tool end does not press into the substrate surface with the defined driving force.

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.The evaluation of the (or each) recorded time dependence can be carried out in such a way that it is subjected to a comparison with at least one stored corresponding time dependence and a criterion of the quality of the bond connection or a value of the influencing variable is derived from the comparison result. A defined flexibility of the substrate can be tolerable because in the context of a bonding process with given parameters it provides sufficiently reliable and long-lasting bond connections, whereas a higher flexibility than the permissible one (can be seen from a different course and in particular higher gradients of the location/time curve or Pressure force/time curve) is no longer tolerable or must give rise to setting other bonding parameters.

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.The above aspects of the invention apply in particular to an important practical implementation in which a lead frame circuit carrier coated with plastic is used as the substrate and a plurality of peripheral contact tongue sections thereof are tested as predetermined sections. Since such circuit carriers are often used in vehicle electronics and are exposed to high vibration loads and possibly also thermal loads A routine use of the proposed method there for quality assurance would be extremely advantageous.

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.In a further embodiment, it is provided that the test of the flexibility is carried out in a coherent bonding and testing process, which in particular further includes a pull test and/or peeling test and/or shear test on finished bond connections, in particular wire bond connections, directly in the bonding device. In particular, the functional and design similarities between the proposed method and an automated shear test and also the usability of components of a known pull tester make combinations of the methods or arrangements mentioned in an integrated bonding and testing process appear sensible.

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.A particularly efficient sequence of series tests can be achieved in an embodiment in which the testing tool is positioned over the predetermined section of the substrate, in particular successively over a large number of predetermined sections of the substrate, in a coordinate-controlled manner based on configuration data entered or captured by image processing from a recorded camera image . Minor positional deviations of the test points to be approached in different test specimens can be easily and very quickly recognized using a camera image with suitable image processing and taken into account by means of an appropriate correction size in the XY positioning of the test tool.

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.A bonding device for carrying out the proposed method includes
a work table for fixing an electronic component or an assembly which has the bond connection,
a test head with a testing tool, to which a testing tool drive is assigned to at least vertically shift the position of the testing tool with a defined driving force,
a level measuring device in operative connection with the testing tool for the time-dependent detection of the Z coordinate and/or force measuring device for the time-dependent detection of the effective pressure force of the testing tool and
a compliance evaluation device for determining the compliance of a substrate section of the electronic component or assembly based on the output signals of the level and/or force measuring device.
Of course, not all of the functional units mentioned here, and in practice only a small part of them, can be implemented as hardware, but typically software components, and they can be implemented in significant parts with standard software.

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.In the above-mentioned two-phase variant of the proposed method, a drive program control unit for the program-controlled execution of a predetermined test sequence is assigned to the test tool drive in the bonding device, which includes at least one pressure phase of the test tool on the substrate and optionally a return phase with the opposite direction of movement of the test tool Test tool with predetermined force/time or location/time characteristic includes.

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 order to realize the automation of the test process mentioned above, especially for test objects with a large number of substrate sections to be tested, the arrangement further includes
a configuration data input unit for inputting predetermined configuration data of at least one predetermined substrate section of the electronic component or the assembly and/or
a camera for recording images of the electronic component or assembly, which is designed and placed, in particular on a test head, in such a way that at least the substrate section to be tested can be recognized in camera images, and
an image processing device for processing the camera image and a testing tool control device for start positioning based on output signals from the configuration data input unit or the image processing device. Even more specifically, the configuration data input unit is designed to input the configuration data of a plurality of substrate sections in a predetermined area and/or the camera and downstream image processing device are designed to record and process images of the plurality of substrate sections. Accordingly, the testing tool control device is designed to process corresponding output signals of the configuration data input unit or the image processing device for positioning the testing tool, which are related to several configuration data sets.

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.In one regard to the evaluation of the measurement results for deriving a quality assessment and/or for the optimized setting of bonding process parameters, the evaluation device has a time dependence storage device for storing recorded time dependencies of the level and/or the effective pressure force of the testing tool and a time dependence comparator device for comparing recorded time dependencies with one another and/or with predetermined comparison time dependencies stored in a separate memory area. In the sense of the variants of the two-phase process specified above, the evaluation can also be carried out device, in particular its time dependence storage device and time dependence comparator device, can be modified to handle individual Z coordinate values or individual characteristic variables of the pressure force curve.

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).

Advantages and expediencies of the invention emerge from the following description based on the figures. Of these show:

1 a partial perspective view of a wire bonder with a test head for determining the quality of wire bond connections,
2 a functional block diagram of a bonding device according to the invention and
3A until 3H Diagrams to illustrate different time courses of the relevant measured values in relation to typical properties of substrates (contact tab sections of a bond connection).

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. 1 shows essential components of a wire bonder 1, which is equipped with testing equipment for determining the quality of a wire bond connection, which includes a bonding wire bridge W between two bonding points P1 and P2 on a substrate S.

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.The wire bonder 1 has a test head 2 with a testing tool 3 (here: a pull hook), which is coupled to a force measuring device 4, which continuously or at predetermined measurement times detects a force acting on the testing tool 3 (in the case of a pull hook, a tensile force). The wire bonder 1 includes a test head 2, which is guided on a z-axis slide guide 5 and is moved thereon via a z-axis motor 6. A height value scale (not shown) is also provided on the slide guide, on which the vertical position of the test head 2 and thus also that of the test tool 3 attached to its lower end is displayed.

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.There is another motor 7 on the test head 2, which causes the rotation of the tow hook 2 about the longitudinal axis required for optimal positioning. It is not shown in the figure that the substrate S is located on a work table during a bonding process as well as during a testing process, to which a coordinate-controlled drive for positioning in the XY plane is assigned. This aspect will be discussed on 2 referred. In this construction, a camera 8 is mounted vertically above the tow hook, and its optical axis OA runs close to the axis of the tow hook, so that the camera 8 images the bonding wire bridge W and its fixation points P1 and P2 on the substrate S practically directly from above.

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.As is already clear from the special design of the testing tool as a pull hook, this arrangement is specifically intended for carrying out pull tests on wire bond connections. For this, height values of the bonding points P1, P2 and the angles that the bonding wire forms with the substrate S at the bonding points are required. With this configuration, since the camera can only capture the projections of the bond connection sections onto the XY plane, the camera image cannot be used to determine height and angle values.

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.Instead, the tow hook W is lowered onto the substrate S (“touchdown”) to determine the height values of the fixation points P1, P2 and the associated height value is recorded on the height value scale of the slide guide 5. Analogously, when determining the height values of the apex of the bonding wire bridge W, the value displayed on the height value scale of the slide guide 5 is used, which represents the respective height value of the pull hook 3 (which is in engagement with the bonding wire bridge at the time in question). It is understood that the height value scale mentioned is not necessarily a display that can be read optically, but can also be an electronic display with a digital signal output at which the respective height value is provided as an output signal for immediate electronic further processing; see further below.

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.In the 1 The parts of a wire bonder shown can in principle also be used to carry out the method proposed here, i.e. to test the flexibility of substrate sections on which a bond connection has been created or is to be created. For this purpose, the force measuring device essentially needs to be modified to measure a pressure force acting on a stamp-like testing tool instead of determining a tensile force acting on a pull hook and a position- and time-dependent registration of this pressure force must be implemented.

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. 2 is a functional block diagram of a corresponding test arrangement, as a test component of a modified wire bonder 1 '. The arrangement is shown in its application for testing the flexibility of a substrate section (contact tongue section) Sa of a bonding substrate S. A wire bond connection W, shown here in dashed lines, is to be formed on corresponding (not separately designated) bond pads. Same or functional components as in 1 shown device designated with the same reference numbers as there and are not explained again here.

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.A test stamp 3' is pressed onto the contact tongue section Sa by a test tool drive 6, with a programmed pressure force monitored by the pressure measuring device 4' being set. Here, the vertical position of the test stamp 3 'is continuously recorded by means of a level measuring device (electronic Z scale) 9.

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.Both the application of the pressure force to the contact tongue section by the test tool drive 6 and the storage of the vertical position measurement values of the test stamp in a measured value storage device 10 take place under the control of a timer 11 of the arrangement. The timer 11 can also include a program control section 11a (shown in dotted lines) for program control of the test tool drive 6. The result of the registration process is a vertical position/time characteristic curve, which can be compared to a pressure force/time characteristic curve and provides information about the flexibility of the contact tongue section Sa.

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.For further evaluation, at least the first characteristic curve recorded in the testing process is fed to a compliance evaluation device 12. The pressure force/time characteristic curve predetermined by programming can already be stored in that evaluation device, or this characteristic curve can also be fed to the evaluation device after it has been temporarily stored in an optional pressure force storage device 13 (shown in dotted lines). Furthermore, the compliance evaluation device 12 is assigned a comparison value storage device 14, in which compliance values previously recorded for comparable substrates or calculated for such substrates are recorded. The comparison variables or characteristics are therefore taken into account when evaluating the recorded characteristics and can, if necessary, be used to readjust the parameters of a bonding process.

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.For the correct lateral positioning of the test stamp 3 'with respect to the contact tongue section Sa (in the XY plane), the camera 8 with a downstream image processing device 15 is used to create a test tool positioning device (an 16 to control, with which a correct start positioning of the test stamp 3 'is realized. Alternatively, the start positioning can take place on the basis of programmed position data, as long as it is ensured that deviations of the actual position data of the substrate section to be tested from the programmed position data are sufficiently small.

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.Following the testing process outlined above, using the in 2 In the system components shown, the load on the contact tongue section to be tested is relieved - in particular again in a program-controlled manner - and the vertical position/time characteristic curve of the substrate section moving back to its starting position is recorded and evaluated. The evaluation can be carried out largely analogously to the concept described above when evaluating the first test phase; In particular, it provides information about the degree or proportions of elastic and plastic deformation of the contact tongue section. From this, relevant statements can also be obtained for controlling the bonding process or for quality statements regarding a bond connection.

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.The 3A until 3H show schematic diagrams to illustrate different time courses of the relevant measured values in relation to typical properties of substrates (here: contact tab sections of a bond connection). The illustrations each show the Z coordinate of the end of the testing tool or the top of the contact tongue as the abscissa and the effective pressure force F as the ordinate, and cross-sectional views of contact tongue sections of a circuit carrier on which a bond connection is to be created are shown schematically above the diagrams.

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. 3A shows an exemplary time dependence of the Z coordinate of a test tool (measuring stamp) and the pressure force F measured using the associated load cell for an ideally rigid substrate. The point Z1 is the Z coordinate of the so-called “touchdown”, ie the point of first contact between the measuring stamp and the substrate surface, and the slope GD in the increase range of the time dependence is given solely by the spring constant of the load cell. 3B shows in comparison a measurement curve for a flexible substrate, in which the increase range of the contact force F has a smaller gradient G1, which is due to the flexibility of the substrate.

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. 3C shows, building on 3B , the time dependence measured in a two-phase process with a pressure phase and a return phase, on an ideally elastic substrate. Here Z1 = Z2, that is, the loaded substrate section (contact tongue section) completely returns to the starting position, and the gradient G2 in the return phase is equal to the gradient G1 in the pressure phase (G2 = G1). Shows opposite 3D the conditions for a substrate that is, to a certain extent, ideally plastically deformable. Here, when the measuring stamp is returned, in which the gradient G2 of the pressure force is determined by the spring constant GD of the load cell, the initial value Z1 of the Z coordinate is not reached, but its depressed contact tongue section remains approximately in the end position Z2, which it is in the first Process phase (pressure phase) has reached.

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. 3E shows - again schematically - the conditions for a substrate that has a certain plasticity: The deformation does not completely recover in the return phase, so that an end position with a Z coordinate Z2 'is reached, which is between the initial value Z1 and the point maximum deflection is at the end of the pressure phase, and the course of the pressure force can be approximately described by two different gradients G2a and G2b, where G2a = GD and 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. 3F shows, again in comparison to the conditions for an ideally rigid substrate ( 3A) , a force curve for a deformable substrate under which there is a rigid stop. Here, starting again at the “touchdown” or initial value Z1, there is a first curve section with a gradient G1a and a second curve section with a higher gradient G1b, where G1b =GD. 3G shows in addition to 3F the course of the force in a return phase for an ideally elastically deformable substrate. Here a gradient G2a is measured for a first curve section, for which G2a = G1b applies, and for a second curve section a gradient G2b is measured, for which G2b = G1a applies. As in the case of an elastically deformable substrate without an underlying stop, the starting point is reached again in the return phase, so Z2 = Z1 applies.

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. 3H shows the conditions for a substrate with plastic deformation behavior with a stop underneath. Here, in the return phase, a single pressure force gradient G2 is measured, for which: G2 = G1b =GD, and the substrate does not return to its initial Z coordinate value Z1, but remains in a deformed position with a Z coordinate 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.From the above, purely exemplary and highly simplified explanations, it follows that with the proposed method and the recording of curves or characteristic values of the Z coordinate of a substrate or a measuring stamp touching it or the effective pressure force, a variety of statements can be made about the mechanical nature of the substrate Substrate of a bond connection can be made. In particular, its stiffness and the maximum deformation (with an assumed bonding force) can be determined, and the relevant variables can also be determined in their distribution over a larger bonding substrate (e.g. a lead frame circuit carrier with a large number of peripheral contact tongue sections). Furthermore, the interaction with aids, such as a stop behind contact tongues, can also be checked in order to use such aids to specifically bring about improvements in the quality of bond connections.

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.The implementation of the invention is also not limited to the aspects highlighted above and the example shown, but is also possible in a large number of modifications, which are within the scope of professional action.

Claims

Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Prüfwerkzeug (3) mit derart auf die Härte der Substratoberfläche abgestimmtem Andruck-Querschnitt des Werkzeugendes eingesetzt wird, dass sich bei der definierten Antriebskraft das Werkzeugende nicht in die Substratoberfläche eindrückt.Procedure according to Claim 1 , wherein a testing tool (3) is used with a pressure cross-section of the tool end that is matched to the hardness of the substrate surface in such a way that the tool end does not press into the substrate surface with the defined driving force.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches als eine erste Phase eine Andruckphase und als eine zweite Phase eine Rückführungsphase umfasst, in der das Prüfwerkzeug (3) in definierter Weise entgegen der in der Andruckphase eingestellten Andruckrichtung bewegt wird, wobei in der ersten Phase eine erste Zeitabhängigkeit und/oder ein Anfangswert der Z-Koordinate (Z1) und/oder eine erste Zeitabhängigkeit oder Z-Koordinaten-Abhängigkeit der effektiven Andruckkraft (F) des Prüfwerkzeugs (3) oder ein diese Zeitabhängigkeit charakterisierender erster Andruckkraft-Gradient (G1) und in der zweiten Phase eine zweite Zeitabhängigkeit der Z-Koordinate (Z2) und/oder ein Endwert der Z-Koordinate und/oder eine zweite Zeitabhängigkeit oder Z-Koordinaten-Abhängigkeit der effektiven Andruckkraft (F) des Prüfwerkzeugs (3) oder ein diese charakterisierender zweiter Andruckkraft-Gradient (G2) erfasst wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , which comprises a pressure phase as a first phase and a return phase as a second phase, in which the testing tool (3) is moved in a defined manner against the pressure direction set in the pressure phase, wherein in the first phase a first time dependence and / or an initial value the Z coordinate (Z1) and/or a first time dependence or Z coordinate dependence of the effective pressure force (F) of the testing tool (3) or a first pressure force gradient (G1) characterizing this time dependence and in the second phase, a second time dependence of the Z coordinate (Z2) and / or a final value of the Z coordinate and / or a second time dependence or Z coordinate dependence of the effective pressure force (F) of the testing tool (3) or a second characterizing this Pressure force gradient (G2) is recorded.

Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste und zweite Zeitabhängigkeit und/oder der Anfangswert (Z1) und der Endwert (Z2) der Z-Koordinate und/oder die erste und zweite Zeitabhängigkeit oder Z-Koordinaten-Abhängigkeit der effektiven Andruckkraft (F) und/oder der erste (G1) und zweite Andruckkraft-Gradient (G2) miteinander verglichen werden und aus dem Vergleichsergebnis eine Aussage zum Elastizitäts- bzw. Plastizitätsgrad der Nachgiebigkeit des Substrats (S) abgeleitet wird.Procedure according to Claim 3 , wherein the first and second time dependence and / or the initial value (Z1) and the final value (Z2) of the Z coordinate and / or the first and second time dependence or Z coordinate dependence of the effective pressure force (F) and / or the first (G1) and second pressure force gradient (G2) are compared with one another and a statement about the degree of elasticity or plasticity of the flexibility of the substrate (S) is derived from the comparison result.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die oder jede erfasste Zeitabhängigkeit der Z-Koordinate und/oder Zeitabhängigkeit oder Z-Koordinaten-Abhängigkeit der effektiven Andruckkraft (F) des Prüfwerkzeugs (3) oder eine Differenz zwischen Anfangs- und Endwert (Z1, Z2) der Z-Koordinate und/oder der oder jeder erfasste Andruckkraft-Gradient (G1, G2) einem Vergleich mit mindestens einer gespeicherten entsprechenden Zeitabhängigkeit oder Größe unterzogen und aus dem Vergleichsergebnis ein Kriterium der Qualität der Bondverbindung (W) oder ein Wert der Einflussgröße abgeleitet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the or each recorded time dependence of the Z coordinate and/or time dependence or Z coordinate dependence of the effective pressure force (F) of the testing tool (3) or a difference between the initial and final values (Z1, Z2 ) the Z coordinate and / or the or each recorded pressure force gradient (G1, G2) is subjected to a comparison with at least one stored corresponding time dependence or size and a criterion of the quality of the bond connection (W) or a value of the influencing variable is derived from the comparison result becomes.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Substrat (S) ein mit Kunststoff umspritzter Stanzgitter-Schaltungsträger benutzt wird und als vorbestimmte Abschnitte eine Vielzahl von peripheren Kontaktzungenabschnitten desselben geprüft werden.Method according to one of the preceding claims, wherein a lead frame circuit carrier coated with plastic is used as the substrate (S) and a plurality of peripheral contact tongue sections of the same are tested as predetermined sections.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei 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 (W), insbesondere Drahtbondverbindungen, direkt im Bondgerät (1) umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the test of the flexibility is carried out in a coherent bonding and testing method, which in particular further includes a pull test and/or peeling test and/or shear test on finished bond connections (W), in particular wire bond connections, directly in the bonding device (1) includes.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Prüfwerkzeug (3) koordinatengesteuert aufgrund eingegebener oder durch Bildverarbeitung aus einem aufgenommenen Kamerabild erfasster Konfigurationsdaten über dem vorbestimmten Abschnitt (Sa) des Substrats (S), insbesondere sukzessive über einer Vielzahl vorbestimmter Abschnitte des Substrats, positioniert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the testing tool (3) is positioned over the predetermined section (Sa) of the substrate (S), in particular successively over a plurality of predetermined sections of the substrate, in a coordinate-controlled manner based on configuration data entered or acquired by image processing from a recorded camera image .

Bondgerät (1) mit Mitteln zur Qualitätsbestimmung einer Bondverbindung (W), mit einem Arbeitstisch zur Fixierung eines elektronischen Bauteils oder einer Baugruppe (5), welches/welche die Bondverbindung (W) aufweist, einem Testkopf (2) mit einem Prüfwerkzeug (3), dem ein Prüfwerkzeug-Antrieb (6) zu einer mindestens vertikalen Positionsverschiebung des Prüfwerkzeugs (3) mit definierter Antriebskraft zugeordnet ist, einer in Wirkverbindung mit dem Prüfwerkzeug (3) stehenden Niveaumesseinrichtung (9) zur zeitabhängigen Erfassung der Z-Koordinate und/oder einer Kraftmesseinrichtung (4) zur zeitabhängigen oder Z-Koordinatenabhängigen Erfassung der effektiven Andruckkraft (F) des Prüfwerkzeugs (3) und einer Nachgiebigkeits-Auswertungseinrichtung (12) zur Bestimmung einer Nachgiebigkeit eines Substratabschnitts des elektronischen Bauteils oder der Baugruppe aufgrund der Ausgangssignale der Niveau- (9) und/oder der Kraftmesseinrichtung (4).Bonding device (1) with means for determining the quality of a bond connection (W), with a work table for fixing an electronic component or an assembly (5) which has the bond connection (W), a test head (2) with a testing tool (3), to which a testing tool drive (6) is assigned for an at least vertical positional displacement of the testing tool (3) with a defined driving force, one in operative connection with the testing tool (3). Level measuring device (9) for time-dependent detection of the Z coordinate and/or a force measuring device (4) for time-dependent or Z coordinate-dependent detection of the effective pressure force (F) of the testing tool (3) and a compliance evaluation device (12) for determining the compliance of a substrate section of the electronic component or assembly based on the output signals of the level (9) and/or the force measuring device (4).

Bondgerät nach Anspruch 9, mit einer Konfigurationsdaten-Eingabeeinheit zur Eingabe von vorbestimmten Konfigurationsdaten mindestens eines vorbestimmten Substratabschnitts des elektronischen Bauelements oder der Baugruppe und/oder einer Kamera (8) zur Aufnahme von Bildern des elektronischen Bauelements oder der Baugruppe, welche derart ausgebildet und, insbesondere an dem Testkopf, platziert ist, dass mindestens der zu prüfende Substratabschnitt (Sa) in Kamerabildern erkennbar ist, und einer Bildverarbeitungseinrichtung (15) zur Verarbeitung des Kamerabildes und einer Prüfwerkzeug-Steuereinrichtung (16) zur Start-Positionierung aufgrund von Ausgangssignalen der Konfigurationsdaten-Eingabeeinheit oder der Bildverarbeitungseinrichtung (15).Bonding device after Claim 9 , with a configuration data input unit for inputting predetermined configuration data of at least one predetermined substrate section of the electronic component or assembly and / or a camera (8) for recording images of the electronic component or assembly, which is designed in this way and, in particular on the test head, is placed so that at least the substrate section (Sa) to be tested can be recognized in camera images, and an image processing device (15) for processing the camera image and a testing tool control device (16) for start positioning based on output signals from the configuration data input unit or the image processing device ( 15).

Bondgerät nach Anspruch 10, wobei die Konfigurationsdaten-Eingabeeinheit zur Eingabe der Konfigurationsdaten einer Mehrzahl von Substratabschnitten in einem vorbestimmten Flächenbereich und/oder die Kamera (8) und nachgeschaltete Bildverarbeitungseinrichtung (15) zur Aufnahme und Verarbeitung von Bildern der Mehrzahl von Substratabschnitten (Sa) sowie die Prüfwerkzeug-Steuereinrichtung (16) zur Verarbeitung entsprechender, in Bezug zu mehreren Konfigurationsdatensätzen stehender Ausgangssignale der Konfigurationsdaten-Eingabeeinheit oder der Bildverarbeitungseinrichtung (15) zur Positionierung des Prüfwerkzeugs (3) ausgebildet ist.Bonding device after Claim 10 , wherein the configuration data input unit for inputting the configuration data of a plurality of substrate sections in a predetermined area and / or the camera (8) and downstream image processing device (15) for recording and processing images of the plurality of substrate sections (Sa) and the testing tool control device (16) is designed to process corresponding output signals of the configuration data input unit or the image processing device (15) for positioning the testing tool (3), which are related to several configuration data sets.

Bondgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Auswertungseinrichtung (12) eine Zeitabhängigkeits-Speichereinrichtung (10, 13) zur Speicherung erfasster Zeitabhängigkeiten der Z-Koordinate und/oder eines Anfangswertes (Z1) und eines Endwertes (Z2) der Z-Koordinate und/oder der effektiven Andruckkraft (F) des Prüfwerkzeugs (3) und/oder eines Andruckkraft-Gradienten (G1, G2) und eine Zeitabhängigkeits-Vergleichereinrichtung (14) zum Vergleichen erfasster Zeitabhängigkeiten miteinander und/oder mit vorbestimmten, in einem gesonderten Speicherbereich gespeicherten, Vergleichs-Zeitabhängigkeiten aufweist.Bonding device according to one of the Claims 9 until 11 , wherein the evaluation device (12) has a time dependence storage device (10, 13) for storing recorded time dependencies of the Z coordinate and / or an initial value (Z1) and a final value (Z2) of the Z coordinate and/or the effective pressure force (F) of the testing tool (3) and/or a pressure force gradient (G1, G2) and a time dependency comparator device (14) for comparing recorded time dependencies with one another and/ or with predetermined comparison time dependencies stored in a separate memory area.

Bondgerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei dem Prüfwerkzeug-Antrieb (6) eine Antriebs-Programmsteuereinheit (11a) zur programmgesteuerten Ausführung eines vorbestimmten Prüfablaufs zugeordnet ist, der mindestens eine Andruckphase des Prüfwerkzeugs (3) an das Substrat (S) und optional eine Rückführungsphase mit entgegen gerichteter Bewegungsrichtung des Prüfwerkzeugs (3) mit vorbestimmter Kraft/Zeit- bzw. Orts-/Zeit-Kennlinie umfasst.Bonding device according to one of the Claims 9 until 12 , wherein the test tool drive (6) is assigned a drive program control unit (11a) for the program-controlled execution of a predetermined test sequence, which includes at least one pressure phase of the test tool (3) on the substrate (S) and optionally a return phase with the opposite direction of movement of the test tool (3) with a predetermined force/time or location/time characteristic.