WO2008046396A1 - Ultrasonic bonding device - Google Patents

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WO2008046396A1
WO2008046396A1 PCT/DE2007/001831 DE2007001831W WO2008046396A1 WO 2008046396 A1 WO2008046396 A1 WO 2008046396A1 DE 2007001831 W DE2007001831 W DE 2007001831W WO 2008046396 A1 WO2008046396 A1 WO 2008046396A1
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transducer
wire
bond
test
force
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PCT/DE2007/001831
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Inventor
Hans-Jürgen HESSE
Frank Walther
Original Assignee
Hesse & Knipps Gmbh
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    • B23K20/002—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating specially adapted for particular articles or work
    • B23K20/004—Wire welding
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
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    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01068—Erbium [Er]

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic bonder for producing a Drahtbonditati between a wire and a substrate with a bonding head with a bonding tool, which is excitable by a transducer attached thereto to ultrasonic vibrations, and a movable by means of a drive main support means, mounted on the bonding head is, by movement of the main support means and thus of the bonding head transversely to the wire direction in the bonding plane with standing on the welded wire of a manufactured bond bond wedge (wedge) by applying a shearing force a shear test with the compound prepared is performed.
  • Such an ultrasonic bonder is known from EP 1 464 433 A1.
  • the test force is applied to the wire, while the groove in the tip of the ultrasonic tool engages over the wire and / or the bond connection.
  • This has the particular advantage that, after the bond has been established, the ultrasound Sound tool must not first be lifted off the bond and placed next to this again. Also, immediately after making the bond, there is an optimum fit between the ultrasonic tool and the wire or bond.
  • a force can be applied directly orthogonal to the bonding direction in the bonding plane for checking the bond connection.
  • the transducer (transducer) and / or the bonding head are moved transversely to the wire direction.
  • the spring rigidity of the ultrasonic tool automatically results in a force extending transversely to the wire direction, which loads the bond connection and can therefore be used to check the quality.
  • the present invention is therefore based on the object, an ultrasonic bonder of the type described above to create, with which the bond produced hereby can be checked in a particularly precise manner.
  • an ultrasonic bonder of the type specified in that the transducer of the bond head is mounted so as to be vertically movable in a bearing unit, which is connected to the main mounting device via at least one bending zone, that the bending zone is provided with a strain gauge, which measures the actual displacement of the wedge tip and therewith the actual shearing force, and that the ultrasonic bonder has an evaluation device for comparing the measured shearing force with a shearing force characteristic of the strength of the wire bond connection.
  • the converter guide provided according to the invention it is achieved that during the execution of the shear test no rotation of the transducer can occur and the vertical force which occurs is kept substantially constant, so that the test results are not falsified and by the lateral process of the main support means the actual displacement the tool tip and thus the actual shearing force (unaffected by the above-mentioned side effects) can be measured.
  • the measurement is made by detecting the deformation of the bearing unit caused by the lateral movement of the main mounting device, namely at at least one bending zone thereof, wherein the bending zone is provided with at least one strain measuring device.
  • the strain gauge preferably strain gauges, the deformation and from this the shear force is measured.
  • C tot is determined in a separate calibration route.
  • the measured shearing force is compared with a shearing force characteristic of the strength of the wire bond.
  • the bond is ideally fixed, i. there is no shearing happening.
  • the wire is sheared off completely, with the strain gauge outputting a voltage signal of 0 V.
  • the bondhead is then free of forces again and offset by the distance .DELTA.x in the direction of movement.
  • the bearing unit for the converter is preferably connected to the main mounting device via two bending zones, wherein the deformation measurement (strain measurement) takes place at both bending zones.
  • the torsion-free vertically movably guided bearing of the transducer of the bonding head in the bearing unit is preferably realized via a suspension system.
  • This is in particular a double suspension system, which is structurally realized, for example, so that the converter is mounted by means of lower and upper wishbones articulated to two longitudinal struts, which in turn via upper and lower wishbones are hinged to the storage unit.
  • a torsionally stiff suspension is achieved, which compensates for torsion effects, so that the shear test can be carried out without side effects, which lead to a falsification of the results.
  • the ultrasonic bonder is provided with means for performing a pull test.
  • the ultrasonic bonder has both means for performing a shear test and
  • Means for performing a pull test In the pull test, the wire of the bond is subjected to a tensile force to check the strength of the joint in this way.
  • the means for carrying out the pull test include a wire clamping device, a device for pulling the bonding head with wire clamping device upwards and a device for measuring the relative movement between the main holding device and the bonding head attachment.
  • a preset force is applied through the puller after the wire is clamped.
  • the effect of the applied tensile force is measured by the measuring device, by determining the relative movement between the bonding head attachment and the main support means.
  • the pulling device is expediently formed by the Z-axis drive of the main mounting device.
  • the device for measuring the relative movement preferably has a measuring element arranged on the transducer, whose relative movement to the bearing unit of the transducer is measured.
  • FIG. 1 shows a schematic vertical section through the mounting of a transducer of an ultrasonic baffle without transverse force application
  • Figure 2 is a vertical section corresponding to Figure 1 after application of a transverse force to perform a shear test
  • FIG. 3 shows a schematic vertical section through the suspension of the transducer of Figures 1 and 2.
  • the invention relates to an ultrasonic bonder, as described and illustrated, for example, in DE 40 16 720 B4.
  • an ultrasonic bonder as described and illustrated, for example, in DE 40 16 720 B4.
  • the general characteristics of such an ultrasonic bonder are not explained in detail. These are familiar to the person skilled in the art, for example, from the publication mentioned above.
  • Figure 1 shows schematically the main support means 1 of the ultrasonic bonder, can be carried out by means of the movements in the x, y, z and in the direction of rotation.
  • Main mounting device 1 has a box-shaped bearing unit 2 for the transducer 5 of the bonding head, said bearing unit 2 is connected via two bending zones 3 with the remaining part of the main support means 1.
  • the transducer 5 (transducer) of the bonding head is mounted torsion-free guided vertically movable.
  • the vertical guide 18 is indicated only schematically. An example of this is shown in detail in FIG.
  • the bonding tool 7 is arranged on the wire 8 to be wound on a substrate 10 and, due to the wedge shape, is guided through the wire 8 after the bond connection has been established. prevented from moving transversely to the wire direction in the bonding plane.
  • FIG. 1 shows a measuring element 11 fastened to the transducer 5, which extends through the bearing unit 2 and serves for measuring the relative movement between the transducer 5 and the bearing unit 2 or the main mounting device 1 during a pull test. This will be discussed later.
  • Figure 2 shows the arrangement of Figure 1 after the implementation of the main support means 1 in the transverse direction over the distance .DELTA.x. While in FIG. 1 the wedge 9 of the bonding tool is perpendicular to the welded wire 8, since no force is exerted in the horizontal direction, in a lateral movement of the main support device 1, as shown by the arrow shown in FIG shown arrangement, since the bonding tool 7 can not move freely due to the support on the wire 8.
  • the illustrated guide 18 of the transducer 5 tilt-free vertical guide
  • no rotation of the transducer 5 is allowed, also kept the vertical force constant. In this way the above mentioned, the measurement result falsifying side effects are turned off.
  • FIG 3 shows schematically a double suspension system of the converter 5 for realizing the above-mentioned converter guide.
  • the bearing unit 2 for the converter is shown here only schematically. It can be seen that the transducer 5 is articulated to two vertical struts 12 via two upper links 13 and two lower links 14, which in turn are articulated to the bearing unit 2 via two upper links 15 and two lower links 16.
  • the rotational movements of the transducer 5 caused by the transverse forces acting on it are compensated, so that during a transverse movement of the main mounting device exactly the reaction force exerted by the wire 8 on the bonding tool 7 is detected.
  • the ultrasonic bonder described and illustrated herein is further provided with means for performing a pull test so that both a shear test as described above and a pull test may be performed to detect all possible defect images of the bond.
  • the means for performing the pull test include a wire clamp, means for pulling up the bond head with wire clamp up, and means for measuring the relative movement between the main support and the bond head fixture.
  • Figures 1 and 2 show that the transducer 5 of the bonding head is provided with a measuring element 11 which extends laterally of the bearing unit 2 out. The shift This measuring element 11 relative to the bearing unit, as indicated at 17, is measured, wherein the measured displacement is evaluated as a measure of the quality of the bond.

Abstract

The invention relates to an ultrasonic bonding device. The aim of the invention is to carry out a shear test, to a great extent without side-effects, in relation to a bond that has been created by the ultrasonic bonding device. To achieve this, the transducer (5) of the bonding head is vertically displaceable without torsion. The bonding head is mounted in a bearing unit (2), which is connected to the main retaining unit (1) of the ultrasonic bonding device via at least one bending zone (3). When a test force (transversal force) is applied, the deformation of the bending zone is measured with the aid of a strain gauge (4). The measured shear force is compared with a shear force that characterises the strength of the wire bond in order to determine the quality of said bond. In addition, the ultrasonic bonding device can be optionally provided with means for carrying out a pull test.

Description

Ultraschallbonder ultrasonic Bonder
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallbonder zur Herstellung einer Drahtbondverbindung zwischen einem Draht und einem Substrat mit einem Bondkopf mit einem Bond- Werkzeug, welches durch einen daran befestigten Wandler zu Ultraschallschwingungen anregbar ist, und einer mit Hilfe eines Antriebes bewegbaren Haupthalterungseinrichtung, an der der Bondkopf gelagert ist, wobei durch Bewegung der Haupthalterungseinrichtung und damit des Bondkopfes quer zur Drahtrichtung in der Bondebene bei auf dem verschweißten Draht einer hergestellten Bondverbindung stehendem Bondkeil (Wedge) durch Aufbringung einer Scherkraft ein Schertest mit der hergestellten Verbindung durchgeführt wird.The present invention relates to an ultrasonic bonder for producing a Drahtbondverbindung between a wire and a substrate with a bonding head with a bonding tool, which is excitable by a transducer attached thereto to ultrasonic vibrations, and a movable by means of a drive main support means, mounted on the bonding head is, by movement of the main support means and thus of the bonding head transversely to the wire direction in the bonding plane with standing on the welded wire of a manufactured bond bond wedge (wedge) by applying a shearing force a shear test with the compound prepared is performed.
Ein derartiger Ultraschallbonder ist aus der EP 1 464 433 Al bekannt. Bei dem bekannten Ultraschallbonder wird die Prüfkraft an den Draht angelegt, während die Nut in der Spitze des Ultraschallwerkzeuges den Draht und/oder die Bondverbindung übergreift. Das hat den besonderen Vorteil, dass nach dem Herstellen der Bondverbindung das Ultra- schallwerkzeug nicht erst von der Bondverbindung abgehoben und neben dieser erneut platziert werden muss. Auch existiert direkt nach dem Herstellen der Bondverbindung ein optimaler Formschluss zwischen dem Ultraschallwerkzeug und dem Draht bzw. der Bondverbindung. Es kann direkt eine Kraft orthogonal zur Bondrichtung in der Bondebene zur Überprüfung der Bondverbindung angelegt werden.Such an ultrasonic bonder is known from EP 1 464 433 A1. In the known ultrasonic bonder, the test force is applied to the wire, while the groove in the tip of the ultrasonic tool engages over the wire and / or the bond connection. This has the particular advantage that, after the bond has been established, the ultrasound Sound tool must not first be lifted off the bond and placed next to this again. Also, immediately after making the bond, there is an optimum fit between the ultrasonic tool and the wire or bond. A force can be applied directly orthogonal to the bonding direction in the bonding plane for checking the bond connection.
Zum Aufbringen der Prüfkraft werden der Wandler (Transdu- cer) und/oder der Bondkopf quer zur Drahtrichtung bewegt. Hierdurch ergibt sich automatisch an der Spitze des Ultraschallwerkzeuges durch die Federsteifigkeit des Ultraschallwerkzeuges eine quer zur Drahtrichtung verlaufende Kraft, die die Bondverbindung belastet und somit zur Prü- fung der Qualität eingesetzt werden kann. In dieser Veröffentlichung wird daher vorgeschlagen, eine Bewegung des Ultraschallwerkzeuges vorzugeben und eine Verformung des Drahtes und/oder der Bondverbindung und/oder des Ultraschallwerkzeuges mittels eines Sensors zu ermitteln und auszuwerten.To apply the test force, the transducer (transducer) and / or the bonding head are moved transversely to the wire direction. As a result, at the tip of the ultrasonic tool, the spring rigidity of the ultrasonic tool automatically results in a force extending transversely to the wire direction, which loads the bond connection and can therefore be used to check the quality. In this publication, it is therefore proposed to specify a movement of the ultrasonic tool and to determine and evaluate a deformation of the wire and / or the bond connection and / or the ultrasonic tool by means of a sensor.
Bei dieser Vorgehensweise können sich jedoch aufgrund der Tatsache, dass der Bondkopf bzw. Wandler bewegt wird und eine dieser Bewegung entsprechende Kraft an der Spitze des Bondwerkzeuges auf den Draht aufgebracht werden soll, durch entstehende Nebeneffekte, wie Torsionseffekte (Verdrehungen der Wandlerachse) etc., Probleme ergeben, die die Genauigkeit der Testergebnisse verfälschen.In this approach, however, due to the fact that the bonding head or transducer is moved and a force corresponding to this movement is to be applied to the tip of the bonding tool on the wire, by resulting side effects, such as torsion effects (rotation of the transducer axis), etc., Problems that distort the accuracy of the test results.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschallbonder der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem sich die hiermit hergestellte Bondverbindung auf besonders präzise Weise überprüfen lässt.The present invention is therefore based on the object, an ultrasonic bonder of the type described above to create, with which the bond produced hereby can be checked in a particularly precise manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Ultraschall- bonder der angegebenen Art dadurch gelöst, dass der Wandler des Bondkopfes torsionsfrei vertikal beweglich geführt in einer Lagereinheit gelagert ist, welche über mindestens eine Biegezone mit der Haupthalterungseinrichtung verbunden ist, dass die Biegezone mit einer Dehnungsmesseinrichtung versehen ist, die die wirkliche Verschiebung der Bondkeilspitze (Wedge) und damit die wirkliche Scherkraft misst, und dass der Ultraschallbonder eine Auswertungseinrichtung zum Vergleichen der gemessenen Scherkraft mit einer für die Festigkeit der Drahtbondverbindung charakteristischen Scherkraft aufweist.This object is achieved according to the invention in an ultrasonic bonder of the type specified, in that the transducer of the bond head is mounted so as to be vertically movable in a bearing unit, which is connected to the main mounting device via at least one bending zone, that the bending zone is provided with a strain gauge, which measures the actual displacement of the wedge tip and therewith the actual shearing force, and that the ultrasonic bonder has an evaluation device for comparing the measured shearing force with a shearing force characteristic of the strength of the wire bond connection.
Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Wandlerführung wird erreicht, dass während der Durchführung des Schertests keine Verdrehung des Wandlers auftreten kann und die auftre- tende Vertikalkraft im wesentlichen konstant gehalten wird, so dass die Testergebnisse nicht verfälscht werden und durch das seitliche Verfahren der Haupthalterungseinrichtung auch die wirkliche Verschiebung der Werkzeugspitze und damit die wirkliche Scherkraft (unbeeinflusst durch die vorstehend erwähnten Nebeneffekte) gemessen werden kann. Die Messung erfolgt dabei über die Erfassung der durch das seitliche Verfahren der Haupthalterungseinrichtung bewirkten Verformung der Lagereinheit, und zwar an mindestens einer Biegezone derselben, wobei die Biegezone mit mindes- tens einer Dehnungsmesseinrichtung versehen ist. Über die Dehnungsmesseinrichtung, vorzugsweise Dehnungsmessstreifen, wird die Verformung und hieraus die Scherkraft gemessen. Aus der Steifigkeit der Biegezone Cx und der Biegesteifig- keit des Bondwerkzeuges (Wedges) ergibt sich die Prüfkraft nach der Formel F = Cges Δx, wobei Δx der Bewegungsstrecke der Haupthalterungseinrichtung in Querrichtung entspricht. Cges wird in einer gesonderten Kalibrierroute bestimmt.With the converter guide provided according to the invention it is achieved that during the execution of the shear test no rotation of the transducer can occur and the vertical force which occurs is kept substantially constant, so that the test results are not falsified and by the lateral process of the main support means the actual displacement the tool tip and thus the actual shearing force (unaffected by the above-mentioned side effects) can be measured. In this case, the measurement is made by detecting the deformation of the bearing unit caused by the lateral movement of the main mounting device, namely at at least one bending zone thereof, wherein the bending zone is provided with at least one strain measuring device. About the strain gauge, preferably strain gauges, the deformation and from this the shear force is measured. From the rigidity of the bending zone C x and the flexural strength of the bonding tool (wedges), the test force results according to the formula F = C ges Δx, where Δx corresponds to the movement distance of the main support device in the transverse direction. C tot is determined in a separate calibration route.
In der Auswertungseinrichtung wird die gemessene Scherkraft mit einer für die Festigkeit der Drahtbondverbindung cha- rakteristischen Scherkraft verglichen. Wird von der Dehnungsmesseinrichtung (Dehnungsmessstreifen) ein Spannungssignal erhalten, das der Kraftkalibrierung entspricht, ist die Bondverbindung ideal fest, d.h. es findet kein Abschervorgang statt. Im anderen Extremfall wird der Draht voll- ständig abgeschert, wobei die Dehnungsmesseinrichtung ein Spannungssignal von 0 V abgibt. Der Bondkopf ist dann wieder kräftefrei und um die Strecke Δx in Bewegungsrichtung versetzt.In the evaluation device, the measured shearing force is compared with a shearing force characteristic of the strength of the wire bond. When the strain gauge receives a voltage signal corresponding to the force calibration, the bond is ideally fixed, i. there is no shearing happening. In the other extreme case, the wire is sheared off completely, with the strain gauge outputting a voltage signal of 0 V. The bondhead is then free of forces again and offset by the distance .DELTA.x in the direction of movement.
Vorzugsweise ist die Lagereinheit für den Wandler über zwei Biegezonen mit der Haupthalterungseinrichtung verbunden, wobei die Verformungsmessung (Dehnungsmessung) an beiden Biegezonen stattfindet.The bearing unit for the converter is preferably connected to the main mounting device via two bending zones, wherein the deformation measurement (strain measurement) takes place at both bending zones.
Die torsionsfreie vertikal beweglich geführte Lagerung des Wandlers des Bondkopfes in der Lagereinheit ist vorzugsweise über ein Aufhängungssystem realisiert. Dabei handelt es sich insbesondere um ein doppeltes Aufhängungssystem, das konstruktiv beispielsweise so verwirklicht ist, dass der Wandler mit Hilfe von unteren und oberen Querlenkern gelenkig an zwei Längsstreben gelagert ist, welche wiederum über obere und untere Querlenker gelenkig an der Lagereinheit gelagert sind. Auf diese Weise wird eine torsionssteife Aufhängung erreicht, die Torsionseffekte kompensiert, so dass der Schertest ohne Nebeneffekte durchgeführt werden kann, welche zu einer Verfälschung der Ergebnisse führen.The torsion-free vertically movably guided bearing of the transducer of the bonding head in the bearing unit is preferably realized via a suspension system. This is in particular a double suspension system, which is structurally realized, for example, so that the converter is mounted by means of lower and upper wishbones articulated to two longitudinal struts, which in turn via upper and lower wishbones are hinged to the storage unit. In this way, a torsionally stiff suspension is achieved, which compensates for torsion effects, so that the shear test can be carried out without side effects, which lead to a falsification of the results.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Ultraschallbonder mit Mitteln zur Durchführung eines Pulltests versehen. Bei dieser Ausführungsform besitzt daher der Ultraschallbonder sowohl Mittel zur Durchführung eines Schertests als auchIn a further development of the invention, the ultrasonic bonder is provided with means for performing a pull test. In this embodiment, therefore, the ultrasonic bonder has both means for performing a shear test and
Mittel zur Durchführung eines Pulltests. Beim Pulltest wird der Draht der Bondverbindung mit einer Zugkraft beansprucht, um auf diese Weise die Festigkeit der Verbindung zu überprüfen.Means for performing a pull test. In the pull test, the wire of the bond is subjected to a tensile force to check the strength of the joint in this way.
Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass sich nicht alle Fehler einer Drahtbondverbindung über den Schertest oder den Pulltest allein ermitteln lassen. Es wurde erkannt, dass dann, wenn mit mechanischen nicht zerstörenden Tests |alle Fehlerbilder einer derartigen Bondverbindung erkannt werden sollen, sowohl der Pulltest als auch der Schertest verfügbar sein müssen, und zwar abhängig von den für das jeweilig verwendete Bondgut typischen Fehlerbildern. Mit anderen Worten, der Ultraschallbonder muss Mittel zur Durchführung von beiden Tests aufweisen, damit die Bondverbindung auf besonders präzise Weise überprüft werden kann.According to the invention, it has been found that not all errors of a wire bond can be determined by the shear test or the pull test alone. It was recognized that when using non-destructive mechanical tests | all error images of such a bond connection to be recognized, both the pull test and the shear test must be available, depending on the typical for the respective Bondgut used faulty images. In other words, the ultrasonic bonder must have means for performing both tests so that the bond can be checked in a particularly precise manner.
Beispielsweise können Cratering und Delamination mit dem Schertest nicht immer sicher erkannt werden, da durch die formschlüssige Verbindung am Rissverlauf bei Aufbringung einer Scherkraft eine feste Verbindung vorgetäuscht werden kann. Derartige Fehler könnten aber mit einem Pulltest erkannt werden. Andererseits kann bei einer Kontamination bzw. einer partiell schlechten Anbindung der Bondfläche durch einen Pulltest nicht hinreichend zuverlässig erkannt werden, dass die Verbindung fehlerhaft ist, in diesem Falle wäre der Schertest zur Fehlererkennung besser geeignet. Die vorstehend aufgezeigten Fehler können insgesamt also bei Verwendung eines Bondkopfes erkannt werden, bei dem sowohl Mittel zum Schertest als auch Mittel zum Pulltest eingebaut sind.For example, cratering and delamination can not always be detected reliably with the shearing test, since a firm connection is simulated by the form-fitting connection on the course of the crack when a shearing force is applied can. Such errors could be detected by a pull test. On the other hand, in the event of contamination or a partially poor connection of the bonding surface by a pull test, it can not be reliably detected that the connection is faulty, in which case the shear test would be more suitable for error detection. The above-indicated errors can therefore be detected in total when using a bonding head, in which both means for shear test and means for pull test are installed.
Erfindungsgemäß umfassen die Mittel zur Durchführung des Pulltests eine Drahtklemmeinrichtung, eine Einrichtung zum Ziehen des Bondkopfes mit Drahtklemmeinrichtung nach oben und eine Einrichtung zum Messen der Relativbewegung zwischen der Haupthalterungseinrichtung und der Bondkopfbefestigung. Bei der Durchführung des Pulltests wird hierbei eine voreingestellte Kraft über die Zieheinrichtung aufgebracht, nachdem der Draht festgeklemmt worden ist. Die Aus- Wirkung der aufgebrachten Zugkraft wird über die Messeinrichtung gemessen, und zwar durch Ermitteln der Relativbewegung zwischen der Bondkopfbefestigung und der Haupthalterungseinrichtung .According to the invention, the means for carrying out the pull test include a wire clamping device, a device for pulling the bonding head with wire clamping device upwards and a device for measuring the relative movement between the main holding device and the bonding head attachment. In performing the pull test, a preset force is applied through the puller after the wire is clamped. The effect of the applied tensile force is measured by the measuring device, by determining the relative movement between the bonding head attachment and the main support means.
Die Zieheinrichtung wird zweckmäßigerweise vom Z-Achsen- Antrieb der Haupthalterungseinrichtung gebildet.The pulling device is expediently formed by the Z-axis drive of the main mounting device.
Die Einrichtung zum Messen der Relativbewegung weist vorzugsweise ein am Wandler angeordnetes Messelement auf, des- sen Relativbewegung zur Lagereinheit des Wandlers gemessen wird. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:The device for measuring the relative movement preferably has a measuring element arranged on the transducer, whose relative movement to the bearing unit of the transducer is measured. The invention will now be explained in detail with reference to embodiments in conjunction with the drawings. Show it:
Figur 1 einen schematischen Vertikalschnitt durch die Lagerung eines Wandlers eines Ultra- schallbonders ohne Querkraftaufbringung;1 shows a schematic vertical section through the mounting of a transducer of an ultrasonic baffle without transverse force application;
Figur 2 einen Vertikalschnitt entsprechend Figur 1 nach Aufbringung einer Querkraft zur Durchführung eines Schertests; undFigure 2 is a vertical section corresponding to Figure 1 after application of a transverse force to perform a shear test; and
Figur 3 einen schematischen Vertikalschnitt durch die Aufhängung des Wandlers der Figuren 1 und 2.3 shows a schematic vertical section through the suspension of the transducer of Figures 1 and 2.
Die Erfindung betrifft einen Ultraschallbonder, wie er beispielsweise in der DE 40 16 720 B4 beschrieben und darge- stellt ist. Nachfolgend werden daher die allgemeinen Merkmale eines derartigen Ultraschallbonders im einzelnen nicht erläutert. Diese sind dem Fachmann beispielsweise aus der vorstehend genannten Veröffentlichung geläufig.The invention relates to an ultrasonic bonder, as described and illustrated, for example, in DE 40 16 720 B4. In the following, therefore, the general characteristics of such an ultrasonic bonder are not explained in detail. These are familiar to the person skilled in the art, for example, from the publication mentioned above.
Die allgemeinen Merkmale zur Durchführung eines Schertests zur Prüfung einer Drahtbondverbindung sind aus der EP 1 464 433 Al bekannt und werden an dieser Stelle ebenfalls nicht mehr im einzelnen erläutert. Wesentlich ist bei der Durchführung des Schertests, dass zur Erzeugung einer Prüfkraft in Querrichtung zur Drahtverbindung der gesamte Bondkopf in Querrichtung bewegt wird, wobei sich durch die Federstei- figkeit des Ultraschallwerkzeuges die Kraft ergibt.The general characteristics for carrying out a shear test for testing a wire bond connection are known from EP 1 464 433 A1 and are likewise not explained in detail here. It is essential in carrying out the shear test that for generating a test force in the transverse direction to the wire connection of the entire bond head in Transverse direction is moved, resulting in the spring stiffness of the ultrasonic tool, the force.
Um die Durchführung des Schertests weitgehend unabhängig von Nebeneffekten, die dadurch entstehen können, dass die Scherkraft nicht unmittelbar an der Drahtbondverbindung, sondern an der Haupthalterungseinrichtung des Bondkopfes bzw. Wandlers aufgebracht wird, zu ermöglichen, sind erfindungsgemäß spezielle Maßnahmen in Bezug auf die Lagerung des Wandlers des Bondkopfes vorgesehen, die in den Figuren dargestellt sind.In order to enable the shear test to be carried out largely independently of side effects which may be caused by the shearing force not being applied directly to the wire bonding connection but to the main support device of the bonding head or transducer, special measures relating to the mounting of the transducer are provided according to the invention provided the bonding head, which are shown in the figures.
Figur 1 zeigt schematisch die Haupthalterungseinrichtung 1 des Ultraschallbonders, mittels der Bewegungen in x-, y-, z- und in Drehrichtung durchgeführt werden können. DieFigure 1 shows schematically the main support means 1 of the ultrasonic bonder, can be carried out by means of the movements in the x, y, z and in the direction of rotation. The
Haupthalterungseinrichtung 1 weist eine kastenförmige Lagereinheit 2 für den Wandler 5 des Bondkopfes auf, wobei diese Lagereinheit 2 über zwei Biegezonen 3 mit dem restlichen Teil der Haupthalterungseinrichtung 1 verbunden ist. Innerhalb der Lagereinheit 2 ist der Wandler 5 (Transducer) des Bondkopfes torsionsfrei vertikal beweglich geführt gelagert. Die Vertikalführung 18 ist dabei nur schematisch angedeutet. Ein Beispiel hiervon ist in Figur 3 im einzelnen gezeigt.Main mounting device 1 has a box-shaped bearing unit 2 for the transducer 5 of the bonding head, said bearing unit 2 is connected via two bending zones 3 with the remaining part of the main support means 1. Within the storage unit 2, the transducer 5 (transducer) of the bonding head is mounted torsion-free guided vertically movable. The vertical guide 18 is indicated only schematically. An example of this is shown in detail in FIG.
Ferner sind das Hörn 6 und das am unteren Ende keilförmig (wie bei 9 gezeigt) ausgebildete Bondwerkzeug 7 dargestellt. Das Bondwerkzeug 7 ist auf dem auf einem Substrat 10 zu bondernden Draht 8 angeordnet und wird aufgrund der Keilform durch den Draht 8 nach Erstellen der Bondverbin- dung an einer Bewegung quer zur Drahtrichtung in der Bondebene gehindert.Further, the horn 6 and the lower end wedge-shaped (as shown at 9) bonding tool 7 are shown. The bonding tool 7 is arranged on the wire 8 to be wound on a substrate 10 and, due to the wedge shape, is guided through the wire 8 after the bond connection has been established. prevented from moving transversely to the wire direction in the bonding plane.
In den Biegezonen (geschwächten Zonen) 3 befindet sich je- weils eine Dehnungsmesseinrichtung in der Form von Dehnungsmessstreifen (DMS) 4, die, je nach Größe der in den Biegezonen auftretenden Verformung, ein elektrisches Signal in der Form eines Spannungssignals abgeben. Ferner zeigt Figur 1 ein am Wandler 5 befestigtes Messelement 11, das sich durch die Lagereinheit 2 erstreckt und zum Messen der Relativbewegung zwischen dem Wandler 5 und der Lagereinheit 2 bzw. der Haupthalterungseinrichtung 1 bei einem Pulltest dient. Hierauf wird später noch eingegangen werden.In the bending zones (weakened zones) 3 there is in each case an expansion measuring device in the form of strain gauges 4, which, depending on the size of the deformation occurring in the bending zones, emit an electrical signal in the form of a voltage signal. Furthermore, FIG. 1 shows a measuring element 11 fastened to the transducer 5, which extends through the bearing unit 2 and serves for measuring the relative movement between the transducer 5 and the bearing unit 2 or the main mounting device 1 during a pull test. This will be discussed later.
Figur 2 zeigt die Anordnung der Figur 1 nach der Durchführung der Haupthalterungseinrichtung 1 in Querrichtung über die Strecke Δx. Während in Figur 1 der Keil 9 des Bondwerkzeuges senkrecht auf dem verschweißten Draht 8 steht, da keine Kraft in horizontaler Richtung ausgeübt wird, ergibt sich bei einem seitlichen Verfahren der Haupthalterungseinrichtung 1, wie in Figur 2 durch den dargestellten Pfeil gezeigt, die in Figur 2 dargestellte Anordnung, da sich das Bondwerkzeug 7 infolge der Halterung am Draht 8 nicht frei mitbewegen kann. Die Biegezonen 3 werden hierbei verformt. Aus der Steifigkeit der Biegezonen (2 x Cx) und der Biegesteifigkeit des Bondwerkzeuges 7 (Wedges) (CBiege) ergibt sich die Prüfkraft als F = Cges Δx, wobei Cges in einer gesonderten Kalibrierroutine bestimmt wird. Durch die dargestellte Führung 18 des Wandlers 5 (torsionsfreie vertikale Führung) wird keine Verdrehung des Wandlers 5 zugelassen, ferner die Vertikalkraft konstant gehalten. Auf diese Weise werden die vorstehend erwähnten, das Messergebnis verfälschenden Nebeneffekte ausgeschaltet.Figure 2 shows the arrangement of Figure 1 after the implementation of the main support means 1 in the transverse direction over the distance .DELTA.x. While in FIG. 1 the wedge 9 of the bonding tool is perpendicular to the welded wire 8, since no force is exerted in the horizontal direction, in a lateral movement of the main support device 1, as shown by the arrow shown in FIG shown arrangement, since the bonding tool 7 can not move freely due to the support on the wire 8. The bending zones 3 are deformed in this case. From the stiffness of the bending zones (2 x C x) and the bending stiffness of the bonding tool 7 (wedges) (C B iege) results in the test force as F = C tot Ax, where C tot is determined in a separate calibration routine. By the illustrated guide 18 of the transducer 5 (torsion-free vertical guide) no rotation of the transducer 5 is allowed, also kept the vertical force constant. In this way the above mentioned, the measurement result falsifying side effects are turned off.
Figur 3 zeigt schematisch ein Doppelaufhängungssystem des Wandlers 5 zur Verwirklichung der vorstehend genannten Wandlerführung. Die Lagereinheit 2 für den Wandler ist hierbei nur schematisch dargestellt. Man erkennt, dass der Wandler 5 über jeweils zwei obere Lenker 13 und zwei untere Lenker 14 gelenkig an zwei Vertikalstreben 12 gelagert ist, welche wiederum über zwei obere Lenker 15 und zwei untere Lenker 16 gelenkig an der Lagereinheit 2 gelagert sind. Durch dieses Doppelaufhängungssystem werden die durch die angreifenden Querkräfte hervorgerufenen Verdrehungsbewegungen des Wandlers 5 kompensiert, so dass bei einer Querbewe- gung der Haupthalterungseinrichtung exakt die vom Draht 8 auf das Bondwerkzeug 7 ausgeübte Reaktionskraft erfasst wird.Figure 3 shows schematically a double suspension system of the converter 5 for realizing the above-mentioned converter guide. The bearing unit 2 for the converter is shown here only schematically. It can be seen that the transducer 5 is articulated to two vertical struts 12 via two upper links 13 and two lower links 14, which in turn are articulated to the bearing unit 2 via two upper links 15 and two lower links 16. As a result of this double suspension system, the rotational movements of the transducer 5 caused by the transverse forces acting on it are compensated, so that during a transverse movement of the main mounting device exactly the reaction force exerted by the wire 8 on the bonding tool 7 is detected.
Der hier beschriebene und dargestellte Ultraschallbonder ist ferner mit Mitteln zur Durchführung eines Pulltests versehen, so dass zur Erfassung aller möglicher Fehlerbilder der Bondverbindung sowohl ein Schertest, wie vorstehend beschrieben, als auch ein Pulltest durchgeführt werden kann. Die Mittel zur Durchführung des Pulltests umfassen eine Drahtklemmeinrichtung, eine Einrichtung zum Ziehen des Bondkopfes mit Drahtklemmeinrichtung nach oben und eine Einrichtung zum Messen der Relativbewegung zwischen der Haupthalterungseinrichtung und der Bondkopfbefestigung. Die Figuren 1 und 2 zeigen, dass der Wandler 5 des Bondkopfes mit einem Messelement 11 versehen ist, das sich seitlich der Lagereinheit 2 heraus erstreckt. Die Verschiebung die- ses Messelementes 11 relativ zur Lagereinheit, wie bei 17 angedeutet, wird dabei gemessen, wobei die gemessene Verschiebung als Maß für die Güte der Bondverbindung ausgewertet wird. The ultrasonic bonder described and illustrated herein is further provided with means for performing a pull test so that both a shear test as described above and a pull test may be performed to detect all possible defect images of the bond. The means for performing the pull test include a wire clamp, means for pulling up the bond head with wire clamp up, and means for measuring the relative movement between the main support and the bond head fixture. Figures 1 and 2 show that the transducer 5 of the bonding head is provided with a measuring element 11 which extends laterally of the bearing unit 2 out. The shift This measuring element 11 relative to the bearing unit, as indicated at 17, is measured, wherein the measured displacement is evaluated as a measure of the quality of the bond.

Claims

Patentansprüche claims
1. Ultraschallbonder zur Herstellung einer Drahtbondverbindung zwischen einem Draht und einem Substrat mit einem Bondkopf mit einem Bondwerkzeug, welches durch einen daran befestigten Wandler zu Ultraschallschwingungen anregbar ist, und einer mit Hilfe eines Antriebes bewegbaren Haupthalterungsein- richtung, an der der Bondkopf gelagert ist, wobei durch Bewegung der Haupthalterungseinrichtung und damit des Bondkopfes quer zur Drahtrichtung in der Bondebene bei auf dem verschweißten Draht einer hergestellten Bondverbindung stehendem Bondkeil (Wedge) durch Aufbringung einer Prüfkraft ein Schertest mit der hergestellten Verbindung durchge- führt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (5) des Bondkopfes torsionsfrei vertikal beweglich geführt in einer Lagereinheit (2) gelagert ist, welche über mindestens eine Biegezone (3) mit der Haupthalterungseinrichtung (1) verbunden ist, dass die Biegezone (3) mit einer Dehnungsmesseinrichtung (4) versehen ist, die die wirkliche Ver- Schiebung der Bondkeilspitze (9) und damit die wirkliche Scherkraft misst, und dass der ültra- schallbonder eine Auswertungseinrichtung zum Vergleichen der gemessenen Scherkraft mit einer für die Festigkeit der Drahtbondverbindung charakteristischen Scherkraft aufweist.Anspruch [en] An ultrasonic bonder for making a wire bond between a wire and a substrate having a bonding head with a bonding tool which is excitable to cause ultrasonic vibration by a transducer mounted thereon and a main support means, which is movable by means of a drive, to which the bonding head is mounted By moving the main support device and thus the bond head transversely to the wire direction in the bonding plane with wedge standing on the welded wire of a manufactured bond, a shear test with the prepared connection is carried out by applying a test force, characterized in that the transducer (5 ) of the bond head is guided in a bearing unit (2), which is connected via at least one bending zone (3) to the main mounting device (1), that the bending zone (3) with a strain gauge (4) is provided, which real Shifting the bonding wedge tip (9) and thus measures the actual shearing force, and that the ültra bollder has an evaluation device for comparing the measured shear force with a characteristic of the strength of the wire bond compound shear force.
2. Ultraschallbonder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (5) über ein Aufhän- gungssystem (18) in der Lagereinheit (2) gelagert ist.2. Ultrasonic bonder according to claim 1, characterized in that the transducer (5) via a suspension system (18) in the bearing unit (2) is mounted.
3. Ultraschallbonder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufhängungssystem (18) ein dop- peltes Aufhängungssystem ist.3. Ultrasonic bonder according to claim 2, characterized in that the suspension system (18) is a double suspension system.
4. Ultraschallbonder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (5) mit Hilfe von unteren und oberen Querlenkern (14, 13) gelenkig an zwei Längsstreben (12) gelagert ist, welche wiederum über obere und untere Querlenker (15, 16) gelenkig an der Lagereinheit (2) gelagert sind.4. ultrasonic bonder according to claim 3, characterized in that the transducer (5) by means of lower and upper wishbones (14, 13) is articulated to two longitudinal struts (12), which in turn via upper and lower wishbones (15, 16) articulated to the storage unit (2) are stored.
5. Ultraschallbonder nach einem der vorangehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit Mitteln zur Durchführung eines Pulltests versehen ist.5. Ultrasonic bonder according to one of the preceding claims, characterized in that it is provided with means for performing a pull test.
6. Ultraschallbonder nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Durchführung eines Pulltests eine Drahtklemmeinrichtung, eine Einrichtung zum Ziehen des Bondkopfes mit Drahtklemmein- richtung nach oben und eine Einrichtung zum Messen der Relativbewegung zwischen der Haupthalterungs- einrichtung (1) und der Bondkopfbefestigung aufweist .6. ultrasonic bonder according to claim 5, characterized in that the means for performing a pull test a wire clamping device, a device for pulling the bonding head with Drahtklemmein- upward direction and a device for measuring the relative movement between the Haupthalterungs- device (1) and the Bondkopfbefestigung has.
7. ültraschallbonder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zieheinrichtung vom Z-Achsen- Antrieb der Haupthalterungseinrichtung (1) gebildet ist.7. ültraschallbonder according to claim 6, characterized in that the pulling device is formed by the Z-axis drive of the main support means (1).
8. Ültraschallbonder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Messen der Relativbewegung ein am Wandler (5) angeordnetes Messelement (11) aufweist, dessen Relativbewegung zur Lagereinheit (2) des Wandlers (5) gemessen wird. 8. Ültraschallbonder according to claim 6 or 7, characterized in that the means for measuring the relative movement on the transducer (5) arranged measuring element (11) whose relative movement to the bearing unit (2) of the transducer (5) is measured.
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