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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren für die Überprüfung der Qualität einer
Wedgeverbindung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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Ein
Wire Bonder ist eine Maschine, mit der Halbleiterchips nach deren
Montage auf einem Substrat verdrahtet werden. Der Wire Bonder weist
eine Kapillare auf, die an der Spitze eines Horns eingespannt ist.
Die Kapillare dient zum Befestigen des Drahts auf einem Anschlusspunkt
des Halbleiterchips und auf einem Anschlusspunkt des Substrats sowie
zur Drahtführung
zwischen den beiden Anschlusspunkten. Bei der Herstellung der Drahtverbindung
zwischen dem Anschlusspunkt des Halbleiterchips und dem Anschlusspunkt
des Substrats wird das aus der Kapillare ragende Drahtende zunächst zu
einer Kugel geschmolzen. Anschliessend wird die Drahtkugel auf dem
Anschlusspunkt des Halbleiterchips mittels Druck und Ultraschall
befestigt. Dabei wird das Horn von einem Ultraschallgeber mit Ultraschall
beaufschlagt. Diesen Prozess nennt man Ball-bonden. Dann wird der
Draht auf die benötigte Drahtlänge durchgezogen,
zu einer Drahtbrücke
geformt und auf dem Anschlusspunkt des Substrats verschweisst. Diesen
letzten Prozessteil nennt man Wedge-bonden. Nach dem Befestigen
des Drahts auf dem Anschlusspunkt des Substrats wird der Draht abgerissen
und der nächste
Bondzyklus kann beginnen.
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Das
Ball-bonden wie auch das Wedge-bonden werden von verschiedenen Faktoren
beeinflusst. Um Bondverbindungen von vorbestimmter Qualität zu erzielen,
müssen
für einen
bestimmten Prozess die passenden Werte mehrerer physikalischer und/oder
technischer Parameter eruiert werden. Beispiele solcher Parameter
sind:
- – die
Bondkraft, das ist die Normalkraft, die die Kapillare während des
Bondvorgangs auf die Bondkugel bzw. den Anschlusspunkt des Halbleiterchips
ausübt,
- – ein
hierin als Ultraschallgrösse
P bezeichneter Parameter, der die Beaufschlagung des Ultraschallgebers
mit Ultraschall steuert. Die Ultraschallgrösse ist z. B. die Amplitude
des Wechselstroms, der durch den Ultraschallgeber des Horns fliesst,
oder die Amplitude der Wechselspannung, die an den Ultraschallgeber
angelegt wird, oder die Leistung oder eine andere Grösse,
- – eine
hierin als Ultraschallzeit T bezeichnete Zeitdauer, die angibt,
wie lange der Ultraschallgeber mit der Ultraschallgrösse P beaufschlagt
wird,
- – die
Auftreffgeschwindigkeit der Kapillare auf den Anschlusspunkt,
- – ein
binärer
Parameter, der angibt, ob der Ultraschallgeber bereits vor dem Auftreffen
der Kapillare auf dem Anschlusspunkt mit der Ultraschallgrösse beaufschlagt
wird.
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Für die Bestimmung
der Bondqualität
im Sinne einer Qualitätskontrolle
wie auch für
die Ermittlung optimaler Bondparameter werden heutzutage vor allem
zwei Methoden verwendet, nämlich
- a) ein sogenannter Pull-Test, bei dem die Kraft
gemessen wird, bei der der Bond vom Halbleiterchip bzw. vom Substrat
abreisst, wenn der Bond in senkrechter Richtung zur Oberfläche des
Halbleiterchips bzw. Substrats gezogen wird, und
- b) ein sogenannter Shear-Test, bei dem die Kraft gemessen wird,
bei der der Bond vom Halbleiterchip bzw. vom Substrat abreisst,
wenn der Bond mittels eines Werkzeugs parallel zur Oberfläche des
Halbleiterchips bzw. Substrats weggedrückt wird.
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Diese
Tests werden normalerweise mit speziell für diese Anwendung entwickelten
Geräten durchgeführt. Aus
dem Patent
US 5 894 981 ist
jedoch ein Drahtbonder bekannt, der für die Durchführung eines
Pull-Tests eingerichtet ist. Dieser Drahtbonder betrifft ein spezifisches
Verfahren für
die Bildung der Drahtbrücken,
bei dem der Draht nicht durch eine Kapillare zugeführt wird.
Beim Pull-Test wird der Draht nach der Bildung des Wedge Bonds in einer
senkrecht zur Oberfläche
verlaufenden Richtung weggezogen. Der Nachteil bei diesem Test ist, dass
die Überprüfung stattfindet,
bevor der Bondzyklus vollständig
beendet ist, da der Wedge Bond noch immer mit der Drahtzuführungsvorrichtung
verbunden ist. Aus dem Patent
US
5 591 920 ist ein Wire Bonder bekannt, der für die Durchführung eines Pull-Tests
eingerichtet ist, bei dem der maximale Strom gemessen wird, der
durch einen die Kapillare auf- und ab bewegenden Motor fliesst.
Dieser Test lässt
sich sowohl für
Ball Bonds als auch für
Wedge Bonds durchführen.
Wenn dieser Pull-Test bei einem Wedge Bond durchgeführt wird,
dann besteht ein wichtiger Nachteil darin, dass beim Testen nicht
wie beim etablierten Pull-Test die Drahtbrücke belastet wird, sondern
dass das im letzten Schritt des Bondzyklus abzureissende Drahtstück, der
sogenannte tail, belastet wird.
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Aus
der
EP 772 036 A2 und
der
US 6 564 115 B1 sind
Verfahren zur Überprüfung der
Qualität von
Ball- bzw. Wedge Bonds bekannt, die auf der Ausübung und Messung einer Scherkraft
auf die entsprechende Verbindung mit einem speziell dafür vorgesehenen
Belastungselement beruhen.
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Aus
der
US 6 178 823 B1 ist
ein Testgerät und
ein Verfahren bekannt, bei dem ein in zwei Richtungen bewegbares
Testwerkezeug senkrecht zur Drahtrichtung bewegt wird. Es wird die
Kraft gemessen, bei der der Draht abgerissen wird.
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Aus
der
US 5 412 997 A ist
ein Testgerät
bekannt, um die Stärke
der elektrischen Verbindungslinien bei einem nach dem TAB Verfahren
montierten Schaltkreis zu messen. Die elektrischen Verbindungslinien
sind keine Bonddrähte,
sondern sogenannte „inner
leads". Die Überprüfung erfolgt
durch Druckbelastung der Verbindungslinie mit einem Stift und ist
zerstörungsfrei,
sofern die Verbindung intakt ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen geeigneteren Test für die Überprüfung der
Qualität
eines Wedge Bonds zu entwickeln.
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Die
genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
1.
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Die Überprüfung der
Qualität
einer Wedgeverbindung erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass die Kapillare
des Wire Bonders benutzt wird, um die zwischen einem ersten Anschlusspunkt
auf einem Halbleiterchip und einem zweiten Anschlusspunkt auf einem
Substrat gebildete Drahtbrücke
quer zur Längsrichtung
der Drahtbrücke
wegzuschieben, bis sich die Wedgeverbindung vom Anschlusspunkt löst oder
der Draht reisst, wobei die Kapillare in der Nähe des zweiten Anschlusspunkts
angreift. Die Überprüfung erfolgt
mit einem Verfahren, das gekennzeichnet ist durch die Schritte:
- – Platzieren
der Kapillare seitlich neben der Drahtbrücke und in der Nähe der Wedgeverbindung, wobei
sich die Spitze der Kapillare unterhalb des Niveaus der Drahtbrücke befindet,
- – Bewegen
der Kapillare parallel zur Oberfläche des Substrats und quer
zur Drahtbrücke,
bis die Wedgeverbindung vom Anschlusspunkt abreisst oder der Draht
bricht, wobei gleichzeitig ein Signal gemessen wird, das ein Mass
für die
von der Kapillare auf die Drahtbrücke ausgeübte Kraft ist, und
- – Bestimmung
des Maximums des gemessenen Signals.
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Die Überprüfung kann
unmittelbar nach der Herstellung der Drahtverbindung erfolgen. Die
einzelnen Schritte werden nun im Detail erläutert.
- 1.
Mit einem normalen Bondzyklus wird eine Drahtbrücke gebildet zwischen einem
ersten Anschlusspunkt auf dem Halbleiterchip und einem zweiten Anschlusspunkt
auf dem Substrat. Die Bondverbindung auf dem ersten Anschlusspunkt ist
in der Regel ein so genannter "ball" Bond, die Bondverbindung
auf dem zweiten Anschlusspunkt ist ein so genannter "wedge" Bond. Nach der Bildung
der Wedgeverbindung wird der Draht wie üblich abgerissen und an der
Kapillare eine neue Drahtkugel geformt.
- 2. Die Kapillare wird seitlich neben der gebildeten Drahtbrücke platziert,
ohne die Drahtbrücke
zu berühren.
Die Spitze der Kapillare befindet sich unterhalb des Niveaus der
Drahtbrücke.
- 3. Die Kapillare wird parallel zur Oberfläche des Substrats und orthogonal
zur Drahtbrücke
bewegt.
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Dabei
kommt sie in Berührung
mit dem Draht, spannt und verzieht den Draht, bis schliesslich die
Wedgeverbindung abreisst oder der Draht bricht. Während dieser
Bewegung wird das Signal eines Sensors, dessen Ausgangssignal ein
Mass für
die von der Kapillare auf die Drahtbrücke ausgeübte Kraft ist, fortlaufend
gemessen und anschliessend das Maximum dieses Signals bestimmt.
Dieses Maximum ist ein Mass für
die Kraft, die nötig
war, um den Draht abzureissen.
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Der
Sensor ist beispielsweise ein in den Bondkopf integrierter Kraftsensor.
Der Kraftsensor misst z. B. die vom Horn, an dessen Spitze die Kapillare
eingespannt ist, auf den Bondkopf ausgeübte Kraft.
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Der
Bondkopf hat zwei Antriebe, die die Bewegung der Kapillare parallel
zur Oberfläche
des Substrats ermöglichen.
Als Sensor kann einer der beiden Antriebe dienen, wobei das Sensorsignal
der durch den Antrieb fliessende Strom ist. Die Bewegung der Kapillare
muss orthogonal zur Längsrichtung
der Drahtbrücke
erfolgen. Es ist vorteilhaft, die Längsrichtung der Drahtbrücke bezüglich den
Bewegungsachsen des Bondkopfs so auszurichten, dass nur einer der
beiden Antriebe nötig
ist, um die Kapillare orthogonal zur Längsrichtung der Drahtbrücke zu bewegen.
In diesem Fall muss nämlich
nur der durch diesen Antrieb fliessende Strom gemessen und ausgewertet
werden.
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Wenn
die Längsrichtung
der Drahtbrücke
bezüglich
der Bewegungsachsen des Bondkopfs nicht speziell ausgerichtet ist
und somit beide Antriebe nötig
sind, um die Kapillare orthogonal zur Längsrichtung der Drahtbrücke zu bewegen,
dann kann entweder nur der durch einen der beiden Antriebe fliessende
Strom als Sensorsignal verwendet werden, oder es können die
durch die beiden Antriebe fliessenden Ströme gemessen und daraus ein
einziges Sensorsignal gebildet werden.
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Die
Platzierung der Kapillare im Schritt 2 und ihre Bewegung
im Schritt 3 wird nun anhand der Zeichnung illustriert.
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Es
zeigen: 1, 2 in Aufsicht bzw. in seitlicher
Ansicht eine Drahtbrücke
und eine Kapillare eines Wire Bonders, die die Drahtbrücke formte und
erfindungsgemäss
benutzt wird, um die Qualität der
Drahtbrücke
zu überprüfen, und
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3 in
Aufsicht und schematisch den Bondkopf des Wire Bonders und zwei Antriebe
für die Bewegung
des Bondkopfs in der Horizontalebene.
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Die 1 zeigt
schematisch und in Aufsicht einen Halbleiterchip 1 mit
mehreren Anschlusspunkten 2 und ein Substrat 3 mit
mehreren Anschlussfingern 4. Zwischen einem ersten Anschlusspunkt 2' auf dem Halbleiterchip 1 und
einem zweiten Anschlusspunkt 4' eines der Anschlussfinger 4 ist
eine Drahtbrücke 5 geformt.
Die Drahtbrücke 5 ist
mit einer Ball-Verbindung 6 auf dem Anschlusspunkt 2' befestigt und
mit einer Wedge-Verbindung 7 auf dem Anschlusspunkt 4'. Die Drahtbrücke 5 wurde
mittels einer Kapillare 8 gebildet, die an einem nicht
dargestellten Bondkopf eines Wire Bonders befestigt ist. Die Kapillare 8 befindet
sich seitlich neben der Drahtbrücke 5 auf
einer Höhe,
dass sich ihre Spitze unterhalb des Niveaus des Angriffspunkts der
Kapillare 8 an der Drahtbrücke 5 befindet. Dieser
Zustand ist in der 2 gezeigt, er entspricht dem
Zustand nach der Durchführung
des Schritts 2 des oben erläuterten Verfahrens. Die 1 zeigt
weiter die Bewegungsrichtung 9 der Kapillare 8 während des
Schritts 3 des oben erläuterten
Verfahrens.
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Mit
diesem Test soll die Qualität
der Wedgeverbindung bestimmt werden. Aus diesem Grund wird die Kapillare 8 im
Verfahrensschritt 2 in der Nähe der Wedgeverbindung 7 platziert,
damit die von der Kapillare 8 auf die Drahtbrücke 5 ausgeübte Kraft vom
Draht auf die Wedgeverbindung 7 übertragen wird, so dass die
Wedgeverbindung 7 zwischen dem Draht und dem Anschlussfinger 4' abreisst, und
nicht der Draht selbst entzweigerissen wird.
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Die
3 zeigt
in Aufsicht und schematisch den Bondkopf
10 des Wire Bonders
und zwei Antriebe
11 und
12 für die Bewegung des Bondkopfs
in der Ebene
13. In diesem Beispiel sind die beiden Antriebe
11 und
12 Linearmotoren
mit orthogonal zueinander verlaufenden Bewegungsachsen x und y,
wobei die Linearmotoren auch eine Bewegung des Bondkopfs senkrecht
zu ihrer Bewegungsachse erlauben. Die Linearmotoren bestehen aus
einem Stator und einer mit dem Bondkopf verbundenen Spule. Ein solcher
Bondkopf ist beispielsweise aus der
EP
317 787 bekannt. Die Richtung der Drahtbrücke
5 (
1)
ist vorzugsweise so gewählt,
dass die Bewegungsrichtung
9 der Kapillare
8 entweder
parallel zur x-Achse oder parallel zur y-Achse verläuft. Wenn
die Bewegungsrichtung
9 der Kapillare
8 parallel
zur x-Achse verläuft,
dann kann als Sensorsignal der durch den Antrieb
11 fliessende
Strom, d. h. bei diesem Beispiel der durch die Spule fliessende
Strom, verwendet werden. Die Erfindung lässt sich auch auf einem beliebigen
anderen Wire Bonder implementieren, beispielsweise bei einem Wire
Bonder mit einem rotativen Bondkopf gemäss der
EP 1 098 356 .
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Die
Erfindung wurde anhand eines weit verbreiteten Standardprozesses
beschrieben, bei dem die Verbindung auf dem ersten Anschlusspunkt
ein sogenannter "ball" Bond und die Bondverbindung
auf dem zweiten Anschlusspunkt ein so genannter "wedge" Bond ist. Da es darum geht, die Qualität des "wedge" Bonds auf dem zweiten
Anschlusspunkt zu bestimmen, kann die Bondverbindung auf dem ersten
Anschlusspunkt eine beliebige Bondverbindung sein, z. B. ebenfalls
ein "wedge" Bond. Die Erfindung kann
in diesem Fall benützt
werden um entweder die Qualität
des "wedge" Bonds auf dem ersten
Anschlusspunkt oder die Qualität
des "wedge" Bonds auf dem zweiten
Anschlusspunkt zu überprüfen. Im ersten
Fall ist die Kapillare 8 in der Nähe des ersten Anschlusspunktes
und im zweiten Fall wie am obigen Beispiel beschrieben in der Nähe des zweiten
Anschlusspunktes seitlich der Drahtbrücke 5 zu platzieren.
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Das
Substrat ist durch die Anwendung vorgegeben. Das Substrat ist beispielsweise
ein Leadframe oder eine Folie mit Leiterbahnen oder auch ein Halbleiterchip,
wenn Halbleiterchips direkt aufeinander montiert werden (im Fachjargon
als "stagged die" Anwendung bekannt).