DE102016107028A1

DE102016107028A1 - Bond site test setup and bond site test methods

Info

Publication number: DE102016107028A1
Application number: DE102016107028.9A
Authority: DE
Inventors: Golta Khatibi; Bernhard Czerny
Original assignee: Technische Universitaet Wien
Current assignee: Technische Universitaet Wien
Priority date: 2016-04-15
Filing date: 2016-04-15
Publication date: 2017-10-19

Abstract

Bondstellen-Prüfanordnung zur Prüfung der Ermüdungsfestigkeit und Langzeit-Zuverlässigkeit von Drahtbondverbindungen elektronischer Bauelemente, welche aufweist: einen Substrathalter zum starren Fixieren eines Bauelements, das mindestens eine zu prüfende Drahtbondverbindung aufweist, oder eines Trägers desselben; einen Klemmhalter zum lösbaren Erfassen und klemmenden Festhalten des Bonddrahtes der zu prüfenden Drahtbondverbindung an einer Verbindungsstelle auf dem Bauelement mit einer vorbestimmten Klemmkraft; einen mechanisch an den Klemmhalter gekoppelten Schwingungserzeuger zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung mit vorbestimmter Frequenz bzw. vorbestimmtem Frequenzspektrum und vorbestimmter Schwingungsrichtung und zur Beaufschlagung des Klemmhalters mit dieser Schwingung, der insbesondere einen piezoelektrischen Wandler aufweist; und eine Registrierungs- und Auswertungseinrichtung zur Registrierung und Auswertung eines Prüfvorganges.A bond site tester for testing the fatigue strength and long-term reliability of wire bonds of electronic components, comprising: a substrate holder for rigidly fixing a device having at least one wire bond joint to be tested or a carrier thereof; a clamp holder for releasably engaging and clampingly holding the bonding wire of the wire bond to be tested at a joint on the device with a predetermined clamping force; a mechanically coupled to the clamp holder vibration generator for generating a mechanical vibration with a predetermined frequency or predetermined frequency spectrum and predetermined vibration direction and for acting on the clamping holder with this vibration, which has in particular a piezoelectric transducer; and a registration and evaluation device for registration and evaluation of a test procedure.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bondstellen-Prüfanordnung zur Prüfung der Ermüdungsfestigkeit und Langzeit-Zuverlässigkeit von Drahtbondverbindungen elektronischer Bauelemente sowie ein entsprechendes Bondstellen-Prüfverfahren.The invention relates to a bond site test arrangement for testing the fatigue strength and long-term reliability of wire bond connections of electronic components, as well as a corresponding bond site test method.

Qualität und Lebensdauer von elektronischen Komponenten / Halbleiterbauteilen hängen wesentlich von Qualität und Lebensdauer der Mikroverbindungen, wie Bondungen oder Lötungen zwischen einzelnen Werkstücken aus gleichen oder unterschiedlichen Werkstoffen ab. Von besonderer Bedeutung ist hier die Grenzverbindungsfläche zwischen Bonddraht und Bondoberfläche an der Delamination und Rissbildung bis zur Drahtabhebung (lift-off Fehler) erfolgen kann.The quality and lifetime of electronic components / semiconductor devices are largely dependent on the quality and lifetime of the microcompounds, such as bonding or soldering between individual workpieces made of the same or different materials. Of particular importance here is the boundary interface between bonding wire and bonding surface at the delamination and cracking can take place up to the wire lifting (lift-off error).

Bekannt sind statische Pull- und Shear Tester, deren Aufgabe darin besteht, die Qualität der gelöteten Bonddrahtverbindungen in mikroelektronischen Bauteilen zu prüfen. Die Prüfung erfolgt durch einmaliges Anziehen am Verbindungsdraht mittels eines Hakens (Pull- oder Zugtest) oder durch Anstoßen am Verbindungsdraht mittels eines meißelförmigen Stifts (Querbelastung im Shear- oder Schertest). Es gibt nicht destruktive Pull- und Shear Tests, bei denen eine vorbestimmte (mindestens oder durchschnittlich auszuhaltende) Zug- oder Scherkraft eingesetzt wird, und destruktive Pull- und Shear Tests, bei denen die Zug- oder Scherkraft bis zur Riss- oder Bruchbildung erhöht wird.Static pull and shear testers are known whose task is to test the quality of the soldered bonding wire connections in microelectronic components. The test is carried out by a single tightening on the connecting wire by means of a hook (pull or tensile test) or by abutment on the connecting wire by means of a chisel-shaped pin (transverse load in the shear or shear test). There are non-destructive pull and shear tests using a predetermined (or at least or average) tensile or shear force, and destructive pull and shear tests where the tensile or shear force is increased to cracking or fracturing ,

Es sind auch statische Pull Tests bekannt, bei denen der Bonddraht mittels eines Greifers festgehalten wird und der Zug durch Bewegung der Plattform, auf der die Probe fixiert ist, ausgeführt wird.Static pull tests are also known in which the bonding wire is held in place by a gripper and the pull is performed by moving the platform on which the sample is fixed.

Die Bestimmung der Ermüdungsfestigkeit und die Zuverlässigkeit einer Drahtbondverbindung über die Lebensdauer wird über dynamische Tests ermittelt, in denen die zyklische Belastung der Bonds durch wiederholte mechanische und oder thermische Belastung nachvollzogen wird. The determination of fatigue strength and the reliability of a wire bond over the service life is determined by dynamic tests, in which the cyclic loading of the bonds is reproduced by repeated mechanical and / or thermal stress.

Für Ballbonds ist ein Schertest bekannt, bei dem ein meißelförmiger Stift als Testwerkzeug genutzt wird. Der Ballbond ist auf einem Probenhalter fixiert, der sich hin- und herbewegt, so dass der Stift eine Querbelastung auf den Ballbond ausüben kann. Ein Sensor dient dazu, einen Mindestabstand zwischen Stiftspitze und Probenhalter herzustellen, damit die Scherbelastung nur am Ballbond erfolgt und nicht den Probenhalter trifft.
http://www.nordson.com/en/divisions/dage/test-types/fatigue For ball bonds a shear test is known in which a chisel-shaped pen is used as a test tool. The ballbond is fixed on a sample holder which reciprocates so that the pin can exert a transverse load on the ballbond. A sensor is used to establish a minimum distance between the pen tip and sample holder, so that the shear stress occurs only on the ball bond and does not hit the sample holder.
http://www.nordson.com/en/divisions/dage/test-types/fatigue

Für Leads in sog. Lead Frames ist ein Biegetest bekannt, bei dem der Lead Frame an einem Probenhalter fixiert ist. Unter vorgegebenem Biegewinkel wird auf den Lead wiederholte Zugbelastung ausgeübt. Dazu wird das Ende des Leads eingeklemmt und Lasten darauf aufgebracht.
http://sixsigmaservices.com/othertestingservices.asp#LeadFatigue For leads in so-called lead frames, a bending test is known in which the lead frame is fixed to a sample holder. At a predetermined bending angle repeated tensile load is exerted on the lead. To do this, pin the end of the lead and apply loads to it.
http://sixsigmaservices.com/othertestingservices.asp#LeadFatigue

Ein im Vergleich dazu wesentlich beschleunigtes Verfahren bietet die DE 10 2005 016038 . Die Testzeit wird von Wochen auf wenige Stunden reduziert: Die Schertests werden in einem Ultraschallsystem, das in Resonanz erregt wird und mit einer Frequenz von mehreren kHz schwingt, durchgeführt. Das Messprinzip beruht darauf, dass das schwingende System (Probenhalter oder auf den Probenhalter aufgeklebtes Werkstück) mit einem sehr viel kleineren Werkstück über eine Mikroverbindung verbunden wird. Durch Beschleunigung eines ausschließlich durch den Bond verbundenen Werkstücks gegen das andere, am Probenhalter fixierte Werkstück wird unter Ausnutzung der Massenträgheit des anderen Werkstücks eine Relativbewegung gegeneinander erzeugt. Die Mikroverbindung wird dadurch in Scherung bzw. in Scherung und Dehnung belastet. Das Prüfverfahren ist für die Prüfung von Drahtbonds geeignet, jedoch kann die Testung nicht für fertig konfigurierte mikroelektronische Bauteile erfolgen, sondern es müssen spezielle Testpräparate hergestellt werden. A much faster compared to that offers the DE 10 2005 016038 , The test time is reduced from weeks to a few hours: The shear tests are carried out in an ultrasound system that is excited in resonance and vibrates at a frequency of several kHz. The measuring principle is based on the fact that the oscillating system (sample holder or workpiece glued to the sample holder) is connected to a much smaller workpiece via a micro-connection. By accelerating a workpiece connected exclusively by the bond against the other workpiece fixed to the sample holder, a relative movement relative to one another is produced by exploiting the inertia of the other workpiece. The micro-compound is thereby loaded in shear or in shear and strain. The test method is suitable for the testing of wire bonds, however, the testing can not be done for pre-configured microelectronic components, but special test preparations must be made.

Nachteilig ist darüber hinaus, dass das Handling der Proben (Aufkleben des Testpräparats an ausgewählten Stellen des Probenhalters) zeitaufwendig ist und aufgrund der benötigten Präzision nur von Experten durchgeführt werden kann.Another disadvantage is that the handling of the samples (sticking of the test preparation at selected points of the sample holder) is time-consuming and can only be performed by experts due to the required precision.

Mit der beschleunigten mechanischen Testung der Ermüdungsfestigkeit von Verbindungen in mikroelektronischen Bauteilen befassen sich die Publikationen G. Khatibi, W. Wroczewski, B. Weiss, T. Licht, A Fast Mechanical Test Technique for Lifetime Estimation of Micro-joints, Microelectronics Reliability 2008 (48) 1822–1830 sowie G Khatibi, M Lederer, B Weiss, T Licht, J Bernardi, H Danninger, Accelerated Mechanical Fatigue Testing and Lifetime of Interconnects in Microelectronics, Procedia Engineering, 2010 (2) 511–519 .The publications deal with the accelerated mechanical testing of the fatigue strength of compounds in microelectronic devices G. Khatibi, W. Wroczewski, B. Weiss, T. Licht, A Fast Mechanical Test Technique for Lifetime Estimation of Microjoints, Microelectronics Reliability 2008 (48) 1822-1830 such as G Khatibi, M Lederer, B Weiss, T Licht, J Bernardi, H Danninger, Accelerated Mechanical Fatigue Testing and Lifetime of Interconnects in Microelectronics, Procedia Engineering, 2010 (2) 511-519 ,

Prüfvorrichtungen und -verfahren für statische Pull- bzw. Shear-Tests sind beispielsweise beschrieben in DE 19752319 A1 , EP 0772036 A2 , US 4 453 414 , US 2008/0257059 A1 , US 2013/0186207 A1 , US 7 753 711 B2 und JP H07130797 (A) .Test devices and methods for static pull or shear tests are described, for example, in US Pat DE 19752319 A1 . EP 0772036 A2 . US 4,453,414 . US 2008/0257059 A1 . US 2013/0186207 A1 . US 7 753 711 B2 and JP H07130797 (A) ,

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bondstellen-Prüfanordnung und ein entsprechendes Bondstellen-Prüfverfahren anzugeben, die sich insbesondere für nahezu beliebig konfigurierte Bauelemente bzw. Module und auch zur Anwendung unmittelbar in einem Produktionsprozess eignen und zur Bedienung bzw. Ausführung keine hochqualifizierten Spezialisten erfordern.The present invention has for its object to provide an improved bonding sites test arrangement and a corresponding bonding sites test method, which is particularly suitable for almost any configured components or modules and Also suitable for use directly in a production process and require no highly qualified specialists for operation or execution.

Diese Aufgabe wird in ihrem Vorrichtungsaspekt durch eine Bondstellen-Prüfanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in ihrem Verfahrensaspekt durch ein Bondstellen-Prüfverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Zweckmäßige Fortbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.This object is achieved in its device aspect by a bond site test arrangement having the features of claim 1 and in its method aspect by a bond site test method having the features of claim 12. Advantageous further developments of the inventive concept are the subject of the respective dependent claims.

Die Erfindung schließt den Gedanken ein, den Bonddraht der zu prüfenden Drahtbondverbindung an der Verbindungsstelle auf dem Bauelement zu erfassen und mit einer vorbestimmten Klemmkraft festzuhalten und in diesem Zustand einer speziellen Wechselbelastung auszusetzen. Sie schließt weiter den Gedanken ein, diese Wechselbelastung durch einen mechanisch an den Klemmhalter gekoppelten Schwingungserzeuger zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung mit vorbestimmter Frequenz bzw. vorbestimmtem Frequenzspektrum und vorbestimmter Schwingungsrichtung und zur Beaufschlagung des Klemmhalters mit dieser Schwingung bereitzustellen. Der Schwingungserzeuger weist hierbei insbesondere einen piezoelektrischen Wandler auf. Eine Registrierungs- und Auswertungseinrichtung dient zur Registrierung und Auswertung des Prüfvorganges.The invention includes the idea to detect the bonding wire of the wire bond to be tested at the connection point on the component and to hold it with a predetermined clamping force and to subject it to a special alternating load in this state. It further includes the idea of providing this alternating load by means of a vibration generator mechanically coupled to the clamping holder for generating a mechanical oscillation having a predetermined frequency or predetermined frequency spectrum and predetermined oscillation direction and for acting on the clamping holder with this oscillation. The vibration generator in this case has in particular a piezoelectric transducer. A registration and evaluation device is used for registration and evaluation of the inspection process.

Die vorgeschlagene Anordnung und das Verfahren stehen im Kontext der sog. HCF(High Cycle Fatigue)- bzw. VHCF(Very High Cycle Fatigue)-Testung und widmen sich im Speziellen der Grenzverbindungsfläche zwischen Bonddraht und Bondoberfläche unter zyklischer Wechsel- bzw. Scherbelastung zur Erzeugung von Drahtabhebungen (Lift-Off-Fehlern).The proposed arrangement and the method are in the context of the so-called HCF (High Cycle Fatigue) - or VHCF (Very High Cycle Fatigue) test and are dedicated in particular to the boundary interface between the bonding wire and bonding surface under cyclic alternating or shear stress to produce of wire lifts (lift-off errors).

Die erfindungsgemäße Prüfanordnung und das Prüfverfahren ermöglichen eine wesentliche Einsparung an Prüfzeit gegenüber bekannten Verfahren und erhöhen somit die Ausbeute an geprüften Bondverbindungen pro Zeiteinheit. Die essentielle Verkürzung der Prüfdauer erleichtert erheblich den Einsatz in laufenden Produktionsprozessen und ermöglicht außerordentlich breit angelegte Prüfungen, d.h. die Erreichung eines neuen Niveaus an Aussagekraft der Prüfungen. Die Einfachheit der Anordnung und des Verfahrens ermöglichen die Bedienung durch speziell eingewiesenes Laborpersonal, was ebenfalls die breite Anwendung erleichtert und unter Kostenaspekten vorteilhaft ist.The test arrangement according to the invention and the test method allow a substantial saving in test time compared to known methods and thus increase the yield of tested bonds per unit time. The essential shortening of the test duration greatly facilitates the use in running production processes and allows extremely wide-ranging tests, i. the achievement of a new level of validity of the examinations. The simplicity of the arrangement and the method allow operation by specially trained laboratory personnel, which also facilitates the broad application and is advantageous in terms of cost.

In einer Ausführung der vorgeschlagenen Prüfanordnung umfasst der Klemmhalter Klemmen, die eine vorbestimmte Klemmkraft durch vorgespannte Klemmbackengeometrie besitzen, welche auf die Drahtstärke der Drahtbondverbindung angepasst ist. In weiteren Ausgestaltungen weist der Klemmhalter Querschnitts-Einstellmittel zur Anpassung an Bonddrähte unterschiedlichen Durchmessers und/oder unterschiedlicher Querschnittsform und/oder Klemmpunkt-Einstellmittel zur Einstellung des Klemmpunktes an dem oder jedem Bonddraht und/oder Klemmkraft-Einstellmittel zum Einstellen der Klemmkraft auf. Mit diesen Optionen lässt sich die Prüfanordnung universell an verschiedenste Bauelement- und Bondverbindungs-Konfigurationen anpassen und ermöglichst somit die Prüfung eines außerordentlich breiten Spektrums an Prüfobjekten.In one embodiment of the proposed test arrangement, the clamp holder includes clamps having a predetermined clamping force by biased jaw geometry adapted to the wire gauge of the wire bond connection. In further embodiments, the clamp holder has cross-section adjustment means for adapting to bonding wires of different diameter and / or different cross-sectional shape and / or clamping point adjustment means for adjusting the clamping point on the or each bonding wire and / or clamping force adjusting means for adjusting the clamping force. With these options, the test fixture can be universally adapted to a wide variety of device and bond connection configurations, enabling testing of an extremely wide range of test objects.

In weiteren Ausführungen weist der Schwingungserzeuger Frequenz-Einstellmittel zur Einstellung der Schwingungsfrequenz und/oder Amplituden-Einstellmittel zum Einstellen der Schwingungsamplitude, insbesondere eines Resonanzzustandes mit dem Klemmhalter, auf. Vorteilhafterweise wird das Verfahren in Resonanz ausgeführt, es können aber auch gewisse Verschiebungen gegenüber dem Resonanzzustand bewusst herbeigeführt werden.In further embodiments, the vibration generator frequency adjustment means for adjusting the vibration frequency and / or amplitude adjustment means for adjusting the vibration amplitude, in particular a resonance state with the clamp holder, on. Advantageously, the method is carried out in resonance, but it can also deliberately induced certain shifts relative to the resonance state.

In einer anderen Ausführung umfasst die Prüfanordnung Schwingungsparameter-Erfassungsmittel zur Erfassung mindestens eines Schwingungsparameters des in Schwingung versetzten Bonddrahtes, insbesondere der Schwingungsamplitude, insbesondere zur Feststellung von Frequenzverschiebungen als Hinweis auf Defekte, wie Rissbildung in der zu prüfenden Drahtbondverbindung. Hiermit ist also speziell eine Verschiebung tatsächlicher gegenüber voreingestellten Schwingungsparametern feststellbar, die auf das Vorliegen von Defekten und ggfs. auch deren Natur und mögliche Ursachen schließen lässt.In another embodiment, the test arrangement comprises vibration parameter detection means for detecting at least one vibration parameter of the oscillated bonding wire, in particular the vibration amplitude, in particular for determining frequency shifts as an indication of defects such as cracking in the wire bond to be tested. Thus, a shift of actual versus preset vibration parameters can be detected, which indicates the presence of defects and, if necessary, their nature and possible causes.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schwingungserzeuger im Zusammenwirken mit dem Klemmhalter derart ausgebildet, dass der zu prüfenden Drahtbondverbindung eine im Wesentlichen parallel zur Ebene der Verbindungsstelle auf dem Bauelement gerichtete Wechselbelastung aufgeprägt wird. Weiterhin ist vorteilhafterweise der Schwingungserzeuger zu einem Betrieb im Frequenzbereich zwischen 20 kHz und 80 kHz ausgebildet.In an advantageous embodiment, the vibration generator is designed in cooperation with the clamping holder such that the wire bond connection to be tested is impressed on the component directed substantially parallel to the plane of the junction alternating load. Furthermore, the oscillator is advantageously designed for operation in the frequency range between 20 kHz and 80 kHz.

In einer weiteren vorteilhaften, die Einsatzmöglichkeiten der Prüfanordnung erweiternden Ausführung sind dem Klemmhalter Zugkraft-Beaufschlagungsmittel zur Beaufschlagung mit einer vorbestimmten, insbesondere senkrecht zur Ebene der Verbindungsstelle auf dem Bauelement gerichteten, Zugkraft zugeordnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Ausführung sind die Zugkraft-Beaufschlagungsmittel einstellbar, womit wiederum eine Anpassung an verschiedenartige Bondverbindungs- und allgemein Halbleitermodul-Konfigurationen vorteilhaft möglich ist.In a further advantageous embodiment which expands the possible uses of the test arrangement, tensile force is applied to the clamping holder for application of a predetermined tensile force, in particular perpendicular to the plane of the connection point on the component. In an advantageous embodiment of this embodiment, the traction-Beaufschlagungsmittel are adjustable, which in turn an adaptation to various Bondverbindungs- and generally semiconductor module configurations is advantageously possible.

Gleichfalls im Kontext der Erweiterung der Aussage- und Einsatzmöglichkeiten stehen Ausführungen mit einer Temperier- oder Klimatisierungseinrichtung zur Beaufschlagung der zu prüfenden Drahtbondverbindung mit einer vorbestimmten Temperatur bzw. vorbestimmten Klimagrößen, optional einem vorbestimmten zeitlichen Verlauf derselben, während des Prüfvorganges. In Ausgestaltungen ist insbesondere die Klimatisierungseinrichtung zur Bereitstellung einer einstellbaren Temperatur und/oder einstellbaren Luftfeuchtigkeit und/oder einstellbaren Zusammensetzung der Atmosphäre über der zu prüfenden Drahtbondverbindung ausgebildet. Likewise, in the context of the extension of the statement and application possibilities are embodiments with a tempering or air conditioning device for acting on the wire bond to be tested with a predetermined temperature or predetermined climatic variables, optionally a predetermined time course of the same, during the testing process. In embodiments, in particular, the air-conditioning device is designed to provide an adjustable temperature and / or adjustable air humidity and / or adjustable composition of the atmosphere over the wire bond connection to be tested.

In einer weiteren Ausführung hat die Prüfanordnung Kopplungsmittel, um als Aufsatz auf ein Bondgerät verwendet werden zu können. Hiermit ist eine weitere Vereinfachung dahingehend möglich, dass ein eigener Schwingungserzeuger nicht benötigt wird, sondern der Transducer des angekoppelten Bondgerätes eingesetzt werden kann. Überdies lässt sich die Prüfanordnung auf diese Weise besonders gut in einen laufenden Produktionsprozess integrieren.In a further embodiment, the test arrangement has coupling means in order to be used as an attachment to a bonding device. Hereby, a further simplification is possible to the effect that a separate vibration generator is not needed, but the transducer of the coupled bonding device can be used. Moreover, the test arrangement can be integrated in this way particularly well in an ongoing production process.

Verfahrensaspekte der Erfindung ergeben sich weitgehend aus den oben erwähnten Vorrichtungsaspekten, sodass insoweit von Wiederholungen Abstand genommen wird.Process aspects of the invention are largely due to the device aspects mentioned above, so that repeats are omitted in this respect.

Es wird darauf hingewiesen, dass im Zusammenhang mit einer Ausführung, bei der die Erfassung mindestens eines Schwingungsparameters des in Schwingung versetzten Bonddrahtes, speziell der Schwingungsamplitude, insbesondere zur Feststellung von Frequenzverschiebungen als Hinweis auf Defekte, wie Rissbildung in der oder jeder geprüften Drahtbondverbindung, vorgesehen ist, die Einstellung der Schwingungsfrequenz und -amplitude für den nachfolgenden Prüfvorgang entsprechend dem erfassten Resonanzzustand möglich ist.It should be noted that in the context of an embodiment in which the detection of at least one vibration parameter of the vibrated bonding wire, especially the vibration amplitude, in particular for detecting frequency shifts as an indication of defects, such as cracking in the or each wire bond tested, is provided in that the adjustment of the oscillation frequency and amplitude is possible for the subsequent test procedure in accordance with the detected resonance state.

Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Auswertung des Prüfvorganges anhand eines Simulationsprogramms ausgeführt werden kann, das eine Korrelation thermisch und mechanisch induzierter Grenzflächen-Spannungen an der Verbindungsstelle anhand einer Finite-Elemente-Simulation umfasst.It should also be pointed out that the evaluation of the test procedure can be carried out on the basis of a simulation program which comprises a correlation of thermally and mechanically induced interfacial stresses at the connection point on the basis of a finite element simulation.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich im Übrigen aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und von Ausführungsaspekten der Erfindung anhand 1. Diese zeigt eine schematische Darstellung einer Bondstellen-Prüfanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.Incidentally, advantages and expediencies of the invention will become apparent from the description of an embodiment and from aspects of the invention 1 , This shows a schematic representation of a bond site test arrangement 1 according to an embodiment of the invention.

Hiernach umfasst die Bondstellen-Prüfanordnung 1 einen Substrathalter 3 zur starren Fixierung eines Halbleitersubstrats 5, auf dem mittels eines Bonddrahtes 7 eine Bondstelle 7a ausgebildet wurde. Zur Prüfung der Ermüdungsfestigkeit und Langzeit-Zuverlässigkeit der Bondstelle 7a wird der Bonddraht 7 direkt an der Bondstelle 7a mit einem Klemmhalter 9 ergriffen, der zwei (nicht gesondert dargestellte) Klemmen und Klemmkraft-Einstellmittel 9a aufweist. Hereinafter, the bond site test arrangement includes 1 a substrate holder 3 for the rigid fixation of a semiconductor substrate 5 on which by means of a bonding wire 7 a bond 7a was trained. For testing the fatigue strength and long-term reliability of the bond site 7a becomes the bonding wire 7 directly at the bond site 7a with a clamp holder 9 grasped, the two (not shown separately) terminals and clamping force adjusting means 9a having.

Der Klemmhalter 9 seinerseits ist in einer Klemmhalter-Zugführung 11 höhenverstellbar und mit voreinstellbarer Zugkraft gehaltert. Die Klemmhalter-Zugführung 11 umfasst einen Zugkraftsensor 13 zur Erfassung der effektiven Zugkraft. Ein Ultraschall-Schwingungserzeuger 15 mit einstellbaren Schwingungsparametern (Frequenz, Amplitude) ist mechanisch an die Klemmhalter-Zugführung 11 und somit an den Klemmhalter 9 gekoppelt.The clamp holder 9 in turn is in a clamp-cable management 11 height adjustable and held with presettable pulling force. The clamp holder cable guide 11 includes a tensile force sensor 13 for detecting the effective traction. An ultrasonic vibrator 15 with adjustable vibration parameters (frequency, amplitude) is mechanically attached to the clamp cable guide 11 and thus to the clamp holder 9 coupled.

Bei der gezeigten Ausführung sind alle mechanischen Komponenten der Prüfanordnung 1 in einer Klimakammer 17 untergebracht, in der die Temperatur und ggfs. weitere Parameter (Luftfeuchtigkeit, Gaszusammensetzung der Atmosphäre ...) über eine Klima-Einstellvorrichtung 19 vorwählbar sind. Eine Klemm- und Zugkraft-Einstellstufe 21 dient zur Voreinstellung einer definierten Klemmkraft des Bonddrahtes über die Klemmkraft-Einstellmittel 9a und einer definierten Zugkraft über die Klemmhalter-Zugführung 11. In the embodiment shown, all mechanical components of the test arrangement 1 in a climatic chamber 17 housed in the temperature and, if necessary, other parameters (humidity, gas composition of the atmosphere ...) via an air conditioning setting device 19 are preselected. A clamping and tension setting stage 21 serves to preset a defined clamping force of the bonding wire via the clamping force adjusting means 9a and a defined tensile force on the clamp-cable management 11 ,

Zur Auswertung der Tests dient eine Registrierungs- und Auswertungseinrichtung 23, der über entsprechende Eingänge seitens der Klima-Einstellvorrichtung 19 und Klemm- und Zugkraft-Einstellstufe 21 zugeführt werden. Weiterhin empfängt die Registrierungs- und Auswertungseinrichtung 23 die seitens des Zugkraftsensors 13 erfassten effektiven Zugkraftwerte am Bonddraht 7 und die Einstellparameter des Schwingungserzeugers 15 und optional Messwerte von einem wahlweise vorgesehenen (gestrichelt gezeichneten) Schwingungssensor 25 zur Erfassung effektiver Schwingungsparameter des in Schwingung versetzten Bonddrahtes 7.For evaluation of the tests, a registration and evaluation facility is used 23 , which has corresponding inputs on the part of the climate control 19 and clamping and tension setting stage 21 be supplied. Furthermore, the registration and evaluation device receives 23 the part of the tension sensor 13 recorded effective tensile force values on the bonding wire 7 and the adjustment parameters of the vibrator 15 and optionally measured values from an optionally provided (dashed line) vibration sensor 25 for detecting effective vibration parameters of the vibrated bonding wire 7 ,

Zum Betrieb dieser Bondstellen-Prüfanordnung kann auf die vorstehenden allgemeinen Ausführungen und die anhängenden Ansprüche verwiesen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die verschiedenen Einstellmittel sowohl zu einer stufenlosen Einstellung bestimmter Testparameter als auch zu einer Einstellung in vorbestimmten Stufen ausgebildet sein können, und dass einerseits nicht sämtliche in der Figur gezeigten Einstellmittel bei jeder Ausführung der Prüfanordnung vorgesehen sein müssen und andererseits in anderen Ausführungen noch weitere Einstell- und Messmittel vorgesehen sein können. For operation of this bond site test arrangement, reference may be made to the above general embodiments and the appended claims. It should be noted that the various adjustment means can be designed both for continuous adjustment of certain test parameters and for adjustment in predetermined stages, and that on the one hand not all adjustment means shown in the figure must be provided for each execution of the test arrangement and on the other hand in others Designs even more adjustment and measuring means can be provided.

Auch insgesamt ist die Ausführung der Erfindung nicht auf das Schema der 1 und die oben erläuterten Aspekte beschränkt, sondern im Rahmen der anhängenden Ansprüche in einer Vielzahl weiterer Varianten möglich.Also overall, the embodiment of the invention is not on the scheme of 1 and the aspects discussed above, but within the scope the appended claims in a variety of other variants possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005016038 [0008]
DE 19752319 A1 [0011]
EP 0772036 A2 [0011]
US 4453414 [0011]
US 2008/0257059 A1 [0011]
US 2013/0186207 A1 [0011]
US 7753711 B2 [0011]
JP 07130797 A [0011]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

http://www.nordson.com/en/divisions/dage/test-types/fatigue [0006]
http://sixsigmaservices.com/othertestingservices.asp#LeadFatigue [0007]
G. Khatibi, W. Wroczewski, B. Weiss, T. Licht, A Fast Mechanical Test Technique for Lifetime Estimation of Micro-joints, Microelectronics Reliability 2008 (48) 1822-1830 [0010]
G Khatibi, M Lederer, B Weiss, T Licht, J Bernardi, H Danninger, Accelerated Mechanical Fatigue Testing and Lifetime of Interconnects in Microelectronics, Procedia Engineering, 2010 (2) 511-519 [0010]

Claims

Bonding tester for fatigue strength testing and long-term reliability of wire bonds of electronic components, comprising: a substrate holder for rigidly fixing a device having at least one wirebond connection to be tested, or a carrier thereof; a clamp holder for releasably engaging and clampingly holding the bonding wire of the wire bond to be tested at a joint on the device with a predetermined clamping force; a mechanically coupled to the clamp holder vibration generator for generating a mechanical vibration with a predetermined frequency or predetermined frequency spectrum and predetermined vibration direction and for acting on the clamping holder with this vibration, which has in particular a piezoelectric transducer; and a registration and evaluation device for registration and evaluation of a test procedure.

The bonding site testing assembly of claim 1, wherein the clamping holder comprises terminals having a predetermined clamping force by biased jaw geometry adapted to the wire thickness of the wire bond connection.

The bond site tester assembly of claim 2, wherein the clip holder has cross-section adjustment means for fitting to bonding wires of different diameter and / or different cross-sectional shape and / or nip adjustment means for adjusting the nip point at the bond site and / or clamping force adjustment means for adjusting the nip force.

A bond site tester as claimed in any one of the preceding claims, wherein the vibrator comprises frequency adjusting means for adjusting the vibration frequency and / or amplitude adjusting means for adjusting the vibration amplitude, in particular a resonant condition with the clamp holder.

Bonding site test arrangement according to one of the preceding claims, wherein the vibration generator is designed in cooperation with the clamping holder such that the wire bond to be tested is impressed a substantially parallel to the plane of the connection point directed on the component alternating load.

A bond site tester as claimed in any one of the preceding claims, wherein the vibrator is adapted for operation in the frequency range between 20 kHz and 80 kHz.

Bonds test set according to one of the preceding claims, wherein the clamping holder tensile force-applying means are assigned for acting with a predetermined, in particular directed perpendicular to the plane of the connection point on the component, tensile force, which in particular tensile force adjusting means.

Bonding site test arrangement according to one of the preceding claims, with oscillation parameter detection means for detecting at least one oscillation parameter of the vibrated bonding wire, in particular the oscillation amplitude, in particular for determining frequency shifts as an indication of defects, such as cracking in the wire bond to be tested.

Bonds test arrangement according to one of the preceding claims, with a tempering or air conditioning device for acting on the wire bond to be tested with a predetermined temperature or predetermined climate variables, optionally a predetermined time course of the same, during the testing process.

Bonding site test arrangement according to claim 9, wherein the air conditioning device is designed to provide an adjustable temperature and / or adjustable humidity and / or adjustable composition of the atmosphere over the wire bond to be tested.

Bonding site test arrangement according to one of the preceding claims, with coupling means in order to be used as an attachment to a bonding device.

Bonding test method for testing the fatigue strength and long-term reliability of wire bonds of electronic components, comprising: rigidly fixing a component having at least one wirebond connection to be tested or a support thereof; clampingly holding the bonding wire of the wirebond connection to be tested near a joint on the device with a predetermined clamping force; the generation of a mechanical vibration with a predetermined frequency or predetermined frequency spectrum and a predetermined direction of vibration for acting on the clamping holder with this vibration; and the registration and evaluation of a test procedure.

Bonding site testing method according to claim 12, wherein an oscillation frequency and / or oscillation amplitude suitably matched to the wire bonding connection to be tested is set, in particular for setting a resonance state.

The bond site test method of claim 13, including detecting at least one vibration parameter of the vibrated bond wire, in particular the vibration amplitude, in particular for detecting frequency shifts indicative of defects such as cracking in the or each wire bond tested.

The bond site test method of claim 14, including adjusting the oscillation frequency and amplitude for the subsequent test operation in accordance with the detected resonant condition.

Bonding-bonding test method according to one of Claims 12 to 15, comprising subjecting the wire bond connection to be tested to a predetermined temperature or predetermined climate variables, optionally a predetermined time profile thereof, during the test procedure.

Bonding-bonding test method according to one of claims 12 to 16, wherein the evaluation of the test procedure is performed on the basis of a simulation program that includes a correlation of thermally and mechanically induced interfacial stresses at the joint by means of a finite element simulation.