DE3701652C2 - - Google Patents
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- H01L2924/1904—Component type
- H01L2924/19043—Component type being a resistor
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen
Überwachung der Bondkraft und der Ultraschallamplitude bei
halb- und vollautomatischen, einen Ultraschallgenerator auf
weisenden Bondmaschinen, bei welcher die verstärkten Ausgangs
signale eines ersten Sensors zur Messung der Bondkraft und ei
nes zweiten Sensors zur Messung der Ultraschallamplitude ein
Datenerfassungs- und Auswertegerät beaufschlagen.
Während der Herstellung von integrierten Schaltkreisen werden
die Chips auf einen Trägerkörper aufgeklebt und mittels dünner
Gold- oder Aluminiumdrähte an den Rahmen kontaktiert. Da für
die Überwachung der halb- und vollautomatischen Bondmaschinen
bisher keine zufriedenstellend arbeitenden Vorrichtungen zur
Verfügung stehen, kommt es öfters im Laufe der Zeit zu mehr
oder weniger gravierenden Einstellabweichungen der Bondma
schine, was eine Beeinträchtigung der Qualität der ausgeführ
ten Bondverbindungen mit sich bringt.
Aus der US-A-38 27 619 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur
Überwachung der Bondkraft und der Ultraschallamplitude be
kannt, bei welcher als erster Sensor zur Messung der Bondkraft
ein unterhalb des jeweiligen Bausteins angeordneter piezoelek
trischer Sensor und als zweiter Sensor zur Messung der Ultra
schallamplitude eine an den Anschlußdraht des Ultraschallgene
rators angekoppelte Spule vorgesehen sind. Die Ausgangssignale
der beiden Sensoren beaufschlagen ein Datenerfassungs- und
Auswertegerät, mit welchem die Qualität der Bondverbindungen
überwacht wird. Eine ähnlich aufgebaute Vorrichtung, mit wel
cher die Bondkraft, die Schwingungsamplitude und der Weg des
Bondarms gleichzeitig registriert werden, ist aus der DE-
Z:DVS-Berichte, Bd. 40, Nov. 1976, S. 122-126 bekannt.
Aus der DE-A-34 35 511 ist es bekannt, an dem Schaft der Elek
trode einer Widerstandpunktschweißmaschine vier um 90° ver
setzte und zur Elektrodenachse parallel ausgerichtete Deh
nungsmeßstreifen anzubringen. Diese Dehnungsmeßstreifen sind
mit einer Anzeige- bzw. Auswerteeinrichtung verbunden, so daß
die Größe der Axialkraft, der Querkraft und der Absolutkraft
berechnet werden kann sowie der Kraftangriffswinkel der Abso
lutkraft.
Aus der US-A-34 53 540 ist eine Schaltung zur Analyse von vor
übergehend auftretenden Signalen bekannt, mit welcher die Si
gnale frequenzmäßig zerlegt und gleichgerichtet werden. Hier
durch können die zu erfassenden Signalanteile von den für eine
Auswertung unerwünschten Signalanteilen getrennt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Überwachung der
Bondkraft und der Ultraschallamplitude während des Bondvorgan
ges und damit auch die Qualität der ausgeführten Bondverbin
dungen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genann
ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
- - an der Ober- und Unterseite des Bondarms den ersten Sensor bildende Dehnungsmeßstreifen angebracht sind, die die ver tikale Verbiegung des Bondarms, die der Bondkraft propor tional ist, messen,
- - seitlich am Bondarm ein den zweiten Sensor bildender pie zoelektrischer Sensor angebracht ist,
- - das verstärkte Ausgangssignal des zweiten Sensors fre quenzmäßig in mehrere Anteile zerlegt ist, die ganzzahli gen Vielfachen der Grundfrequenz des Ultraschallgenerators entsprechen und daß
- - die einzelnen frequenzmäßig zerlegten Teile in eine Gleichspannung verwandelt und ihre momentanen Amplituden zum Zeitpunkt des Bondens gespeichert sind.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin begründet,
daß damit der Verlauf der Bondkraft und der Ultraschallampli
tude über den gesamten Bondprozeß hinweg kontinuierlich aufge
nommen und analysiert werden kann und damit eine gleichblei
bende Qualität der Bondverbindung sichergestellt werden kann.
Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Bondarm mit Mitteln zur Überwachung der Bondpa
rameter und
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Elektronik für diesen Vorgang.
Mit 1 ist ein Bondarm bezeichnet, durch dessen Bondspitze 2
ein Draht 3, z. B. aus Gold oder Aluminium, verläuft. In fla
chen Ausfräsungen 4, 5 an der Ober- und Unterseite des Bondar
mes 1 mit kreisförmigem Querschnitt sind einen ersten Sensor 6
bildende Dehnungsmeßstreifen angebracht, von denen in der Fi
gur 1 nur der obere sichtbar ist. Bei einem Bondarm 1 mit
rechteckigem Querschnitt kann die Notwendigkeit zur Ausfräsung
entfallen. Von diesen Dehnungsmeßstreifen führen Verbindungs
leitungen 7 zu einem nicht dargestellten Verstärker des vom
ersten Sensor 6 ermittelten Bondkraftsignals. In einer seitli
chen Ausfräsung 8 des Bondarms 1 ist ein zweiter Sensor 9 an
geordnet, der über Leitungen 10 mit einem nicht gezeichneten
Verstärker für die Ultraschallsignale verbunden ist. Bei einem
Bondarm 1, der von Haus aus eine Flachstelle besitzt, kann die
Notwendigkeit zur Ausfräsung entfallen.
Nach der Darstellung in der Fig. 2 umfaßt eine Bondmaschine
11 unter anderem folgende Teile, die Signale abgeben: einen
Ultraschallgenerator 12 an einen Trigger 13, den zweiten Sen
sor 9 am Bondarm 1 (vgl. Fig. 1) an einen Verstärker 14 und
den durch die Dehnungsmeßstreifen auf dem Bondarm 1 gebildeten
ersten Sensor 6 an einen Verstärker 15, z. B. einen Operati
onsverstärker. Ausgangsseitig ist der Verstärker 14, der eben
falls ein Operationsverstärker sein kann, mit einem 60 kHz
Hochpaß 16 verbunden, dessen Ausgang zu einer Filterbank 17
führt. Die Filterbank 17 besteht aus Durchlaßfiltern für die
Oberschwingungen der Grundfrequenz des Ultraschallgenerators
(60 kHz). Durch die fünf dargestellten Pfeile an der Ausgangs
seite der Filterbank 17 ist symbolisiert, daß beispielsweise
die Frequenzen 60, 120, 180, 240 und 300 kHz zur Weiterverar
beitung gelangen. Zwischenwerte sind damit ausgeschlossen,
aber die Auswertung weiterer Vielfacher der Grundfrequenz
durchaus möglich.
Die Signale des Verstärkers 15 gelangen in ein Filter 18, an
das sich ein Zwischenspeicher (latch) 19 anschließt. An den
Ausgang eines AC/DC-Umwandlers 20 ist ein sample and hold Bau
stein 21 angeschlossen, dessen Werte in das Datenerfassungs
und Auswertegerät 22 kommen.
Der Bondparameter Bondkraft wird durch die auf dem Bondarm 1
(vgl. Fig. 1) angebrachten, den ersten Sensor 6 bildenden Deh
nungsmeßstreifen erfaßt. An diesen Stellen mißt der aufge
klebte Dehnungsmeßstreifen die vertikale Verbiegung des Bond
armes 1 während des Bondvorganges. Diese Größe ist der Bond
kraft proportional, so daß ein geeigneter, nachgeschalteter
Verstärker eine der kraftproportionalen Spannung abgibt. Diese
Spannung wird über das Filter 18, z. B. ein Tiefpaßfilter, und
den Zwischenspeicher 19 dem Datenerfassungs- und Auswertegerät
22 zugeführt.
Die Messung und Überwachung des Bondparameters Ultraschall ge
schieht durch die Messung der Ultraschallamplitude am Bondarm
1 (vgl. Fig. 1) selbst. Dazu wird der Bondarm 1 seitlich flach
angefräst und mit dem durch einen piezoelektrischen Sensor ge
bildeten zweiten Sensor 9 bestückt. Dieser zweite Sensor 9 re
gistriert während des Bondvorganges das Ultraschallsignal und
führt es einem geeigneten Verstärker 14 zu. Nach dieser Ver
stärkerstufe wird das Signal in dem Hochpaß 16 frequenzmäßig
in mehrere Anteile zerlegt, die ganzzahligen Vielfachen der
Grundfrequenz von 60 kHz entsprechen (Frequenz des Ultra
schallgenerators 12). Dadurch wird eine separate Messung der
Grundfrequenz von 60 kHz und der Oberschwingungen ermöglicht.
Da der Anteil der Oberschwingungen bedingt wird durch die
Wechselwirkung des Bondarmes mit dem IC, kann durch diese Art
der Messung, nämlich Grundfrequenz und Anteil der Oberschwin
gungen, diese Einflußgröße auf die Bondverbindung gemessen und
kontinuierlich überwacht werden. Die einzelnen, frequenzmäßig
zerlegten Anteile des Ultraschallsignales werden per Datenaus
wertegerät erfaßt und weiterverarbeitet. Dazu werden die Si
gnale in dem AC-DC-Umwandler 20 in eine Gleichspannung verwan
delt und ihre momentane Amplitude zum Zeitpunkt des Bondens z. B.
mittels des sample and hold-Bausteines 21 festgehalten.
Die gemessenen Parameter, Bondkraft und Ultraschallamplitude,
werden zu einem gegebenen Zeitpunkt (Triggerimpuls vom Ultra
schallgenerator 12) zusammen mit anderen Größen (z. B. Tempe
ratur des Bausteins) ausgelesen und dem Datenerfassungs- und
Auswertegerät 22 zugeführt. Dort werden die gemessenen Werte
mit Richtwerten verglichen, wodurch die Möglichkeit der Beur
teilung der durchgeführten Bondverbindung entsteht. Ferner
können die verschiedenen Bondparameter der Bondmaschine über
einen Regelvorgang nachgeregelt und somit konstant gehalten
werden. Dadurch wird eine gleichbleibende Qualität der Bond
verbindung sichergestellt.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Überwachung der Bondkraft
und der Ultraschallamplitude bei halb- und vollautomati
schen, einen Ultraschallgenerator (12) aufweisenden Bond
maschinen (11), bei welcher die verstärkten Ausgangssignale
eines ersten Sensors (6) zur Messung der Bondkraft und ei
nes zweiten Sensors (9) zur Messung der Ultraschallampli
tude ein Datenerfassungs- und Auswertegerät (22) beauf
schlagen,
dadurch gekennzeichnet,
daß
- - an der Ober- und Unterseite des Bondarms (1) den ersten Sensor (6) bildende Dehnungsmeßstreifen angebracht sind, die die vertikale Verbiegung des Bondarms (1), die der Bondkraft proportional ist, messen,
- - seitlich am Bondarm (1) ein den zweiten Sensor (9) bil dender piezoelektrischer Sensor angebracht ist,
- - das verstärkte Ausgangssignal des zweiten Sensors (9) frequenzmäßig (16) in mehrere Anteile zerlegt ist, die ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz des Ultra schallgenerators (12) entsprechen und daß
- - die einzelnen frequenzmäßig zerlegten Teile in eine Gleichspannung (20) verwandelt und ihre momentanen Am plituden zum Zeitpunkt des Bondens gespeichert (21) sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die momentanen Amplituden mittels eines sample and
hold-Bausteines (21) festgehalten sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie die gemessenen und gespeicherten Werte der Bond
kraft und der Ultraschallamplitude zu einem gegebenen ein
stellbaren Zeitpunkt ausliest und dem Datenerfassungs- und
Auswertegerät (22) zuführt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß neben der Bondkraft und der Ultraschallamplitude auch
die Temperatur des entsprechenden Bausteins als Bondpara
meter dient.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Datenerfassungs- und Auswertegerät (22) einen
Soll-Istwertvergleich durchführt und in Abhängigkeit die
ses Vergleichs die Bondmaschine (11) steuert.
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