1. Asic to Hybrid Bonds

ursprüngliches Programm:

Loop Form:0; Loop Mode: 1; Z Loop Presign: 30; Abs Loop Height: 0; Loop Height: 140%; Clamp Flag: 0; Nominal Loop Distance: 800; Reverse Height: 300; Reverse Factor: 0; XY Loop Height Factor: 30; Z Loop Delay: 50; Loop Stretching: 0; Z Loop Speed1/2/Loop Speed XY: 100; Loop Reverse Acceptance Factor: 0; Absolute Turn Height: 500; Correction Factor 1: 90; Correction Factor 2: 70

Bond Parametres: Ultrasonic Time: 25, Ultrasonic Power: 55, Bond Force: 25, Touch Down Force: 20 (auf Asic und Hybrid)

Anfertigung einer Heatmap (basierend auf den Bonddrähten von fünf Asics), um sich einen Überblick zu verschaffen:

Da einige der Bonds immer noch schwächer erschienen als die anderen, blieb die Frage, ob einige Stellen der Asics generell anfälliger sind als andere, deshalb wurde anhand von den Bonddrähten an fünf Asics auf einem bereits verunreinigten Hybrid eine Übersicht darüber aufgestellt, welche Regionen des Asics unter nicht optimalen Bondbedingungen welche durchschnittliche Zugfestigkeit aushalten:

(Die blauen Säulen zeigen die durchschnittliche Zugfestigkeit der Bonds, die orangen die Standardabweichung (d.h. die Zuverlässigkeit dieses Bonds), grüne Anteile am danebenliegenden Balken sind Lift Offs auf dem Hybrid, gelbe Heel Breaks auf dem Hybrid, rote Heel Breaks auf dem Asic, blaue Lift Offs auf dem Asic)

Da häufig die kurzen Drähte anfälliger erscheinen als die langen, wurden die Bonds nun auf einem sauberen Hybrid auf die Hypothese getestet: sind die kürzeren Drähte schwächer als die längeren?

Eine Längenabhängigkeit konnte in diesen Längenbereichen nicht festgestellt werden, allerdings führte der unebene Hybrid-Untergrund zu deutlich zu schwachen Drähten. Deshalb wurde der Parameter Touch Down Force auf 30 erhöht, wodurch auch die schwächsten Bonds mindestens eine Zugstärke von 6 cN aushielten.

Für die Verbesserung der Bondparameter wurde zunächst der mit den neuen Parametern angefertigte Pulltest betrachtet und die Schwachstellen der Bonds ausgewertet.

Da auf dem Hybrid auf Goldpads gebondet wird, wäre zu erwarten, dass der Großteil der Drähte auf dem Hybrid nachgibt. Da fast die Hälfte der Drähte ihre Schwachstelle auf den Bondpads des Asics hatte, wurde entschieden, sowohl auf dem Asic als auch auf dem Hybrid die Parameter zu variieren.

Der hohe Anteil von Heel Breaks auf dem Asic lässt zu hohe Einstellungen vermuten, deshalb wurden hier Bond Force und Ultrasonic Power jeweils um fünf reduziert (ausgehend von den bisherigen Einstellungen 25/75), der hohe Anteil von Lift Offs auf dem Hybrid lässt zu niedrige Einstellungen vermuten, deshalb wurden hier Bond Force und Ultrasonic Power jeweils um fünf erhöht (ebenfalls ausgehend von 25/75).

Die zur Verfügung stehenden acht Asics eines Barrel-Hybrids wurden jeweils in zwei Regionen aufgeteilt (jeweils 42 Drähte) und gebondet.

Dabei ergaben sich die folgenden Verteilungen:

Die Diagramme wurden nach drei Kriterien beurteilt:

1. durchschnittliche Zugfestigkeit im Bereich von mindestens 8 cN

2. wenig Draehte mit weniger als 5 cN Zugfestigkeit (davon ausgehend, dass diese Draehte entstehen, wenn Bondpads verschmutzt oder zerkratzt sind oder der Hybrid oder Asic beim Bonden nachgegeben haben, sollten die Bondparameter so eingestellt sein, dass sie auch unter suboptimalen Bondbedingungen mindestens eine Zugfestigkeit von 5 cN erreichen)

3. moeglichst wenig Lift Offs auf dem Hybrid (Lift Off 2)

Entsprechend dieser Kriterien wurde die Entscheidung fuer die Parameterkombination B1 getroffen, eventuell mit einer Aenderung auf A1 fuer laengere Draehte.

2. Asic to Sensor Bonds

ursprüngliches Bondprogramm:

Bond Parametres: Ultrasonic Time: 25, Ultrasonic Power: 65, Bond Force: 30, Touch Down Force: 30 (auf Asic und Sensor)

Anfangs wurden alle Bonds von Asic auf Sensor gebondet, da allerdings auf dem Asic gelegentlich Tails auftreten, die bis in das nächste Bondpad ragen, wurde getestet, ob die Bondrichtungen gegenläufig sein können: die unteren Drähte von Sensor auf Asic und die oberen Drähte von Asic auf Sensor gebondet werden können.

Dafür geeignete Parameter konnten nicht gefunden werden, allerdings ließ sich eine Loopform finden, mit der sowohl untere als auch obere Drähte von Sensor auf Asic gebondet werden können, ohne sich zu berühren (getestet mit Lasermikroskop an mehreren Stellen entlang der Bonds).

Loop Form:0; Loop Mode: 1; Z Loop Presign: 59; Abs Loop Height: 0, Loop Height: 145% (untere Bonds), 155% (obere Bonds); Clamp Flag: 0; Nominal Loop Distance: 750; Reverse Height: 600; Reverse Factor: 0; XY Loop Height Factor: 36; Z Loop Delay: 39; Loop Stretching: 0; Z Loop Speed1/2/Loop Speed XY: 100; Loop Reverse Acceptance Factor: 0; Absolute Turn Height: 500; Correction Factor 1: 50; Correction Factor 2: 80

(Mikroskop-Bilder: Querschnitte über obere/untere Drähte)

Nachdem die Loopform verändert wurde, wurde eine neue Reihe Pulltests angesetzt, um die Bondparameter (Ultrasonic Power und Bond Force) zu optimieren. Beide wurden jeweils um 5 variiert und es ergab sich folgendes Ergebnis:

(da die Pulltests zeigten, dass die Schwäche des Drahts auf der Seite des Sensors lag, wurden nur die Parameter für den Bondvorgang auf dem Sensor variiert)

Wobei auffiel, dass eine Verringerung der ursprünglichen Parameter (65/30) einzeln zu einer Verschlechterung der Ergebnisse führte (5,3 auf 5,23/4,98), gemeinsam jedoch zu einer Verbesserung führte. Ein möglicher Erklärungsansatz für dieses nicht intuitive Ergebnis war die unterschiedliche Länge der Drähte vom Asic auf den Sensor (Längenunterschiede von bis zu 400 Mikrometern im Vergleich zu durchschnittlich 4500 Mikrometern Drahtlänge), die für den Pulltest verwendet wurden und somit erneut die Frage aufwarfen, ob die Zugfestigkeit der Bonds von deren Länge abhängt.

Qualitativ wurde die Frage mithilfe der unteren Bonds (Asic to Sensor) untersucht, die folgende Verteilung der Zugfestigkeit zeigt:

Da daraus eine Änderung der Zugfestigkeit mit der Bondlänge festgestellt werden konnte, die die Ergebnisse der Pulltests beeinflusst haben könnte, wurde versucht, dieser Effekt mithilfe von Bonds definierter Länge zu quantifizieren (ein linearer Verlauf wurde im für den Pulltest wichtigen Bereich von 4000 bis 5000 Mikrometern für den Fit angenommen):

Mithilfe der im Fit ermittelten Parameter wurden die in einem zweiten Pulltest ermittelten Messwerte auf eine mittlere Länge korrigiert (d.h. die Zugfestigkeit berechnet, die sich ergeben würde, hätten alle Bonds dieselbe Länge).

Daraus ergaben sich die folgenden Werte:

Aufgrund der ermittelten Parameter wurden folgende Bondparameter auf dem Sensor festgelegt:

Ultrasonic Power: 60, Bond Force: 22

Fuer alle Parameter und Bondvorgaenge ist eine erneute Evaluierung erforderlich, sobald der neue Draht verwendet wird.