KR0155153B1 - 와이어 본딩방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR0155153B1
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bonding
discharge
capillary
ball
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유끼하루 아끼야마
요시오 오시마
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미다 가쓰시게
가부시끼가이샤 히다찌세이사꾸쇼
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Description

와이어본딩방법 및 그 장치
제1도는 본 발명의 1실시예인 와이어본딩장치를 도시한 설명도.
제2a~2j도는 실시예의 와이어본딩공정에 있어서의 본딩공구 등의 위치 관계를 공정순으로 도시한 설명도.
제3도는 상기 본딩공정에 대응한 각 기구의 동작타이밍을 도시한 설명도.
제4도는 본 실시예에 의해 본딩이 완료한 상태의 반도체칩(3)의 주변을 도시한 설명도.
제5도는 본 실시예에 있어서의 루프높이와 배선거리의 관계를 도시한 설명도.
제6도는 마찬가지로 볼형성의 필요길이와 볼지름의 관계를 도시한 설명도.
제7도는 본 실시예의 본딩공정을 도시한 흐름도.
제8도는 에어분무노즐과 방전전극의 위치관계를 도시한 사시도.
제9도는 방전전극의 구동기구를 도시한 사시도.
제10도는 방전전극과 피복와이어의 위치관계를 도시한 단면도.
제11도는 제2클램퍼의 클램프기구를 도시한 평면도.
제12도는 와이어텐션부를 도시한 사시도.
제13도는 그의 와이어검출기구를 도시한 단면도.
제14도는 와이어스풀을 도시한 사시도.
제15도는 상기 와이어스풀의 부착구조를 도시한 일부단면도.
제16도는 방전전원회로의 회로구성을 도시한 블럭도.
제17도 및 제18도는 권선부분 및 방전갭의 전압강하와 인가전압의 관계를 도시한 설명도.
제19도는 피복막제거를 위한 방전조건을 설명하기 위한 모식도.
제20도는 실험결과에서 얻어진 갭강하전압의 1예를 도시한 설명도.
제21도는 갭강하전압의 변동량과 방전전류의 관계를 도시한 설명도.
제22도는 피복막제거를 위한 방전전에 절연파괴용 전압을 인가하는 상태를 도시한 설명도.
제23a~23j는 본 발명의 와이어본딩방법의 다른 실시예의 동작의 1예를 순서대로 도시한 공정도.
제24도는 본 발명의 와이어본딩장치의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 도시한 측면도.
제25도는 본 발명의 다른 실시예인 와이어본딩장치의 주요부를 추출해서 도시한 사시도.
제26도는 제25도의 일부를 더욱더 확대해서 도시한 단면도.
제27a~27h는 본 발명의 또 다른 실시예인 와이어본딩방법의 1예를 공정순으로 도시한 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 반도체칩 3b : 본딩패드
4 : 리이드프레임 6 : 본딩헤드
10 : 캐필러리(본딩공구) 13 : 피복와이어
13a : 중심선(芯線) 13b : 피복막
13c : 볼 13d : 노출부
14 : 제1클램퍼 15 : 제2클램퍼
153a, 153b : 솔레노이드 17 : 방전전극
16 : 에어분무노즐 18 : 방전전원회로
18b : 검출부 170a, 170b : 전극조각
170c, 170d : 절연조각 20 : 제어부
22 : 와이어텐션부
본 발명은 와이어본딩기술에 관한 것으로서, 특히 피복와이어를 사용한 반도체 집적회로장치의 조립에 있어서의 와이어본딩공정에 적용해서 유효한 기술에 관한 것이다.
반도체 집적회로장치의 제조에 있어서의 조립공정에서는 소정의 집적회로가 형성된 반도체펠릿상에 마련된 다수의 외부접속전극과 실장시에 외부접속단자로서 기능하는 여러개의 리이드를 접속하는 방법으로서 양자 사이에 도전성의 금속선을 가설하는 와이어본딩기술이 알여져 있다.
한편, 최근에는 반도체 집적회로장치를 한층더 고집적화 및 수형화하는 등의 요청에 호응해서 접속할 외부접속전극의 밀도가 비약적으로 증대해 가고 있으며, 이것에 수반해서 본딩와이어의 간격 및 선지름은 미세화의 일로를 걷고 있어 본딩와이어 상호의 단락이나 본딩와이어의 강성 저하에 따른 와이어루프 이상 등의 문제를 발생시키고 있다.
상기와 같은 현상에 대처하기 위해서 금속으로 이루어지는 중심선(芯線)에 절연피복을 실시한 피복와이어를 사용한 와이어본딩기술이 알려져 있다.
그런, 캐필러리 등의 본딩공구에 삽입관통된 와이어의 선단부를 용융시켜서 볼형상으로 형성하여 본딩을 실행하는 주지의 볼본딩기술에서는 리이드측에서의 본딩은 절연피복된 와이어의 측면을 리이드표면에 대해서 압압하여 실행하기 때문에, 접합강도의 저하나 전기저항의 증대 등의 본딩신뢰성의 저하가 염려된다.
이상의 관점에서, 일본국 특허공개공보 소화62-140428호 및 일본국 특허 공개공보 소화62-104127호에 있어서 피복와이어를 사용한 와이어본딩 특히 리이드측으로의 본딩에 대한 개량안이 개시되어 있다.
전자(前者)는 피복와이어의 리이드측으로의 본딩동작시에 본딩공구에 의한 압압력(押壓力)을 다단계로 증대시키는 것에 의해서, 피복와이어의 중심선과 리이드 사이에 개재하는 절연상의 피복막을 배제해서 접합부의 신뢰성을 확보하도록 한 것이다.
또, 후자는 절연피복와이어의 리이드측으로의 본딩동작시에느 절연피복와이어가 삽입관통되는 캐필러리의 가열과 캐필러리의 가진을 병용하는 것에 의해서, 절연피복와이어의 중심선과 리이드 사이에 개재하는 절연피복재를 배제해서 접합부의 신뢰성을 확보하고자 한 것이다.
그런데, 상기의 어떤 기술에 의해서도 피복와이어의 리이드측으로의 본딩시에 피복막을 접합부에 개재시킨 채로의 상태에서 본딩을 개시한다는 점에 있어서는 변함이 없고, 상기 피복막이 열변성하는 것 등에 의해 발생한 이물이 중심선과 리이드 사이에 잔존해서 본딩부에 있어서의 접합강도의 열화(劣化)나 전지저항의 증대의 원인으로 되는 것이 염려되어 본딩신뢰성을 향상시키는 것이 곤란하다는 것이 본 발명자에 의해서 명확하게 되었다.
또, 상기 양기술에 있어서는 피복와이어의 중심선과 본딩공구 사이에 피복막이 개재된 상태에서 본딩이 실행되기 때문에, 본딩하중이나 가열 등에 의해서 와이어에서 박리한 피복막조각이나 이물이 본딩공구의 와이어삽입관통부로 침입해서 이것을 오염시키고 피복와이어의 원활한 송출(공급)이나 끌어들임(감기)조작을 저해하는 원인으로 되어 안정된 본딩작업의 실현이 곤란하다는 것이 마찬가지로 명확하게 되었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 제1의 목적은 피복와이어와 제2위치에 있어서의 접합신뢰성의 확보시에 장치구성을 복잡화하지 않고 이것을 실현할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2의 목적은 피복와이어를 구성하는 피복막에 기인하는 본딩공구의 오염을 방지해서 안정된 본딩작업을 가능하게 하는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3의 목적은 와이어의 송출 및 끌어들임동작을 안정하게 실행할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 제4의 목적은 본딩볼의 형성시에 항상 안정된 볼형성을 가능하게 하는 기술을 제공하는 것이다.
본 발명의 제5의 목적은 절연피복와이어의 측면부와 제2위치에 있어서의 접합부의 신뢰성을 확보하는 것이 가능한 와이어본딩기술을 제공하는 것이다.
상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부도면에 의해 명확하게 될 것이다.
본원에 있어서 개시되는 발명중 대표적인 것의 개요를 간단하게 설명하면, 대략 다음과 같다.
첫째, 위치정보에 따라서 산출되는 필요길이만큼 피복와이어를 본딩공구의 선단부에서 인출하고, 피복와이어에 있어서의 제2접합예정부분인 피복와이어의 중심선과 방전전극 사이에서 피복막을 거쳐 방전을 실행시키고, 그 때의 방전에너지에 의해서 미리 피복막의 일부를 제거하여 중심선의 노출부를 형성한 후, 제1접합예정부분인 피복와이어의 선단의 중심선과 상기와 동일한 방전전극 사이에서 피복막을 거쳐 방전을 실행시키고, 이 선단의 피복막을 제거해서 중심선을 용융시켜 볼을 형성한 후 이 볼을 제1위치에 접합하고, 계속해서 본딩공구에서 송출된 피복와이어의 상기 노출부를 제2위치에 접합하는 것이다.
이것을 실현하기 위해서, 본딩공구에 삽입관통된 피복와이어의 제1접합예정부분인 피복와이어의 선단의 바로아래 위치와 이 피복와이어의 제2접합예정부분인 피복와이어의 측면의 위치 사이를 변위가능한 방전전극을 구비한 장치구조로 하는 것이다.
또, 상기 방전시에 방전전극의 전극면에 대해서 기체의 분무를 실행하는 것이다.
둘째, 스풀에서 본딩공구에 이르는 사이에 와이어의 축심방향과 거의 수직인 방향으로 부세력(付勢力)을 부가하고 상기 소정의 본딩부분과는 역방향으로 와이어에 대해 장력(張力)을 인가함과 동시에, 이 부세력의 인가와 동일위치에서 와이어를 인식하는 것에 의해서 와이어의 이완(느슨해짐)상태를 검출하고, 이 검출결과에서 이완상태가 항상 일정하게 되도록 스풀의 회전을 제어하는 것이다.
세째, 볼형성 또는 피복막제거를 위한 방전시 본딩의 진행에 따른 피복와이어길이의 감소에 의해 발생하는 전압강하를 수시로 검출함과 동시에, 이것을 방전전극과 선단부 사이의 방전갭에 있어서의 전압강하에 가산해서 다음방전의 인가전압을 산출하는 것이다.
또, 이 때 방전갭에 있어서의 강하전압을 미리 방전갭길이와 방전전류의 함수로서 준비해 두는 것이다.
네째, 와이어스풀에서 본딩공구에 삽입관통된 와이어의 제1접합예정부분을 제1위치에 접합한 후 본딩공구내에서 와이어를 자유상태로 하여 본딩공구를 소정 높이까지 상승시킨 후, 수평방향으로의 이동과 함께 본딩공구를 제2위치로 하강시킬 때 상기 와이어에 대해 제2위치와는 역방향으로 인장력을 작용시키는 것이다.
이것을 실현하기 위해서, 와이어스풀에서 본딩공구에 이르는 와이어경로상에 피복와이어를 측면에서 파지(把持;꽉 쥠)함과 동시에 적어도 고정클램프상태와 마찰클램프상태의 2단계이상의 파지력의 제어가 가능한 클램퍼를 구비한 와이어 본딩장치로주로 하는 것이다.
다섯째, 상기 반도체칩에 있어서의 최조와이어의 본딩이 완료한 후 후속 피복와이어에 있어서의 일정길이의 제2접합부분에 있어서의 피복막을 제거하고, 다음의 반도체칩 또는 부착부재에 대해서 더미본딩을 실행하고, 계속해서 다음의 반도체칩에 대해서 제1와이어의 본딩을 실행하는 것이다.
상기한 첫째 수단에 의하면, 방전전극을 볼형성용과 피복막제거용으로 공용하는 것에 의해서, 장치구조를 복잡화하지 않고 피복와이어에 있어서의 제1접합예정부분과 제2접합예정부분에 있어서의 볼형성 및 중심선의 노출이 가능하게 되어 피복와이어를 사용한 접합신뢰성이 높은 와이어본딩이 가능하게 된다. 또, 이것은 상기 방전전극을 피복와이어의 제1접합예정부분인 피복와이어의 선단의 바로아래 위치와 이 피복와이어의 제2접합예정부분인 피복와이어의 측면의 위치 사이를 변위가능한 구조로 하는 것에 의해서 용이하게 실현할 수가 있다. 또, 이 때 방전전극면에 대해 기체의 분무를 실행하는 것에 의해서 피복막의 열분해가스 등의 피착에 의한 방전전극의 오염을 방지할 수 있어 장기간에 걸쳐 안정한 방전상태를 유지할 수가 있다.
둘째 수단에 의하면, 와이어텐션(wire tension) 및 와이어의 인식을 동일위치에서 동시에 실행할 수 있고 또 와이어에 대한 인장력의 인가와 와이어의 검출을 동일위치에서 동시에 실행할 수 있기 때문에, 와이어스풀의 회전제어를 적절하게 제어할 수 있어 와이어를 항상 일정한 이완상태로 유지할 수가 있다. 이 때문에, 본딩공구의 위쪽에 있어서 와이어의 인장력에 변동을 일으키지 않고 항상 안정한 본딩작업을 할 수 있게 된다.
세째 수단에 의하면, 피복와이어길이의 감소에 따라서 항상 최적한 인가전압을 공급할 수 있기 때문에, 안정한 크기의 볼형성 및 안정한 범위에서의 피복막의 제거가 가능하게 되고 와이어스풀에 감긴 피복와이어길이에 관계없이 접합 신뢰성이 높은 안정한 와이어본딩이 가능하게 된다.
네째 수단에 의하면, 형성되는 와이어루프의 높이 제어가 가능하게 되기 때문에 와이어루프를 형성하는 와이어의 길이를 안정하게 제어할 수 있고, 그 때문에 와이어의 제2접합예정위치(피복막제거 예정부)의 설정을 고정밀도로 실행할 수 있다. 또, 이때 적어도 고정클램프상태와 마찰클램프상태의 2단계이상의 파지력의 제어가 가능한 클램퍼를 구비한 장치구조로 하는 것에 의해서, 상기 클램퍼에 의해 와이어의 끌어올림과 와이어루프 높이의 제어가 가능하게 되어 클램퍼수를 증가시키지 않고 와이어의 가설제어가 가능하게 된다.
다섯째 수단에 의하면, 반도체에 대해서 제1와이어의 본딩을 실행할 때에는 항상 일정길이의 배선거리로 제2접합부분의 피복막이 제거된 상태로 되어있기 때문에, 이것을 이용해서 더미본딩을 실행하는 것에 의해 후속하는 제1와이어부터는 항상 안정된 최적한 배선거리에 의한 본딩이 가능하게 된다.
본원에 있어서 개시되는 발명중 다른 대표적인 것의 개요를 간단하게 설명하면 다음과 같다.
즉, 본 발명으로 되는 와이어본딩방법은 본딩공구에 삽입관통된 절연피복와이어를 사용하고, 이 절연피복와이어의 선단부를 제1위치에 접합하는 조작과 본딩공구에서 송출된 절연피복와이어의 측면부를 제2위치에 접합하는 조작을 실행하는 것에 의해서 상기 제1위치와 제2위치 사이를 전기적으로 접속하는 와이어본딩방법으로서, 제1 및 제2위치의 위치정보에 따라서 산출되는 필요길이만큼 절연피복와이어를 본딩공구의 선단부에서 인출하고, 제2위치와의 접합예정부분에 있어서 절연피복와이어의 중심선과 방전전극 사이에서 절연피복을 거쳐서 방전을 실행시키고, 그 때의 방전에너지에 의해서 절연피복을 제거하여 중심선의 노출부를 형성하고 이 노출부를 제2위치에 접합하도록 한 것이다.
또, 본 발명으로 되는 와이어본딩장치는 절연피복와이어가 삽입관통되고, 대상물에 대해서 상대적으로 3차원적인 변위가 가능하게 된 본딩공구 및 절연피복와이어와의 사이에서 수시로 방전을 실행하는 병전전극을 구비하고, 방전에 의해서 볼이 형성된 절연피복와이어의 선단부를 제1위치에 접합하는 조작과 본딩공구에서 송출된 절연피복와이어의 측면부를 제2위치에 접합하는 조작을 실행하는 것에 의해서 상기 제1위치와 제2위치 사이를 전기적으로 접속하는 와이어본딩장치로서, 개개의 제1 및 제2위치정보에 따라서 상기 제1 및 제2위치에 가설되는 절연피복와이어의 필요 길이를 계산하고, 이 계산결과에 따라서 본딩공구의 선단부에서 절연피복와이어를 필요 길이만큼 인출하고, 제2위치와의 접합예정부분에 있어서 절연피복와이어의 중심선과 방전전극 사이에서 절연피복을 거쳐서 방전을 실행시키고, 그 때의 방전에너지에 의해서 절연피복을 제거하여 중심선의 노출부를 형성하고 이 노출부를 제2위치에 접합하도록 한 것이다.
상기한 본 발명의 와이어본딩방법에 의하면, 제2위치에 대한 절연피복와이어의 측면부의 접합전에 절연피복와이어의 접합예정부분의 절연피복이 제거되어 중심선의 노출부가 형성되고 있으므로, 이 노출부를 거쳐 노출된 중심선과 제2위치를 직접 접촉시킨 상태에서 본딩조작을 실행할 수 있게 되고 중심선과 제2위치 사이에 절연피복재료 등이 개재되는 것에 기닝하는 접합부의 신뢰성저하가 해소되며 절연피복와이어의 측면부와 제2위치에 있어서의 접합부의 신뢰성을 확보할 수가 있다.
또, 중심선과 제2위치 사이에 절연피복이 개재하지 않으므로 절연피복의 박리나 열변성 등에 기인하는 이물의 발생량이 대폭으로 감소함과 동시에, 본딩공구는 미리 형성된 노출부를 거쳐 노출된 절연피복와이어의 중심선을 직접적으로 압압하게 되므로 본딩공구에 이물이 침입하는 일이 없어져 본딩공구에 대한 절연피복와이어의 원활한 삽입관통이 확보되고 본딩작업의 안정한 계속이 가능하게 된다.
또, 본 발명으로 되는 와이어본딩장치에 의하면, 예를 들면 독립적으로 동작하는 제1 및 제2와이어클램퍼를 적절하게 제어해서 본딩공구로부터의 절연피복와이어의 송출을 제어하는 것에 의해서, 절연피복와이어의 선단부에서 소요(所要) 거리에 있는 제2위치와의 접합예정부분에 제2위치에 대한 절연피복와이어의 측면부의 접합전에 절연피복을 제거하여 중심선의 노출부를 형성할 수 있고, 이 노출부를 거쳐 노출된 중심선과 제2위치를 직접 접촉시킨 상태에서 본딩조작을 실행할 수 있게 되고, 중심선과 제2위치 사이에 절연피복재료 등이 개선되는 것에 기인하는 접합부의 신뢰성 저하가 해소되어 절연피복와이어의 측면부와 제2위치에 있어서의 접합부의 신뢰성을 확보할 수가 있다.
또, 중심선과 제2위치 사이에 절연피복이 개재하지 않으므로 절연피복의 박리나 열변성 등에 기인하는 이물의 발생량이 대폭으로 감소함과 동시에, 본딩공구는 미리 형성된 노출부를 거쳐서 노출된 절연피복와이어의 중심선을 직접적으로 압압하게 되므로 본딩공구에 이물이 침입하지 않게 되어 본딩공구에 대한 절연피복와이어의 원활한 삽입관통이 확보되고 본딩작업의 안정한 계속이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 구성에 대해서 실시예와 함께 설명한다.
[실시예 1]
먼저, 제1도를 사용해서 본 실시예의 와이어본딩장치에 대해서 설명한다.
가대(base)(1)상에는 본딩스테이지(2)가 동일도면의 바로앞방향에 긴쪽방향을 갖도록 배치되어 있다.
이 본딩스테이지(2)의 상부에는 부착부재로서의 리이드프레임(4)가 탑재되어 있다. 이 리이드프레임(4)는 그의 중앙에 형성된 탭(4a)상에 반도체칩(3)이 도시하지 않은 수지페이스트 등의 도전성 접착제에 의해 고정되어 있고, 상기 본딩스테이지(2)의 내부에 마련된 히터(2a)에 의해서 소정의 온도조건으로 가열되는 구조로 되어 있다.
또, 상기 가대(1)상에 있어서 상기 본딩스테이지(2)의 측면부에는 수평평면내에 있어서 이동가능한 XY테이블(5)가 배치되어 있다. 이 XY테이블(5)의 상부에는 한쪽끝을 상기 본딩스테이지(2)의 위쪽에 위치시킨 자세의 본딩헤드(6)이 축지지점(7)을 거쳐서 연직(鉛直)면내에서 진동가능하게 축지지지되어 있다. 상기 본딩헤드(6)의 다른쪽끝 측은 XY테이블(5)에 고정된 리니어모터(8)에 의해서 상하방향으로 이동제어가능하게 구성되어 있다.
상기 본딩헤드(6)의 본딩스테이지(2)측의 끝부에는 본딩암(9)가 수평방향으로 지지되어 있고, 상기 본딩스테이지(2)의 바로위에 위치하는 선단부에는 본딩공구로서의 루비 또는 세라믹 등으로 구성된 본딩공구로서의 케릴러리(10)이 장착되어 있다. 이 캐필러리(10)은 축방향으로 관통해서 형성된 도시하지 않은 와이어 삽입관통구멍을 거의 수직으로 한 자세로 고정되어 있다.
상기 캐필러리(10)의 도시하지 않은 와이어 삽입관통구멍에는 와이어스풀(12)에서 공급된 피복와이어(13)이 와이어텐션부(22), 와이어가이드(21), 제2클램퍼(15) 및 제1클램퍼(14)를 거쳐서 삽입관통되어 있다.
한편, 본딩암(9)의 베이스단측에는 압전(피에조)소자 등으로 구성된 초음파발진기(11)이 배치되어 있고, 본딩암(9)의 선단에 고정된 캐필러리(10)에 대해서 예를 들면 60kHz정도, 진폭0.5㎛~2.0㎛정도의 초음파진동을 수시로 인가할 수 있도록 되어 있다.
상기에서 설명한 본딩헤드(6)은 도시하지 않은 CPU 및 기억장치를 내장한 제어부(20)에 의해서 제어되는 구조로 되어 있고, 이와 같은 제어방법으로서는 예를 들면 상기 본딩헤드(6)의 동작을 검출하는 도시하지 않은 속도검출수단과 위치검출수단의 출력신호에 따라서 리니어모터(8)의 구동전압을 서보(servo)제어하는 것에 의해서 실행하는 것이다. 또, 반도체칩(3) 및 리이드프레임(4)상에서의 접합시의 접합하중에 대해서는 동일 리니어모터(8)의 구동전류를 제어하는 것에 의해서 실행된다.
또, 상기 본딩헤드(6)의 위쪽에는 XY테이블(5)에 고정된 인식장치(19)가 배치되어 있다. 이 인식장치(19)는 예를 들면 TV카메라 등으로 구성되어 있고, 반도체칩(3)과 리이드프레임(4)의 본딩위치를 검출하는 기능을 갖고 있다. 즉, 인식장치(19)에 의한 촬상정보에 따라서 제어부(20)은 반도체칩(3)의 검출점과 리이드프레임(4)상의 검출점 사이를 피복와이어(13)으로 연속적으로 접합 및 배선하도록 본딩헤드(6)에 대해 지시하는 구성으로 되어 있다.
여기서, 피복와이어(13)에 대해서 간단히 설명하면, 도전체인 중심선(13a)와 그 주위에 피복된 전기절연성을 갖는 고분자 수지재로 이루어지는 피복막(13b)에 의해 구성되어 있다. 중심선(13a)는 예를 들면 직경이 20~50㎛인 금(Au)선이 고려되며, 바람직하게는 직경이 25~32㎛ 정도인 것이 바람직하다. 피복막(13b)는 예를 들면 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드 또는 나일론 등의 분자재료가 고려되고, 바람직하게는 상기 폴리우레탄 또는 이것을 내열화처리한 내열폴리우레탄 등이 바람직하다. 또, 피복의 막두께는 0.2㎛~5.0㎛ 정도인 것이 고려되지만, 바람직하게는 0.5~2.0㎛ 정도인 것이 바람직하다. 이와 같의 피복막(13b)의 도포방법은 상기 수지재료를 예를 들면 5~20%의 농도로 용매에 의해 희석한 용액에 중심선(13a)를 침지한 후 가열 건조하는 방법이 고려되며, 이 때 발생하는 핀홀을 억제하기 위해서 여러회의 도포 및 건조를 반복하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 5~15회의 도포 및 건조를 반복하는 것에 의해서 핀홀의 발생은 현저하게 저감시킬 수 있었다.
이와 같은 피복와이어(13)은 와이어스풀(12)에 있어서 예를 들면 100~1000 m 정도 감기고, 그 중심선(13a)의 베이스단부(13h)(한쪽끝)은 와이어스풀(12)의 도전부에 접속되어 있다. 이 와이어스풀(12)는 스풀홀더(25)에 대해서 전기적으로 접속되어 있고, 이 스풀홀더(25)를 경유해서 방전전원회로(18)에 접속되어 있다.
제14도는 상기 와이어스풀(12)의 구조를 더욱 상세하게 도시한 도면이다.
와이어스풀(12)는 알루미늄(Aℓ) 등의 도전성 금속으로 구성되어 있고, 여기서 피복와이어(13)의 베이스단부(13h)는 피복막(13b)가 제거되어 있다. 이 때의 제거수단으로는 도시하지 않은 가스버너 등에 의해 피복막(13b)를 가열해서 열분해 제거하면 좋다. 또, 이 때에 중심선(13a) 자체도 가열해서 중심선(13a)의 베이스단부에 볼을 형성해도 좋다. 또, 전기적인 접속신뢰성을 높이기 위해서 중심선(13a)의 도중부분에 있어서 볼을 여러개 형성하도록 해도 좋다. 이와 같이 해서 중심선(13a)를 노출시킨 베이스단부는 접착테이프 등에 의해 와이어스풀(12)의 끝부에 고정된다. 이상과 같이 해서 피복와이어(13)의 중심선(13a)에 있어서의 베이스단부(13h)의 전위와 와이어스풀(12)의 전위를 동일하게 할 수 있다.
제15도는 상기 와이어스풀(12)의 부착구조를 도시한 도면이다.
즉, 상기 와이어스풀(12)는 스풀홀더(25)에 부착되고, 또 고정을 위해서 스풀고정부(252)에 의해서 상기 스풀홀더(25)에 대해서 고정되어 있다. 상기 스풀홀더(25)는 가대(1)에 고정된 L자형상의 유지부(254)에 의해서 유지된 회전모터(26)으로부터의 회전축(26a)와 연결되어 있고, 스풀홀더(25)와 함께 와이어스풀(12)가 회전제어가능하게 되어 있다.
상기 유지부(254)에 마련된 전극단자(255)에는 예를 들면 L자형상의 판스프링(253)의 후단이 고정되어 있고, 이 판스프링(253)의 선단은 스풀홀더(25)에 대해 회전축(26a)의 축 외측으로 힘을 가하고 있다.
또한, 상기 전극단자(255)는 상술한 방전전원회로(18)의 접지(GND)측과 연결되어 있다.
이와 같이, 제15도에 도시한 구성으로 하는 것에 의해서 피복와이어(13)의 중심선(13a)는 와이어스풀(12), 스풀홀더(25), 판스프링(253) 및 전극단자(255)를 거쳐서 방전전원회로(18)의 GND전위와 동일전위로 되도록 되어 있다.
상기 와이어스풀(12)에서 공급된 피복와이어(13)은 와이어텐션부(22)에 있어서 소정의 장력부가 및 검출이 실행된다.
다음에, 제12도에 의해서 상기 와이어텐션부(22)의 구조에 대해서 설명한다.
와이어텐션부(22)는 유지부(22d)에 의해 소정간격으로 유지된 1쌍의 에어분무판(22a),(22a)를 갖고 있으며, 이 대향공간에는 에어공급구(23)에서 공급되는 공급가스가 소정 유압으로 통과하는 구조로 되어 있다. 피복와이어(13)은 상기 대향공간을 에어분무판(22a),(22a)의 긴쪽방향과는 수직방향으로 삽입관통하고 있고, 상기 공급가스의 유압에 의해서 에어공급구(23)과는 반대방향으로 힘을 받고 있으며, 피복와이어(13)에 대해서 소정의 장력이 작용하는 구조로 되어 있다.
상기 한쪽의 에어분무판(22a)의 주면에는 서로 대행하는 방향으로 원형상의 검출구멍(22b)가 뚫려 있다. 이 검출구멍(22b)에는 광검출수단으로서의 반사식 광섬유센서(24)의 선단이 삽입되어 있다.
제13도는 상기 와이어텐션부(22)에 있어서의 와이어검출기구를 더욱 상세하게 설명한 단면도이다.
동일도면에 있어서 광섬유센서(24)는 발광용 섬유(241a)와 수광용 섬유(241b)로 구성되어 있다. 상기 양 섬유(241a) 및 (241b)는 모두 동일구조의 광섬유케이블(24a)로 구성되어 있다. 발광용 섬유(241a)는 도시하지 않은 LED 등의 발광원과 접속되어 있고, 또 수광용 섬유(241b)는 포토트랜지스터 등의 수광소자와 접속되어 있다. 따라서, 발광용 섬유(241a)의 선단에는 발광된 검출광은 피복와이어(13)의 주면에서 반사되고, 그 반사광이 수광용 섬유(241b)에 의해서 검출되는 구성으로 되어 있다.
또한, 이 때 광섬유센서(24)의 선단에서 대향측의 에어분무판(22a)의 안쪽끝면까지의 거리를 δ1, 광섬유센서(24)의 선단에서 이것에 가까운 측의 에어분무판(22a)의 안쪽끝면까지의 거리를 δ2, 에어분무판(22a),(22a) 사이의 대향면간의 거리를 δ3, 광섬유센서(24)의 선단에서 대향측의 에어분무판(22a)의 바깥쪽끝면 까지의 거리를 δ4로 하고, 예를 들면 δ1=0.4mm, δ2=0.1mm, δ3=0.3mm로 하고 또 δ5
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2δ4tan 30°로 하는 것에 의해서, 직경 15㎛ 정도까지의 소경(小經)의 피복와이어(13)의 검출이 가능하게 된다.
상기에서 기술한 수치는 어디까지나 1예이며, 와이어지름, 광섬유케이블(24a)의 광전달특성 및 섬유지름 등에 따라서 적절하게 변경가능하다. 요컨대, 피복와이어(13)의 검출이 가능한 범위이면 좋겠다.
또한, 광섬유센서(24)의 대향측에 마련된 δ5의 직경을 갖는 구멍(22c)는 발광용 섬유(241a)에서 발광된 검출광이 대향측의 에어분무판(22a)의 내면에서 반사되어 광섬유센서(24)를 오동작시키는 것을 방지하기 위해 마련된 것이다. 따라서, 이와 같은 구멍(22c)를 마련하는 것 대신에 에어분무판(22a)의 내면을 흑색 처리해서 검출광을 흡수시키고 반사광을 발생시키지 않도록 해도 좋다.
또, 발광용 섬유(241a)와 수광용 섬유(241b)를 다른 방향에서 피복와이어(13)쪽을 향하도록 하는 배치로 해도 좋다.
상기 구조의 와이어텐션부(22)에 있어서 피복와이어(13)에는 에어분무판(22a),(22a) 사이에 공급되는 공급가스의 유압에 의해서 항상 일정한 장력이 인가된다. 이 공급가스로서는 필터 등을 통과시켜 정화된 대기 즉 에어(air)를 사용하는 것이 가능하고, 유량으로서는 매분 5~20리터정도로 하는 것이 바람직하다. 즉, 이 이하의 유량에서는 제1클램퍼(14)와 제2클램퍼(15) 사이에 피복와이어(13)의 이완(느슨해짐)을 발생시켜 버리므로, 피복와이어(13)의 적정한 제어가 곤란하게 되기 때문이다. 한편, 이 이상의 유량에서는 위쪽으로의 인장력이 너무 강하게 되어 적정한 와이어루프의 확보가 곤란하게 될 뿐만 아니라, 제2본딩시에 적정한 꼬리(tail)절단이 곤란하게 되어 피복와이어(13)의 절단 등의 문제점을 발생시킬 가능성이 있기 때문이다.
또, 와이어텐션부(22)에 있어서는 앞에서 설명한 광섬유센서(24)에 의해서 항상 피복와이어(13)의 이완상태가 감시되고 있다. 즉, 광섬유센서(24)에 의해서 피복와이어(13)으로부터의 반사광이 검출되면 이완상태가 일정값이하 즉 긴장상태로 된 것으로 하며, 이것을 검출해서 스풀홀더(25)에 연결되어 있는 회전모터(26)이 소정량만큼 회전되고, 와이어스풀(12)에서 피복와이어(13)이 소정길이만큼 송출되는 구조로 되어 있다. 따라서, 피복와이어(13)은 와이어가이드(21)의 위쪽에 있어서 항상 일정한 이완상태를 유지하고 있다.
이 에어공급수단과 일체화된 와이어텐션부(22)에 의해서 피복와이어(13)에 대한 인장력의 인가와 피복와이어(13)의 검출을 동일위치에서 동시에 실행할 수 있기 때문에, 와이어스풀(12)의 회전제어를 적절하게 제어할 수 있고 피복와이어(13)을 항상 일정한 이완상태로 유지할 수가 있다. 이 때문에, 캐필러리(10)의 위쪽에 있어서 인장력에 변동을 일으키지 않고 항상 안정한 본딩작업을 할 수 있게 된다.
또, 광섬유센서(24)를 사용해서 피복와이어(13)에 대해 비접촉상태에서 피복와이어(13)의 검출을 할 수 있게 되므로, 피복아이어(13)을 손상시키지 않고 피복와이어(13)의 공급경로에 있어서의 절연성 저하 및 강도저하를 방지할 수가 있다.
또, 상기에서 설명한 에어공급수단과 일체화된 와이어텐션부(22)의 구조에 의해서, 피복와이어(13)의 검출기구를 별도로 마련할 필요가 없어 장치구조를 간략화할 수가 있다.
와이어가이드(21)을 삽입관통해서 위치결정된 피복와이어(13)은 동일도면 위쪽에 위치하는 제2클램퍼(15) 및 아래쪽에 위치하는 제1클램퍼(14)를 거쳐 캐필러리(10)에 삽입관통되어 있다.
제1클램퍼(14)는 본딩헤드(6)에 대해서 고정된 구조를 갖고 있고, 본딩암(9)와 동기해서 상하이동이 가능하게 되어 있다. 이 제1클램퍼(14)의 클램프부에 대해 상세한 것을 도시하지 않지만, 캐필리러(10) 바로위에 배치되어 있으며 그 클램프하중은 50~150g으로 제어되고 있다.
한편, 제2클램퍼(15)는 XY테이블(5)에 고정되어 있고, 상기 제1클램퍼(14)의 상하동작에 간섭하지 않을 정도의 높이로 상기 제1클램퍼(14) 바로위에 배치되어 있고, 제1클램퍼(14)와는 독립해서 개폐동작을 실행할 수 있는 기구를 갖고 있다.
다음에, 본 실시예의 특징적인 점의 하나인 제2클램퍼(15)의 클램프기구에 대해서 제11도를 이용해서 설명한다.
제2클램퍼(15)는 각각의 대향면이 루비 등을 구성된 클램퍼칩(151a) 및 (151b)를 갖고 있고, 이 클램퍼칩(151a),(151b)가 개폐동작하는 것에 의해서 피복와이어(13)이 개방되고 파지(把持)되는 구조로 되어 있다.
한쪽의 클램퍼칩(151a)는 요동암(156)에 고정되어 있고, 이 요동암(156)은 축지지점(157)을 중심으로 해서 회전운동가능하게 되며, 그의 후단에는 유지부(158)에 부착된 압축코일스프링(155)에 의해서 확대개방방향으로 힘이 가해지고 있다. 상기 요동암(156)의 후단과 축지지점(157) 사이에는 솔레노이드(153a)가 배치되어 있고, 통상의 상태 즉 솔레노이드(153a)가 오프(off)상태에 있어서는 압축코일스프링(155)의 확대개방력에 의해서 요동암(156)의 후단은 개방된 상탤 되고 클램퍼칩(151a)의 선단은 폐쇄된 상태 즉 피복와이어(13)을 클램프한 상태로 된다. 한편, 이것과는 반대로 솔레노이드(153a)가 온(on)상태로 되면 솔레노이드(153a)의 로드(154a)는 도면중 좌측방향으로 이동되고, 이것에 의해 피복와이어(13)이 클램프상태에서 해방된다.
또, 클램퍼칩(151b)는 상기 유지부(158)에서 돌출된 판스프링(152a)의 선단에 부착되어 있고, 이 클램프칩(151b)는 상기 솔레노이드(153a)와는 별도로 솔레노이드(153b)의 로드(154b)의 선단부에 의해 배후에서 칩면에 힘을 받는 구조로 되어 있다. 동일도면에는 솔레노이드(153b)가 온상태로 된 경우를 도시하고 있으며, 이것에 의해 판스프링(152a)는 로드(154b)에 의해 그의 변형을 구속받아 판스프링으로서의 기능을 잃어버리는 구조로 되어 있다. 또한, 상기 로드(154b)에는 한쪽끝이 유지부(158)에 고정된 L자형상의 판스프링(152b)가 부착되어 있고, 솔레노이드(153b)의 오프시에는 로드(154b)에 대해 도면중 우측방향으로 힘을 가하는 기능을 갖고 있다. 따라서, 솔레노이드(153b)가 오프상태로 된 경우에는 클램퍼칩(151b)를 유지하는 판스프링(152a)는 본래의 판스프링으로서의 기능을 회복한 상태로 된다.
이와 같이, 클램퍼칩(151b)측의 클램프력을 판스프링(152a)의 부세력에 의한 경우와 솔레노이드(153b)의 로드(154b)에 의한 고정인 경우의 2단계에 의한 클램프가 가능하게 되어 있다. 이것에 의해, 상기 제2클램퍼(15)에 대해서 피복와이어(13)을 고정적으로 파지하는 고정클램퍼와 소정의 마찰상태에서 파지하는 마찰클램퍼의 쌍방의 기능을 갖게 하는 것이 가능하게 되어 있다.
다음에, 상기 제2클램퍼(15)에 의한 클램프력의 제어에 대해서 구체적으로 설명한다.
① 클램프 오프시
이 때에는 한쪽의 솔레노이드(153a)가 온상태로 되고, 로드(154a)가 압축 코일스프링(155)에 대항해서 도면중 우측방향으로 이동되어 요동암(156)의 선단이 개방되고, 클램퍼칩(151a)는 피복와이어(13)으로부터 멀어진 위치로 퇴피(退避)하고 있다.
또, 다른쪽의 솔레노이드(153b)는 오프상태로 되어 있으며, L자형상의 판스프링(152b)의 부세력에 의해서 로드(154b)는 도면중 우측방향으로 이동되어 있다. 따라서, 클램퍼칩(151a),(151b) 사이에 이어서 피복와이어(13)은 자유상태로 되어 있다.
② 제1클램프하중 설정시
소위 「마찰클램프」의 상태이다. 이 경우에는 먼저 한쪽의 솔레노이드(153a)가 오프상태로 되는 것에 의해서 압출코일스프링(155)가 요동암(156)의 후단을 확대개방하는 방향으로 힘을 가한다. 이것에 의해서, 요동암(156)의 선단의 클램퍼칩(151a)는 피복와이어(13) 방향으로 이동한다. 이 때의 이동거리는 예를 들면 도시하지 않은 스토퍼(stopper) 등에 의해 규정된다.
이 때, 다른쪽의 솔레노이드(153b)는 오프상태로 되어 있으며, L자형상의 판스프링(152b)의 부세력에 의해서 로드(154b)는 도면중 우측방향으로 이동되고 있다.
따라서, 한쪽의 클램퍼칩(151a)에는 압축코일스프링(155)의 부세력이 인가되고, 다른쪽의 클램퍼칩(151b)에는 판스프링(152a)의 부세력이 인가된 상태로 된다. 이 때, 상기 판스프링(152a)의 탄성력과 변형량을 적절히 조정해 주는 것에 의해서, 피복와이어(13)에 대한 클램프하중을 미소하중으로 설정할 수가 있다. 이 때, 피복와이어(13)은 제2클램퍼(15)에 있어서 완전히 구속되지 않고 피복와이어(13)에 대해 이것을 캐필러리(10)에서 인출하도록 힘을 가한 경우, 이 제2클램퍼(15)의 클램퍼칩(151a) 및 (151b) 사이를 피복와이어(13)이 마찰상태에서 송출되는 구조로 되어 있다. 여기서, 피복와이어(13)의 파단(破斷)장력은 중심선 지름이 30㎛ 인 경우, 12~16gf정도이기 때문에, 이 이하의 마찰력 예를 들면 1~4gf정도의 마찰력으로 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 때, 예를 들면 마찰계수를 0.2정도로 하면, 상기 1~4gf정도의 마찰력은 5~20gf정도의 클램프력에 상당하는 것으로 된다.
이와 같은 「마찰클램프」상태를 후술하는 와이어본딩시(제2f도의 설명참조)에 기능시키는 것에 의해서, 상기 제2클램퍼(15)를 와이어루프의 높이제어에 사용하는 루프제어용 클램퍼로 할 수 있다. 따라서, 본 장치구조에 있어서는 루프제어용 클램퍼를 별도로 마련하지 않고 제2클램퍼(15)만으로 와이어의 끌어올림(고정클램프시: 제2j도 참조)과 와이어루프의 높이제어(마찰클램프시: 제2f도의 설명참조)를 가능하게 하고 있다.
③ 제2클램프하중 설정시
소위 「고정클램프」의 상태이다. 우선, 다른쪽의 솔레노이드(153b)까 먼저 온상태로 되면, L자형상의 판스프링(152b)의 부세력에 대항해서 로드(154b)가 도면중 좌측방향으로 이동된다. 이것에 의해, 판스프링(152a)는 자신에 의한 탄성변형의 구속된 상태로 된다.
계속해서, 한쪽의 솔레노이드(153a)가 오프상태로 되어 압축코일스프링(155)가 요동암(156)의 후단에 확대개방하는 방향으로 힘을 가한다. 이것에 의해서, 요동암(156)의 선단의 클램퍼칩(151a)는 피복와이어(13) 방향으로 이동한다. 이 때의 클램프하중은 다른쪽의 클램퍼칩(151b)를 지지하는 판스프링(152a)의 탄성변형이 로드(154b)에 의해서 구속되고 있기 때문에, 압축코일스프링(155)의 부세력에 의해서 결정된다. 여기서, 예를 들면 압축코일스프링(155)에 의한 클램프하중을 50~150gf로 하고 솔레노이드(153b)의 전자기력(電磁力)에 의한 로드(154b)의 부세하중을 300gf로 설정하는 것에 의해서, 압출코일스프링(155)의 부세력을 유효하게 피복와이어(13)으로 전달할 수가 있다.
또한, 이상 설명한 제2클램퍼(15)의 구동기구로서는 솔레노이드(153a),(153b) 및 판스프링(152a),(152b) 등을 사용했지만, 솔레노이드(153a),(153b) 대신에 회전모터 또는 리니어모터 등의 액추에이터를 사용하고 또 압출코일스프링(155) 및 판스프링(152a),(152b) 대신에 인장코일스프링 등을 사용해도 좋다. 요컨대, 클램퍼에 의한 클램프하중을 목적 및 용도에 따라서 전환하여 사용할 수 있는 점에 있다.
상기 제1클램퍼(14) 및 제2클램퍼(15)를 통과한 피복와이어(13)은 캐필러리(10)을 거쳐 그의 와이어선단(13e)를 캐필러리(10)의 선단에서 돌출한 상태로 되어 있다.
제1도에 있어서 상기 캐필러리(10)의 하측쪽에는 에어분무노즐(16) 및 방전전극(17)이 각각 배치되어 있다.
에어분무노즐(16)은 방전시에 있어서 제8도에 도시한 바와 같이 방전전극(17)의 전극면에 대해 기체를 분무하는 것에 의해서 전극면상의 피복막(13b)의 열분해가스 등에 의한 오염을 방지하기 위한 것으로서, 이 에어분무노즐(16)은 XY테이블(5)에 고정되어 있고 캐필러리(10) 바로아래의 설정높이위치(L0또는 L3)에 대해 에어의 분무가 가능한 구조를 갖고 있다. 즉, 에어분무노즐(16)은 가스공급구(16b)에서 공급된 가스(에어)를 도입하는 노즐관(16a)를 갖고 있으며, 이 노즐관(16a)의 선단에는 개구단면적을 협소하게 해서 분무압력을 높인 가스분출구(16c)가 형성되어 있다.
여기서, 리이드프레임(4)를 기준으로 한 상기 분무노즐(16)의 분무높이 L17은 방전전극(17)에 있어서의 전극면의 높이위치인 L0과 L3의 중간위치가 바람직하다. 따라서, 이와 같은 높이 L17은 다음식으로 산출할 수가 있다.
Figure kpo00003
또한, 1예로서 가스분출구(16c)의 단면적은 0.2~1.0mm2, 분무유량은 0.1~ 0.5ℓ/min, 가스분출구(16c)와 전극면의 거리는 0.5~2.0mm로 하는 것에 의해서 양호한 효과를 얻을 수 있었다.
또한, 에어 유량이 상기 수치보다 현저하게 많은 경우에는 방전스파크 S를 불안정하게 하여 볼(13c)의 형성이 곤란하게 되거나 피복막(13b)를 적절하게 제거할 수 없는 경우도 발생하게 된다. 또, 분무량이 극단적으로 적은 경우에는 전극면의 오염방지를 효과적으로 할 수 없는 경우도 있었다.
또, 상기 분무기체로서는 에어를 사용했지만, 이것에 한정되지 않고 아르곤(Ar), 질소(N2) 등의 불활성기체 또는 그밖의 기체를 사용해도 좋다.
다음에, 제9도를 사용해서 상기 에어분무노즐(16)의 대향위치에 배치되어 있는 방전전극(17)의 구조에 대해서 설명한다.
방전전극(17)은 방전단자로서의 전극조각(170a) 및 전극조각(170b)를 갖고 있다. 이중, 전자의 전극조각(170a)는 피복막(13b)의 제거전용 전극이지만, 후자의 전극조각(170b)는 피복막(13b)의 제거와 볼형성을 위한 겸용전극으로서 기능한다. 상기 전극조각(170a)는 제9도에 있어서 그의 상하면을 전기적인 절연물질로 이루어지는 절연조각(170c)에 의해 끼워유지한 구조를 갖고 있으며, 이들은 전극암(174a)에 의해서 지지되어 있다. 상기 전극조각(170a),(170b)의 각 단면구조는 제10도에 도시된 바와 같이 각각의 대향단면이 예각으로 가공되어 있으며, 피복막(13b)의 제거시에 있어서 중심선(13a)와의 사이에 방전스파크 S가 집중적으로 발생하기 쉬운 구조로 되어 있다.
또한, 전극조각(170b)는 상기 전극조각(170a)와 마찬가지로 그의 상하면을 절연조각(170d)에 의해 끼워유지한 구조로 되어 있지만, 그의 상면은 방전면이 노출된 구조를 갖고 있고 이 노출부분이 볼형성용 전극면으로서 기능한다.
상기 전극조각(170a) 및 (170b)는 예를 들면 텅스텐(W) 등의 내열성 도전재료로 구성할 수 있고, 또 절연조각(170c), (170d)로 되는 절연물질로서는 세라믹을 사용할 수가 있다. 상기 전극조각(170a), (170b)와 절연조각(170c),(170d)의 고정에는 예를 들면 세라믹본드 등의 내열성 접착제를 사용할 수 있다.
상기 전극조각(170a),(170b) 및 절연조각(170c),(170d)는 각각 전극암(174a),(174b)를 거쳐서 축지지점(171)을 중심으로 해서 회전이동가능한 요동암(173a),(173b)에 접속되어 있다.
상기 요동암(173a)는 상기 전극암(174a)와는 반대측의 끝부에 있어서 유지부(175)에 고정된 방전전극용 제1솔레노이드(172a)와 연결되어 있고, 요동암(173b)는 방전전극용 제2솔레노이드(172b)와 연결되어 있다. 또한, 각 요동암(173a) 및 (173b)에는 모두 인장코일스프링(176a) 및 (176b)에 의해서 제9도의 경사진 우측상부방향으로 힘이 가해지고 있다.
다음에, 상기 방전전극(17)에 있어서의 동작기구를 설명한다.
① 방전동작을 실행하지 않는 경우
이 때, 방전전극용 제1솔레노이드(172a)는 오프상태이고, 전극부재(170a)는 요동암(173a)에 걸어고정된 인장코일스프링(176a)의 부세력에 의해서 피복와이어(13)으로부터 멀어지는 방향으로 끌어당겨지고, 도시하지 않은 스토퍼 등에 의해 소정위치에서 정지되어 있다.
또, 이 때 방전전극용 제2솔레노이드(172b)는 온상태로 되어 있으며, 전극조각(170b)는 요동암(173b)에 대한 방전전극용 제2솔레노이드(172b)의 전극력에 의해서 피복와이어(13)으로부터 멀어지는 방향으로 퇴피하고 있다.
② 볼형성시
먼저, 방전전극용 제2솔레노이드(172b)가 오프상태로 되는 것에 의해서 요동암(173b)에는 인장코일스프링(176b)의 인장력이 인가되어 피복와이어(13) 방향으로 이동한다. 이때, 도시하지 않은 스토퍼의 작용에 의해서 전극조각(170b)는 피복와이어(13)의 와이어선단(13e)(하단)의 바로아래위치에서 정지한다. 또한, 제9도에서는 설명의 간략화를 위해 피복와이어(13)에 대해서 방전전극(17)측이 상하이동하고 있는 것처럼 도시하고 있지만, 실제로는 방전전극(17)의 높이위치는 고정되어 있으며 피복와이어(13)이 캐필러리(10) 및 제1클램퍼(14)의 작용에 의해 상하위치로 변위되고 있는 것이다.
이 때, 상기 스토퍼의 위치를 조정해서 전극조각(170b)의 볼형성용 전극면(노출면)이 방전기능을 발생하기 위해서는 최적한 위치로 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
③ 피복막 제거시
이 경우에는 먼저 방전전극용 제1솔레노이드(172a)가 온상태로 되고, 요동암(173a)가 방전전극용 제1솔레노이드(172a)의 전자기력에 의해서 끌어당겨지면, 전극조각(170a)는 인장코일스프링(176a)의 인장력에 대항해서 피복와이어(13) 방향으로 이동하고 소정위치에서 정지한다. 이 때의 정지위치는 방전전극용 제1솔레노이드(172a)의 설정높이위치에 따라서 결정된다. 또한, 상기 방전전극용 제1솔레노이드(172a)와 방전전극용 제2솔레노이드(172b)는 각각 독립해서 높이위치의 조정이 가능하게 되어 있다. 그 때문에, 방전전극용 제1솔레노이드(172a)를 적절히 조정해서 전극조각(170a)가 피복와이어(13)과 접촉하지 않을 정도로 예를 들면 피복와이어(13)의 바로앞 100㎛정도에서 정지하도록 설정할 수 있다.
다음에, 방전전극용 제2솔레노이드(172b)가 오프상태로 되는 것에 의해서, 인장코일스프링(176b)의 인장력에 의해 전극조각(170b)는 피복와이어(13)방향으로 끌어당겨진다. 이 때, 요동암(173b)에 마련된 스토퍼(177)의 작용에 의해서 전극조각(170b)는 전극조각(170a)의 위치에 대해서 상대적으로 위치결정된다. 즉, 양전극조각(170a),(170b)의 간격은 스토퍼(177)의 돌출길이에 의존하고 있으며, 적절히 이 스토퍼(177)을 조정하는 것에 의해 예를 들면 양자의 간격을 200㎛정도로 설정하는 것에 의해서 피복와이어(13)을 전극조각(170a),(170b) 사이에 있어서 비접촉상태로 끼워넣을 수가 있다.
또한, 끼워넣음 해방시에는 상기 동작을 순차 역으로 실행하면 좋다. 또, 상기 동작을 적정하게 실현하기 위해서는 양솔레노이드(172a),(172b)의 전자기력이 인장코일스프링(176a),(176b)의 인장력에 대해서 클 필요가 있는 것은 물론이다. 1예로서 양솔레노이드(172a),(172b)의 밀착시의 전자기력을 500gf로 했을 때, 인장코일스프링(176a),(176b)의 인장려을 100gf로 하는 것에 의해서 상기 효과를 얻을 수 있었다.
다음에, 상기 전극조각(170a),(170b)의 상세한 구조에 대해서 제10도를 사용해서 설명한다.
본 실시예에서는 전극조각(170a) 및 (170b)의 대향면측에 있어서 절연조각(170c)와 (170d)는 상기 전극조각(170a),(170b)의 대향선단보다 ℓ2만큼 서로의 대향방향으로 돌출된 구조로 되어 있다. 여기서, 피복와이어(13)의 중심선의 직경을 ℓ3, 양절연부재(170c),(170d) 사이의 거리를 ℓ1로 하면, 방전갭길이 ℓ4(제10도 및 제19도 참조)는 다음의 조건식을 만족시키도록 설정된다.
Figure kpo00004
와 같이 고정밀도로 방전갭을 설정할 수 있기 때문에, 안정한 방전상태를 얻을 수가 있다.
또한, 제9도 및 제10도에 있어서 전극조각(170a),(170b)를 끼워유지하는 절연부재(170c),(170d)는 상하 2장으로 분할해서 접착한 구조로 도시했지만, 이것에 한정되지 않고 예를 들면 절연부재(170c),(170d)를 각각 일체구조로 하고 이 속에 각각 전극조각(170a),(170b)를 끼워넣는 구조로 하여 구동시의 반복적인 충격에 대해서 전극조각(170a),(170b)가 용이하게 탈락하지 않는 구조로 해도 좋다.
또, 제9도에 있어서는 구동기구로서 방전전극용 제1솔레노이드(172a), 방전전극용 제2솔레노이드(172b) 및 인장코일스프링(176a),(176b)를 사용한 경우에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되지 않고 솔레노이드 대신에 리니어모니터 또는 회전모터 등의 액츄에이터를 사용하고 또 인장코일스프링 대신에 압착스프링, 판스프링 등의 스프링요소를 사용해도 좋다.
다음에, 제16도를 사용해서 상기 전극조각(170a),(170b)가 접속되어 있는 방전전원회로(18)의 회로구성에 대해서 설명한다.
방전전원회로(18)은 회로전체를 제어하는 전원회로 제어부(18d)를 중심으로 해서 피복와이어(13)과 방전전극(17) 사이에 방전스파크 S를 발생시키기 위한 고전압 발생부(18a), 피복와이어(13)의 전체길이(全長)저항을 계측하기 위한 저전압 발생부(18g), 이들을 검출하는 검출부(18b) 및 이 검출값을 기억하는 기억부(18c), 그리고 병렬 및 직렬로 접속된 전압측정용 및 전류측정용의 저항 R1~R4를 갖고 있다. 또, 상기 고전압 발생부(18a), 저전압 발생부(18g)와 피복와이어(13), 전극부재(170b) 사이에는 각각 스위치(18e),(18f)가 마련되어 있다. 즉, 스위치(18e)를 단락했을 때 전극 조각(170b)와 피복와이어(13)의 중심선(13a) 사이에는 소정의 고전압이 인가되고, 스위치(18f)를 단락한 상태에서는 저전압 발생부(18g)에 의한 소정의 저전압이 인가되는 구성으로 되어 있다.
여기서, 상기 구성의 방전전원회로(18)을 이용해서 방전전압의 제어를 실행하는 이유는 다음과 같다.
즉, 나선(裸線)을 사용하는 경우와는 달리 본 실시예와 같이 피복와이어(13)을 사용하는 경우에는 제17도 및 제18도에 도시한 바와 같이, 와이어스풀(12)에 감긴 상태의 피복와이어(13)의 전체길이가 방전회로에 있어서의 전압강하ΔV에 기여하게 되기 때문에, 감긴 와이어길이를 무시하고 항상 일정한 전압을 인가한 것에서는 방전전압에 변동(편차)가 발생하여 안정한 볼(13c)의 형성이 곤란하게 된다.
예를 들면, 피복와이어(13)의 중심선(13a)의 직경을 30㎛의 금선으로 구성하고, 와이어스풀(12)에 있어서의 권선길이를 1000m로 한 경우에는 와이어스풀(12)의 장착직후에 있어서의 피복와이어(13)의 전체저항은 34kΩ정도로 된다.
한편, 상기 중심선(13a)의 와이어선단(13e)에 직경이 75㎛정도인 볼(13c)를 형성하기 위한 방전조건으로서는 예를 들면 방전전류 100mA, 방전시간 0.5msec의 조건이 고려되고, 이러한 조건에서 피복와이어(13)에 있어서의 전압강하ΔV는 신규 와이어스풀(12)의 장착직후에 있어서는 3400V로 까지 된다.
또, 전극조각(170b)와 와이어선단(13e)의 방전갭에 있어서의 전압강하 V'는 후술하는 바와 같이 방전전류와 방전갭길이에 의해서 구할 수 있지만, 예를 들면 300V정도로 하는 경우 양자를 더하면 방전스파크 S를 발생시키는데 필요한 인가전압 V는 V=3400+300=3700V로 된다.
또, 상기 전압강하ΔV의 값은 본딩작업의 진행에 따른 피복와이어(13)의 소비와 함께 점점 감소하고, 와이어스풀(12)에 감긴 피복와이어(13)을 완전히 사용할 때쯤에서 거의 0V로까지 된다. 이 때문에, 새로운 와이어스풀(12)로부터의 피복와이어(13)의 사용개시부터 종료까지의 동안 일정한 전압을 인가하고 있던 것에서는 형성되는 볼(13c)에 큰 편차가 발생하게 된다.
그 때문에, 본 실시예에서는 볼(13c)의 형성을 안정하게 하기 위해서 방전전원회로(18)을 이용하여 다음과 같은 제어를 실행한다.
먼저, 볼(13c)의 형성직후에 스위치(18e)를 개방함과 동시에 스위치(18f)를 폐쇄해서 저전압 발생부(18g)를 방전회로에 접속한다. 이 상태에서 캐필러리(10)을 강하시켜 상기 볼(13c)와 전극조각(170b)를 단락시킨 상태로 하고, 저전압 발생부(18g)에서 비교적 작은 전압 V4를 인가한다.
이 때, 검출부(18b)는 저항 R4의 양끝에 있어서의 전압 V3을 계측한다. 여기서, 다음식에 의해서 피복와이어(13)의 전체길이의 저항 R이 산출된다.
Figure kpo00005
예를 들면, V4=100(V), R4=100(Ω)으로 한 경우, V3=0.5(V)가 계측되었을 때에는 피복와이어(13)의 전체길이에 있어서의 저항값은 R=20.1kΩ으로 된다.
다음에, 볼(13c)의 형성을 위한 방전에 있어서의 최적 목표전류를 IOPT= 0.1(A)로 한 경우, 볼(13c)의 형성시의 피복와이어(13)에 있어서의 전압강하ΔV는
Figure kpo00006
로 된다.
이 값에 방전갭에 있어서의 전압강하 V'를 더한 것이 볼형성시에 있어서의 목표전압 VOPT로 되며, 다음식으로 표시된다.
Figure kpo00007
상기 VOPT는 기억부(18c)에 저장되고, 다음회의 볼(13c)의 형성시에 있어서 사용된다. 즉, 다음의 볼형성시에 있어서 스위치(18f)가 개방되고 스위치(18e)가 폐쇄되어 고전압 발생부(18a)가 방전회로에 접속되며, 전원회로 제어부(18d)에 대해서 제어부(20)에서 방전개시의 지시가 이루어지면 이것을 계기로 해서 전원회로 제어부(18d)는 기업부(18c)에서 상기 값 VOPT를 리드하여 이 값의 전압을 발생하도록 고전압 발생부(18a)에 대해 지시한다. 이것에 의해서, 전극조각(170b)와 와이어선단(13e)에 있어서는 전회(前回)와 거의 동일한 방전조건에 의해서 볼(13c)을 형성할 수 있게 된다.
다음에, 상기 방전갭에 있어서의 전압강하 V'의 산출방법에 대해서 설명한다.
일반적으로 갭전압은 방전분위기, 기압, 음극측의 전극재, 방전갭길이, 방전전류 등의 파라미터에 의존하고 있으며, 그 중에서도 특히 와이어본딩에서 고려할 점은 방전갭길이와 방전전류이다.
제20도에는 실험결과에서 얻어진 갭강하전압의 1예를 도시한다. 동일도면에 있어서 방전갭길이가 0.02mm 일 때의 갭전압 V0'에 대해서 방전갭길이가 1.0mm 일 때의 갭전압의 변화량을 ΔV'로 하고 방전전류를 일정하다고 가정하면, 다음식이 성립한다는 것이 판명되었다.
Figure kpo00008
상기 식에 있어서 G는 방전갭(mm)을 나타내고 있다.
다음에, 방전전류 I를 로그눈금으로 횡축에 도시하고 ΔV'를 종축에 도시한 제21도에 의하면, 이 때의 특성은 평방로그눈금상 직선으로 되는 특성을 갖고 있으며, 이것을 식으로 나타내면 다음과 같이 되는 것이 판명되었다.
Figure kpo00009
상기 2개의 식에서 갭전압 V'는 방전갭길이 G와 방전전류 I의 함수로 되고, 다음식으로 표시되는 것이 판명되었다.
Figure kpo00010
단, 상기 식에 있어서의 각 정수항은 불변(不變)의 양이 아니라 와이어본딩장치의 초기조건 예를 들면 중심선(13a)의 재질, 방전전극(17)(전극조각(170b))의 재질, 방전분위기 등에 따라서 다르기 때문에, 사전에 실험 등에 의해 그 값을 구해 두는 것이 필요하다.
또, 상기 식은 실험결과를 보간(補間)한 것에 불과하기 때문에, 적용범위는 실험범위 예를 들면 방전전류 I=7~200mA, 방전갭 G=0.02~1.0mm의 범위로 한정되어 버린다.
이와 같이 해서, 상기 식의 함수를 기억부(18c)에 기억시켜 두는 것에 의해서, 방전갭에 있어서의 방전전류 I의 설정값을 변경하더라도 항상 적절한 갭전압 V'를 상기 식에서 산출하여 상술한 일련의 인가전압의 계산에 사용할 수 있기 때문에, 피복와이어(13)의 전체길이에 걸쳐서 항상 안정한 볼(13c) 형성용의 방전 및 피복막(13b)의 제거가 가능하게 된다.
또한, 상기 설명에서는 피복와이어(13)이 짧아짐에 따라서 인가전압이 작아지도록 제어한 것이지만, 이 때의 인가전압이 1000V 전압 이하로 저하한 경우에는 절연파괴에 의한 방전을 개시하는 것이 곤란한 상태로 되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는 제22도에 도시한 바와 같이, 주(主)방전 전에 절연파괴용 전압 예를 들면 2000~ 4000V의 전압을 전체 방전에너지에 대해서 무시할 수 있을 정도의 단시간 예를 들면 0.01~0.05msec정도의 동안 인가하도록 해도 좋다.
다음에, 상기 인가전압을 산정하는 구체예에 대해서 설명한다.
먼저, 캐필러리(10)에 대해서 피복와이어(13)을 삽입관통시켜 와이어선단(13e)를 캐필리러(10)의 선단에서 1mm 정도 돌출시킨 상태에서 제1클램퍼(14)를 폐쇄하여 피복와이어(13)을 고정시킨다. 이 때, 와이어선단(13e)를 도시하지 않은 가스버너 등에 의해 가열하고 이 와이어선단(13e)의 피복막(13b)를 완전히 제거해 두어도 좋다. 요컨대, 와이어선단(13e)의 방전전극면과 대향하는 부분에 중심선(13a)의 일부가 노출된 상태로 되어 있으면 좋다.
다음에, 캐필러리(10)을 강하시켜서 와이어선단(13e)의 중심선(13a)의 노출부분과 전극조각(170b)의 면을 접촉시킨다. 이 때, 예를 들면 방전전원회로(18)의 내부에 도시하지 않은 단락검출회로 등을 마련해서, 와이어선단(13e)와 전극조각(170b)의 접촉상태를 검출하고 캐필러리(10)의 하강을 정지하도록 해도 좋다.
다음에, 방전전원회로(18)의 내부의 스위치(18e)를 개방하고, 그 반면 스위치(18f)를 폐쇄한 상태로 한다. 이 상태에 있어서 저전압발생부(18g)에서 비교적 낮은 전압을 피복와이어(13)의 전체길이를 포함한 방전회로에 대해서 인가한다. 이 때, 검출부(18b)에 있어서 인가한 전압 V4와 회로에 직렬로 삽입되어 있는 저항 R4의 양끝의 전압 V3을 계측한다. 이것에 의해서, 와이어스풀(12)에 감겨 있는 피복와이어(13)의 권선저항 R은 다음식으로 산출할 수 있다.
Figure kpo00011
여기서, 예를 들면 V4=100(V), R4=100(Ω)으로 했을 때, V3=0.5(V)가 계측된 경우에는 R=20.1(kΩ)으로 된다.
이상의 공정에 의해서, 와이어스풀(12)를 신규로 장착했을 때의 피복와이어(13)의 권선저항의 검출이 완료한다. 이와 같이 해서 얻어진 권선저항 R의 값은 방전전원회로(18)내의 기억부(18c)에 저장된다.
다음에, 제1방전인 볼형성용 방전의 경우에 대해서 제17도를 사용해서 설명한다.
1예로서 중심선(13a)가 직경30㎛의 금선으로 구성되어 있는 피복와이어(13)의 와이어선단(13e)에 직경 75㎛의 볼(13c)를 형성하는 경우에는 볼형성용 전극조각(170b)를 부극(負極)측으로 설정하고, 예를 들면 방전시간 0.5msec, 방전전류 0.1A(100mA), 방전갭 0.5mm 정도의 모든 조건으로 하는 것이 고려된다.
이 때의 방전전류 즉 목표전류 I=0.1A를 가능하게 하는 인가전압V를 이하의 방법에 의해서 산출한다.
먼저, 앞에서 산출한 권선저항 R과 상기 목표전류 I에서 피복와이어(13)의 권선부분에서의 전압강하 ΔVa는
Figure kpo00012
로 된다.
다음에, 방전갭에 있어서의 전압강하 Va'는 G=0.5mm, I=100mA에서
Figure kpo00013
로 산출된다. 따라서, 상기 조건하에서의 인가전압 V는
Figure kpo00014
으로 된다.
이상과 같이 해서 얻어진 인가전압 V를 기억부(18c)에 저장한다.
계속해서, 볼형성을 위한 방전을 실행할 때에는 먼저 스위치(18e)를 폐쇄한 상태로 한 후 스위치(18f)를 개방해서 고전압 발생부(18a)를 유효한 상태로 한다.
다음에, 전원회로 제어부(18d)는 기억부(18c)에 저장되어 있는 상기 인가전압 V(=2320(V))를 리드해서 고전압 발생부(18a)에 대해서 이 전압값을 발생시키도록 지시한다. 이와 같이 해서, 볼형성용 방전단자로서의 전극조각(170b)에 대해 목표전류인 I=100mA의 방전전류를 흐르게 할 수 있게 된다.
이상과 같은 인가전압 V와 강하전압 ΔVa와의 관계를 도시한 것이 제18도이다.
이상의 설명에서는 제1본딩을 위한 볼형성시의 방전조건에 대한 설명이었지만, 다음에 제2본딩을 위한 피복막(13b)의 제거를 위한 방전조건에 대해서 제19도를 사용해서 설명한다.
예를 들면, 직경 30㎛의 금선으로 이루어지는 중심선(13a) 주위에 내열폴리우레탄수지로 이루어지는 막두께가 1㎛인 피복막(13b)가 도포되어 있는 피복와이어(13)에 있어서, 제2본딩에 있어서의 접합예정부인 피복막(13b)를 축심방향으로 500㎛범위에서 열분해 제거하는 경우에 대해 설명한다.
이 경우에는 먼저 방전조건으로서 방전전극(17)측을 부(負)극성으로 해서 예를 들면 방전시간 10msec, 방전전류(목표전류 Ib) 0.01A(10mA), 방전갭길이 0.2mm로 하는 것이 고려된다.
상기 목표전류 Ib=10mA를 달성하기 위한 인가전압을 하기의 방법에 의해 산출한다.
먼저, 상술한 초기설정에 의해 산출된 피복와이어(13)의 권선저항 R과 상기 목표전류 Ib에서 권선부분에서의 전압강하 ΔVb는
Figure kpo00015
로 산출된다.
다음에, 방전갭(G=0.2mm)에 있어서의 전압강하 Vb'는
Figure kpo00016
로 된다. 이것에서 목적으로 하는 인가전압 V는
Figure kpo00017
로 된다. 이와 같이 해서 얻어진 전압값 (V=505(V))은 방전전원회로(18)의 기억부(18c)에 저장된다.
다음에, 실제의 피복막(13b)의 방전제거시에는 스위치(18e)를 폐쇄해서 고전압 발생부(18a)를 유효한 상태로 하고, 전원회로 제어부(18d)의 지시에 따라서 상기에서 기억부(18c)에 저장되어 있던 인가전압(V=505(V))을 리드하여 고전압 발생부(18a)에 대해 이 전압값을 발생시키도록 지시한다. 이와 같이 해서, 피복막 제거용 방전단자인 양전극조각(170a),(170b)에 대해서 목표전류인 I=10mA의 방전전류를 흐르게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기와 같이 산출된 인가전입이 1000V이하인 경우에는 전압이 너무 낮아 안정적인 방전개시가 곤란하게 되는 경우가 많으므로, 제22도에 도시한 바와 같이 방전개시용 초기전압으로서 예를 들면 2000V정도의 고전압을 전체 방전에 영향을 미치지 않을 정도의 단시간 예를 들면 0.01msec정도만큼 인가해도 좋다. 산출된 인가전압이 2000V정도이상의 값인 경우, 일부러 이와 같은 초기전압을 인가하는 것이 불필요하다는 것은 물론이다.
이상 설명한 일련의 공정은 신규 와이어스풀(12)를 장착한 직후에 있어서 산출된 권선저항 R(상기 예에서는 R=20.1(kΩ))에 따라서 계산한 것이다. 여기서, 본딩공정이 진행됨에 따라서 피복와이어(13)의 길이는 점점 짧아지게 되기 때문에, 상기의 인가전압 V의 산출시에는 피복와이어(13)의 전체길이의 감소에 따른 권선저항 R값의 감소를 고려하지 않으면 안된다. 이와 같이, 점점 감소해 가는 권선저항값이 측정은 상술한 초기설정과 마찬가지 방법 즉 와이어본딩공정마다 피복와이어(13)의 와이어선단(13e)에 형성된 볼(13c)와 전극조각(170b)의 전극면을 접촉상태로 하고, 방전전원회로(18)의 내부의 스위치(18e)를 개방하고 그 반면 스위치(18f)는 폐쇄된 상태로 한다. 이 상태에서 저전압 발생부(18g)에서 비교적 낮은 전압을 피복와이어(13)의 전체길이를 포함한 방전회로에 대해서 인가한다. 이 때, 검출부(18b)에 있어서 인기한 전압 V4와 회로에 직렬로 삽입되어 있는 저항 R4의 양끝의 전압 V3을 계측한다. 이것에 의해, 본딩사이클마다 상술한 초기설정과 마찬가지로 와이어스풀(12)에 감겨 있는 피복와이어(13)의 권선저항 R을 산출할 수 있다.
또한, 상기에서는 본딩사이클마다 권선저항 R의 값을 산출하는 경우에 대해서 설명했지만, 이와 같은 측정은 간헐적으로 예를 들면 수사이클의 본딩 또는 1단위의 반도체칩(3)의 본딩시마다 권선저항 R의 값이 그다지 변화하지 않는 범위 내에서 실행하는 것으로 해도 좋다.
인가전압 V는 다음과 같은 방법에 의해서도 산출할 수가 있다.
이하의 설명에서는 이미 초기설정동작을 실행하고 권선저항 R의 값이 결정되어 있으며 본딩공정이 순차 진행되고 있는 경우로 한다.
먼저, 방전전원회로(18)의 스위치(18e)가 폐쇄되고 스위치(18f)가 개방되어 고전압 발생부(18a)가 유효한 상태로 되어 있는 것으로 한다.
이 상태에서, 고전압 발생부(18a)에서 볼형성용 방전전압이 인가되어 회로에 전류가 흐르도록 하고, 회로에 병렬로 삽입된 전압검출용 저항 R3의 양끝의 전압 V1과 회로에 직렬로 삽입된 전류검출용 저항 R1의 양끝의 전압 V2를 각각 측정한다. 이들 전압 V1및 V2에서 발생전압 V와 그 때의 전류 I는 다음과 같이 해서 산출된다.
Figure kpo00018
여기서, 방전갭에 있어서의 전압강하를 Va'로 하면, 피복와이어(13)에 있어서의 권선저합 R의 값은
Figure kpo00019
로 산출된다. 여기서, 예를 들면 R1=10Ω, R2=10MΩ, R3=100kΩ으로 하고, 상기 전압의 측정결과가 V1=2(V), V2=1(V)로 하면,
Figure kpo00020
로 된다. 이 전류 I=0.1A(=100mA)와 방전갭 G(예를 들면 G=0.5mm)의 값을 사용하면,
Figure kpo00021
로 된다. 이들 값에서 권선저항 R은
Figure kpo00022
으로 된다. 이 때의 권선저항 R의 값은 상술한 바와 마찬가지로 기억부(18c)에 저장된다.
이와 같이 해서 얻어진 권선저항 R의 값에 따라서 다음 사이클의 볼(13c) 형성용 방전에 있어서의 적절한 인가전압의 산출이 가능하게 된다.
또한, 상기한 것은 피복와이어(13)의 제1본딩위치에 있어서의 볼형성용 방전의 제어이었지만, 제2본딩위치에 있어서의 제어 즉 피복막제거용 방전시에 실행해도 좋다.
이상과 같은 방전전원회로(18)에 있어서의 제어에 의해서 본딩의 진행에 따른 피복와이어(13)의 길이감소에 따라서 권선저항 R의 변화를 수시로 정확하게 검출할 수 있기 때문에, 적절한 방전전압의 설정이 가능하게 되고 피복와이어(13)의 전체길이에 걸쳐서 항상 일정형상의 볼(13c)의 형성 및 일정범위의 피복막(13b)의 제거가 가능하게 되어 안정한 본딩작이 가능하게 된다.
다음에, 상기 기술을 적용한 와이업본딩공정에 대해서 제2도를 중심으로 설명한다.
제2a도에서는 본딩스테이지(2)상의 반도체칩(3)의 바로위에 있어서 제1클램퍼(14)가 폐쇄된 상태로 되고 피복와이어(13)이 클램프된 상태로 되며, 캐필러리(10)의 선단에서 피복와이어(13)의 와이어선단(13e)가 La(예를 들면 La=0.5mm~ 1.0mm정도)만큼 돌출된 상태로 되어 있다. 이 때의 와이어선단(13e)는 상술한 방전기술에 의해서 피복막(13b)가 0.1~0.4mm정도의 범위에서 이미 제거된 상태로 되어 있지만, 이 공정에 대해서는 이후의 제21도의 공정에서 설명한다.
제2b도에서는 피복와이어(13)의 와이어선단(13e)와 소정길이의 갭(방전갭)을 거쳐서 방전전극(17)의 전극조각(170b)가 상기 와이어선단(13e) 바로아래로 들어간 상태로 되고, 상술한 방전전원회로(18)의 고전압의 인가에 의해서 볼(13c)가 형성된 상태로 되어 있다. 이 때의 방전갭 L10은 0.2mm~1.0mm정도의 범위에서 설정할 수 있지만, 0.3mm~0.7mm의 범위가 바람직하다.
또한, 동일도면에서는 도시하고 있지는 않지만, 상기 볼(13c)의 형성직후에 이 볼(13c)와 전극조각(170b)의 방전면을 접촉시켜서 상술한 바와 같이 피복와이어(13)의 권선저항R을 측정해도 좋다.
제2c도에서는 제2클램퍼(15)는 제1클램프하중 즉 마찰클램프의 상태로 되어 있으며 제1클램퍼(14)는 개방된 상태로 되어 있다. 이 마찰클램프의 상태에서는 이미 설명한 바와 같이 피복와이어(13)에 대해서 0.1gf~4.0gf정도의 장력이 인가되도록 되어 있다. 이 상태에서 제2d에 도시한 바와 같이, 캐필러리(10)이 반도체칩(3)상의 제1본딩위치(제1위치)를 향해서 하강하면, 캐필러리(10)의 선단에 있어서 볼(13c)가 걸어고정되고, 피복와이어(13)의 전체가 이것에 따라서 하강한다.
제2e도의 상태에서는 제1본딩이 실행된 상태를 나타내고 있다. 즉, 캐필러리(10)의 선단에 유지된 볼(13c)가 반도체칩(3)상에 착지된 상태에서 캐필러리(10)에 대해서 하중50~100gf가 인가되고, 초음파발진기(11)에서 예를 들면 60kHz, 진폭 0.5㎛~1.0㎛정도의 초음파진동이 캐필러리(10)에 대해서 인가된다. 이 볼(13c)는 이러한 초음파진동과 본딩스테이지(2)내의 히터(2a)로 부터의 200℃정도의 가열의 상승효과에 의해서, 접합시간 약 20~40msec 정도로 피복와이어(13)은 반도체칩(3)(본딩패드(3a))에 대해 접합된다. 이와 같은 접합은 가열과 초음파진동에 의해서 볼(13c)를 구성하는 금(Au)과 본딩패드(3a)를 구성하는 알류미늄(Aℓ)의 원자 상호의 확산이 촉진되는 것에 의해 달성된다. 또한, 이 때 제2클램퍼(15)는 개방된 상태(클램프오프상태)로 되고, 이것에 의해서 피복와이어(13)은 제1클램퍼(14) 및 제2클램퍼(15)의 어느것에도 구속되지 않는 상태로 된다.
제2f도에는 상기 제1본딩의 완료후 캐필러리(10)이 소정량만큼 상승한 상태가 도시되어 있다. 이 때, 피복와이어(13)의 도중부분에 있어서의 피복막(13b)의 제거부분(노출부(13d))이 캐필러리(10)의 선단으로 되도록 캐필러리(10)의 상승량이 제어되어 있다. 동일도면에 있어서는 캐필러리(10)이 최고상승위치에 도달한 시점에서 상기 위치결정이 실행되고 있는 경우를 설명하고 있지만, 이것에 한정되지 않고 캐필러리(10)이 하강해서 제2본딩위치(내부리이드(4b))에 도달할 때가지의 중간상태의 모든 부분에서 캐필러리(10)의 선단에 대해서 상기 노출부(13d)가 위치결정되도록 해도 좋다.
또한, 제2f도에 도시된 상태에서 캐필러리(10)이 소정높이까지 상승한 후 제2본딩위치(내부리이드(4b))에 대해서 하강하는 도중의 적당한 시점에서 제2클램퍼(15)를 마찰클램프상태(제1클램하중 설정상태)로 해서 하강하는 캐필러리(10)에 대해서 피복와이어(13)을 위쪽방향으로 인장력을 작용시키는 것에 의해서, 와이어의 끌어들임(감기)불량 등을 발생시키지 않으므로, 와이어루프의 높이를 안정하게 제어하는 것도 가능하다. 이와 같이, 캐필러리(10)의 하강시에 제2클램퍼(15)를 마찰클램프상태로 하는 것에 의해서, 캐필러리내로의 와이어의 끌어당김불량에 따른 이상루프를 발생시키지 않고 와이어루프를 형성하는데 필요한 와이어의 길이를 안정하게 제어할 수 있으므로, 제2접합부로의 접합예정부의 와이어 위치(피복막제거 예정위치)를 고정밀도로 설정할 수가 있다.
제2g도는 제2본딩위치(내부리이드(4b))상에 캐필러리(10)이 착지해서 제2본딩을 실행하고 있는 상태를 도시한 도면이다. 또한, 동일도면에 있어서 수평 방향으로의 캐필러리(10)의 이동은 XY테이블(5)의 이동에 의해 상대적으로 실행되고 있다.
상기 제2본딩에 있어서의 본딩조건으로는 캐필러리(10)으로의 접합하중 100~ 150gf, 접합시간 10~30msec, 초음파주파수 60kHz, 진폭 1.0~2.0㎛, 접합온도 200℃ 정도가 바람직하다. 이와 같은 모든 조건에 의해서 피복와이어(13)의 노출부(13d)에 있어서의 중심선(13a)의 Au원자와 내부리이드(4b)상의 은도금에 있어서의 Ag원자와의 상호확산이 촉진되어 접합이 실현된다. 이 때, 본 실시예에서는 피복와이어(13)에 있어서의 제2접합부분에서 미리 피복막(13b)가 제거되고 노출부(13d)가 형성되며, 중심선(13a)의 둘레측면과 내부리이드(4b)가 직접 접촉된 상태에서 초음파진동의 인가가 실행되기 때문에 다음과 같은 이점을 갖는다.
첫째, 피복막(13b)의 제거를 위한 초음파진동의 인가가 불필요하게 된다. 즉, 제2접합부에서 피복막(13b)를 기계적으로 파괴 및 제거하기 위해서는 다단계의 초음파진동의 인가가 필요하지만, 본 실시예에서는 이것이 불필요하기 때문에 본딩작업을 효율적으로 실행할 수가 있다.
둘째, 제2본딩에 있어서의 접합강도를 매우 높게 유지할 수 있다. 즉, 제2본딩시에 미리 피복막(13b)가 제거되어 중심선(13a)가 노출된 상태로 되어 있기 때문에, 초음파진동의 인가시에 피복막조각 등이 개재되는 일이 없어 높은 접합강도를 얻을 수가 있다. 따라서, 본딩신뢰성을 높일 수 있다.
세째, 제2본딩시에 미리 피복막(13b)가 적절한 범위에서 제거되고 있기 때문에 저온 본딩을 실현할 수 있고, 제2본딩에 있어서의 온도조건을 나선(裸線)인 경우와 대력 마찬가지로 할 수 있기 때문에 가열에 의한 소자파괴 및 피로 등을 방지할 수가 있다.
또, 피복막(13b)의 제거를 방전에 의해서 실행하는 것에 의해서, 피복막(13b)의 막두께를 크게 할 수 있어 피복와이어(13)의 절연성을 높게 유지할 수 있다.
다음의 제2h도에는 제2본딩 완료후에 XY테이블(5)를 이동시키지 않고 캐필러리(10)이 리이드프레임(4)의 포면에서 L1만큼 상승한 상태를 도시하고 있다. 이 때의 L1은 후술하는 방법에 의해서 제1 및 제2접합부분에 관한 정보 및 장치의 초기설정조건 등에 의해서 산출된다. 캐필러리(10)이 이와 같이 해서 L1의 높이까지 상승하면, 제1클램퍼(14)가 폐쇄되어 피복와이어(13)이 클램프상태로 된다.
제2I도에는 제1클램퍼(14)가 폐쇄되어 피복와이어(13)이 클램프된 상태에서 캐필러리(10)이 L2의 높이까지 더욱더 상승된 상태를 도시하고 있다. 이 때, 제1클램퍼(14)는 피복와이어를 클램프한 상태에서 캐필러리(10)과 연동해서 상승하기 때문에, 피복와이어(13)은 상기 제2접합부분에 있어서 절단된다. 이 결과, 피복와이어(13)은 캐필러리(10)의 선단에서 상기 L1의 길이분만큼 돌출된 상태로 된다.
다음에, 동일도면에 도시한 상태 그대로 상술한 방전전극(17)의 양 전극조각(170a),(170b)가 피복와이어(13)을 그의 양측쪽에서 비접촉상태로 끼워넣고, 방전전원회로(18)에서 상술한 바와 같이 제어된 전압이 방전전극(17)에 대해서 인가되면, 피복막(13b)를 거친 상태에서 상기 전극조각(170a),(170b)와 중심선(13a) 사이에서 방전이 실행된다. 이 때의 방전에너지에 의해서 피복와이어(13)의 소정부분에 있어서의 피복막(13b)의 일부가 제거된다. 이 때의 방전조건으로서는 예를 들면 피복와이어(13)에 대해서 방전전극(17)측을 부극으로 설정하고, 방전시간 2~20msec, 방전전류 5~30mA, 방전갭 0.1~0.5mm로 할 수 있지만, 상술한 바와 같이 방전시간 10msec, 방전전류(목표전류 Ib) 0.01A(10mA), 방전갭길이 0.2mm로 하는 것이 바람직하다. 단, 이들 값에 한정되는 것은 아니며, 요컨대 금(Au)의 융점인 1063℃까지 가열하지 않고 또한 피복막(13b)의 열분해온도 약 600℃까지 적정영역을 가열시키는 것이 필요하다. 이 점에 대해서 상술한 방전조건에 의하면, 피복와이어(13)의 도중부분에 방전에 의한 볼 등을 형성하지 않고 피복막(13b)만을 완전하게 열분해 제거할 수 있으며, 이 제거범위로서 0.1mm~1.0mm, 더 나아가서는 0.4mm~0.6mm 범위의 안정적인 제거를 제어할 수 있다.
또한, 이 때의 방전전극(17)의 전극면의 설치높이를 L3, 피복와이어(13)의 선단에서 제거중심위치까지의 길이를 L4로 하면, 상기 L1및 L2사이에는 다음과 같은 기하학적인 관계가 성립한다.
Figure kpo00023
따라서,
Figure kpo00024
여기서, L2, L3은 장치의 초기설정에 의해 결정되는 값이고, L4는 다음의 본딩시의 접합위치간의 정보에 따라서 연산처리에 의해 결정되는 값이다.
상기의 방전후 방전전극(17)이 캐필러리(10) 아래쪽에서 이반(離反)하는 방향으로 퇴피함과 동시에 제2클램퍼(15)가 폐쇄된다. 이 때, 제2클램퍼(15)는 고정클램프상태 즉 클램프하중이 50~150gf정도인 제2클램프하중 설정상태로 되고, 피복와이어(13)은 완전히 구속된 상태로 된다.
제2j도에서는 제1클램퍼(14)가 개방되고 캐필러리(10)이 제2i도의 상태보다 상대적으로 L8만큼 하강된다. 이 때, 피복와이어(13)은 제2클램퍼(15)에 의해서 구속되고 있기 때문에, 피복와이어(13)은 캐필러리(10)의 내부로 L8만큼 끌어넣어지고, 캐필러리(10)의 선단에서 피복와이어(13)의 선단이 꼬리(tail)길이 L9만큼 돌출된 상태로 된다. 이 상태에서 제1클램퍼(14)가 폐쇄되고 제2클램퍼(15)가 개방되면, 캐필러리(10)은 초기높이 L2까지 상승함과 동시에 XY테이블(5)가 소정량 이동해서 다음의 본딩사이클에 있어서의 초기상태로 된다(제2a도 참조).
이상 설명한 제2a도~제2j도에 있어서의 캐필러리(10)(본딩공구)의 높이위치, 제1클램퍼(14) 및 제2클램퍼(15)에 있어서의 솔레노이드의 온, 오프 등의 각기구의 동작타이밍을 도시한 것이 제3도이다.
또, 상기 제2a도~제2j도에 있어서 설명한 L0, L1, L8, L9, L10사이에는 하기의 식이 성립한다.
Figure kpo00025
여기서, 볼형성을 위한 방전전극(17)의 전극면의 높이 L0은 장치의 초기설정에 의해 결정된다. 또, 방전갭 L10, 꼬리길이 L9는 오퍼레이터의 초기설정에 의해서 결정되기 때문에, 이들에서 캐필러리(10)의 초기높이 L2는 필연적으로 결정된다. 이 때, 예를 들면 방전전극(17)의 전극조각(170b)에 있어서의 방전면상에 캐필러리(10)의 선단을 접촉시키고, 본딩헤드(6)에 있어서의 도시하지 않은 위치 검출기구를 사용하여 높이위치를 검출하는 것에 의해서 고정밀도로 L10의 설정을 실행할 수 있다. 이것에 따라서, 피복막제거용 방전전극높이 L3도 용이하게 산출할 수 있다.
다음에, L4는 제4도에서 다음식으로 산출할 수가 있다.
Figure kpo00026
여기서, L6은 다음본딩에 필요로 되는 피복와이어(13)의 길이이고, L7은 볼(13c)형성에 필요한 길이이다. L7은 피복와이어(13)의 중심선(13a)의 직경 d와 볼(13c)의 직경 D(Mm)(제2b도 참조)의 관계에서
Figure kpo00027
으로 된다. 여기서, 예를 들면 d=30㎛로 하면,
Figure kpo00028
로 된다. 여기서, 볼(13c)의 직경 D의 정밀도를 75㎛±5㎛정도로 하면, L7은 320±50㎛정도의 정밀도로 재현된다는 것을 이해할 수 있다. 이와 같이 해서 나타낸 상기 식을 그래프화한 것이 제6도이다.
다음에, 본 발명에 필요한 길이인 L6은 접합위치를 검출한 후의 배선거리 L15및 루프높이 L14에서 근사적으로
Figure kpo00029
의 식으로 구할 수가 있다. 여기서, 루프높이 L14는 배선조건 예를 들면 중심선(13a)의 제조방법에 따른 기계적 물성, 제1 및 제2본딩부분 사이의 단차, 캐필러리(10)의 궤적, 배선시의 백텐션량, 볼형성을 위한 방전조건 등에 따라서 결정되는 값이지만, 이 중에서또 특히 배선거리 L15의 영향을 크게 받는다. 이와 같은 경우에는 루프높이 L14와 배선거리 L15의 관계를 실험적으로 사전에 구해 두고 이것을 제어부(20)에 기억해 두는 것에 의해서, 배선거리 L15에 대응한 루프높이 L14를 얻을 수가 있다.
상기의 실험예로서 제5도에 특정조건하에 있어서의 배선거리 L15와 루프높이 L14의 관계를 알아본 1예를 도시한다. 동일도면에 의하면, L14는 L15의 1차함수로 표시할 수 있으며, 다음 식과 된다.
Figure kpo00030
상기는 어디까지나 1예에 불과할 뿐, L14는 L15의 함수로 되어도 좋은 것은 물론이다.
이상의 각 식을 사용하는 것에 의해서 다음회의 본딩시에 있어서의 피복와이어(13)의 선단에서 피복막제거위치(노출부(13d))까지의 길이 L4를 연산에 의해서 산출할 수 있게 된다. 또, 이상의 각 값에서 L1, L2, L8을 산출할 수 있으며, 이들 각 값에 의해 최적한 위치관계에서의 본딩이 가능하게 된다.
또한, 설명의 번잡함을 회피하기 위해서 이상의 설명에서는 언급하지 않았지만, 연속적으로 본딩을 실행하기 위해서는 다음과 같은 배려가 필요하다.
이하, 제7도에 따라서 설명한다.
먼저, 접합위치의 검출을 실행하고(스텝(701)), 배선거리 L15의 산출을 실행한다(스텝(702)). 이 정보에 따라서 각 본딩사이클에 있어서의 피복막(13b)의 제거위치 L4를 산출한다(스텝(703)). 계속해서, 이후 실행할 본딩이 상기 반도체칩(3)에 있어서의 제1와이어인 경우에는 (스템(704)), 리이드프레임(4)의 탭(4a) 또는 탭지지용 리이드(도시하지 않음)상 등의 본딩 및 제품에 영향을 미치지 않는 개소에 대해서 더미본딩을 실행한다(스텝(705)). 이 때의 더미본딩의 배선거리는 제어부(20)의 지시에 따라 일정값으로 설정해 둔다.
상기 더미본딩을 실행한 후에 실제의 본딩을 실행한다(스텝(706)). 그 후, 제2접합부분에 있어서 이미 산출한 L4의 값에 따라서 해당 부분의 피복막(13b)를 제거하고(스텝(708)), 스텝(704)이후의 처리공정을 반복한다. 여기서, 피복와이어(13)이 상기 본도체칩(3)에 있어서의 최종와이어인 경우에는(스텝(707)), 다음의 와이어는 더미와이어로서 제어부(20)에서 지지된 일정길이의 접합예정부분에 있어서의 피복막(13b)가 제어된다(스텝(709)). 계속해서, 다음의 반도체칩(3)(리이드프레임(4))가 XY테이블(5)상에 배치된 후 상기 스텝(701)~(704)가 반복되지만, 이 때의 반도체칩(3)에 대해서 상기 본딩은 제1와이어로 되기 때문에 이것에 앞서서 스텝(705)에 있어서의 더미본딩이 실행되고, 상기에서 준비된 더미와이어는 더미본딩된다. 여기서, 더미와이어에 있어서의 배선거리는 항상 일정길이이기 때문에, 후속하는 제1와이어부터는 항상 안정된 최적한 배선거리에 의한 본딩이 가능하게 된다.
또한, 더미본딩에 있어서의 접합상태는 제품의 신뢰성과는 직접 관계없기 때문에, 상기 반도체칩(3)에 있어서의 최종와이어의 본딩후 다음의 제1본딩에 있어서의 배선거리의 위치로 할 필요는 없다.
또, 제4도에 도시한 배선상태에 있어서 제2본딩부에 있어서의 중심선(13a)의 노출길이 L13은 예를 들면 제거범위의 편차를 0.4~0.6mm, 루프높이의 편차에 따른 L4의 산출오차의 편차를 ±50㎛(동일배선거리인 경우), 볼지름의 편차에 따른 L7의 산출오차의 편차를 ±50㎛로 하는 것에 의해서, L13=0.1~0.4mm정도로 제어할 수 있기 때문에, 와이어단락 등을 유효하게 방지해서 접합신뢰성이 높은 제2본딩을 실현할 수가 있다.
이상의 설명에서는 주로 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 그 이용분야인 소우 중심선으로서 금선을 사용한 피복와이어에 의한 와이어본딩기술에 적용한 경우에 대해서 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고 예를 들면 동선(銅線) 또는 알루미늄선 등의 다른 도전선 금속을 중심선으로 한 피복와이어에 있어서의 와이어본딩기술에 적용할 수가 있다.
본 실시예에 있어서 개시되는 발명중 대표적인 것에 의해서 얻어지는 효과를 간단하게 설명하면 다음과 같다.
즉, 장치구조를 복잡화하지 않고 피복와이어에 있어서의 제1접합예정부분과 제2접합예정부분에 있어서의 볼형성 및 중심선의 노출이 가능하게 되며, 피복와이어를 사용한 접합강도가 높은 와이어본딩이 가능하게 된다.
또, 와이어를 항상 일정한 이완상태로 유지할 수가 있고, 본딩공구 위쪽에 있어서 와이어의 인장력에 변동을 발생시키지 않고 항상 안정한 본딩작업을 할 수 있게 된다.
또, 피복와이어길이의 감소에 따라서 항상 최적한 인가전압을 공급할 수 있기 때문에 안정한 크기의 볼형성 및 안정한 범위에서의 피복막의 제거가 가능하게 되고, 와이어스풀에 감긴 피복와이어길이에 상관없이 접합신뢰성이 높은 안정한 와이어본딩이 가능하게 된다.
또, 형성되는 와이어루프의 안정한 높이제어가 가능하게 되기 때문에, 고정밀도로 접합예정의 피복막 제거위치에 있어서 접합을 실행할 수가 있다.
또, 반도체칩에 있어서의 제1와이어에 의해 항상 안정된 최적한 배선거리에 의한 본딩이 가능하게 된다.
이상에 의해서, 와이어본딩공정을 통해서 얻어지는 반도체장치의 접합신뢰성을 높일 수가 있다.
[실시예 2]
제23a~제23j도는 본 발명의 와이어본딩방법의 1실시예의 동작의 1예를 순서대로 도시한 공정도이고, 제24도는 본 발명의 와이어본딩장치의 1실시예의 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다.
먼저, 제24도를 이용해서 와이어본딩장치의 구성을 개략적으로 설명한다.
가대(301)상에는 본딩스테이지(302)가 지면(紙面)과 수직인 방향으로 긴쪽방향을 갖도록 배치되어 있다.
이 본딩스테이지(302)상에는 중앙부에 지면과 수직인 방향으로 소정의 피치로 마련되고 각각에 반도체펠릿(303)을 탑재하는 여러개의 탭(304a)와 개개의 탭(304a)에 탑재된 반도체펠릿(303)을 둘러싸는 여러개의 리이드(304b) 등을 연결해서 구성되는 리이드프레임(304)가 탑재되어 있다.
본딩스테이지(302)의 내부에는 히터(302a)가 내장되어 있고, 탑재된 리이드프레임(304) 및 반도체펠릿(303)이 소정의 온도로 가열되도록 구성되어 있다.
또, 가대(301)상에 있어서 본딩스테이비(302)의 측부에는 수평면내에 있어서 이동이 자유로운 XY테이블(305)가 마련되어 있다.
이 XY테이블(305)상에는 한쪽끝을 상기 본딩스테이지(302)위쪽에 위치시킨 자세의 본딩헤드(306)이 요동축(307)을 거쳐서 수직면내에 있어서 요동이 자유롭게 축지지되어 있다.
본딩헤드(306)의 다른쪽끝측은 XY테이블(305)에 탑재된 리니어모터(308)에 접속되어 상하방향으로 구동되도록 구성되어 있다.
본딩헤드(306)의 본딩스테이지(302)측의 끝부에는 본딩암(309)가 수평으로 지지되어 있고, 이 본딩스테이지(302)의 바로 위쪽부분에 위치하는 선단부에는 캐필러리(310)이 축방향으로 관통해서 형성된 도시하지 않은 와이어 삽입관통구멍을 대략 수직으로 한 자세로 고정되어 있다.
본딩암(309)의 베이스단부 측에는 초음파 발진기(311)이 마련되어 있고, 수시로 상기 본딩암(309)의 선단부에 고정된 캐필러리(310)에 대해서 소정의 초음파 진동이 인가되는 구조로 되어 있다.
상기 캐필러리의 와이어 삽입관통구멍에는 릴(312)에서 송출되는 절연피복와이어(313)이 삽입관통되어 있다.
이 절연피복와이어(313)은 예를 들면 지름이 25~30㎛ 인 도전성의 금속선재(예를 들면 Au)등으로 이루어지는 중심선(313a)를 예를 들면 두께가 1~2㎛정도인 절연성 고분자재료(예를 들면 폴리우레탄 또는 내열성의 폴리우레탄)등으로 이루어지는 절연피복재(313b)에 의해 피복해서 구성되어 있다.
캐필리러(310)과 릴(312) 사이에 있어서의 절연피복와이어(313)의 경로에는 상기 절연피복와이어(313)을 구속하는 것에 의해서 수시로 캐필러리(310)으로 부터의 상기 절연피복와이어(313)의 송출을 저지하는 동작을 실행하는 제1와이어클램퍼(314)가 상기 본딩헤드(306)에 고정된 상태로 마련되어 있고, 상기 본딩헤드(306)의 리니어모터(308)에 의한 요동동작에 의해서 캐필러리(310)과 함께 상하이동하도록 구성되어 있다.
이 경우, 캐필러리(310)과 릴(312) 사이에 있어서의 절연피복와이어(313)의 경로에는 또, 본딩헤드(306)과는 독립해서 가대(301)측에 고정된 제2와이어클램퍼(315)가 마련되어 있고, 상기 제1와이어클램퍼(314)와는 독립적으로 동작하고 수시로 캐필러리(310)으로부터의 상기 절연피복와이어(313)의 송출을 저지하는 동작이 실행되는 구조로 되어 있다.
또, 캐필러리(310)과 릴(312) 사이에 있어서의 절연피복와이어(313)의 경로 에는 절연피복와이어(313)에 측면쪽에서 소정 유속의 기류를 분무하느 것에 의해서 절연피복와이어(313)을 캐필러리(310)에서 릴(312)측으로 되돌려보내는 방향으로 소정 크기의 장력을 항상 작용시키는 백텐션기구가 마련되어 있고, 제1와이어클램퍼(314) 및 제2와이어클램퍼(315)가 개방된 상태에서는 절연피복와이어(313)은 릴(312)측으로 되돌아가는 방향으로 이동하도록 구성되어 있다.
또, 본딩암(309)의 선단부에 고정된 캐필러리(310) 근방에는 본딩스테이지(302)에서 소정 높이에 있어서 캐필러리(310)의 선단부 바로아래에 이르는 방향과 수평으로 이동이 자유롭게 되어 있음과 동시에, 방전전원회로(318)에서 절연피복와이어(313)과의 사이에 소정의 타이밍에서 소정의 방전전압이 인가되는 제1방전전극(316)이 마련되어 있다.
그리고, 수시로 캐필러리(310)의 선단부에서 소정길이로 돌출된 절연피복와이어(313)의 선단부 바로아래에 소정의 간극(間隙)을 이루도록 이동하고, 그 상태에서 절연피복와이어(313)의 선단부와의 사이에서 방전을 실행하는 것에 의해서 절연피복와이어(313)의 중심선(313a)가 용융되고 표면장력에 의해서 볼(313c)가 형성되는 것이다.
이 경우, 절연피복와이어(313)의 선단부에 방전에 의해서 볼(313c)를 형성하는 제1방전전극(316) 근방에는 캐필러리(310)의 선단부에서 송출된 절연피복와이어(313)의 경로와 교차하는 방향으로 변위가 자유롭게 마련되고, 상기 방전전원회로(318)에 접속되어 있는 제2방전전극(317)이 배치되어 있다.
그리고, 캐필러리(310)에서 인출된 절연피복와이어(313)에 양측에서 원하는 간극을 이루도록 접근해서 대향하고 절연피복재(313b)를 거쳐서 중심선(313a)와의 사이에서 방전을 실행하는 것에 의해서 방전에너지에 의해 중심선(313a)를 피복하고 있는 상기 절연피복재(313b)를 길이방향에 대해 소정의 폭으로 증발(열분해)시켜 제거하고, 절연피복와이어(313) 도중의 소정의 위치에 중심선(313a)를 외부로 노출시키는 노출부(313d)를 형성하는 동작이 실행되는 것이다.
또, 본딩헤드(306)에 캐필러리(310) 바로아래에 위치하는 반도체펠릿(303) 및 이 반도체펠릿(303)을 탑재한 리이드프레임(304)의 화상을 페치하는 것에 의해 반도체펠릿(303)에 마련된 후술하는 여러개의 본딩패드(303a)나 반도체펠릿(303)을 둘러싸는 여러개의 리이드(304b) 등의 위치를 인식하는 화상인식기구(319)가 마련되어 있다.
또, 이 화상인식기구(319) 및 본딩헤드(306)이 탑재되는 XY테이블(305), 상비 본딩헤드(306)의 상하이동을 제어하는 리니어모터(308), 제1와이어클램퍼(314), 제2와이어클램퍼(315), 방전전원회로(318) 등은 제어부(320)에 의해서 통괄해서 제어되고 서로 연휴해서 동작하는 것에 의해 후술하는 바와 같은 본딩동작이 실행되는 것이다.
이하, 상술한 바와 같은 구성의 와이어본딩장치에 의한 와이어본딩방법의 1예를 제23a도~제23j도 등을 참조하면서 설명한다.
먼저, 본딩스테이지(302)에 마련된 송출기구에 의해서 리이드프레임(304)는 제24도의 지면과 수직인 방향으로 이동하고, 탑재된 반도체펠릿(303)이 본딩헤드(306) 바로아래에 위치하도록 위치결정됨과 동시에, 히터(302a)에 의해서 200℃정도의 온도로 가열된다.
또, 제어부(320)은 화상인식기구(319)에 의해서 캐필러리(310) 바로아래에 위치결정된 반도체펠릿(303)의 이후 본딩하고자 하는 본딩패드(303a)와 이것에 대응하는 리이드(304b)에 있어서의 본딩위치의 거리를 인식한다.
이 때, 본딩헤드(306)측에 있어서는 제1와이어클램퍼(314) 및 제2와이어클램퍼(315)는 모두 개방되어 있고, 백텐션기구에 의한 장력에 의해서 절연피복와이어(313)의 선단부에 형성되어 있는 볼(313a)는 캐필러리(310)의 선단부에 유지되어 있다(제23a도).
이 상태에서 XY테이블(305)를 적절히 이동시키는 것에 의해서 캐필러리(310)은 반도체펠릿(303)에 있어서의 여리개의 본딩패드(303a)의 목적으로 하는 1개의 바로 위쪽부분에 위치결정되고, 동시에 리니어모터(308)을 작동시켜서 캐필러리(310)은 목적으로 하는 본딩패드(303a)상으로 강하하고 볼(313c)를 상기 본딩패드(303a)에 50~150gf정도의 하중으로 압압하면서 초음파 발진기(311)에서 60kHz정도의 초음파진동이 인가되고, 볼(313c)는 본딩패드(303a)에 대해서 압착된다(제23b도).
그 후, 리니어모터(308)을 작동시키는 것에 의해 캐필러리(310)은 절연피복와이어(313)을 송출하면서 상승하고, 상기 절연피복와이어(313)의 도중에 후술하는 바와 같이 미리 형성되어 있는 중심선(313a)의 노출부(313d)의 위치에 선단부의 높이를 일치시킨다(제23c도).
또, XY테이블(305)를 구동하는 것에 의해서 캐필러리(310)을 여러개의 리이드(304b)의 목적으로 하는 1개의 바로 위쪽부분에 위치결정함과 동시에 리니어모터(308)을 구동시켜 캐필러리(310)을 강하시키고, 절연피복와이어(313)의 노출부(313d)를 거쳐 외부에 대해 노출되어 있는 중심선(313a)의 측면부를 리이드(304b)의 표면과 직접적으로 접촉시킨 상태에서 압압하면서 초음파 진동을 인가하는 것에 의해 중심선(313a)의 측면부를 리이드(304b)의 표면에 열압착한다(제23d도).
이 때, 절연피복재(313b)를 개재하지 않고 중심선(313a)와 리이드(304b)를 직접 접촉시킨 상태에서 본딩이 실행되므로, 절연피복재(313b)나 상기 절연피복재(313b)가 열변성하는 것 등에 의해 발생하는 이물이 중심선(313a)와 리이드(304b) 사이 및 중심선(313a)와 캐필러리(310)의 선단부 사이에 개재되는 일이 없다.
이 때문에, 종래와 같이 절연피복재(313b)를 개재시킨 채 본딩을 실행하는 경우와 비교해서 더욱 큰 접합강도가 얻어짐과 동시에 접합부에 있어서의 전기저항이 더욱 작아지고, 절연피복와이어(313)의 중심선(313a)의 측면과 리이드(304b)의 접합부에 있어서 양호한 접합특성을 얻을 수가 있다.
또, 이물이 캐필러리(310)의 와이어 삽입관통구멍으로 침입하는 등의 불합리도 없어 항상 절연피복와이어(313)의 송출(공급)이나 끌어들임(감기)동작 등이 원활하게 실행되므로, 안정한 본딩작업을 장시간에 걸쳐서 계속할 수가 있다.
다음에, 캐필러리(310)은 연산에 의해서 구해진 소정의 거리 L1만큼 리이드(304b)의 표면에서 상승하여 정지한다(제23e도).
또한, 지금까지의 제23a도~제23e도에 있어서 제1와이어클램퍼(314) 및 제2와이어클램퍼(315)는 개방된 상태이다.
그 후, 제1와이어클램퍼(314)를 폐쇄하고 절연피복와이어(313)을 구속한 채로의 상태에서 캐필러리(310)은 상기 높이 L1의 위치에서 또 L2의 높이까지 상승해서 정지하고, 이 때 절연피복와이어(313)은 리이드(304b)의 접합부 근방에 있어서 절단되며, 절연피복와이어(313)의 가설에 의한 본도체펠릿(303)의 1개의 본딩패드(303a)와 이것에 대응하는 리이드프레임(304)의 1개의 리이드(304b)의 전기적인 접속이 완료한다(제23f도).
다음에, 리이드(304b)의 표면에서 소정의 높이 L3에 배치되어 있는 제2방전전극(317)이 캐필러리(310)의 선단부에서 인출된 상태에 있는 절연피복와이어(313)의 도중에 양측에서 접근해서 절연피복재(313b)를 거쳐 중심선(313a)와의 사이에서 방전을 실행한다(제23g도).
이 때, 방전에너지에 의해서 절연피복와이어(313)의 선단부에서 목적으로 하는 거리 L4의 위치의 절연피복재(313b)가 축방향으로 소정 길이 L5만큼 완전히 열분해 등에 의해서 제거되고, 내부의 중심선(313a)를 외부에 노출시키는 노출부(313d)가 형성된다.
또한, 이 때의 방전조건으로서는 예를 들면 중심선(313a)에 대해서 방전전극(317)을 부극성으로 하고 절연피복재(313b) 및 갭 등에 있어서의 절연파괴전압으로서 2000~4000V, 방전전류 10~20mA, 방전시간 2~10ms, 방전갭 0.1~0.3mm가 바람직하고, 그 경우 절연피복재(313b)를 축방향으로 0.4~0.6mm의 범위에서 안정하게 제거할 수가 있다.
여기서, 절연피복와이어(313)의 선단부에서 노출부(313d)까지의 상기 길이 L4를 다음 가설시의 와이어루프형성을 위해 필요로 되는 절연피복와이어(313)의 길이 L6과 볼(313c)의 형성시에 소비되는 길이 L7의 합과 동일하게 하는 것에 의해서, 이 노출부(313d)의 중심부를 다음의 본딩동작에 있어서의 리이드(304b)측의 접합위치와 일치시킬 수가 있다.
즉, 상기 L1~L7사이에는 각 부의 기하학적인 관계에 의해
Figure kpo00031
의 관계가 있다.
여기서, 다음 가설시의 와이어루프형성을 위해 필요로 되는 절연피복와이어(313)의 상기 길이 L6은 상호 접속되는 반도체펠릿(303)의 본딩패드(303a)와 리이드(304b)에 있어서의 본딩위치와의 거리와 와이어루프의 높이에 의해서, 또 볼(313c)의 형성시에 소비되는 길이 L7은 중심선(313a)의 지름과 볼(313c)의 지름에 의해서 각각 결정되고 L2, L3은 와이어본딩장치의 초기설정에 의해서 결정되므로, 이들 모든 조건이 결정되면 상기 제23e도의 공정에 있어서의 캐피러리(310)의 높이 L1을 연산에 의해서 구할 수가 있다.
즉, 제어부(320)은 상기 제23e도의 공정에 의해서 캐필러리(310)의 높이 L1을 연산에 의해 구하고, 리니어모터(308)의 동작을 적절히 제어하는 것에 의해서 캐필러리(310)의 높이가 L1로 되도록 하는 것이다.
다음에, 제23g도의 공정에 있어서의 방전에 의한 노출부(313d)의 형성후, 먼저 제2와이어클램퍼(315)가 폐쇄되어 절연피복와이어(313)을 구속함과 동시에 제1와이어클램퍼(314)가 개방되고, 그 상태에서 캐필러리(310)은 거리 L8만큼 강하하고 캐필러리(310)의 선단부에서 절연피복와이어(313)의 선단부가 길이 L9만큼 돌출하도록 해서 정지한다(제23h도).
여기서, 상기 L8, L9와 L1사이에는 기하학적인 관계에 의해
Figure kpo00032
가 성립한다. L9는 다음의 공정에서의 절연피복와이어(313)의 선단부에 볼(313c)를 형성하기 위해 필요한 길이이고, 본 실시예의 경우에는 0.5~1.0mm가 적당하다. 상술한 바와 같이 해서 L1은 상기 모든 조건이 결정되면 구해지므로 L8도 연산에 의해서 구할 수 있고, 제어부(320)은 리니어모터(308)을 적절히 제어하는 것에 의해서 이 길이 L8을 설정한다.
계속해서, 먼저 제1와이어클램퍼(314)가 폐쇄되어 절연피복와이어(313)을 구속하고 그 후 제2와이어클램퍼(315)를 개방하고, 그 상태에서 캐필러리(310)은 리이드(304b)의 표면에서 거리 L2만큼 상승해서 정지함과 동시에, 제1방전전극(316)이 캐필러리(310) 바로아래에 상기 캐필러리(310)의 선단부에서 돌출된 절연피복와이어(313)의 선단부와 소정의 방전갭 L10을 이루도록 들어간다(제23i도).
또, 그대로의 상태에서 절연피복와이어(313)의 선단부와 제1방전전극(316) 사이에서 방전을 실행하고, 이 때 방전에너지에 의해서 절연피복와이어(313)의 선단부의 절연피복재(313b)가 열분해 등에 의해서 제거되고 또한 중심선(313a)의 선단부가 용융되어 그 자체의 표면장력에 의해서 볼(313c)가 형성된다(제23j도).
그 후, 폐쇄되어 있던 제1와이어클램퍼(314)가 개방되고 백텐션기구에 의해 릴(312)방향으로 작용하는 장력에 의해서 절연피복와이어(313)은 원상태로 되감기고, 중심선(313a)의 선단부의 볼(313c)는 캐필러리(310)의 선단부에 유지되어 상기 제23a도의 상태로 되며 다음 본딩작업이 가능한 상태로 된다.
또한, 제1방전전극(316)의 리이드(304b)의 표면으로부터의 높이를 L11로 하고 절연피복와이어(313)의 선단부와의 방전갭을 L10으로 하면,
Figure kpo00033
이 성립하므로, 상기 제23i도의 공정에 있어서의 캐필러리(310)의 상승높이 L2를 연산에 의해 구할 수 있고, 제어부(320)은 이것에 의해 리니어모터(308)을 제어해서 상기 캐필러리(310)의 상승높이 L2를 설정하는 동작을 실행한다.
또, 제1방전전극(316)에 의한 볼(313c)의 형성에 있어서의 조건으로서는 본 실시예의 경우에는 상기 제2방전전극(317)에 의한 노출부(313d)의 형성에 있어서의 조건에 대해서 대전류, 단시간의 방전이 바람직하고, 예를 들면 노출부(313d)에 대해서 방전전극(316)을 부극성으로 하고 방전시간 0.5~2.0ms, 방전전류 30~100mA로 하는 것이 고려된다.
이와 같이 해서, 제23a도~제23j도의 일련의 공정을 반복하는 것에 의해서, 반도체펠릿(303)의 여러개의 볼패드(303a)의 각각과 이것에 대응하는 리이드프레임(304)측의 여러개의 리이드(304b)의 각각과의 절연피복와이어(313)의 가설에 의한 전기적인 접속을 실행하는 와어이본딩작업이 수행된다.
그런데, 일련의 본딩공정이 순환하고 있어 설명이 번잡하게 되기 때문에 첫머리(冒頭)에 있어서 상세하게 설명하는 것을 피했지만, 본 실시예의 경우에는 개개의 반도체펠릿(303)의 여러개의 본딩패드(303a)와 그 각각에 대응하는 여러개의 리이드(304b)에 있어서의 개개의 본딩작업의 최초에 있어서는 상술한 바와 같이 상기 최초의 본딩의 조합인 본딩패드(303a)와 리이드(304b)의 본딩위치와의 거리 등에 따른 절연피복와이어(313)의 도중의 소정 위치에 노출부(314d)를 미리 형성해 둘 필요가 있다.
그래서, 본 실시예의 경우에는 개개의 반도체펠릿(303)에 있어서의 실제의 와이어본딩 조작전에 리이드프레임(304)측의 끝부 등과 같이 장래의 봉지공정에 있어서 절제되어 버려지고 또한 제품의 품질 등과는 관계없는 영역을 이용해서 상기 제23a도~제23j도의 일련의 조작에 의한 더미(dummy)본딩동작을 실행하는 것에 의해서, 최초의 본딩의 조합인 반도체펠릿(303)의 본딩패드(303a)와 리이드(304b)의 본딩위치와의 거리 등에 따라서 제23a도와 같이 절연피복와이어(313)의 선단부에서 적절한 거리에 중심선(313a)의 노출부(313d)를 형성하는 조작을 실행하는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 절연피복와이어(313)의 도중에 있어서의 리이드(304b)에 대한 본딩예정위치의 절연피복재(313b)가 미리 제거되고, 제23d도 등에 도시된 바와 같이 절연피복와이어(313)의 측면과 리이드(304b)의 접합시에 절연피복재(313b)를 개재하지 않고 중심선(313a)와 리이드(304b)를 직접적으로 접촉시킨 상태에서 본딩이 실행되므로, 절연피복재(313b)나 상기 절연피복재(313b)가 열변성하는 것 등에 의해 발생하는 이물이 중심선(313a)와 리이드(304b) 사이 및 중심선(313a)와 캐필러리(310)의 선단부 사이에 개지되는 일이 없다.
이 때문에, 종래와 같이 절연피복재(313b)를 개재시킨 채 본딩을 실행하는 경우와 비교해서 더욱 큰 접합강도가 얻어짐과 동시에, 접합부에 있어서의 전기 저항이 더욱 작아져 절연피복와이어(313)의 중심선(313a)의 측면과 리이드(304b)의 접합부에 있어서 양호한 접합특성을 얻을 수가 있다.
이것에 의해, 반도체 집적회로장치에 있어서 예를 들면 조립후 등에 절연피복와이어(313)과 리이드(304b)의 접합부가 불시에 박리해서 제품불량을 발생하는 일이 없어 반도체 집적회로장치의 품질 및 동작의 신뢰성이 향상된다.
또, 이물이 캐필러리(310)의 와이어 삽입관통구멍으로 침입해서 상기 캐필러리(310)에 있어서의 절연피복와이어(313)의 삽입통과구멍을 폐색(閉塞)하는 것 등에 의해 캐필러리(310)으로부터의 절연피복와이어(313)의 원활한 송출이나 끌어들임 동작이 방해받는 등의 불합리를 발생시키지 않아 항상 절연피복와이어(313)의 송출이나 끌어들임 동작 등을 원활하게 실행할 수 있으므로, 안정한 본딩작업을 장시간에 걸쳐서 계속할 수가 있다.
이 결과, 와이어본딩장치의 보수관리가 간략화됨과 동시에 가동율이 향상하여 반도체집적회로장치의 와이어본딩공정에 있어서의 생산성이 향상된다.
[실시예 3]
제25도는 본 발명의 1실시예인 와이어본딩장치의 주요부를 추출해서 도시한 사시도이고, 제26도는 그의 일부를 더욱더 확대해서 도시한 단면도이다.
본 실시예3의 와이어본딩장치에 있어서는 절연피복와이어(313)의 도중에 노출부(313d)를 형성하는 제2방전전극(470)이 예를 들면 텅스텐(W) 등의 도전성 재료로 이루어지고, 절연피복와이어(313)을 거쳐서 대향하는 1쌍의 전극조각(470a), 전극조각(470b) 및 이 전극조각(470a) 및 (470b)측의 상방에 있어서 상기 전극조각(470a),(470b) 보다 절연피복와이어(313)측으로 돌출해서 마련되어 고정되고 세라믹스 등으로 이루어지는 절연물질로 형성되는 절연조각(470c),(470d)로 구성되어 있다.
그리고, 이 절연조각(470c) 및 (470d)에 의해 절연피복와이어(313)을 양측에서 끼워넣는 상태에서 소정의 간극을 이루고 대향하는 1쌍의 전극조각(470a)와 (470b)에 상기 절연피복와이어(313)이 직접 접하는 일이 없는 것이다.
또, 이 경우 제2방전전극(470)은 요동축(471), 이 요동축(471)과 동축에 축지지되어 각각 한쪽끝이 개별의 솔레노이드(472a),(472b)에 걸어고정되는 여러개의 요동암(473a),(473b), 이 여러개의 요동암(473a),(473b)의 다른쪽끝부에 베이스단부가 고정되고 선단부에는 상기 제2방전전극(470)의 1쌍의 전극조각(470a),(470b)가 각각 걸어고정되는 1쌍의 가이드암(474a),(474b), 요동축(471) 및 여러개의 솔레노이드(472a),(472b)를 지지하고 XY테이블(305)에 고정되는 틀부재(475)로 이루어지는 방전전극 구동기구 A에 의해서 구동되로고 구성되어 있다.
또, 여러개의 요동암(473a),(473b)의 각각과 틀부재(475)측 사이에는 각각을 소정의 한방향으로 회전이동시키는 방향으로 항상 회전력을 작용시키는 스프링(476a),(476b)가 개재해서 마련되어 있다.
또, 가이드암(474a) 및 (474b)의 베이스단측을 지지하는 요동암(473a) 및 (473b)의 대향면에는 요동암(473b)측에 걸어고정되는 간극조정부재(477)이 마련되어 있고, 이 요동암(473a),(473b)의 요동변위에 의한 가이드암(474a),(474b)의 접근거리의 최소값 즉 제2방전전극(470)의 1쌍의 전극조각(470a) 및 (470b)의 최소간극이 안정하게 실현되도록 구성되어 있다.
즉, 제2방전전극(470)을 사용하지 않는 경우에는 솔레노이드(472a)를 이완시켜 스프링(476a)의 부세력에 의해서 요동암(473a)를 회전운동시킴과 동시에, 솔레노이드(472b)를 작동시켜 스프링(476b)의 부세력에 대항해서 요동암(473b)를 회전이동시키는 것에 의해서 가이드암(474a),(474b)를 거쳐서 전극조각(470a) 및 (470b)가 서로 멀어지는 방향으로 퇴피시키는 동작이 실행된다.
또, 사용시에는 반대로 솔레노이드(472a)를 작동시켜서 요동암(473a)를 스프링(476a)의 부세력에 대항해서 소정의 위치로 회전이동시키는 것에 의해서 기준위치를 설정함과 동시에, 솔레노이드(472b)를 이완시키고 스프링(476b)의 부세력에 의해 요동암(473b)를 간극조정부재(477)이 반대측의 요동암(473a)와 당접하는 위치까지 회전이동시키는 것에 의해서, 절연피복와이어(313)을 사이에 두고 대향하는 제2방전전극(470)의 전극조각(470a), 절연조각(470c)와 전극조각(470b), 절연조각(470d)의 상기 절연피복와이어(313)의 측면의 간극이 소정의 설정값으로 정밀하게 제어되는 것이다.
즉, 본 실시예의 경우에는 제26도에 도시된 바와 같이 상기 사용상태에 있어서의 절연조각(470c)와 (470d)의 간극을 ℓ1, 전극조각(470a) 및 (470b)의 각각으로부터의 절연조각(470c) 및 (470d)의 돌출량을 ℓ2, 또 절연피복와이어(313)의 바깥지름을 ℓ3으로 하면 방전갭 ℓ4는
Figure kpo00034
으로 된다.
여기서, 예를 들면 ℓ2=0.2mm, ℓ1=0.1mm, ℓ3=0.03mm로 하면, 상기 식에서 0.2mm
Figure kpo00035
ℓ4
Figure kpo00036
0.235mm의 범위에서 방전갭 ℓ4를 정밀하게 설정할 수가 있다.
이와 같이, 본 실시예3에 의하면 제2방전전극(470)과 절연피복와이어(313)과의 방전에 의한 노출부(313d)의 형성시에 방전갭 L4를 고정밀도로 설정할 수 있으며, 또한 방전중 등에 있어서의 중심선(313a)와 전극조각(470a),(470b)의 단락을 절연조각(470c),(470d)에 의해서 확실하게 방지할 수 있으므로, 매우 안정한 방전을 실행시킬 수 있게 되어 절연피복와이어(313)의 도중에 방전에 의해서 형성되는 노출부(313d)의 형성범위 및 위치를 고정밀도로 제어할 수가 있다.
[실시예 4]
제27a도~제27h도는 본 발명의 다른 실시예인 와이어본딩방법의 1예를 공정순으로 도시한 도면이다.
먼저, 캐필러리(310)은 반도체펠릿(303)의 목적으로 하는 본딩패드(303a)의 바로 위쪽부분에 위치결정되고, 이 때 캐필러리(310)에 삽입관통되어 있는 절연피복와이어(313)은 캐필러리(310)의 선단부에서 선단부를 볼(313c)의 형성에 필요한 길이만큼 돌출시킨 상태에서 제1와이어클램퍼(314)에 의해 구속되고 있다(제27a도).
이 상태에 있어서 측면부에서 제1방전전극(460)이 절연피복와이어(313)의 선단부 하측에 소정의 방전갭을 이루면서 들어가고, 상기 절연피복와이어(313)의 선단부와 방전하는 것에 의해서 볼(313c)가 형성된다(제27b도).
그 후, 제1방전전극(460)이 측부로 퇴피함과 동시에, 제1와이어클램퍼(314)만을 폐쇄한 상태에서 캐필러리(310)은 소정의 거리만큼 강하한다(제27c도).
또한, 이 때 절연피복와이어(313)의 볼(313c)는 아래쪽의 반도체펠릿(303)의 본딩패드(303a)와는 비접촉상태이다.
다음에, 제1와이어클램퍼(460)을 개방한 상태에서 캐필러리(310)이 소정의 높이로 급속하게 상승하는 것에 의해서, 절연피복와이어(313)의 관성에 의해 상기 캐필러리(310)의 선단부로부터는 소정의 길이로 절연피복와이어(313)이 송출된 상태로 된다.
이 상태에 있어서 제2와이어클램퍼(315)를 폐쇄하는 것에 의해서 절연피복와이어(313)을 안정시킨 후, 절연피복와이어(313)의 선단부에서 소정 길이의 위치에 측부에서부터 제1방전전극(460)이 소정의 방전갭을 이루고 접근한다.
그리고, 절연피복와이어(313b)를 거쳐서 중심선(313a)와 제1방전전극(460) 사이에서 방전을 실행하는 것에 의해서, 방전에너지에 의해 절연피복와이어(313)의 선단부에서 소정 길이의 위치에 노출부(313d)가 형성된다(제27d도).
그 후, 제1방전전극(460)을 측부로 퇴피시킴과 동시에 제2와이어클램퍼(315)를 개방하는 것에 의해서, 백텐션기구에서 항상 작용하고 있는 장력에 의해 절연피복와이어(313)은 릴(312)측으로 되돌아가고, 선단부의 볼(313c)는 캐필러리(310)의 선단부에 유지된 상태로 된다(제27e도).
다음에, 제1와이어클램퍼(314) 및 제2와이어클램퍼(315)를 개방한 상태에서 캐필러리(310)은 반도체펠릿(303)의 목적으로 하는 본딩패드(303a)상으로 강하하고, 볼(313c)를 상기 본딩패드(303a)에 압압하면서 가진(加振)하는 것에 의행서 절연피복와이어(313)의 볼(313c)를 상기 본딩패드(303a)에 압착시킨다(제27f도).
그 후, 캐필러리(310)은 선단부가 상술한 제27d도에 도시한 공정에서 이미 형성되어 있는 노출부(313d)의 위치와 일치하는 높이까지 상승함과 동시에 목적으로 하는 리이드(304b)방향으로 이동해서 강하하고, 노출부(313d)를 거쳐 노출되어 있는 중심선(313a)의 측면을 상기 리이드(304b)의 표면에 압압하면서 초음파진동을 인가하는 것에 의해서 압착시킨다(제27g도).
이 때, 본 실시예의 경우에도 상기 실시예2의 경우와 마찬가지로 중심선(313a)의 측면과 리이드(304b)의 표면 사이에 절연피복와이어(313b)가 전혀 개재되지 않으므로 충분한 접합강도가 얻어져 신뢰성이 높은 본딩이 실행됨과 동시에, 캐필러리(310)의 선단부에 절연피복재(313b)나 그것이 열변성해서 생기는 일부가 부착하는 일도 없다.
다음에, 캐필러리(310)을 볼(313c)의 형성시에 필요로 되는 길이만큼 절연피복와이어(313)이 송출되는 높이로 일단 상승시켜 정지시키고, 제1와이어클램퍼(314)를 폐쇄하여 절연피복와이어(313)의 송출을 구속한 후 또 캐필러리(310)을 상승시키는 것에 의해서, 절연피복와이어(313)의 선단부는 리이드(304b)측의 접합부에서 박리된다(제27h도).
그리고, 캐필러리(310)을 반도체펠릿(303)의 다음에 본딩할 본딩패드(303a)의 바로 위쪽부분에 있어서 소정의 높이로 위치결정하는 것에 의해서 다음의 본딩조작에 대비하고, 최초의 제27a도에 도시되는 상태로 되어 1조의 본딩패드(303a)와 리이드(304b)의 일련의 본딩조작이 완료한다.
이와 같이, 본 실시예 4에 의하면 상기 실시예 2의 경우와 마찬가지로 중심선(313a)의 측면과 리이드(304b)의 표면 사이에 절연피복재(313b)가 전혀 개재되지 않으므로 충분한 접합강도가 얻어져 신뢰성이 높은 본딩이 실행됨과 동시에, 캐필러리(310)의 선단부에 절연피복재(313b)나 그것이 열변성해서 생기는 일부가 부착하는 일도 없으므로, 항상 캐필러리(310)으로부터의 절연피복와이어(313)의 송출이나 끌어들임조작이 원활하게 실행되고 안정한 본딩작업을 장시간에 걸쳐 계속하게 할 수 있다는 효과가 있다.
또, 본 실시예 4의 경우에는 리이드(304b)에 대한 절연피복와이어(313)의 선단부의 접합을 이용하지 않고 캐필러리(310)의 상하이동에 의해서 노출부(313d)의 형성을 위한 절연피복와이어(313)의 송출길이의 제어가 실행되므로, 상기 실시예 2의 경우와 같은 더미본딩동작은 불필요하다.
본 실시예에 있어서 개시되는 발명중 대표적인 것에 의해서 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
즉, 본 발명으로 되는 와이어본딩방법에 의하면 본딩공구에 삽입관통되는 절연피복와이어를 이용하고 이 절연피복와이어의 선단부를 제1위치에 접합하는 조작과 상기 본딩공구에서 송출된 상기 절연피복와이어의 측면부를 제2위치에 접합하는 조작을 실행하는 것에 의해서 상기 제1위치와 제2위치 사이를 전기적으로 접속하는 와이어본딩방법으로서, 상기 제1 및 제2위치의 위치정보에 따라서 산출되는 필요 길이만큼 상기 절연피복와이어를 상기 본딩공구의 선단부에서 인출하고, 상기 제2위치와의 접합예정부분에 있어서 상기 절연피복와이어의 중심선과 방전전극 사이에서 절연피복을 거쳐 방전을 실행시키고, 그 때의 방전에너지에 의해서 상기 절연피복을 제거하여 상기 중심선의 노출부를 형성하고, 이 노출부를 상기 제2위치에 접합하므로, 노출부를 거쳐 노출된 중심선과 제2위치를 직접 접속시킨 상태에서 본딩조작을 실행할 수 있게 되고, 중심선과 제2위치 사이에 절연피복재료 등이 개재되는 것에 기인하는 접합부의 신뢰성 저하가 해소되어 절연피복와이어의 측면부와 제2위치에 있어서의 접합부의 신뢰성을 확보할 수가 있다.
또, 중심선과 제2위치 사이에 절연피복이 개재되지 않으므로 절연피복의 박리나 열변성 등에 기인하는 이물의 발생량이 대폭으로 감소함과 동시에 본딩공구는 미리 형성된 노출부를 거쳐 노출된 절연피복와이어의 중심선을 직접적으로 압압하게 되므로, 본딩공구에 이물이 침입하는 일이 없어지고 본딩공구에 대한 절연피복와이어의 원활한 삽입통과가 확보되어 본딩작업을 안정하게 계속할 수 있게 된다.
또, 본 발명으로 되는 와이어본딩장치에 의하면, 절연피복와이어가 삽입관통되고 대상물에 대해서 상대적으로 3차원적인 변위가 가능하게 된 본딩공구와 상기 절연피복와이어 사이에서 수시로 방전을 실행하는 방전전극을 구비하고, 상기 방전에 의해서 볼이 형성된 상기 절연피복와이어의 선단부를 제1위치에 접합하는 조작과 상기 본딩공구에서 송출된 상기 절연피복와이어의 측면부를 제2위치에 접합하는 조작을 실행하는 것에 의해서 상기 제1위치와 제2위치 사이를 전기적으로 접속하는 와이어본딩장치로서, 개개의 상기 제1 및 제2위치정보에 따라서 상기 제1 및 제2위치에 가설되는 상기 절연피복와이어의 필요 길이를 계산하고, 이 계산결과에 따라서 상기 본딩공구의 선단부에서 상기 절연피복와이어를 필요 길이만큼 인출하고, 상기 제2위치와의 접합예정부분에 있어서 상기 절연피복와이어의 중심선과 방전전극 사이에서 절연피복을 거쳐서 방전을 실행시키고, 이 때의 방전에너지에 의해서 상기 절연피복을 제거하여 상기 중심선의 노출부를 형성하고, 이 노출부를 상기 제2위치에 접합하도록 했으므로, 예를 들면 독립해서 동작하는 제1 및 제2와이어클램퍼를 적절하게 제어하여 본딩공구로부터의 절연피복와이어의 송출을 제어하는 것에 의해서 절연피복와이어의 선단부에서 원하는 거리에 있는 제2위치와의 접합예정부분에 제2위치에 대한 절연피복와이어의 측면부의 접합전에 절연피복을 제거하여 중심선의 노출부를 형성할 수 있고, 이 노출부를 거쳐 노출된 중심선과 제2위치를 직접 접촉시킨 상태에서 본딩조작을 실행할 수 있게 되어 중심선과 제2위치 사이에 절연피복재료 등이 개재되는 것에 기인하는 접합부를 신뢰성 저하가 해소되고, 절연피복와이어의 측면부와 제2위치에 있어서의 접합부의 신뢰성을 확보할 수가 있다.
또, 중심선과 제2위치 사이에 절연피복이 개재되지 않으므로 절연피복의 박리나 열변성 등에 기인하는 이물의 발생량이 대폭으로 감소함과 동시에, 본딩공구는 미리 형성된 노출부를 거쳐 노출된 절연피복와이어의 중심선을 직접적으로 압압하게 되므로, 본딩공구에 이물이 침입하는 일이 없어지고 본딩공구에 대한 절연피복와이어의 원활한 삽입관통이 확보되어 본딩작업을 안정하게 계속할 수 있게 된다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시예에 따라서 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위내에서 여러가지로 변경가능한 것은 물론이다.

Claims (12)

  1. (a) 2이상의 본딩패드가 배치된 반도체 집적회로칩과 그들에 대응해서 배치된 2이상의 외부리이드를 포함하는 피처리 반도체장치를 본딩장치에 공급하는 공정, (b) 금속세선의 측면을 박막으로 절연한 절연피복 본딩와이어의 한쪽끝이 상기 칩상의 상기 2이상의 본딩패드중의 목적으로 하는 패드에 본딩되어 있지 않은 상태이고, 또한 상기 와이어의 상기 한쪽끝이 상기 본딩장치의 본딩캐필러리로부터 돌출한 상태에 있어서 상기 와이어의 상기 목적으로 하는 패드에 대응한 상기 2이상의 외부리이드중의 목적으로 하는 외부리이드에 웨지본딩할 부분을 자동적으로 특정하고 그 부분의 절연피복을 방전에 의해 제거하는 공정, (c) 상기 와이어가 상기 캐필러리를 관통해서 상기 와이어의 상기 한쪽끝이 상기 캐필러리로부터 돌출한 상태에서 상기 와이어와 볼형성용 방전전극 사이의 방전에 의해 상기 와이어의 상기 한쪽끝에 볼본딩을 위한 볼을 형성하는 공정, (d) 상기 볼이 형성된 상기 와이어의 상기 한쪽끝을 상기 목적으로 하는 패드에 상기 캐필러리에 의해 볼본딩하는 공정 및 (e) 상기 피복이 제거된 상기 와이어의 상기 웨지본딩할 부분을 상기 목적으로 하는 리이드에 상기 캐필러리에 의해 웨지본딩하는 공정을 포함하는 반도체 집적회로장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 웨지본딩할 부분의 상기 피복의 제거는 상기 와이어와 중간피복제거용 방전전극 사이의 방전에 의해 실행되는 반도체 집적회로장치의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 웨지본딩할 부분의 상기 피복의 제거는 상기 와이어의 한쪽끝에 볼을 형성하기 전에 실행되는 반도체 집적회로장치의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 볼형성용 방전전극과 상기 중간피복제거용 방전전극은 일체의 방전전극을 구성하는 반도체 집적회로장치의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 볼형성과 상기 중간피복의 제거는 상기 일체의 방전전극의 다른 부분을 사용해서 실행되는 반도체 집적회로장치의 제조방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 웨지본딩할 부분의 상기 피복의 제거는 상기 와이어의 상기 한쪽끝에 볼을 형성하기 전에 실행되는 반도체 집적회로장치의 제조방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 볼을 형성하기 위한 방전은 상기 볼형성용 방전전극에 상기 와이어와 비교해서 상대적으로 부의 전위를 공급해서 실행하는 반도체 집적회로장치의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 볼을 형성하기 위한 방전은 상기 볼형성용 방전전극에 상기 와이어와 비교해서 상대적으로 부의 전위를 공급해서 실행하는 반도체 집적회로장치의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 중간의 피복을 제거하기 위한 방전은 상기 중간피복제거용 방전전극에 상기 와이어와 비교해서 상대적으로 부의 전위를 공급해서 실행하는 반도체 집적회로장치의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 적어도 방전생성시에 상기 와이어의 다른쪽끝은 전기적으로 상기 본딩장치 또는 그 방전전원회로의 접지전극에 연결되어 있는 반도체 집적회로의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 중간의 피복을 제거하기 위한 방전은 상기 중간피복제거용 방전전극에 상기 와이어와 비교해서 상대적으로 부의 전위를 공급해서 실행하는 반도체 집적회로장치의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 적어도 방전생성시에 상기 와이어의 다른쪽끝은 전기적으로 상기 본딩장치 또는 그 방전전원회로의 접지전극에 연결되어 있는 반도체 집적회로장치의 제조방법.
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