KR0161330B1 - 와이어본딩방법 및 장치 - Google Patents

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KR0161330B1
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도시아키 사사노
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후지야마 겐지
가부시키가이샤 신가와
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Abstract

[목적]
오프셋의 어긋남량이 자동적으로 수정되고, 또 수정정밀도 향상이 도모됨과 동시에 경시적인 오프셋 변동도 수정가능하게 한다.
[구성]
와이어본딩후에 본딩된 볼 또는 캐필러리의 압흔 상방으로 상기 시료검출중심축을 이동시키는 오프셋의 수정시기 및 오프셋 수정수순이 기억된 오프셋 수정용 제어메모리(35), 오프셋량이 기억된 오프셋 메모리(39), 및 오프셋 수정용 제어메모리(35)에 의해 XY 테이블을 구동하여 카메라(11)의 시료검출중심축을 상기 볼 또는 캐필러리의 압흔 상방으로 이동시켜 화상처리부(20)의 연산제어부(24)에서 산출한 어긋남량에 의해 오프셋 메모리(39)에 기억되어 있는 오프셋량을 보정하는 장치구동부(30)의 연산제어부(36)를 구비하고 있다.

Description

와이어본딩방법 및 장치
제1도는 본 발명의 와이어본딩방법에 사용하는 제어회로부의 일실시예를 나타내는 블록도.
제2도는 본딩된 볼의 어긋남 검출표시도.
제3도는 리드부의 본딩부분 평면도.
제4도는 시료의 하나의 예를 표시하는 평면도.
제5도는 와이어 본딩장치의 하나의 예를 표시하는 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 리드프레임 2 : 반도체칩
3 : 시료 10 : 와이어 본딩장치
11 : 카메라 15 : 캐필러리
16 : XY 테이블 20 : 화상처리부
24,36 : 연산제어부 30 : 장치구동부
34 : 본딩용제어메모리 35 : 오프셋 수정용 제어메모리
38 : 본딩좌표메모리 39 : 오프셋메모리
[산업상의 이용 분야]
본 발명은 와이어본딩방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 카메라로 검출하는 시료검출 중심축과 캐필러리 중심축의 오프셋 수정방법 및 수단에 관한 것이다.
[종래의 기술]
제4도에 도시하는 바와 같이 리드프레임(1)에 반도체칩(2)이 부착된 시료(3)는 제5도에 도시하는 와이어본딩장치(10)에 의해 반도체칩(2)의 패드(P1,P2…)와 리드프레임(1)의 리드부(L1,L2…)에 와이어(4)를 와이어본딩에 의해 접속한다.
이같은 와이어본딩방법에 있어서는 일반적으로 우선 카메라(11)에 의해 반도체칩(2) 상의 적어도 2개의 정점(定點) 및 리드프레임(1) 상의 적어도 2개의 정점의 정규위치로 부터의 어긋남을 검출하여 이 검출치에 의거하여 미리 기억된 본딩좌표를 연산부에서 수정한다. 이 카메라(11)에 의한 검출의 경우는 카메라(11)의 중심축(11a)이 측정점 바로 위에 위치하도록 X축모터(12) 및 Y축모터(13)가 구동된다.
상기한 바와 같이 본딩좌표가 수정된 후, 캐필러리(15)가 XY축 방향 및 Z축방향으로 이동되고, 캐필러리(15)에 끼워 통해진 와이어(4)를 반도체칩(2)의 패드(P1,P2…)와 리드프레임(1)의 리드부(L1,L2…)에 와이어본딩 한다.
이 경우, 카메라(11)의 중심축(11a)과 캐필러리(15)의 중심축(15a)은 거리(W)만큼 오프셋되어 있기 때문에 카메라(11)에 의해 정점의 어긋남을 검출하여 본딩좌표를 수정 후, X축모터(12) 및 Y축모터(13)에 의해 XY 테이블(16)이 오프셋량(W) 만큼 이동되고, 캐필러리(15)가 시료(3)의 제1본드점 상방에 위치하게 된다. 그 후, X축모터(12) 및 Y축모터(13)에 의한 XY 테이블(16)의 XY 축방향의 이동과, Z축모터(14)에 의한 캐필러리(17)의 상하운동(또는 요동)에 의한 캐필러리(15)의 Z축방향의 이동에 의해 상기 수정된 본딩좌표에 와이어(4)가 와이어본딩 된다. 제5도에 있어서, 캐필러리암(17)은 본딩헤드(18)에 요동자재로 설치되고, 카메라(11)는 카메라유지암(19)을 통하여 본딩헤드(18)에 고정되어 있다. 또한, Xw는 오프셋량(W)의 X축성분, Yw는 옵셋량(W)의 Y축성분을 나타낸다.
또한, 이런 종류의 와이어본딩장치로서, 가령 특개평 4-317342호 공보, 특개평 4-320350호 공보 등을 들 수 있다. 또, 시료의 위치보정 방법으로서, 가령 특개소 51-78174호 공보, 특개소 57-50059호 공보 등을 들 수 있다.
상기와 같이, 카메라(11)의 중심축(11a)과 캐필러리(15)의 중심축(15a)은 기계적으로 결정된 일정한 오프셋량(W)을 가지고 있다.
따라서, 상기한 바와 같이 카메라(11)에 의해 시료(3)의 어긋남량을 검출하여 본딩좌표를 수정하고, 상기 오프셋량(W) 만큼 이동시켜서 상기 수정된 본딩좌표에 예정된 프로그램에 따라 캐필러리(15)를 순차이동시킴으로써 본딩점에 정확하게 본딩시킬 수 있다.
그러나, 와이어본딩장치(10)는 리드프레임(1)을 가열하기 위한 히트블록을 가지며, 캐필러리(15)를 유지하는 캐필러리암(17)은 히트블록상방에 위치하고 있다. 또, 와이어본딩장치(10)는 발열원으로서 상기 히트블록외에 XY 테이블(16)은 XY 축방향으로 구동하는 X축모터(12) 및 Y축모터(13), 캐필러리암(17)에 내장된 초음파 발전원, 캐필러리(17)를 요동 또는 상하운동시키는 Z축모터(14) 등을 구비하고 있다.
이와 같은 발열원에 의한 주위온도 변화나 동작발열 등에 의해 캐필러리암(17)의 열팽창과 카메라(11)를 유지하는 카메라유지암(19)의 열팽창에 차이가 생기고, 카메라(11)의 중심축(11a)과 캐필러리(15)의 중심축(15a)과의 오프셋(양과 방향)이 변동한다. 이 변동에 의한 오차분이 본딩위치 어긋남으로서 표시된다.
종래, 이 오프셋의 변동수정은 작업자가 정기적으로 다음과 같은 방법에 의해 수동으로 행하고 있었다. 반도체칩(2)의 패드(P1)와 리드프레임(1)의 리드부(L1)를 와이어본딩한 후, 패드(D1)좌표에 오프셋량(W)을 가한 양만큼 XY 테이블(16)을 구동하여 카메라(11)의 중심축(11a)을 패드(P1) 상방으로 이동시키고, 카메라(11)로 찍어낸 패드(P1)에 본딩된 볼이 모니터 화면중심의 교차선에 대하여 엇갈려 있는지를 조사한다. 다음에 10키(ten-key) 또는 체스만(chessman)을 수동조작하여 XY 테이블(16)을 구동시켜, 볼을 모니터화면 중심의 교차선에 맞춘다. 그리고, 이 맞춤조작에 의한 XY 테이블(16)의 이동량을 미리 설정되어 있는 오프셋량(W)에 가하여 수정을 행하고 있다.
[발명이 해결하고자 하는 과제]
상기 종래기술에 의한 오프셋의 수정작업은 장치를 일시정지하여 수동인력수단의 10키 등을 조작하여 볼을 화면중심의 교차선에 맞추어 수동조작이므로 다대한 수정작업시간을 요한다는 문제가 있었다. 또, 작업자의 실수나 개인차 등에 의한 수정오차가 생긴다.
또, 수동수정방법은 대상화상의 분해능이 텔레비젼모니터의 분해능으로 정해져 버리기 때문에 이에 의해 미세한 위치가 판단되지 못하게 되고, 위치정밀도는 픽셀(Pixel;화소) 단위였다.
또, 경제적인 변동에 대한 수정이 매우 곤란한 문제가 있었다.
본 발명 목적은 오프셋의 어긋남량이 자동적으로 수정되고, 또 수정정밀도 향상이 도모됨과 동시에 경제적인 오프셋 변동도 와이어본딩방법 및 장치를 제공함에 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 리드프레임에 반도체 칩이 부착된 시료에 와이어본딩하는 캐필러리, 이 캐필러리와 일정한 오프셋량을 가지고 설치된 시료검출 중심축을 갖는 카메라, 및 캐필러리 및 카메라를 함께 XY 축방향으로 구동하는 XY 테이블을 구비하고, 상기 카메라로 시료의 어긋남량을 검출하여 본딩좌표를 수정하고, 상기 오프셋량만큼 이동시켜서 예정된 프로그램에 따라 상기 수정된 본딩좌표에 캐필러리를 순차이동시켜서 본딩하는 와이어본딩방법에 있어서, 와이어본딩후에 본딩된 볼 또는 캐필러리의 압흔(壓痕) 상방으로 상기 시료검출 중심축이 이동하도록 상기 XY 테이블이 자동적으로 구동되고, 볼 또는 캐필러리 압흔의 위치 어긋남을 검출하여 상기 오프셋의 어긋남량을 보정하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 리드프레임에 반도체 칩이 부착된 시료에 와이어본딩하는 캐필러리, 이 캐필러리와 일정한 오프셋량을 가지고 설치된 시료검출 중심축을 갖는 카메라, 캐필러리 및 카메라를 함께 XY 축방향으로 구동하는 XY 테이블 및 상기 카메라로 촬상(撮像)한 화상을 처리하여 화상의 위치어긋남량을 산출하는 화상처리부의 연산제어부를 구비한 와이어본딩장치에 있어서, 와이어본딩후에 본딩된 볼 또는 캐필러리의 압흔 상방으로 상기 시료검출 중심축을 이동시키는 오프셋의 수정시기 및 오프셋수정수순이 기억된 오프셋 수정용 제어메모리, 상기 오프셋량이 기억된 오프셋메모리, 및 상기 오프셋 수정용 제어메모리에 의해 상기 XY 테이블을 구동하여 상기 시료검출 중심축을 상기 볼 또는 캐필러리의 압흔 상방으로 이동시켜 상기 화상처리부의 연산제어부에서 산출한 어긋남량에 의해 상기 오프셋 메모리에 기억되어 있는 오프셋량을 보정하는 장치구동부의 연산제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
[작용]
시료에 차례로 와이어본딩이 행해지고, 오프셋 수정용 제어메모리에 설정된 시간이되면 오프셋 수정용 제어메모리에 의해 연산제어부는 본딩된 볼 또는 캐필러리의 압흔 상방으로 시료검출 중심축을 이동시킨다. 이에 의해 카메라에 의해 볼 또는 캐필러리의 압흔이 촬상된다. 이 촬상된 영상은 화상처리부의 연산제어부에 의해 화상처리되고, 어긋남량을 산출한다.
장치구동부의 연산제어부는 상기 산출된 어긋남량에 의해 오프셋 메모리에 기억되어 있는 오프셋량은 보정한다. 이후, 다음 오프셋 수정이 행해지기까지 상기 오프셋 메모리에 기억되어 있는 오프셋량이 사용된다.
[실시예]
이하, 본 발명의 일실시예를 제1도, 제2도, 제4도 및 제5도에 의해 설명한다.
제1도에 도시하는 바와 같이 제어회로부는 주로 카메라(11)의 영상을 화상처리하는 화상처리부(20), 제5도에 도시하는 와이어본딩장치(10)를 구동하는 장치구동부(30), 및 좌표 등의 데이타를 장치구동부(30)에 수동으로 입력하는 수동입력수단(45)으로 되어 있다.
화상처리부(20)는 카메라(11)에서 화상입력수단(21)을 통하여 입력된 영상의 화상형상을 기억하는 화상메모리(22), 이 화상메모리(22)의 화상처리수순이 기억된 제어메모리(23) 및 이 제어메모리(23)의 수순에 따라 화상메모리(22)의 화상을 처리하여 화상의 중심어긋남량을 연산하는 연산제어부(24)로 되어 있다. 또 상기 화상메모리(22)의 화상은 텔레비젼모니터(25)에 찍혀 나온다.
장치구동부(30)는 X축모터(12), Y축모터(13), Z축모터(14)를 제어하는 X축모터제어부(31), Y축모터제어부(32), Z축모터제어부(33), 본딩동작을 위하여 상기 모터(12,13,14)을 제어하는 제어수순 및 본딩좌표의 산출수순이 기억된 본딩용 제어메모리(34), 오프셋량(W)의 수정시기 및 오프셋 수정수순이 기억된 오프셋 수정용 제어메모리(35), X축모터제어부(31), Y축모터제어부(32), Z축모터제어부(33), 본딩용제어메모리(34) 및 오프셋 수정용 제어메모리(35)를 제어함과 동시에 상기 연산제어부(24)에 의해 산출된 중심 어긋남량과 수동입력수단(45)에 의해 입력된 본딩좌표 데이타에 의해 실제의 본딩좌표를 산출하고 오프셋 수정량을 산출하는 연산제어부(36), 이 연산제어부(36)로 산출된 본딩좌표를 기억하는 배터리백업(37)된 본딩좌표메모리(38) 및 상기 수정된 오프셋을 기억하는 오프셋메모리(39)로 되어 있다. 상기 수동입력수단(45)은 10키(46) 및 체스만(47)으로 되고, 본딩좌표 및 오프셋은 그 어느 하나를 사용하여 장치구동부(30)에 입력된다.
다음에, 작용에 대하여 설명한다. 오프셋 수정용 제어메모리(35)에는 미리 수동입력수단(45)을 이용하여 일정시간마다 오프셋의 수정을 행하도록 입력해두고, 또, 오프셋 수정에 사용하는 임의의 패드, 예컨대 패드(P1)를 입력해 둔다. 그래서, 종래의 기술의 항에서 설명한 바와 같이 제5도에 도시하는 와이어본딩장치(10)에 의해 제4도에 도시하는 바와 같이 시료(3)에 와이어본딩이 행해진다.
시료(3)에 차츰 와이어본딩이 행해지고 오프셋 수정용 제어메모리(35)에 설정한 시간이 되면, 그 시료(3)에 와이어본딩이 완료된 후, 오프셋 수정용 제어메모리(35)에 의해 본딩좌표메모리(37)에 기억되어 있는 패드(P1)의 좌표와 오프셋메모리(40)에 기억되어 있는 오프셋량(W)을 연산제어부(36)는 판독한다. 그리고, 연산제어부(36)는 패드(P1) 좌표에 오프셋량(W)을 더한 좌표에서 X축모터제어부(31) 및 Y축모터제어부(32)를 제어한다. 이에 의해 X축모터(12) 및 Y축모터(13)가 구동하여 카메라(11)의 중심축(11a)은 와이어본딩된 패드(P1) 상방으로 이동한다. 이에 따라 카메라(11)에 의해 패드(P1)가 촬상된다. 이, 촬상된 영상은 화상입력수단(21)에 의해 디지탈신호로 변환하여 화상메모리(22)에 기억된다. 이 화상메모리(22)에 기억된 화상형상은 연산제어부(24)에 의해 화상처리되고, 패드(P1)에 와이어본딩된 볼의 중심어긋남량을 산출한다.
제2도는 패드(P1)에 와이어본딩된 볼(4a)이 텔레비젼모니터(25)에 비쳐진 촬상의 화상예를 나타낸다. 볼(4a)의 중심을 Pc(xc,yc)로 하면, 수 1에 의해 카메라 화상의 중심(Ps)에서 볼(4a)의 중심(Pc)의 어긋남량(△x,△y)이 구해진다. 본래, 카메라화상과 본딩중심의 위치관계를 오프셋으로 하고 있기 때문에, △x, △y가 그 시점의 오프셋의 어긋남량이 된다.
수 1
△x=xs-xc
△y=ys-yc
이 산출되는 어긋남량(△x,△y)은 서브픽셀(부화소) 정밀도를 가지고 검출가능하다. 서브픽셀 연산에 대해서는 다치화(多値化;階調付面像) 상관처리에 부가하여 HILL-CLIBM 기법 및 보간법(補間法) 연산 등을 사용함으로써 부화소 정밀도로 최대의 상관치를 갖는 점을 발견할 수 있다는 것이 알려져 있다. 또, 이 어긋남량(△x,△y)은 화상메모리(22)의 픽셀수로서 구해지나, 카메라(11)의 배율(倍率)에 의해 1픽셀당 실치수(XY 테이블(16)의 이동량)은 장치의 고유치이기 때문에 XY 테이블(16)의 이동량으로 환산할 수 있고, 이 환산의 계수를 kx, ky로 하면 실치수 어긋남량(dx1,dy1)은 수 2에서 산출된다.
수 2
dx=kx·△x
dy=ky·△y
다음에, 연산제어부(36)는 오프셋메모리(39)에 기억되어 있는 오프셋량(W)의 X축성분(Xw), Y축성분(Yw)에 상기 오프셋(△x,△y)을 수 3과 같이 더하여 수정하고, 이 새로운 오프셋(Xw1,Yw1)을 오프셋메모리(39)에 기억시킨다. 이후, 다음의 오프셋 수정이 행해지기까지 상기 오프셋(Xw1,Yw1)이 사용된다.
수 3
Xw1=Xw+dx
Yw1=Yw+dy
또한, 상기 실시예는 오프셋의 수정을 일정시간마다 행할 경우에 대하여 설명하였으나 이 방법으로 한정되는 것은 아니다. 가령, 전원을 온으로할 때, 또 히트블록을 온으로 할 때 등에는 온도변화가 크고 오프셋의 큰 변동이 예상된다. 이와 같이 큰 변동이 예상되는 기간에는 수정횟수를 늘이고, 시간이 경과하여 변동이 포화된 기간에서는 횟수를 줄이는 등의 프로그램을 사용하여도 좋다. 또, 상기 실시예는 임의의 패드, 가령 패드(P1)에만 카메라(11)를 되돌려 오프셋의 어긋남량을 구하였다.
그러나, 1점만의 어긋남량으로 보정하면 더욱 지나치게 엇갈려버리는 수가 있으므로 복수점에 대하여 어긋남량을 검출, 즉 복수회의 샘플링에 의해 어긋남방향과 어긋남량의 평균과 편차를 계산하는 등의 통계적 수법을 사용하여 수정하여도 좋다.
또, 상기 실시예는 패드에 와이어본딩된 볼(4a)의 어긋남량을 검출하여 오프셋을 보정하였으나 제3도에 도시하는 바와 같이 리드부(L)에 와이어본딩할 경우에 생기는 캐필러리(15)의 압흔마크(5)를 이용하여도 동일하게 적용되는 것은 말할 것도 없다.
이와 같이, 오프셋 변동의 수정이 자동적으로 행해지고, 오프셋에 기인하는 본딩의 위치 어긋남검출이 자동적으로 행해지고, 일련의 본딩작업을 전자동적으로 행할 수 있다.
즉, 화상의 교차선에 볼(4a) 또는 캐필러리(15)의 압흔마크(5) 중심을 맞추는 조작을 필요로 하지 않기 때문에 작업시간이 대폭 단축됨과 동시에 작업자의 실수나 개인차 등에 의한 위치 맞춤오차가 없고, 본딩좌표의 위치정밀도가 향상한다. 또, 본 실시예의 경우, 텔레비젼모니터(25)의 분해능은 6μm/픽셀이고, 수동으로 위치 맞춤할 경우는 이에 의해 미세한 위치판단이 안된다. 본 실시예에 있어서는 서브픽셀연산이 가능하므로 1/32픽셀의 검출정밀도가 있고, 외란(外亂)의 요인을 포함하더라도 1/4픽셀 즉, 1.5μm의 정밀도가 얻어진다.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면 와이어본딩후에 본딩된 볼 또는 캐필러리의 압흔의 위치어긋남을 검출하여 오프셋의 어긋남량이 자동적으로 수정되고, 또 수정정밀도 향상이 도모됨과 동시에 경제적인 오프셋의 변동도 수정가능하다.

Claims (2)

  1. 리드프레임에 반도체 칩이 부착된 시료에 와이어본딩하는 캐필러리, 이 캐필러리와 일정한 오프셋량을 가지고 설치된 시료검출 중심축을 갖는 카메라, 및 캐필러리 및 카메라를 함께 XY 축방향으로 구동하는 XY 테이블을 구비하고, 상기 카메라로 시료의 어긋남량을 검출하여 본딩좌표를 수정하고, 상기 오프셋량만큼 이동시켜 예정된 프로그램에 따라 상기 수정된 본딩좌표로 캐필러리를 순차이동시켜서 본딩하는 와이어본딩방법에 있어서, 와이어본딩후에 본딩된 볼 또는 캐필러리의 압흔 상방으로 상기 시료검출 중심축이 이동하도록 상기 XY 테이블이 자동적으로 구동되어, 볼 또는 캐필러리 압흔의 위치 어긋남을 검출하여 상기 오프셋의 어긋남량을 보정하는 것을 특징으로 하는 와이어본딩방법.
  2. 리드프레임에 반도체 칩이 부착된 시료에 와이어본딩하는 캐필러리, 이 캐필러리와 일정한 오프셋량을 가지고 설치된 시료검출 중심축을 갖는 카메라, 캐필러리 및 카메라를 함께 XY 축방향으로 구동하는 XY 테이블 및 상기 카메라로 촬상한 화상을 처리하여 화상의 위치어긋남량을 산출하는 화상처리부의 연산제어부를 구비한 와이어본딩장치에 있어서, 와이어본딩후에 본딩된 볼 또는 캐필러리의 압흔 상방으로 상기 시료검출 중심축을 이동시키는 오프셋의 수정시기 및 오프셋 수정수순이 기억된 오프셋 수정용 제어메모리, 상기 오프셋량이 기억된 오프셋 메모리 및 상기 오프셋 수정용 제어메모리에 의해 상기 XY 테이블을 구동하여 상기 시료검출 중심축을 상기 볼 또는 캐필러리의 압흔 상방으로 이동시켜 상기 화상처리부의 연산제어부에서 산출한 어긋남량에 의해 상기 오프셋 메모리에 기억되어 있는 오프셋량을 보정하는 장치구동부의 연산제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 와이어본딩장치.
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