KR100213441B1 - Wire bonding apparatus having discharge stick - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방전막대의 선단부를 원형 고리로 형성하여 초기 볼 형성될 와이어의 선단부와 방전막대의 선단부 사이의 거리변화를 줄이고 초기 볼의 크기변화를 줄일 수 있도록 한 와이어본딩장치의 방전막대의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a discharge bar of a wire bonding apparatus which can reduce a change in distance between a tip end of a wire to be formed in an initial ball and a tip end of a discharge rod and a change in size of an initial ball by forming a tip of the discharge rod in a circular ring .

따라서, 본 발명의 목적은 본딩 와이어의 초기 볼 크기의 변화를 줄여 와이어본딩공정의 불량이 발생하는 것을 방지하도록 한 와이어본딩장치의 방전막대 구조를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a discharge bar structure of a wire bonding apparatus for reducing a change in an initial ball size of a bonding wire, thereby preventing defects in the wire bonding process.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 와이어본딩장치의 방전막대의 선단부를 원형 고리로 형성하여 초기 볼이 형성될 와이어 선단부의 형상 및 위치가 변화하더라도 와이어 선단부와 방전막대의 고리부분과의 거리변화를 줄여 초기 볼의 크기 변화를 줄이고 또한 본딩공정의 불량발생을 방지하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a wire bonding apparatus, the method comprising: forming a wire rod at a distal end of the wire rod by a circular ring to change a distance between a tip end of the wire and a ring portion of the discharge rod, Thereby reducing the size change of the initial ball and preventing the occurrence of defects in the bonding process.

Description

와이어본딩장치의 방전막대 구조Discharge bar structure of wire bonding device

본 발명은 와이어본딩장치용 방전막대에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방전막대의 선단부를 원형 고리로 형성하여 초기 볼 형성될 와이어의 선단부와 방전막대의 선단부 사이의 거리변화를 줄이고 초기 볼의 크기변화를 줄일 수 있도록 한 와이어본딩장치의 방전막대 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a discharge bar for a wire bonding apparatus, and more particularly, to a discharge bar for a wire bonding apparatus, in which a distal end portion of a discharge rod is formed into a circular ring so as to reduce a change in distance between a tip end portion of a wire to be initially formed and a discharge end portion, To a discharge bar structure of a wire bonding apparatus.

일반적으로 와이어본딩장치는 다이본딩이 완료된 반도체칩의 본딩패드들을 리드프레임의 내부리드들에 대응하여 도전성 미세선으로 전기적 연결하는데 사용된다. 상기 미세선으로는 금와이어 외에도 알루미늄와이어, 구리와이어가 사용된다. 상기 와이어의 굵기는 주로 0.7mil이 사용되고 20mil이상 되는 것도 있다. 특수한 경우를 제외하고는 일반 트랜지스터나 집적회로의 경우, 0.7mil, 1.0mil, 1.25mil 등의 금와이어가 사용된다.In general, a wire bonding apparatus is used to electrically connect bonding pads of a semiconductor chip that has been subjected to die bonding to conductive fine lines corresponding to internal leads of a lead frame. Aluminum wires and copper wires are used as the fine wires in addition to gold wires. The thickness of the wire is mainly 0.7 mils and may be 20 mils or more. Except in special cases, gold wires such as 0.7 mil, 1.0 mil, and 1.25 mil are used for common transistors and integrated circuits.

와이어본딩 방식의 하나인 열압착본딩에서는 다이본딩된 리드프레임이 히터블럭 위에 놓여져 어느 정도 가열되고 또한 캐피러리에 끼워진 와이어의 하단부가 초기의 볼 형태로 이루어진 상태에서 캐피러리의 중량에 의해 반도체칩의 본딩패드(또는 리드프레임의 내부리드)의 표면에 가압되면서 어느 정도 시간에 경과하면, 두 접촉금속간의 원자 이동이 이루어져 결합된다.In the thermocompression bonding, which is one of the wire bonding methods, the die-bonded lead frame is placed on the heater block, heated to some extent, and the lower end of the wire inserted into the capillary is in an initial ball shape. When a certain amount of time has elapsed while being pressed onto the surface of the bonding pad (or the inner lead of the lead frame), atomic movement between the two contact metals is achieved and combined.

상기 와이어의 하단부를 초기의 볼 형태로 형성하기 위해 방전막대(electric flame off tip)에 고전압이 인가되면, 상기 방전막대와 와이어의 선단부 사이에 방전이 발생하여 와이어의 선단부가 용융되어 볼 형태로 이루어진다.When a high voltage is applied to the electric discharge flame tip to form the lower end of the wire in an initial ball shape, a discharge is generated between the discharge bar and the tip of the wire to melt the tip of the wire to form a ball .

도 1은 일반적인 와이어본딩장치의 요부를 나타낸 개략적인 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a main part of a general wire bonding apparatus. FIG.

도시된 바와 같이, 와이어본딩장치는 트랜스듀서(1)에 캐피러리(3)가 삽입 설치되고, 캐피러리(3)의 관통홀(도시안됨)에 금(Au) 와이어(5)가 끼워지고, 캐피러리(3)의 하단부로부터 일정한 거리를 두고 방전막대(7)가 위치되는 구조로 이루어져 있다. 방전막대(7)의 선단부가 봉형으로 이루어져 있다.As shown in the figure, in the wire bonding apparatus, the capillary 3 is inserted into the transducer 1, the gold (Au) wire 5 is inserted into the through hole (not shown) of the capillary 3, And the discharge bar 7 is positioned at a certain distance from the lower end of the capillary 3. And the tip of the discharge bar 7 is bar-shaped.

여기서, 트랜스듀서(1)는 중앙처리장치(도시안됨)로부터 초음파에 따라 기계적인 운동으로 진동하고 캐피러리(3)는 트랜스듀서(1)의 진동을 전달받아 리드프레임(도시안됨)의 내부리드와 반도체칩(도시안됨)의 본딩패드에 와이어(5)를 본딩시키는 것이다.Here, the transducer 1 vibrates in a mechanical motion according to ultrasonic waves from a central processing unit (not shown), and the capillary 3 receives vibrations of the transducer 1 and receives the vibration of the internal lead And a bonding pad of a semiconductor chip (not shown).

이와 같이 구성되는 와이어본딩장치의 와이어본딩 과정을 도 2(A) 내지 (C)를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.The wire bonding process of the wire bonding apparatus having the above structure will be described with reference to FIGS. 2 (A) to 2 (C).

도 2 (A)내지 (C)는 일반적인 와이어본딩장치의 와이어본딩 방법을 나타낸 단면공정도이다.2 (A) to 2 (C) are cross-sectional process drawings showing a wire bonding method of a general wire bonding apparatus.

도 2 (A)에 도시된 바와 같이, 먼저, 도 1의 트랜스듀서(1)에 캐피러리(3)가 설치되어 있고 캐피러리(3)의 관통홀(4)에 금(Au) 와이어(5)가 끼워져 있는 상태에서 발전기(도시안됨)로부터 4KV의 고전압이 일정시간 동안 방전막대(7)에 인가되면, 캐피러리(3)의 하단부로부터 나와 있는 와이어(5)의 선단부와, 방전막대(7)의 봉형 선단부 사이에서 방전이 발생하여 와이어(5)의 선단부가 용융된다.2, a capillary 3 is provided in the transducer 1 of Fig. 1 and a gold (Au) wire 5 is inserted into the through hole 4 of the capillary 3 A high voltage of 4 KV from the generator (not shown) is applied to the discharge bar 7 for a certain period of time and the leading end of the wire 5 coming out from the lower end of the capillary 3 and the tip end of the discharge bar 7 And the distal end of the wire 5 is melted.

이때, 와이어(5)의 선단부에 초기의 볼(6)이 형성된다. 볼(6)의 직경은 와이어(5)의 직경보다 3배 정도 크다.At this time, the initial ball 6 is formed at the tip of the wire 5. The diameter of the ball 6 is three times larger than the diameter of the wire 5.

도 2(B)에 도시된 바와 같이, 이후, 상기 트랜스듀서의 이동에 따라 캐피러리(3) 또한 리드프레임(도시안됨)의 다이패드에 본딩된 반도체칩(10)의 상부로 수평 이동하고 나서 반도체칩()의 본딩패드(도시안됨)의 표면으로 하향 이동한다. 따라서, 볼(6)이 캐피러리(3)의 중량에 의해 반도체칩(10)의 본딩패드(11)에 압착되어 본딩패드(11)와 와이어(5)가 1차 본딩된다. 이때, 본딩패드(11)와 와이어(5)가 볼 본딩되는 것이다.2 (B), the capillary 3 is horizontally moved to the upper portion of the semiconductor chip 10 bonded to the die pad of the lead frame (not shown) according to the movement of the transducer And moves downward to the surface of a bonding pad (not shown) of the semiconductor chip. The ball 6 is pressed against the bonding pad 11 of the semiconductor chip 10 by the weight of the capillary 3 and the bonding pad 11 and the wire 5 are first bonded. At this time, the bonding pad 11 and the wire 5 are ball-bonded.

도 2(C)에 도시된 바와 같이, 이어서, 캐피러리(3)가 상향 이동한 후 리드프레임의 내부 리드(13) 위로 수평 이동하고 내부리드(13)의 표면으로 하향 이동한다. 따라서, 와이어(5)가 캐피러리(3)의 중력에 의해 내부리드(13)에 압착되어 내부리드(13)와 와이어(5)가 2차 본딩된다. 이와 동시에 캐피러리(3) 내의 와이어(5)가 본딩패드(11)와 내부리드(13) 사이의 와이어(5)로부터 분리된다. 이때, 내부리드(13)와 본딩패드(11) 사이의 와이어(5)는 루핑(looping)된다. 이후, 캐피러리(3)가 도 2 (A)에 도시된 바와 같이 원래의 위치로 상향 이동한다.2 (C), the capillary 3 then moves upwards and then horizontally moves over the inner lead 13 of the lead frame and moves downward to the surface of the inner lead 13. As shown in Fig. The wire 5 is pressed against the inner lead 13 by the gravity of the capillary 3 and the inner lead 13 and the wire 5 are secondarily bonded. At the same time, the wire 5 in the capillary 3 is separated from the wire 5 between the bonding pad 11 and the inner lead 13. At this time, the wire 5 between the inner lead 13 and the bonding pad 11 is looped. Thereafter, the capillary 3 is moved upward to its original position as shown in Fig. 2 (A).

이와 같은 과정이 반도체칩의 본딩패드와 내부리드에 대응하여 반복되어 와이어본딩공정이 완료된다.This process is repeated corresponding to the bonding pads of the semiconductor chip and the internal leads, thereby completing the wire bonding process.

한편, 캐피러리(3)의 하단부에 나와 있는 와이어(5)의 선단부와 방전막대(7)의 선단부 사이의 거리가 달라짐에 따라 와이어(5)의 선단부가 용융되는 정도가 달라지게 되고 이에 따라 초기 볼(6)의 크기가 달라지게 된다. 초기 볼(6)의 크기 변화는 본딩조건 변화에 따라 큰 영향을 받으므로 방전막대(7)는 캐피러리(3)와 일정 간격, 예를 들어 0.007 인치 내지 0.013인치로 유지되는 것이 바람직하다.On the other hand, as the distance between the distal end of the wire 5 at the lower end of the capillary 3 and the distal end of the discharge rod 7 is changed, the degree of melting of the distal end of the wire 5 varies, The size of the ball 6 is changed. It is preferable that the size of the initial ball 6 is greatly affected by the change of the bonding condition, so that the discharge bar 7 is preferably maintained at a predetermined distance from the capillary 3, for example, 0.007 to 0.013 inch.

이는 금속 재질의 얇은 시트와 같은 계측도구를 방전막대의 선단부와 캐피러리의 측면 사이에 끼워 확인하는 것에 의해 관리되고 있다.This is managed by inserting a measuring tool, such as a thin sheet of metal, between the tip of the discharge rod and the side of the capillary.

그러나, 2차 본딩조건과 리드프레임의 상태, 즉 반도체칩을 기준으로 서로 반대측에 있는 내부리드들의 위치, 또는 평편도(flatness)에 따라 초기 볼 형성을 위한 와이어의 선단부의 형상 및 위치가 달라지게 된다. 따라서, 와이어의 선단부(5a),(5b)가 수직으로 놓여지지 않고 서로 다른 방향으로 휘어지게 되어 방전막대(7)의 선단부와 선단부(5a),(6b) 사이의 거리(l1),(l2)가 서로 달라지게 된다. 따라서, 초기 볼의 크기가 변화함에 따라 볼 변형 현상이 발생하게 되고, 본딩패드의 피치에 비하여 큰 초기 볼이 형성되는 경우, 본딩된 이웃 볼과의 접속하게 되어 전기적 단락현상이 발생하게 된다. 이는 결국, 와이어본딩공정의 불량을 야기시킨다.However, according to the secondary bonding condition and the state of the lead frame, that is, the position or the flatness of the internal leads on the opposite sides with respect to the semiconductor chip, the shape and position of the tip of the wire for forming the initial ball are changed do. The distal ends 5a and 5b of the wire are not vertically bent and bent in different directions so that the distances l1 and l2 between the distal end portions of the discharge rod 7 and the distal end portions 5a and 6b ) Are different from each other. Therefore, when the size of the initial ball changes, a ball deforming phenomenon occurs. If a large initial ball is formed as compared with the pitch of the bonding pad, the ball is connected to the bonded neighboring ball, thereby causing an electrical short circuit. This, in turn, leads to a failure of the wire bonding process.

따라서, 본 발명의 목적은 본딩 와이어의 초기 볼 크기의 변화를 줄여 와이어본딩공정의 불량이 발생하는 것을 방지하도록 한 와이어본딩장치의 방전막대 구조를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a discharge bar structure of a wire bonding apparatus for reducing a change in an initial ball size of a bonding wire, thereby preventing defects in the wire bonding process.

도 1은 일반적인 와이어본딩장치의 요부를 나타낸 개략적인 구성도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a principal part of a general wire bonding apparatus. FIG.

도 2 (A)내지 (C)는 일반적인 와이어본딩장치의 와이어본딩 방법을 나타낸 단면공정도.2 (A) to 2 (C) are cross-sectional process drawings showing a wire bonding method of a general wire bonding apparatus.

도 3은 본 발명에 의한 와이어본딩장치의 방전막대를 적용한 와이어본딩장치의 주요부를 나타낸 구성도.FIG. 3 is a block diagram showing a main part of a wire bonding apparatus to which a discharge rod of a wire bonding apparatus according to the present invention is applied.

도면의주요부분에대한부호의설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS

1: 트랜스듀서 3 : 캐피러리 4: 관통홀 5: 와이어 5a, 5b: 와이어 선단부 7: 방전막대 10: 반도체칩 11: 본딩패드 13: 내부리드 17: 방전막대 18: 원형 고리The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a semiconductor chip,

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 와이어본딩장치의 방전막대의 선단부를 원형 고리로 형성하여 초기 볼이 형성될 와이어 선단부의 형상 및 위치가 변화하더라도 와이어 선단부와 방전막대의 고리부분과의 거리변화를 줄여 초기 볼의 크기 변화를 줄이고 또한 본딩공정의 불량발생을 방지하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a wire bonding apparatus, the method comprising: forming a wire rod at a distal end of the wire rod by a circular ring to change a distance between a tip end of the wire and a ring portion of the discharge rod, Thereby reducing the size change of the initial ball and preventing the occurrence of defects in the bonding process.

이하, 본 발명에 의한 와이어본딩장치의 방전막대 구조를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 종래와 동일한 부분에는 동일한 부호가 부여되도록 한다.Hereinafter, a discharge bar structure of a wire bonding apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are given to the same parts as those in the prior art.

도 3은 본 발명에 의한 와이어본딩장치의 방전막대를 적용한 와이어본딩장치의 주요부를 나타낸 구성도이다.3 is a block diagram showing a main part of a wire bonding apparatus to which a discharge rod of a wire bonding apparatus according to the present invention is applied.

도시된 바와 같이, 방전막대(17)의 선단부가 와이어의 초기 볼 크기를 일정하게 형성하는 수단로서 원형 고리(18)로 이루어져 있는 것을 제외하면 도 1의 와이어본딩장치의 구조와 동일한 구조를 갖고 있다. 여기서, 캐피러리(3)의 하단부는 원형 고리(18)의 내경 중심 상부에 위치하고 있다. 여기서, 원형 고리(18)는 캐피러리(3)의 직경보다 크고, 바람직하게는 3μm의 직경을 갖고 있다.As shown in the figure, the tip of the discharge rod 17 has the same structure as that of the wire bonding apparatus of FIG. 1 except that the tip end of the discharge rod 17 is formed of the circular ring 18 as means for forming the initial ball size of the wire constant . Here, the lower end of the capillary (3) is positioned above the center of the inner diameter of the circular ring (18). Here, the circular ring 18 is larger than the diameter of the capillary 3, and preferably has a diameter of 3 탆.

이와 같이 구성되는 방전막대의 작용을 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the discharge bar constructed as described above will be described.

도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 트랜스듀서(1)에 캐피러리(3)가 설치되어 있고 캐피러리(3)의 관통홀(도시안됨)에 금(Au) 와이어(5)가 끼워져 있는 상태에서 4KV의 고전압이 일전시간 동안 방전막대(17)에 인가되면, 캐피러리(3)의 하단부로부터 나와 있는 와이어(5)의 선단부와, 균일한 크기의 볼을 형성하기 위한 수단, 즉 원형고리(18) 사이에서 방전이 발생하여 와이어(5)의 선단부에 초기 볼이 형성된다.3, a state in which a capillary 3 is provided in the transducer 1 and a gold (Au) wire 5 is inserted in a through hole (not shown) of the capillary 3 When a high voltage of 4 kV is applied to the discharge bar 17 for the previous time, the leading end of the wire 5 coming out from the lower end of the capillary 3 and the means for forming a ball of a uniform size, 18, so that an initial ball is formed at the tip of the wire 5.

그런데, 바로 직전에 실시된 2차 본딩조건과 내부리드의 상태 변화에 따라 초기 볼 형성될 와이어 선단부(5a),(5b)의 형상과 위치가 달라질 수 있으나 선단부(5a),(5b)에 근접한 부분의 고리(18)와, 선단부(5a),(5b) 사이의 거리(l3),(l4)가 거의 균일하게 된다. 따라서, 종래에 비하여 와이어 선단부(5a),(5b)와 방전막대(17)의 선단부 사이의 거리변화가 상당히 감소된다. 이로 인해, 와이어 선단부에 형성될 초기 볼의 크기 변화가 감소된다.However, the shape and position of the wire tip end portions 5a and 5b to be formed in the initial ball may vary depending on the secondary bonding condition immediately before and the state change of the inner lead. However, The distance l3 and l4 between the ring 18 and the distal end portions 5a and 5b are substantially uniform. Therefore, the distance between the distal ends of the wire rods 5a and 5b and the distal end of the discharge rod 17 is significantly reduced compared to the prior art. As a result, the size change of the initial ball to be formed at the wire tip is reduced.

이후, 종래의 방법과 동일한 방법을 실시하여 와이어본딩공정을 완료한다.Thereafter, the wire bonding process is completed by the same method as the conventional method.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 방전막대의 선단부를 봉형 대신에 원형 고리로 형성하여 초기 볼 형성될 와이어의 선단부의 위치 및 형상의 변화가 발생하여도 와이어의 선단부에 이웃한 부분의 원형 고리와, 와이어 선단부 사이에 거리 변화를 줄여 초기 볼의 크기변화를 줄인다.As described above, according to the present invention, since the tip of the discharge rod is formed into a circular ring instead of the bar shape, even if the position and shape of the tip of the wire to be formed in the initial ball are changed, the circular ring of the portion adjacent to the tip of the wire , Reducing the change in distance between the wire tip and the size of the initial ball.

따라서, 본 발명은 초기 볼 크기의 변화를 줄여 볼 변형 및 본드 단락과 같은 불량의 발생을 방지하여 와이어본딩공정의 신뢰성을 향상시킨다.Accordingly, the present invention reduces variations in the initial ball size, thereby preventing the occurrence of defects such as ball deformation and short-circuiting of the bond, thereby improving the reliability of the wire bonding process.

Claims (4)

도전성 와이어를 관통 삽입하여 지지하는 캐피러리와, 상기 캐피러리를 지지하며 상기 캐피러리에 진동을 전달하는 트랜스듀서와, 상기 캐피러리로부터 일정한 거리를 두고 있는 설치되며 상기 와이어의 선단부를 초기 볼 형태로 형성하기 위한 방전막대를 갖는 와이어본딩장치에 있어서,A transducer for supporting the capillary and transmitting the vibration to the capillary; a plurality of conductive wires arranged at a predetermined distance from the capillary, A wire bonding apparatus having a discharge bar for forming a wire, 상기 방전막대의 소정의 영역에 상기 와이어의 초기 볼 크기를 일정하게 하기 위한 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어본딩장치의 방전막대 구조.Wherein a means for keeping the initial ball size of the wire constant is formed in a predetermined region of the discharge bar. 제 1 항에 있어서, 상기 방전막대의 선단부에 상기 수단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어본딩장치의 방전막대 구조.The discharge bar structure of a wire bonding apparatus according to claim 1, wherein said means is formed at a tip end of said discharge bar. 제 2 항 에 있어서, 상기 수단이 고리 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 와이어본딩장치의 방전막대 구조.The wire rod of claim 2, wherein the means is formed in a ring shape. 제 3 항에 있어서, 상기 고리의 내경이 상기 캐피러리의 직경보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 와이어본딩장치의 방전막대 구조.The wire rod assembly of claim 3, wherein an inner diameter of the ring is larger than a diameter of the capillary.
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