KR100230857B1 - 미리 결정된 형상으로 와이어를 연결하기 위한 방법 - Google Patents

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폰 플뤼에 다니엘
스퉤셀 제노
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안드레 뮐러 발터 베르취
에섹 에스.에이.
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Abstract

반도체 칩을 리드프레임이나 다른 기판에 와이서 접합하는데 있어서,생산성 증가는 배선점들(4,5) 사이에서 와이어를 안내하는 캐필러리가 그것의 궤도에 따라 두 왕복단계들(S1,S2)을 더욱 빠르게 움직이게 허용함으로써 달성된다. 수평(x,y) 및 수직(z)방향으로의 캐필러리 구동은 운동의 수평성분의 속도(vH)를 미리 설정하고 그 다음 주어진 궤도를 바탕으로 독립변수로서 수직속도(vV)를 계산함에 의하여 프로그램된다. 미리 설정되어지는 상기 수평속도(vH)를 결정하는데 있어서,구동기구와 연관되는 최대 수평 및/또는 수직 가속값들(aH*,aV*)은 고려된다. 또한 수평왕복운동이 1차 왕복운동단계(S1)동안 개시되게 허용함에 의하여,그리고 1차 단계(S1)에서 2차 단계(S2)로의 정상전이(k'점)를 만드는 동시적인 수직 및 수평 왕복운동에 의하여 시간이 절약될 수 있다.

Description

미리 결정된 형상으로 와이어를 연결하기 위한 방법
제1도는 방법을 적용하기 위한 se당 공지된 배열의 단순화된 평면도를 나타내고,
제2도는 제1도에 보여진 배열의 상당히 확대된 부분 입면도를 나타내며,
제3도는 완성된 와이어 연결의 전형적인 예를 나타내고,
제4도는 캐필러리가 1차에서 2차 배선점으로 이동하는 궤도의 간단한 첫 번째 전형예를 나타내며,
제5도는 수평 및 수직속도를 그리고 가속도들에 대한 상응하는 시간곡선을 나타내고,
제6도는 캐필러리 궤도의 두 번째 전형예를 나타내며,
제7도는 제5도와 유사한,제6도에 보여진 궤도에 대한 시간곡선을 나타낸다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 반도체 칩 3 : 와이어 브릿지
4,5 : 배선점 12 : 캐필러리
14 : 슬라이드 18 : 아암
본 발명은 반도체 칩 상에 위치된 1차 배선점과 2차 배선점 간을 미리 정해진 형상으로 와이어 연결(wire connection)하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 와이어 연결은 반도체 조립시 칩상에 위치된 집적회로에 전기적인 연결을 이루기 위하여 사용된다. 연결의 2차 배선점은 소위 말하는 금속리드프레임 상에, 또는 또다른 기판, 예컨데 프라스틱, 세라믹, 또는 소위 말하는 볼격자 배열(ball-grid-array)기판을 갖는 인쇄회로상에, 또는 그외에 동일한 기판상에 여러 칩들이 배열하는(소위 다중칩 장치)경우에서와 같은, 또다른 반도체 칩 상에 대체로 있게 될 수 있다.
이러한 와이어 연결을 하기 위한 공지된 방법에 있어서 선은 프로그램 가능한 구동가구에 의하여 수평적 그리고 수직적으로 안내되고 두 배선점들에 선을 접속하여 배선점들 간에 선을 안내하는 이동 가능한 캐필러리를 통하여 이어진다. 선이 1차 배선점에 접속되어진 후 매번 상기 구동기구는 특정한 궤도를 따라 캐필러리를 2차 배선점으로 이동시킨다. 이러한 궤도는 배선점들의 위치들과 형성된 와이어브릿지의 바람직한 또는 요구되는 형상에 의하여 결정된다. 일반적으로, 이 왕복운동의 1단계에서 캐필러리는 선의 요구되는 길이를 통하여 당기기 위하여, (이것은 가끔 선의 예비형성으로 조합된다) 다소 수직적으로 상향 이동된다. 그 다음이 왕복운동의 2단계에서 캐필러리는 하향 곡선으로 2차 배선점에 안내된다.
이러한 공정은 "와이어 본딩"으로서 역시 공지되며, 반도체 산업에 광범위하게 사용된다. 캐필러리에 대한 적합한 구동기구들이 예를 들어 미국 특허번호 5,114,302 및 4,903,883호에 공지되어 있고, 와이어브릿지의 특정 형상들을 만들기 위한 캐필러리의 다양한 궤도곡선들이 예를 들어 미국 특허번호 4,327,860,5,111, 989 그리고 5,205,463에 기술되어 있다.
반도체의 크기가 형태에 따라 반도체 칩들은 이 칩의 표면상에 아주 근접한 위치들로부터 연장하는 다수의 이러한 와이어 연결들을 자주 필요로 한다. 이러한 이유로 인하여 형상의 정밀성 및 와이어브릿지들의 기계적 안정성 그리고 따라서 캐필러리의 궤도들은 매우 엄격한 요구조건들에 부합하여야 한다. 선행기술에서는 따라서 정밀생산 및 궤도의 특정형상유지에 주로 노력을 경주하여 왔다. 그러나 이는 궤도를 제어하는 프로세서에 의한 상응하는 고도의 계산능력과 시간을 요구하므로 캐필러리를 안내하는 메카니짐들은 일반적으로 이들의 본질적으로 가능한 왕복 최대속도를 전부 이용하지 못한다.
본 발명의 기본적인 목적은 궤도를 따르는 캐필러리의 전체왕복을 더욱 빠르게 만드는 방식에 있어서 상기 방법의 차기 개발이다. 이러한 목적을 위하여 구동 메카니즘에서 사용가능한 유력한 잠재력은 사용된 자동장치의 생산성을 증가시키기 위하여 구동 메카니즘이 최대로 개발되어지는 것이다.
발명에 따라서 이러한 그리고 또다른 목적들은 구동메카니즘을 프로그래밍하는데 있어서 운동의 수평성분 속도- 상기 두 개의 왕복운동 단계들중의 적어도 두 번째에 대하여 -가 미리 설정되고,운동의 수직성분속도가 상기한 미리 설정된 수평속도성분 및 특정궤도에 근거하여 그다음 계산되며, 그것에 의하여 수평속도 성분값들을 결정하는데 있어서, 최대 허용 가능한(궤도를 안내하는 구동메타니즘과 연관되는) 수평 및/또는 수직 가속값들이 고려된다.
따라서 발명에 따른 방법은 주어진 궤도의 즉 수평 및 수직, 왕복운동의 좌표유지에 주로 중점을 둘 뿐만 아니라 구동 메카니즘의 허용가능한 가속도들을 가능한 달성하기 위하여 미리 결정하는 또는 미리 설정하는 빠른 수평속도들에 우선 목적을 둔다. 이러한 목적을 위하여 캐필러리의 수직운동이 수평 왕복운동에 비하여 일반적으로 관성에 덜 영향을 받는 환경을 역시 이용한다. 결과적으로 종속변수인 수직성분은 실제적으로 항상 주어진 궤도에 부합하거나 또는 그것을 따른다.
선행기술에서, 필요한 와이어 길이를 통하여 당기는(가끔 와이어의 예비형성과 조합되는) 1차적이고 일반적인 수직 왕복운동 단계는 캐필러리가 궤도의 최고점에서 정지할 때 항상 종료된다. 그 다음 연속하는 하향곡선은 다소 수평적인 접선으로서 시작된다. 상기한 캐필러리 궤도에서 중간정지 및 방향의 주어진 가파른 변화는 연속하는 운동에서 차기 지연을 초래한다.
본 발명에 따른 방법의 선호되는 실시예는 수평운동을 1차 왕복운동 단계시 더 빨리 개시하는 것 그리고 동시적인 수평 및 수직운동들에 의하여 1차에서 2차 왕복운동단계로 궤도의 정상 전이를 만드는 것으로 이루어진다. 이것은 중간정지에 의해 두 단계로 분리되는 이미 기술된 "연속"운동과 비교하여 시간을 상당히 절약하는 것이 가능하게 한다.
본 발명은 다양한 전형적인 실시예들 및 다음 도면들을 참조하여 더욱 상세히 아래에 설명된다 : 제1도 및 제2도는 본 발명에 설명된 방법이 수행되는 일반적인 장치를 개략적으로 보여준다. 제1도의 좌측은 가공편으로서 리드프레임 기판상에 고정되고, 양편이 부분적으로 절취된 반도체 칩(1)을 보여준다. 다이스탬프되고 에칭된 구리박막으로 이루어진 기판의 주요 특징들은 칩(1)을 지지하는 마운팅패드(2a)와 이 주위를 전부 둘러싼 접지부들(2b)이다. "와이어본딩"으로 설명된 공정에서, 형상을 갖는 와이어연결체들(3)이 칩의 표면상에 위치한 1차 배선점들(4)과 접지부들(2b)상의 2차 배선점들(5) 사이에 만들어진다. 이 연결체들(3)은 수평적 및 수직적인 왕복운동(제2도)이 가능한 캐필러리(12)를 통하여 위쪽에서부터 움직이는 미세와이어로서 만들어 진다. 캐필러리는 한편으로 이 와이어를 접점들(4) 및 (5)에 접합시키고,다른 한편으로 이들 접점들 간에 와이어를 안내한다.
캐필러리(12)는 필요한 왕복주기를 수행하는 공지된 마이크로프로세서 제어장치(10)의 부분을 형성한다. 장치(10)의 슬라이드(14)는 제1도에 보여진 바와 같이 x 및 y로 수평운동을 수행한다. 이것은 se당 공지된 방식으로 구동되지만 예컨데 선형모우터에 의하여 상세히 보여지지는 않는다. 나타낸 전형적인 실시예에서, 슬라이드(14)는 로커에 부착된 아암(18)과 함께 수평축(17)에 대하여 회전할 수 있는(양자택일적인 것으로 아암에 대하여 수직적으로 뻗는 선형안내자들이 역시 공지된다) 로커(16)를 지지한다. 슬라이드(14)상에 있는 (선형) 모우터(15)는 아암(18)의 종단에 달린 캐필러리(12)의 수직운동(제2도에서 z방향)을 달성하는 축 구동체로서의 역할을 한다. 아암(18)은 캐필러리(12)로서 접점(4) 및 (5)에 와이어(3)를 접합하기 위하여 필요한 초음파 에너지를 역시 전달한다. 캐필러리의 상부에는(나타나지 않는) 일반적으로 제어가능한 와이어클램프가 있고 이것에 의하여 와이어가 속으로 당겨지는 것을 정지하거나 또는 와이어를 통과시키는 것이 가능하다.
주어진 가공편상에는 모든 배선점들(4) 및 (5)의 위치가 공지되고,외이어브릿지(3)의 일반적인 형상이 특히 이들의 최대 허용가능한 높이로 표시된다. 이들 데이터로부터 다양한 와이어브릿지들의 방향 즉, 제1도에서 이들의 x 및 y성분들, 그리고 각각 필요한 와이어의 길이가 캐필러리의 왕복주기들을 프로그래밍하기 위한 기본 데이터로서 결정된다. 와이어가 처음으로 접합되는 칩(1)상의 점(4)에서 출발하는 매 경우, 캐필러리(12)는 주어진 궤도를 따라 연관된 2차점(5)으로 이동한다. 일반적으로 궤도의 왕복 또는 구역들에는(제2도) 두 개의 뚜렷한 단계들이 존재한다. 1차 왕복단계(S1)는 캐필러리를 통하여 와이어의 필요한 길이를 당기기 위하여 칩(1)으로부터 다소 수직적이고 상향적이다. 2차 단계(S2)는 접촉부(2b)의 높이로 하향곡선이다. 일부 경우에 있어서, 와이어브릿지의 지정된 기하학적 형태에 따라,캐필러리에 의하여 간결한 수평운동을 역시 요구하는 1차 단계동안 와이어는 예비형성되어져야 한다. 제3도에 보여진 완성된 와이어브릿지(3)는 예를 들어, se당 공지된 방식에서 1차 왕복단계(S1)동안에 예비형성된 꺽임(3a)을 갖는다.
다음에는 제4도와 제5도에 있는 연관된 시간그래프를 참조하여 발명에 따른 방법의 전형적인 첫 번째 실시예를 설명한다. 제4도에 보여진 캐필러리의 궤도에서, 첫 번째 배선점(4)으로부터의 1차 왕복운동단계(S1)는 궤도의 정점 k를 향해 수직방향으로 곧장 올려지는 것이 가정되며, 이것은 예비형성이 없는 상대적으로 간단한 와이어브릿지에 대한 경우일 것이다. 2차단계(S2)는 이 부분의 뒤를 이어 실제적으로 수평접선으로서 시작된다; 다시말해서, 궤도는 k점에서 방향이 급격히 변화는 불연속이다. 연속하여 발생하는 캐필러리의 가로 및 하향 왕복운동 동안에 꺾임이 와아어(3)에 형성되고,이것은 더 이상의 와이어가 캐필러리를 통해 당겨지는 것을 보통방지하며, 필요하다면 와이어클램프의 제어작동에 의하여 지원되어 진다. 단계(S2)에 보여진 배선점(5)을 향한 곡선의 기하학적인 형태는 점선에 의하여 보여진 한짝의 동심인 원호들 사이를 지나는 나선부분을 일반적으로 이룬다. 곡선(S2)의 하부종단 근처에 특별한 정지동작 및 접점(2b)으로의 궤도 접근이 시작되는 주어진 높이의 점(b)을 설정하는 것이 바람직하다. 2차 왕복운동단계(S2)는 접점(2b)에 와이어를 접합하는 점(5)에서 종결된다.
제5도에서 아래의 또다른 것들은 모두가 동일한 시간스케일을 갖는, 수평속도 vH, 수평가속 aH, 수직속도 vV, 및 수직가속 aV의 연관된 시간 함수들이다. 그러나 수평 및 수직속도들과 가속율들의 그래프에서 세로좌표에 대한 스케일들은 세로축상에 상대적인 값들에 대한 비교표시들에 의하여 나타나는 바와 같이 서로에 대해 상당히 변화한다(각각 0.1 및 1). 마찬가지로 제7도에 보여진 그래프들에 대하여 동일하게 적용되고 아래에 설명된다.
제4도 및 제5도에 따라 1차 왕복운동단계(S1)에서는 수평운동이 없게된다. 수직운동을 위하여 속도구배 vV=f(s1)가 미리 설정되거나 또는 미리 결정된다. 이것은 궤도의 직선 수직부분에 적용가능한 가속 및 감속부분으로 구성된다. 속도의 증가 및 감소율은 특정 구동기구에 주어진 허용가능한 수직 가속 및 감속의 최대율인 +aV*및 -aV*을 얻기 위하여 계산된다.
k점에서의 강제멈춤(vV=0,vH=0)에 곧 이어지는 2차 단계(S2)를 위하여,수평속도 vH는 미리 결정된다. 이것은 속도의 선형감소가 있는 부분에 이어진,속도의 선형증가 부분으로 주로 이루어진다. 그 다음 높이 h에 도달될 때 이것은 멈추어진다. 이러한 부분들의 구배 또는 기울기는 단계(S2)의 실제부분에 걸쳐 수평가속 =aH*및 감속 -aH*의 최대 허용가능한 비율을 각각 유지하기 위하여 계산된다; 이 단계의 개시부에서와 전이부에서 가속으로부터 감속까지의 약간의 편차는 구동모우터의 주어진 임계전압에 주로 의한다. 수직속도 vV와 수직가속 aV의 구배는 위에서 설명되어진 바와 같이 특정 속도구배 vH=f(t)와 궤도의 기하학적으로 특정화된 부분(S2)의 독립변수로써 계산된다. 제5도는 임계값들 +aV*및 -aV*이 도달되지 않은 것을 보여준다; 다시 말하면, 이러한 단계에서 이 한계는 최대 허용 수평가속에 의하여 주어진다. 이러한 그래프들은 양 왕복운동단계들(s1) 및 (s2)에서 캐필러리가 최대 허용가능 속도로 이것의 궤도를 따라 최대한 움직이는 것을 보여준다.
제6도 및 제7도에 따른 또다른 전형적인 실시예는 궤도를 따라 첫 번째 배선점에서 두 번째 배선점으로 왕복운동시키는데 걸리는 시간에서 실질적으로 더 이상의 감소가 가능하다는 것을 입증한다. 제7도에서 각 그래프들의 시간 스케일은 제5도에서의 그것과 동일하고, 배선점들(4) 및 (5)간에 같은 거리가 가정된다. 제6도에서 궤도는 제4도에서 k점에서 방향의 급격한 변화가 피하여지고 대신 궤도의 정점(k')에서 s1부분에서부터 (s2)로의 정상전이가 제공되는 것에 있어 제4도의 그것과는 다르다. 이것은 s1부분이 s2부분의 이론적인 후방 투영부로(또는 제4도에서는 S2부분)점근선적인 접근을 하는 것을 언급함으로써 역시 규정될 수 있다. 제7도는 이러한 정상전이가 미리 결정된 수평운동이 즉 1차 왕복운동 단계 S1에서 더 빨리 개시되게 허용함으로써 달성되어질 수 있다는 것을 나타낸다. 그러므로 제4도 및 제5도에 따른 실시예와 대조하여 s1단계에서는 동시적인 수직 및 수평 왕복운동이 이미 일어난다. 수직속도 vV 및 상응하는 수직가속 aV은 미리 결정된 수평속도 vH와 주어진 궤도에 근거한 독립변수들로서 이 경우 이미 1차 s1단계에서 다시 계산된다. 속도 vH의 양 및 음 기울기들의 설정을 위하여, 두 수평 및 수직 가속들의 최대 허용값들 aH*와 aV*은 고려되어야만 한다.
유사하지만,제6도 및 제7도에 보여진 실시예에서 한 변수로서, S1단계와 s2단계 사이의 k'점에서 궤도의 연속적인 전이는 와이어가 1차 단계동안에 예비형성될 때 역시 달성될 수 있다. 이 경우에 있어서 전이점 k'으로 향하는 궤도의 상승부분은 배선점(4)으로 향하지 않지만, 앞서 진행하고 역시 세로 왕복운동을 포함하는 캐필러리의 특정한 예비형정 운동과 연관된다. 궤도의 계산과 연속하는 s1부분에서의 연속운동은 유사하지만 시작점과 함께 그에 따라 상쇄된다. 이것은 만약 제4도 및 제5도에 보여진 실시예의 한 변수로서-배선점(4)에 와이어를 접합한 후 와이어를 즉시 예비 형성하는 것이 요구되어지면 역시 적용한다; S1부분에서 왕복운동은 더 이상 점(4)에서부터 수직으로가 아니며, 그러나 궤도의 방향이 바뀌는 k점으로 비스듬이 위로 향하는 예비형성운동의 종단점으로 부터이다.
일부 경우에 있어서, 주로 와이어브릿지의 정밀성과 균일성에 관련하여 특히 엄격한 요구사항들이 부합되어져야만 하는 경우, x, y 및 z에서 구동기구의 기계적인 극한값들을 최대로 이용하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 또한, 본질적으로 바람직한 k'점에서의 연속적인 궤도(제6도)는 분배되는 와이어 길이의 상당한 변화를 초래할 수 있고 따라서 와이어 브릿지의 기하학적 형태에서 상응하는 편차를 생기게 할 수 있다. 그러나 최소한 어느정도 이러한 문제를 극복하는 것이 상기한 캐필러리 위에 고정되는 와이어 클램프를 적절히 조정함에 의하여 가능하다.

Claims (3)

  1. 와이어를 두 배선점들에 접합하고 두 배선점간에 와이어를 안내하기 위해 사용되는 프로그램 가능한 구동기구에 의하여 수평적으로 및 수직적으로 이동 가능한 캐필러리를 통하여 와이어가 통과하고, 여기서 와이어가 첫 번째 배선점에 접합되어진 후 구동기구는 캐필러리를 특정궤도를 따라 두 번째 배선점으로 안내하며, 상기 궤도는 요구되는 와이어 길이를 통해 당기기 위하여 다소 수직상향하여 뻗는 1차 왕복운동단계를 포함하고, 2차 왕복운동단계는 두 번째 배선점을 향해 하향곡선으로 뻗는, 반도체 칩상에 위치된 첫 번째 배선점과 두 번째 배선점 간에 미리 결정된 형태를 갖는 와이어를 연결하기 위한 방법에 있어서, 적어도 2차 왕복운동단계에서 운동의 수평성분속도는 미리 설정되고 운동의 수직성분속도는 상기한 미리 설정된 수평성분속도와 상기한 특정 궤도에 근거하여 계산되며, 이로인하여 운동에서 수평성분속도의 상기한 예비설정의 상기 구동기구의 수평 및/또는 수직 가속의 최대 허용가능 값들에 기초가 되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 수평운동은 상기한 1차 왕복운동단계 동안에 시작되게 프로그램되고 1차에서 2차 왕복운동단계로 궤도의 정상전이가 동시적인 세로좌표의 수직 및 수평운동들에 의하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 첫 번째 배선점에서 시작되는 캐필러리의 예비형성운동을 포함하여, 여기서 1차 왕복운동 단계는 상기 예비형성 운동들의 종단점을 지향하는 것을 특징으로 하는 방법.
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