KR100231831B1 - 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법은 2개의 와이어 클램퍼의 클로스 동작에 따른 소정의 클램핑력에 의해 와이어를 클램핑하는 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법에 있어서, 상기 와이어 클램퍼에 인가되는 클램핑력을 복수의 경우로 나누어 각 경우의 와이어 클램퍼의 구동 프로파일을 모델링하는 단계; 상기 모델링된 각각의 와이어 클램퍼의 구동 프로파일에 따라 상기 와이어 클램퍼의 클로스 동작시의 타이밍을 맞추어주기 위해 상기 와이어 클램퍼가 클로스되는 부분의 듀티를 조정해주는 단계; 및 상기 듀티가 조정된 각각의 와이어 클램퍼의 구동 프로파일에 따라 상기 와이어 클램퍼의 구동 모터에 전류를 인가해주는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.

Description

와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법
본 발명은 반도체 조립장비인 와이어 본더(wire bonder)에서의 와이어 클램핑(clamping) 방법에 관한 것으로서, 특히 와이어를 클랭핑할 때 발생되는 바운싱(bouncing)을 방지할 수 있는 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법에 관한 것이다.
반도체 조립장비 중의 하나인 와이어 본더에 있어서, 와이어 클램핑 장치는 와이어 테일(tail)과 루프(loop)를 형성하기 위한 필수적인 장치이다. 이와 같은 와이어 클램핑 장치는 보통 캐필러리(capillary) 상단에 위치하며 2개의 바(bar)를 이용하여 미세한 금줄(gold wire)을 클램핑하게 된다.
도 1에는 일반적인 와이어 본더가 개략적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 와이어 본더(10)는 와이어(12)가 그 몸체 내부에 삽입되는 캐필러리(11)와, 캐필러리(11)의 단부로 돌출된 와이어(12)로부터 소정 거리 이격되어 방전을 일으키는 토오치(torch:13)와, 상기 와이어(12)와 토오치(13)에 각각 케이블(15)로 연결되어 고전압을 인가해주는 전원공급장치(14)로 대략 구성된다.
이와 같은 구성의 와이어 본더에 있어서, 최근 와이어의 본딩 속도가 더욱 빠르게 진전됨에 따라 클램핑 동작도 빨라지고 있는데, 이로 인해 기계적인 바운싱이 심화되어 불균일한 테일 길이가 발생된다. 그에 따라, EFO(electronic frame off) 스파크 시 볼(ball)의 크기가 불균일해지고, 그 결과 1차 본딩 후 볼의 D/H(dimension per height)가 불균일해져 본딩의 신뢰성이 떨어진다. 또한, 바운싱의 심화로 인해 균일한 와이어 루프 형상을 만들어 낼 수 없고, 그 결과 와이어 절단 검사 및 2차 본딩 이후의 본드 리프트(lift) 검사 시, 마찬가지로 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 와이어를 클랭핑할 때 발생되는 바운싱을 방지할 수 있는 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 와이어 본더의 개략적인 장치구성도.
도 2는 본 발명의 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법의 실행을 위해 마련된 제어 시스템의 개략적인 구성도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법이 채용된 와이어 클램퍼에 인가되는 클램핑력의 프로파일을 나타내 보인 그래프.
도 4는 본 발명의 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법이 채용된 와이어 클램퍼의 구성도.
도 5는 본 발명의 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법이 채용된 와이어 본더에 의한 와이어 본딩 후의 상태도.
도 6은 종래 와이어 클램퍼의 출력 파형도.
도 7은 본 발명의 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법이 채용된 와이어 클램퍼의 출력 파형도.
도 8은 본 발명의 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법의 다른 실시예를 실행하기 위해 마련된 제어 시스템의 개략적인 구성도.
도 9는 본 발명의 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법의 다른 실시예가 채용된 와이어 클램퍼의 동작 프로파일 나타내 보인 그래프.
도 10은 종래 와이어 클램퍼에서의 클램핑력 프로파일과 위치응답을 나타내 보인 그래프.
도 11은 본 발명의 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법의 다른 실시예가 채용된 와이어 클램퍼에서의 클램핑력 프로파일과 위치응답을 나타내 보인 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10...와이어 본더11...캐필러리
12...와이어13...토오치
14...전원공급장치15...케이블
21...D/A 컨버터22...증폭기
23,42,84...와이어 클램퍼 구동모터41,51,85a,85b...와이어 클램퍼
43,52,86...골드 와이어44...FAB(free air ball)
53...(리드 프레임의) 리드54...칩 패드
81...CPU82...콘트롤러
83...드라이버
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법은, 2개의 와이어 클램퍼의 클로스(close) 동작에 따른 소정의 클램핑력에 의해 와이어를 클램핑하는 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법에 있어서, 상기 와이어 클램퍼에 인가되는 클램핑력을 복수의 경우로 나누어 각 경우의 와이어 클램퍼의 구동 프로파일(profile)을 모델링하는 단계; 상기 모델링된 각각의 와이어 클램퍼의 구동 프로파일에 따라 상기 와이어 클램퍼의 클로스 동작시의 타이밍(timming)을 맞추어주기 위해 상기 와이어 클램퍼가 클로스되는 부분의 듀티(duty)를 조정해주는 단계; 및 상기 듀티가 조정된 각각의 와이어 클램퍼의 구동 프로파일에 따라 상기 와이어 클램퍼의 구동 모터에 전류를 인가해주는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 다른 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법은, 2개의 와이어 클램퍼의 클로스 동작에 따른 소정의 클램핑력에 의해 와이어를 클램핑하는 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법에 있어서, 상기 소정의 클램핑력에 의한 와이어의 클램핑 직후, 소정 크기의 제2클램핑력을 상기 와이어 클램퍼에 부가시키는 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명의 방법에 의하면, 와이어를 클램핑함에 있어 클램핑력을 한꺼번에 인가하지 않고, 클램핑력을 잠시 0(zero)으로 했다가 다시 인가해주거나, 설정된 클램핑력으로 일단 와이어를 클램핑한 직후에 제2의 클램핑력을 부가해 줌으로써 클램핑 동작 시 발생되는 기계적인 바운싱을 효과적으로 감쇄시킬 수 있는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법의 수행을 위해 우선 도 2에 도시된 바와 같은 간단한 제어 시스템이 마련된다. 즉, 제어 시스템은 사용자가 입력한 임의의 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 D/A (digital-to-analog) 컨버터(21)와, 그 D/A 컨버터(21)로부터의 아날로그 신호를 증폭하여 출력하는 증폭기(22)와, 증폭기(22)를 거쳐 입력된 전류에 의해 구동하는 와이어 클램퍼 구동모터(23)로 구성된다.
본 발명에 따른 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법은, 우선 와이어 클램퍼의 클램핑력을 복수의 경우, 예컨대 'Low', 'Middle', 'High'의 경우로 나누어 도 3a∼3c에 도시된 바와 같이 각각의 경우의 와이어 클램퍼의 구동 프로파일을 모델링한다. 즉, 상기 제어 시스템에 있어서, 사용자가 와이어 클램핑력을 'Low', 'Middle', 'High'의 각각에 대하여 선택하게 되면, 그 선택된 데이터(0∼255 스텝사이)값은 상기 D/A 컨버터(21)로 입력되어 아날로그 신호 파형으로 출력되며, 그 신호 파형은 도 3a∼3c중의 어느 하나의 형태를 가지게 된다.
이와 같이 와이이 클램퍼의 구동 프로파일 모델링이 완료되면, 모델링된 각각의 와이어 클램퍼의 구동 프로파일에 따라 와이어 클램퍼의 클로스 동작시의 타이밍을 맞추어주기 위해 와이어 클램퍼가 클로스되는 부분의 듀티를 조정해준다. 이에 대해 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 더 상세히 설명해 보기로 한다.
도 3a는 와이어 클램퍼의 클램핑력이 'Low'일 경우의 구동 프로파일을 나타내 보인 그래프이다.
도 3a를 참조하면, 클램핑력이 'Low'이면 와이어 클램퍼의 클램핑 속도가 낮아지므로, A부분은 와이어 클램퍼의 클로스 동작 시 타이밍을 맞추어주기 위해 와이어 클램퍼가 클로스되는 부분의 듀티를 늘려준다. B부분은 와이어 클램퍼가 계속 클로스되는 방향으로 움직이고 있는 상태에서 와이어 클램퍼 구동 모터에 역방향 전류를 인가하여 클램핑 속도를 억제하는 방향으로 제어한다. 그리고, C부분은 다시 클로스되는 방향으로 정방향 전류를 인가시켜 전류치가 0(zero)가 되는 지점(데이터 128)에서 소정 시간 동안의 듀티를 유지시켜 고속 클램핑 속도에 다시 한 번 더 제동을 건 후, 주어진 데이터의 최대 전류치를 인가한다. 이와 같이 힘(클램핑력)을 한꺼번에 인가하는 것보다 잠시 힘을 '0'으로 했다가 다시 인가해줌으로써 기계적인 바운싱을 한층 효과적으로 감축시킬 수 있게 된다.
도 3b 및 도 3c는 와이어 클램퍼의 클램핑력이 각각 'Middle' 및 'High'일 경우의 구동 프로파일을 나타내 보인 그래프이다.
도 3b 및 도 3c를 참조하면, 클램핑력이 'Middle'이면 와이어 클램퍼의 클램핑 속도가 중간치 정도가 되므로, 도 3b에서와 같이 상기 A부분은 와이어 클램퍼의 클로스 동작 시 타이밍을 맞추어주기 위해 와이어 클램퍼가 클로스되는 부분의 듀티를 상기 'Low'의 경우와 도 3c의 'High'의 경우의 중간 정도로 늘려준다. 한편, 클램핑력이 'High'이면 와이어 클램퍼의 클램핑 속도가 최대가 되므로, 상기 A부분은 도 3c에서와 같이 와이어 클램퍼의 클로스 동작 시 타이밍을 맞추어주기 위해 와이어 클램퍼가 클로스되는 부분의 듀티를 작게 줄여 준다. 도 3a 내지 도 3c에서 B부분 및 C부분은 클램핑력에 따른 레벨(level)의 차이만 있을 뿐, 동작원리는 동일하다.
도 4는 본 발명의 방법이 채용되는 와이어 본더의 와이어 클램퍼 및 와이어 클램퍼 구동모터의 개략적인 장치구성도이다.
도 4를 참조하면, 상기 증폭기(22)의 출력 신호가 와이어 클램퍼(41)의 구동모터(42)로 인가되면, 와이어 클램퍼(41)의 클램핑 부재(41c)는 온/오프 동작을 하면서 골드 와이어(43)를 잡게 된다. 이때, 바운싱이 없이 일정한 위치에서 골드 와이어(43)를 잡게 되며, 그 결과 EFO 방전 시 생성되는 FAB(free air ball)(44)의 크기가 일정하게 된다.
또한, 도 5는 본 발명의 방법이 채용된 와이어 본더에 의한 와이어 본딩 후의 상태도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 일정하게 형성된 FAB(44)의 결과로부터 1차 본딩 시 볼 높이(H), 볼 직경(D) 및 루프(S)의 형상이 일정하게 유지된다. 그리고, 2차 본딩 후 테일 길이(L) 또한 일정하게 유지된다. 그에 따라, 상기 EFO 방전 후, FAB(44)의 크기가 다시 일정하게 유지된다. 도 5에서 참조번호 51은 와이어 클램퍼, 52는 골드 와이어, 53은 리드 프레임의 리드, 54는 칩 패드를 각각 나타낸다.
도 6 및 도 7은 와이어 클램퍼의 출력파형을 나타내 보인 것으로서, 도 6은 종래 와이어 클램퍼의 출력 파형도이고, 도 7은 본 발명의 방법이 채용된 와이어 클램퍼의 출력 파형도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 와이어 클램퍼에서는 와이어 클램퍼의 오프에서 온되는 방향으로 전류를 인가할 때, 와이어 클램퍼의 단부에서 심한 바운싱이 발생됨을 알 수 있다. 이에 반해 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방법이 채용된 와이어 클램퍼에서는 와이어 클램퍼의 오프에서 온되는 방향으로 전류를 인가할 때, 와이어 클램퍼의 단부에서 바운싱이 거의 발생되지 않음을 알 수 있다. 이것은 결국 와이어 본딩의 신뢰도가 향상됨을 의미한다.
한편, 도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 와이어 본더에에서의 와이어 클램핑 방법의 다른 실시예를 설명하는 도면이다.
본 발명에 따른 다른 와이어 클램핑 방법의 실행을 위해 도 8에 도시된 바와 같은 제어 시스템이 마련된다. 즉, 제어 시스템은 와이어 클램퍼 구동 모터(84)를 구동시키기 위한 드라이버(83)와, 드라이버(83)를 제어하기 위한 콘트롤러(82) 및 콘트롤러(82)를 제어하기 위한 CPU(81)로 구성된다. 도 8에서 참조부호 85a,85b는 와이어 클램퍼, 86은 골드 와이어를 각각 나타낸다.
이와 같은 시스템에 있어서, 가동 와이어 클램퍼(85a)는 VCM(voice coil motor)(84)에 의해서 구동되며, CPU(81)는 콘트롤러(82)를 통해 VCM(84)을 구동하며, 일정한 클램핑력과 추가할 수 있는 힘의 양을 설정할 수 있는 메뉴기능을 가지고 있다.
이상과 같은 시스템이 마련된 상태에서, 본 발명의 방법에 의하면, 소정의 클램핑력에 의한 와이어의 클램핑 직후, 소정 크기의 제2클램핑력을 상기 와이어 클램퍼(85a)에 부가시키게 된다. 예컨대, 설정된 와이어 클램핑력을 40dyne이라 하고, 부가되는 제2클램핑력을 상기 클램핑력의 약 20%로 설정하면, 와이어(86)에 가해지는 총 클램핑력은 48dyne이고, 그때의 클램핑력의 프로파일은 도 9에 도시된 바와 같이 나타난다. 이것을 더 구체적으로 설명해 보면, 상기 40dyne의 설정된 와이어 클램핑력만을 와이어 클램퍼(85a)에 인가했을 때는 도 10에 도시된 바와 같이 많은 양의 기구적인 오버슈트(overshoot)와 바운싱으로 인해, 와이어 클램퍼(85a)가 클램핑을 완료하기까지 세틀링(settling) 시간이 길어진다. 그러나, 상기 40 dyne의 설정된 와이어 클램핑력 이외에 소정의 제2클램핑력(8dyne)을 클램핑 직후 부가시키면, 도 11에 도시된 바와 같이, 와이어 클램퍼(85a)가 클램핑을 완료하기까지 세틀링(settling) 시간이 현격히 단축된다. 이것은 결국, 기계적인 바운싱이 대폭 감축됨을 의미한다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법은 와이어를 클램핑함에 있어 클램핑력을 한꺼번에 인가하지 않고, 클램핑력을 잠시 0(zero)으로 했다가 다시 인가해주거나, 설정된 클램핑력으로 일단 와이어를 클램핑한 직후에 제2의 클램핑력을 부가해 줌으로써 클램핑 동작 시 발생되는 기계적인 바운싱을 크게 감쇄시킬 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 2개의 와이어 클램퍼의 클로스 동작에 따른 소정의 클램핑력에 의해 와이어를 클램핑하는 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법에 있어서,
    상기 와이어 클램퍼에 인가되는 클램핑력을 복수의 경우로 나누어 각 경우의 와이어 클램퍼의 구동 프로파일을 모델링하는 단계;
    상기 모델링된 각각의 와이어 클램퍼의 구동 프로파일에 따라 상기 와이어 클램퍼의 클로스 동작시의 타이밍을 맞추어주기 위해 상기 와이어 클램퍼가 클로스되는 부분의 듀티를 조정해주는 단계; 및
    상기 듀티가 조정된 각각의 와이어 클램퍼의 구동 프로파일에 따라 상기 와이어 클램퍼의 구동 모터에 전류를 인가해주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 와이어 클램퍼의 구동 프로파일에서 와이어 클램퍼가 계속 클로스되는 방향으로 움직이고 있는 상태에서 와이어 클램퍼 구동 모터에 역방향 전류를 인가하여 클램핑 속도를 억제하는 방향으로 제어하고, 다시 클로스되는 방향으로 정방향 전류를 인가시켜 전류치가 0(zero)가 되는 지점에서 소정 시간 동안의 듀티를 유지시켜 고속 클램핑 속도에 다시 한 번 더 제동을 건 후, 주어진 데이터의 최대 전류치를 인가하는 것을 특징으로 하는 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법.
  3. 2개의 와이어 클램퍼의 클로스 동작에 따른 설정된 클램핑력에 의해 와이어를 클램핑하는 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법에 있어서,
    상기 설정된 클램핑력에 의한 와이어의 클램핑 직후, 소정 크기의 제2클램핑력을 상기 와이어 클램퍼에 부가시키는 것을 특징으로 하는 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2클램핑력은 상기 설정된 클램핑력의 약 20%로 설정되는 것을 특징으로 하는 와이어 본더에서의 와이어 클램핑 방법.
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