KR100317649B1 - 반도체패키지의와이어본딩장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 반도체 패키지의 와이어 본딩장치에 관한 것으로서, 반도체 칩이 실장된 리드프레임이 로딩되어 지지되는 리드프레임 안착부가 형성된 메인히터판과 메인히터판에 열을 공급하는 메인히터블록 및 메인히터판으로부터 와이어 본딩이 완료되어 이송되어진 리드프레임이 탑재되어 냉각되는 보조히터판을 구비하는 와이어 본딩장치에 있어서, 보조히터판은 메인히터판에 소정의 결합수단으로 체결되어 열을 공급받으며, 그 내부에 형성되어 리드프레임이 공급되는 방향과 일치하도록 배치 형성되어 냉각 기체에 공급되는 복수개의 공기공급라인과, 공기공급라인을 연결하는 다른 공기공급라인과, 공기공급라인으로부터 상면을 관통하는 복수의 관통공과, 리드프레임의 공급방향과 수직하도록 소정 간격으로 형성되는 하나 이상의 단열수단 삽입홈과, 단열수단 삽입홈에 삽입되어 있는 단열수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 리드프레임의 수축현상으로 본딩 상태에서 변형이 발생되어 와이어간의 단락 또는 처짐 현상 등 불량이 야기될 염려가 없는 이점이 있다. 또한, 구리 계열의 리드프레임을 적용하기 위해서는 보조히터블록이나 열조정기 등의 보조장치를 설치해야할 필요가 없으므로 비용이 절감되는 이점이 있다.

Description

반도체 패키지의 와이어 본딩장치

이 발명은 반도체 패키지의 와이어 본딩장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이어 본딩장치의 보조히터판에 공기공급수단 및 단열수단을 설치함으로써 와이어 본딩 후, 효율적인 냉각을 통하여 와이어 본딩의 수율을 높일 수 있는 와이어 본딩장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지의 제조공정은, 소정 공정을 거친 반도체 기판을 신축성이 있는 링 테이프(ring tape)에 부착한 후 웨이퍼 두께의 70∼95% 정도를 링모양의 블레이드(blade)로 별개의 반도체 칩으로 절단하는 절단(sawing) 공정과, 각각의 반도체 칩을 리드프레임의 다이패드에 부착하는 다이 본딩공정과, 반도체칩의 본딩패드와 리드프레임의 내부리드를 와이어로 연결하는 와이어 본딩공정과, 반도체 칩 및 내부리드를 열경화성 수지로 몰딩(molding)하는 몰딩공정으로 이루어진다.

이렇게 제조된 반도체 패키지는 리드프레임의 댐바를 제거하고 외부리드를 적절한 형태로 절곡한 다음 인쇄회로기판에 실장된다. 외부리드는 표면 실장시 용접성을 향상시키고 공기중의 산화 및 외부환경으로부터 리드의 표면을 보호하기 위하여 리드 표면에 주석-납(Sn-Pb) 또는 팔라듐(Pd) 도금을 행한다.

상기 반도체 패키지 제조공정중 이 발명과 관련된 것은 다이본딩 공정 또는 와이어 본딩이나 범프 본딩 등 납땜부의 리플로우를 통한 결합이 쓰이는 공정에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 패키지의 와이어 본딩장치의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 와이어 본딩장치(10)는 본딩다이(11), 메인히터판(12), 보조히터판(13), 열조정기(14)로 구성되어 있다.

메인히터판(12)의 상부에는 로딩부(15)로부터 공급되는 리드프레임(16)의 다이패드를 안착시키기 위한 안착홈(17)이 형성된 리드프레임 안착부(18)가 형성되어 있다. 메인히터판(12)의 하부에는 열공급라인(19a)이 설치된 메인히터블록(19)이 부착되어 있으며, 그 메인히터블록(19)에는 상하 이동이 가능한 주지지대(21)이 연결되어 있어서, 메인히터블록(19)으로부터 열을 공급받아 로딩부에서 공급되는 리드프레임(15)이 가열될 수 있다.

보조히터판(13)의 하부에는 열공급라인(25)으로부터 열을 공급받아 보조히터판(13)을 가열할 수 있게 보조히터블록(24)이 설치되어 있으며, 보조히터판(13)에 형성된 다수개의 관통공(23)을 통하여 소정의 볼트를 이용하여 결합되어 있다. 보조히터블록(24)의 하부에는 보조지지판(22)이 부착되어 있고, 그 보조지지판(22)은 보조지지대(26)에 부착된 결합수단(27)을 통하여 본딩다이(11)에 고정되어 있다. 또한 보조히터판(13)의 온도를 제어하기 위해 보조히터블록(24)의 열공급라인(25)에는 별도의 열조정기(14)가 설치되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 종래의 와이어 본딩장치(10)의 동작은 다음과 같다.

먼저, 로딩부에서 개별적으로 리드프레임(15)들을 본딩다이(11)로 로딩하게 되는데 이때, 주지지대(21)의 상하 운동에 따라 리드프레임(15)이 메인히터판(12)을 따라 리드프레임 안착부(18)의 안착홈(17)에 로딩을 완료한다. 이 때, 리드프레임(15)의 다이패드(16)는 안착홈(17)에 장착이 된다.

이어서, 열조정기(14)를 통하여 열공급라인(19a)으로 열을 공급하게 되면, 메인히터블록(19) 상면의 메인히터판(12)이 가열되어 와이어 본딩상태로 되도록 금(Au)과 알루미늄 메탈패드가 서로 작업이 이루어지는 150℃∼230℃정도로 리드프레임(15) 및 반도체 침이 가열된다.

계속하여, 가열된 리드프레임(15) 상의 각각의 전극패드들과 와이어 본딩을 종료한 후, 주지지대(21)를 상측으로 밀어 올려서 리드프레임(15)을 보조히터판(13)으로 이송한다.

이때, 리드프레임(15)은 상온으로 방치되기 때문에 수축현상으로 인한 본딩 상태에서 변형이 발생되어 와이어간의 단락 또는 처짐 현상 등 불량이 발생된다. 그러므로, 메인히터판(12)보다 더 낮은 온도로 예열된 보조히터판(13)으로 이동시켜서 천천히 냉각시키는 과정을 거치게 된다.

냉각과정은 열공급라인(25)을 통하여 보조히터판(13)에 공급된 열량에 따라 냉각되며, 보조히터판(13)의 시작부에서 관통공을 지나 끝부까지 대략 200℃→ 170℃→150℃정도로 냉각되어진다.

그러나, 이와 같은 종래의 와이어 본딩장치의 문제점은 구리(Cu) 계열의 리드프레임을 적용하기 위해서 보조히터블록(24)이나 열조정기(14)등의 보조장치를 설치해야 하기 때문에 고가의 제작비용이 추가되며, 보조히터블록(24) 자체가 고정되어 있어서 열에 의한 리드프레임의 변형이 야기되는 문제점이 있으며, 열조정기로 열량을 조절하여 냉각상태를 조정하는 데는 한계가 있다.

따라서 이 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한것으로서, 열에 의한 리드프레임의 변경을 방지하기 위해 보조히터블록 내에 열차 단부재 및 냉각수단을 형성하여 와이어 본딩 완료된 리드프레임을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 반도체 패키지의 와이어 본딩장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 반도체 패키지의 와이어 본딩장치의 일 실시예를 나타낸 사시도,

도 2는 이 발명에 따른 반도체 패키지의 와이어 본딩장치의 일 실시예를 나타낸 사시도,

도 3은 이 발명에 따른 반도체 패키지의 와이어 본딩장치중 보조히터블록의 부분 상세도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10, 30; 와이어 본딩장치

11; 본딩다이 12; 메인히터판

13; 보조히터판 14; 열조정기

15; 리드프레임 16; 다이패드

17; 안착홈 18; 리드프레임 안착부

19; 메인히터블록 19a,20; 열공급라인

21; 주지지대 22; 보조지지판

23; 관통공 24; 보조히터블록

25; 열공급라인 26; 보조지지대

27; 결합수단 34; 공기공급수단

35; 공기누설 방지수단 37, 38; 단열수단

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 패키지의 와이어 본딩장치는, 반도체 칩이 실장된 리드프레임이 로딩되어 지지되는 리드프레임 안착부가 형성된 메인히터판과 상기 메인히터판에 열을 공급하는 메인히터블록 및 메인히터판으로부터 와이어 본딩이 완료되어 이송되어진 리드프레임이 탑재되어 냉각되는 보조히터판을 구비하는 와이어 본딩장치에 있어서, 보조히터판은 메인히터판에 소정의 결합수단으로 체결되어 열을 공급받으며, 그 내부에 형성되어 리드프레임이 공급되는 방향과 일치하도록 배치 형성되어 냉각 기체가 공급되는 복수개의 공기공급라인과, 공기공급라인을 연결하는 다른 공기공급라인과, 공기공급라인으로부터 상면을 관통하는 복수의 관통공과, 리드프레임의 공급방향과 수직하도록 소정 간격으로 형성되는 하나 이상의 단열수단 삽입홈과, 그 단열수단 삽입홈에 삽입되어 있는 단열수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 이 발명에 따른 반도체 패키지의 와이어 본딩장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 이 발명에 따른 반도체 패키지의 와이어 본딩장치의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.

도 2를 참조하면, 이 발명의 와이어 본명장치(30)는 주된 구성요소로서 메인 히터판(12)을 갖는 메인히팅부와, 보조히터판(13)을 갖는 보조히팅부로 구성되어 있다.

메인히터판(12)의 상부에는 로딩부(도시되지 않음)로부터 공급되는 리드프레임을 안착시키기 위한 안착홈(17)이 형성된 리드프레임 안착부(18)가 형성되어 있다. 메인히터판(12)의 하부에는 메인히터블록(19)이 부착되어 있어서, 열공급 라인(20)이 설치된 메인히터블록(19)으로부터 열을 공급받아, 리드프레임을 가열할 수 있게 되어 있으며, 상하 이동 가능한 주지지대(21)에 연결된 보조지지판(22)의 상면에 부착되어 있다.

보조히터판(13)은 메인히터판(12)의 안착부(18)와 같은 높이를 갖도록 형성되어 있고 호스와 연결잭으로 구성된 공기공급수단(34)과, 공급되는 공기의 누설을 방지하기 위한 2개의 공기누설 방지수단(35)과 보조히터판(13)의 각 부분의 온도전파를 차단하기 위한 제 1단열수단 및 제 2단열수단(37,38)과 리드프레임 다이패드가 삽입 이송될 수 있도록 하기 위한 패드이송부(45)로 구성되어 있다.

보조히터판(13)의 선단에는 두 개의 결합홈(41,43)이 형성되어 있다. 그 결합홈(41,43)을 통하여 두 개의 결합수단(42,44)이 보조히터판(13)을 메인히터판(12)에 고정시키고 있다. 메인히터판(12)의 상하 이동에 따라 보조히터판(13)도 상하로 같이 이동하게 된다.

이상과 같은 구성을 갖는 와이어 본딩장치(20)의 동작은 다음과 같다.

먼저, 로딩부로부터 공급되는 리드프레임(15) 또는 테이프 캐리어 등이 메인히터판(12)에 로딩되어 리드프레임 안착부(18)에 안착되어, 반도체 칩 또는 다이패드가 안착홈(17)에 안착된다. 이어서 와이어 본딩(wire bonding)에 적합한 일정온도(보통 150℃∼230℃정도)로 가열된다. 이때, 리드프레임이 안착될 수 있도록 하기 위하여 주지지대(21)는 하부로 하강한다. 와이어 본딩이 완료된 후 가열된 리드프레임 등은 메인히터판(12)의 후단으로 이동하지 않고 곧바로 보조히터판(13)으로 이동딘다. 이 때 보조히터판(13)에 설치된 다수개의 관통공(36)을 통하여 예열된 질소 기체 또는 핫 에어(Hot Air)가 새어나오서 리드프레임 등을 냉각시킨다.

도 3은 이 발명에 따른 반도체 패키지의 와이어 본딩장치의 보조히터판을 나타내는 부분상세도이다.

도 3을 참조하면, 이 발명에 따른 와이어 본딩장치의 보조히터판(13)은 공기공급라인(31,32,33)과 단열수단(37,38) 및 패드이송부(45)를 포함하고 있다. 공기공급라인(31,32,33)은 가열된 질소 기체가 주입되며 보조히터판(13) 세로방향으로 형성된 원통형의 제 1공기공급라인(31)과, 제 1공기공급라인(31)에 평행하게 형성된 원통형의 제 2공기공급라인(32) 및 제 1공기공급라인(31) 및 제 2공기공급라인을 서로 연결하는 제 3공기공급라인(33)으로 구성된다.

제 1공급라인(31)에는 호스와 연결잭으로 구성된 공기공급수단(34)이 결합되어 있고, 공급되는 공기의 누설을 방지하기 위해 제 2공기공급라인(32)의 선단 및 제 3공기공급라인(33)의 선단에 2개의 공기누설 방지수단(35)이 삽입되어 있다. 그리고, 리드프레임 등을 빠른 속도로 냉각시키기 위한 질소 기체 또는 공기가 배출되는 관통공(35)이 제 1,2공기공급라인(31,32)의 상부에 그 제 1,2공기공급라인(31,32)에 연결되어 2열의 형성되어 있다.

단열수단(37,38)은 보조히터판(13)의 각 부분의 온도 전파를 차단하기 위해 석면등 단열성 재질로 된 제 1단열수단(37) 및 제 2단열수단(38)으로 구성되어 있다. 각각의 단열수단(37,38)은 보조히터판(36)의 중간에 가로방향으로 형성된 직사각 기둥형의 제 1삽입홈(39) 및 제 2삽입홈(40)에 각각 삽입되어 메인히터판으로부터 전달되는 열을 차단한다.

한편, 보조히터판(13)의 상부에는 리드프레임 다이패드가 삽입되어 이동할 수 있도록 하기 위해 사각형 요홈 형태의 패드이송부(45)가 형성되어 있다.

상기의 단열수단(37,38)은 석면 외에도 대리석등과 같은 단열재로 사용될 변형이 적은 강철계통의 소재 또는 합금재질로 제조될 수 있고, 보조히터판(13)은 열전도성이 우수한 알루미늄(Al), 구리(Cu), 두랄루민, 황동, 청동, 기타 이들 합금으로 제조될 수 있다. 그리고, 단열수단(37,38)의 삽입홈(39,40) 및 공기공급수단(31,32,33) 형태는 사각기둥형, 원통형, 육각기둥형등으로 다양하게 변화시킬 수 있다. 또한 단열수단의 삽입홈(39,40), 공기공급수단(31,32,33), 및 관통공(36)은 3열 이상으로 형성시킬 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 와이어 본딩장치(30)의 보조히터란(13)의 동작은, 공기공급수단(34)을 통하여 주입된 고온의 질소 등의 기체가 제 1공기공급라인(31)을 거쳐서 제 3공기공급라인(33) 및 제 2공기공급라인(32)으로 주입된 다음, 상기 제1공기공급라인(31) 및 제 2공기공급라인(32)에 형성된 관통공(36)을 통해서 공기가 배출된다. 이 때, 다른 곳으로의 공기 누설을 막기 위하여 제 2공기공급라인(32) 및 제 3공기공급라인(33)의 선단은 공기누설방지수단(35)으로 차단된다.

이어서 2개와 단열수단(37,38)을 경계로 보조히터판(13)은 크게 세부분으로 나누어져서, 메인히터판(12)에 근접한 부분은 보통 메인히터판(12)에 근접한 온도인 250℃ 내지 220℃ 정도의 고온을 유지하고, 보조히터판(13)의 중간부분은 좀더 낮은 온도인 200℃ 내지 180℃를 유지하고, 보조히터판(13)의 맨 끝부분은 보다 낮은 온도인 150℃이하로 유지된다.

보조히터판(13)의 온도는 결합수단(42,44) 및 결합홈(41,43)을 통하여 메인히터판(12)과의 접촉면적을 조절함으로써 약 50℃ 정도로 조정이 가능하다. 따라서, 메인히터판(12)으로부터 가열 접착된 반도체 칩 또는 다이패드가 메인히터판(12)의 후단으로 이동하지 않고 곧바로 보조히터판(13)으로 이동하고, 이 때 보조히터판(13)에 설치된 다수개의 관통공(35)을 통하여 예열된 질소기체가 세어나와서 리드프레임 등을 열 충격없이 빠른 속도로 식힌다.

이상과 같이 이 발명에 따른 반도체 패키지의 와이어 본딩장치는 보조히터판의 선단의 가열된 메인히터판과 연결되어 있기 때문에 상온으로 방치되지 않고 연속적으로 냉각되므로 리드프레임의 수축현상으로 본딩 상태에서 변형이 발생되어 와이어간의 단락 또는 처짐 현상 등 불량이 야기될 염려가 없는 이점이 있다. 또한, 구리 계열의 리드프레임을 적용하기 위해서는 보조히터블록이나 열조정기 등의 보조장치를 설치해야할 필요가 없으므로 비용이 절감되는 이점이 있다.

Claims (10)

1. 반도체 칩이 실장된 리드프레임이 로딩되어 지지되는 리드프레임 안착부가 형성된 메인히터판과 상기 메인히터판에 열을 공급하는 메인히터블록 및 상기 메인히터판으로부터 와이어 본딩이 완료되어 이송되어진 리드프레임이 탑재되어 냉각되는 보조히터판을 구비하는 와이어 본딩장치에 있어서, 상기 보조히터판은 상기 메인히터판에 소정의 결합수단으로 체결되어 열을 공급받으며, 그 내부에 형성되어 상기 리드프레임이 공급되는 방향과 일치하도록 배치 형성되어 냉각 기체가 공급되는 복수개의 공기공급라인과, 상기 공기공급라인을 연결하는 다른 공기공급라인과, 상기 공기공급라인으로부터 상면을 관통하는 복수의 관통공과, 상기 리드프레임의 공급방향과 수직하도록 소정 간격으로 형성되는 하나 이상의 단열수단 삽입홈, 및 상기 단열수단 삽입홈에 삽입되어 있는 단열수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 와이어 본딩장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 단열수단이 2열로 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 와이어 본명장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 단열수단이 석면, 석고, 대리석의 단열재중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 와이어의 본딩장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 단열수단 삽입홈이 2열로 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 와이어 본딩장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 단열수단 삽입홈의 형태가 사각기둥형, 원통형, 육각 기둥형중의 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 와이어 본딩장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 보조히터판은 합금공구강 또는 철합금강 또는 듀랄미늄 중의 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 와이어 본딩장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 공기공급라인이 2열로 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 와이어 본딩장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 공기공급라인의 형태가 사각기등형, 원통형, 육각기둥형중의 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 와이어 본딩장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 관통공이 복수개의 상기 공기공급라인을 따라 일정간격으로 다수개 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 와이어 본딩장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 관통공의 형태가 사각기둥형, 원통형, 육각기둥형중의 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 패키지의 와이어 본딩장치.