KR100329738B1 - 와이어 본딩 장치와 그를 이용한 와이어 본딩 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 패키지 공정의 시간을 단축하도록 하는데 적합한 와이어본딩 장치와 그를 이용한 와이어본딩 방법에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명은 복수개의 반도체칩이 부착된 리드프레임, 동시에 복수개의 상기 반도체 칩에 대한 영상 획득을 위한 카메라를 복수개 구비하고 인접한 상기 카메라의 중심점간의 거리가 상기 반도체칩의 중심점간의 거리와 동일하게 구성된 본드헤드, 상기 카메라의 개수만큼의 작업지역을 두고 인접한 상기 작업지역의 중심점간의 거리가 상기 반도체칩의 중심점간의 거리와 동일하게 구성된 윈도우클램퍼를 포함하여 이루어진다.

Description

와이어 본딩 장치와 그를 이용한 와이어 본딩 방법{APPARATUS FOR WIRE BONDING AND METHOD FOR WIRE BONDING USING THE SAME}
본 발명은 반도체 소자의 패키지 방법에 관한 것으로, 특히 와이어본딩시간을 감소시키는데 적합한 와이어본딩 장치와 그를 이용한 본딩 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자의 제조 공정중 와이어 본딩장치는 하나의 리드프레임 (Leadframe)에 부착된 각각의 반도체 칩에 대하여 본딩할 칩의 본딩포인트 (Bonding point)와 리드프레임의 본딩포인트(bonding point)를 인식하고, 인식된 본딩포인트를 와이어(Wire)로 연결한다. 즉 와이어 본딩장치에 있어서 본딩포인트를 인식하는 패턴인식저장시간(Pattern Recognition time Saving;'PRS')과 본딩포인트를 와이어로 연결하는 본딩과정에서 대부분 공정 시간이 소요된다.
도 1 은 종래기술의 비병렬 와이어본딩 장치를 나타내고 있는 구성 블록도로서, 단일 X-Y 스테이지 상에 본딩포인트인식을 위한 하나의 카메라(1)와 와이어본딩을 위한 하나의 트랜스듀서(Transducer)(2)로 구성되는 본드헤드(Bond Head)(3)와 다수의 반도체칩(4a,4b,4c)이 부착된 리드프레임(5)을 핸들링하기 위한 하나의 윈도우 클램퍼(Window clamper)(6)와 하나의 히터블록(Heater block)(7)으로 구성되며, 상기 윈도우 클램퍼(6)는 하나의 작업지역(6a)이 구비되어 있다.
상기와 같이 구성된 비병렬 와이어본딩 장치는 리드프레임(5)의 반도체칩 (4a,4b,4c)중 하나가 윈도우 클램퍼(6)의 하나의 작업지역(6a)에 위치하면 카메라 (1)를 이용해 반도체칩(4a,4b,4c)중의 하나와 리드프레임(5)의 영상을 획득하고 본딩포인트인식을 위한 중앙처리장치가 그 영상을 분석해서 본딩포인트를 인식하고 트랜스듀서(2)를 이용해 와이어본딩한다. 그리고 예를들어 특정 칩(4a)에 대한 와이어본딩이 끝나면 리드프레임(5)을 움직여 다음 칩(4b)을 윈도우 클램퍼(6)의 작업지역(6a)에 위치시키고 본딩포인트인식 과정과 와이어본딩 과정을 반복한다.
이와같이 종래의 비병렬 와이어본딩 장치는 본딩과정 중에는 본딩포인트인식시간을 저장하지 않으므로 하나의 칩에 대하여 본딩포인트인식에 소요되는 시간이 P, 본딩과정에 소요되는 시간이 Q 라고 가정하고, 하나의 리드프레임(6)에 부착된 칩(4a,4b,4c)의 개수가 N이라면, 그 리드프레임(6)에 부착된 모든 칩을 본딩하기 위해서는 총 N(P+Q)의 시간이 소요된다.
대부분의 와이어본딩 장치는 와이어본딩 과정을 제어하는 중앙처리장치(CPU)와 본딩포인트인식을 수행하는 중앙처리장치가 구분되어 있다. 하지만 종래의 비병렬 와이어본딩 장치는 본딩과정중에는 본딩포인트인식을 하지 않는다. 즉 본딩과정 중에는 패턴인식을 담당하는 중앙처리장치가 동작하지 않는다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 카메라를 두개 이상 이용하여 두개 이상의 칩과 리드프레임에 대한 영상을 획득하여 하나의 칩을 본딩하는 공정 중에 다음에 본딩할 칩들에 대해 본딩포인트인식 과정을 미리 진행하므로써, 본딩장치의 작업시간의 단축효과를 증가시키는데 적합한 와이어본딩 장치와 그를 이용한 본딩 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 종래기술에 따른 와이어본딩 장치의 구성 블록도,
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 와이어본딩 장치의 구성 블록도
도 3 은 본 발명의 실시예에 다른 와이어본딩 방법을 나타낸 플로우챠트.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
21a,21b,21c : 카메라 22 : 트랜스듀서
23 : 본드 헤드 24a,24b,24c : 칩
25 : 리드프레임 26 : 윈도우 클램퍼
26a,26b,26c : 작업지역 27 : 히터블록
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 와이어본딩 장치는 복수개의 반도체칩이 부착된 리드프레임, 동시에 복수개의 상기 반도체 칩에 대한 영상 획득을 위한 카메라를 복수개 구비하고 인접한 상기 카메라의 중심점간의 거리가 상기 반도체칩의 중심점간의 거리와 동일하게 구성된 본드헤드, 상기 카메라의 개수만큼의 작업지역을 두고 인접한 상기 작업지역의 중심점간의 거리가 상기 반도체칩의 중심점간의 거리와 동일하게 구성된 윈도우 클램퍼를 포함하여 구성됨을 특징으로 하고, 이를 이용한 와이어본딩 방법은 카메라와 트랜스듀서로 구성된 본드헤드, 윈도우클램퍼, 다수개의 칩이 부착된 리드프레임이 구비된 와이어본딩 장치의 와이어본딩방법에 있어서, 상기 모든 칩에 대해 상기 윈도우 클램퍼에 들어가는 순서대로 일련번호를 부여하는 제 1 단계, 상기 윈도우 클램퍼에 구성된 작업지역의 개수, 일련번호가 부여된 상기 칩의 번호를 초기화하는 제 2 단계, 상기 일련번호가 부여된 칩중 하나를 첫 번째 작업지역으로 이동시키는 제 3 단계, 상기 본드헤드에 구비된 다수개의 카메라중 첫 번째 카메라를 상기 첫 번째 작업지역으로 이동시켜 상기 모든 작업지역에 위치한 칩의 영상을 획득하는 제 4 단계, 상기 카메라에 상응하는 작업지역에 위치한 칩의 영상을 분석하여 본딩포인트를 인식함과 동시에 인식된 본딩포인트를 와이어본딩하는 제 5 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 병렬 와이어본딩 장치를 나타낸 구성 블록도로서, 본드 헤드(23)에 다수 개의 카메라(21a,21b,21c)가 구성되며 상기 카메라 (21a,21b,21c)에 대응하여 윈도우 클램퍼(26)에 다수 개의 작업지역(26a.26b,26c)을 구성한다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 병렬 와이어본딩 장치는 복수 개의 반도체칩(24a,24b,24c)이 부착된 리드프레임(25), 동시에 복수 개의 상기 반도체 칩(24a,24b,24c)에 대한 영상 획득을 위한 카메라(21a,21b,21c)를 복수개 구비하는 본드 헤드(23), 상기 다수 개의 카메라(21a,21b,21c)의 개수만큼의 작업지역(26a ,26b, 26c)으로 구성된 윈도우 클램퍼(26)로 구성된다.
그리고 상기 본드 헤드(23)는 와이어를 칩에 본딩하는 트랜스듀서(22)를 더 구비하며 두개 이상의 카메라(21a,21b,21c)가 있고, 인접한 카메라들(21a,21b,21c)의 중심점간의 거리(A')는 리드프레임(25)에 부착된 인접한 칩(24a,24b,24c)의 중심점간의 거리(A')와 동일하다. 또한 상기 윈도우 클램퍼(26)에 2개 이상의 작업지역(26a,26b,26c)이 있고, 인접한 작업지역(26a,26b)의 중심점간의 거리(A)는 리드프레임(25)에 부착되어 있는 인접한 칩(24a,24b)의 중심점 간의 거리(A') 및 인접한 카메라(21a,21b)의 중심점간의 거리(A')와 동일하다. 또한 본딩포인트인식을 위한 PRS 중앙처리장치(도 3의 200)는 모든 작업지역(26a,26b,26c)에 있는 칩의 영상을 동시에 가지고 있으며, 첫 번째 작업지역에 있는 칩의 영상부터 차례대로 분석해서 본딩포인트를 인식하고 그 결과를 와이어본딩 중앙처리장치(도 3의 100)에 알려준다.
그리고 본드헤드(23)는 본딩포인트인식을 위한 PRS 중앙처리장치(100)가 인식한 본딩포인트를 바탕으로 트랜스듀서(22)를 이용하여 병렬적으로 와이어본딩을 한다. 또한 리드프레임(25)에 부착된 칩의 개수와 작업지역의 개수가 다르기 때문에, 다수 개의 칩(24a,24b,24c)이 상기 윈도우 클램퍼(26)에 들어갈 때는 윈도우클램퍼(26)에 있는 작업지역의 개수만큼 움직인다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 병렬 와이어본딩 장치의 동작에 대해 첨부도면 도 3 을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 병렬 와이어본딩 장치의 동작을 나타낸 플로우챠트로서, 윈도우클램퍼(26)의 작업지역 개수를 n(1∼ n개), 본드헤드(23)의 카메라 번호를 c, 작업지역 번호를 b(1∼n개), 일련번호가 부여된 칩의 번호를 i 라 한다. 그리고 작업지역(26a,26b,26c) 중 첫번째 작업지역을 '26a'라하고, 일련번호가 1 인 칩을 '24a'라 하며, 첫번 째 카메라를 '21a' 라 하여 설명하기로 한다.
먼저 와이어본딩 중앙처리장치(100)는 리드프레임(25)에 부착된 모든 칩 (24a,24b,24c)에 대해 각 칩이 윈도우 클램퍼(26)에 들어가는 순서대로 1,2,3,...과 같이 일련번호를 부여한다(101). 그리고 상기 작업지역의 개수 n 은 작업지역의 개수로 초기화하고 일련번호가 부여된 칩의 번호 i 는 1 로 초기화한다.
이어 i 번째 칩(24a)을 윈도우클램퍼(26)의 첫 번째 작업지역(26a)으로 이동시킨다. 이 때 i+1,i+2,...,i+n 번째 칩은 각각 2,3,n 번째 작업지역에 위치한다. 여기서 리드프레임(25)에 부착된 칩의 개수는 윈도우 클램퍼(26)의 작업지역의 개수보다 많다.
이어 본드 헤드(23)의 첫 번째 카메라(21a)를 첫 번째 작업지역(26a)으로 이동시키는데, 이 때 2,3,..,n 번째 카메라는 각각 2,3,n 번째 작업지역에 위치한다.여기서 카메라의 개수와 작업지역의 개수는 동일하다. 상기 각각의 카메라 (21a,21b,21c)가 해당 작업지역(26a,26b,26c)으로 이동되었을 때, 본딩포인트인식을 위한 PRS 중앙처리장치(200)는 작업지역(26a,26b,26c)에 위치하는 모든 칩의 영상을 획득한다(105).
이어 상기 와이어본딩 중앙처리장치(100)는 작업지역 번호 b가 1이면 b 번째 작업지역에 있는 칩의 본딩포인트 인식이 마무리되기를 기다리고(107), 이어 b 번째 작업지역에 있는 칩을 와이어본딩한다(108). 동시에 상기 모든칩의 영상을 획득한 후(105), 상기 본딩포인트인식을 위한 PRS 중앙처리장치(200)는 카메라번호 c가 1 이면 c 번째 카메라에 해당하는 작업지역에 있는 칩의 영상을 분석해서 본딩포인트를 인식한다(106).
그리고 와이어본딩을 위한 중앙처리장치(100)는 상기 b 번째 작업지역이 n 보다 클때까지 즉, 모든 작업지역에 위치하는 칩에 대한 와이어본딩을 실시하고 (109), 모든 칩에 대한 와이어본딩이 완료될때까지 리드프레임에 부착된 나머지 일련번호가 부여된 칩을 작업지역으로 이동시킨다(110). 또한 본딩포인트인식을 위한 PRS 중앙처리장치(200)는 모든 작업지역에 해당하는 칩의 영상분석이 완료될때까지 즉, c > n 보다 클때까지 본딩포인트인식을 반복한다(106a).
다시 말하면 종래기술의 비병렬 와이어본딩 장치가 특정 칩에 대한 와이어본딩이 끝나면 리드프레임을 움직여 다음 칩을 윈도우클램퍼의 작업지역에 위치시키고 본딩포인트인식과정과 와이어본딩 과정을 반복하는 반면, 본 발명의 병렬 와이어본딩 장치는 본딩포인트인식을 위한 PRS 중앙처리장치(200)와 와이어본딩 중앙처리장치(100)가 병렬적으로 동작하므로써 패키지의 와이어본딩을 위한 시간을 단축할 수 있다.
이어 상기의 패키지의 와이어본딩을 위한 시간 단축에 대해 상세하게 종래기술과 본 발명의 실시예를 비교하여 설명하기로 한다.
우선 리드프레임(25)이 이동되는 시간은 무시하며 종래기술의 비병렬 와이어본딩 장치는 하나의 칩을 처리하는데 필요한 전체 시간의 60%정도를 실제로 와이어본딩을 하는데 소요하고 나머지 약 40%정도를 본딩포인트인식을 위한 PRS 중앙처리장치(200)가 소요한다.
예를 들어, 하나의 QFP(Quadruple Flat Package) 리드 칩을 처리하는데 소요되는 예상 시간은 본딩포인트인식 시간은 20초, 본딩시간은 30초가 되므로 하나의 QFP리드칩을 처리하는데 소요되는 총 시간은 20+30=50초가 된다.
그러나 본 발명에서 제시한 병렬 와이어본딩 장치는 첫 번째 작업지역에 있는 칩을 제외한 두 번째 작업지역 이후의 칩에 대한 본딩포인트인식 과정은 첫 번째 작업지역에 있는 칩의 와이어본딩 과정 중에 수행된다. 따라서 윈도우 클램퍼 (26)에 있는 작업지역의 개수가 n 개라면 n-1번의 본딩포인트인식 시간이 절약된다. 즉 평균적으로 본 발명의 병렬 와이어본딩 장치는 본딩포인트인식 시간을 약 1/n로 단축하므로 특정 반도체칩에 대한 본딩포인트 인식시간이 P, 와이어본딩시간이 Q 라 하면 그 반도체 칩을 처리하는데 소요되는 평균시간은 (P/n + Q)가 된다. 이로써 처리할 수 있는 반도체 칩의 개수가 많아지게 된다.
예를 들면, 하나의 QFP 리드칩을 처리하는데 소요되는 예상 시간은 본딩포인트인식 시간은 20/n 초가 되고, 본딩시간은 30초가 되어 윈도우클램퍼에 있는 작업지역의 개수가 3 개일 때 하나의 반도체칩에 대한 본딩포인트인식과 와이어본딩을 위한 시간은 평균적으로 (20/3+30)=36.66초가 된다.
따라서 본 발명의 병렬 와이어본딩 장치는 반도체 제조 공정 중 와이어본딩 시간을 현저히 감소시키는 시간단축효과(r)가 있다.
상기 본딩포인트인식시간(20초), 와이어본딩시간(30초) 및 작업지역의 개수 (3개)을 상기 수학식에 대입하면 시간단축효과 r = 40/150 = 26.66% 이다. 즉 작업지역의 개수가 3 개일 때 병렬 와이어본딩 장치는 종래기술의 비병렬 와이어본딩 장치에 비해 QFP 리드칩을 처리하는 시간을 약 26% 단축할 수 있으므로 단위시간 동안 본딩하는 반도체칩의 개수를 늘릴 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 병렬 와이어본딩 장치는 와이어본딩 과정중에 본딩포인트인식을 동시에 수행하므로써 작업지역의 개수가 N 개일때 본딩포인트인식을 위한 본딩포인트인식 시간이 1/N 만큼 감소되므로 반도체칩의 패키지 공정에 소요되는 공정시간을 감소시킬수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 복수개의 반도체칩이 부착된 리드프레임;
    동시에 복수개의 상기 반도체 칩에 대한 영상 획득을 위한 카메라를 복수개 구비하고 인접한 상기 카메라의 중심점간의 거리가 상기 반도체칩의 중심점간의 거리와 동일하게 구성된 본드헤드; 및
    상기 카메라의 개수만큼의 작업지역을 두고 인접한 상기 작업지역의 중심점간의 거리가 상기 반도체칩의 중심점간의 거리와 동일하게 구성된 윈도우클램퍼
    를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 와이어본딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본드헤드는,
    상기 반도체칩의 와이어본딩을 위한 중앙처리장치;
    상기 와이어본딩의 본딩포인트인식을 위한 중앙처리장치; 및
    상기 반도체칩에 와이어본딩을 실시하는 트랜스듀서
    를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 와이어본딩 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본딩포인트인식을 위한 중앙처리장치는 상기 윈도우 클램퍼의 모든 작업지역에 있는 상기 반도체칩의 영상을 동시에 획득하는 것을 특징으로 하는 와이어본딩 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 카메라는 상기 작업지역과 상응하여 위치하도록 상기 작업지역과 동일한 개수로 구성됨을 특징으로 하는 와이어본딩 장치.
  5. 카메라와 트랜스듀서로 구성된 본드헤드, 윈도우 클램퍼, 다수개의 칩이 부착된 리드프레임이 구비된 와이어본딩 장치의 와이어본딩방법에 있어서,
    상기 모든 칩에 대해 상기 윈도우 클램퍼에 들어가는 순서대로 일련번호를 부여하는 제 1 단계;
    상기 윈도우 클램퍼에 구성된 작업지역의 개수(n), 일련번호가 부여된 상기 칩의 번호를 초기화하는 제 2 단계;
    상기 일련번호가 부여된 칩중 하나를 첫 번째 작업지역으로 이동시키는 제 3 단계;
    상기 본드헤드에 구비된 다수개의 카메라중 첫 번째 카메라를 상기 첫 번째 작업지역으로 이동시켜 상기 모든 작업지역에 위치한 칩의 영상을 획득하는 제 4단계; 및
    상기 카메라에 상응하는 작업지역에 위치한 칩의 영상을 분석하여 본딩포인트를 인식함과 동시에 인식된 본딩포인트를 와이어본딩하는 제 5 단계
    를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 와이어본딩 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 4 단계에서,
    상기 첫 번째 카메라가 상기 첫 번째 작업지역으로 이동하면 나머지 카메라도 각각 상기 작업지역에 상응하도록 동시에 이동되는 것을 특징으로 하는 와이어본딩 방법.
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