KR100604328B1 - 와이어 본딩용 캐필러리의 본딩 압력 캘리브레이션 방법 - Google Patents

와이어 본딩용 캐필러리의 본딩 압력 캘리브레이션 방법 Download PDF

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Abstract

압력 측정용 압전소자를 이용하여 캐필러리의 본딩 압력에 대한 입출력값 편차를 보정하는 와이어 본딩용 캐필러리의 본딩 압력 캘리브레이션 방법이 개시된다. 개시된 캘리브레이션 방법은, 캐필러리를 상기 압전소자의 상부로 이송시키는 이송단계와; 캐필러리를 구동하여 압전소자로부터 소정의 제1출력값이 측정될 때까지 입력값을 변화시키면서 그 압전소자를 가압하고, 그 제1출력값이 측정될 때입력된 제1입력값을 검출하는 제1측정단계와; 캐필러리를 구동하여 압전소자로부터 소정의 제2출력값이 측정될 때까지 입력값을 변화시키면서 그 압전소자를 가압하고, 그 제2출력값이 측정될 때 입력된 제2입력값을 검출하는 제2측정단계와; 제1,2측정단계에서 각각 검출된 제1,2입력값 및 제1,2출력값으로 부터 출력값 변화량에 대한 입력값 변화량의 비 즉, 입출력비를 산출하는 산출단계; 및, 산출단계에서 산출된 입출력비를 프로그램에 세팅하는 세팅단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 이 방법에 의하면 실제 와이어 본딩 작업에서와 같은 동적상태에서 캘리브레이션을 수행할 수 있는 이점이 있다.

Description

와이어 본딩용 캐필러리의 본딩 압력 캘리브레이션 방법{Bonding force calibration method of capillary for wire bonding}
도 1은 종래 와이어 본딩용 캐필러리의 본딩 압력 캘리브레이션 방법을 개략적으로 설명하는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 캘리브레이션 방법에 따라서 캐필러리의 본딩 압력을 측정할 수 있는 장치를 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 도 2에 도시된 장치의 시스템 구성을 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 캘리브레이션 방법에 따라서 산출되는 입출력값의 관계를 나타낸 그래프.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
20...리드 프레임 21...칩
22...캐필러리(capillary) 23...이송아암
24...히팅 블록 25...압전소자
26...지지대
본 발명은 와이어 본딩용 캐필러리의 본딩 압력 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.
예컨대 반도체 칩의 제조공정에 있어서 와이어 본딩(wire bonding) 작업은 칩(chip) 내부의 패드(또는 전극)와 리드 프레임(lead frame)을 와이어로 상호 연결하는 작업으로서, 이러한 작업을 수행하기 위해서는 캐필러리(capillary)라는 와이어 본딩 장비를 사용하게 된다. 이 캐필러리는 내부에 와이어가 통과될 수 있는 통공이 형성된 장치로서, 초음파와 열 및 본딩 압력을 이용하여 제1목표지점(통상적으로 칩의 패드 또는 전극)에 그 와이어의 일단부를 본딩시킨 후, 다시 그 와이어를 소정의 형상으로 굴곡시키면서 제2목표지점(통상적으로 리드 프레임의 단부)에 타단부를 본딩시킨다. 이와 같이 하나의 본딩 작업이 종료된 후에는 그 와이어를 절단하고 다음 본딩 위치로 이동한다. 즉, 이 캐필러리가 내부의 통공에 와이어를 지닌 상태에서 칩의 패드와 리드 프레임 상에 와이어의 일단 및 타단을 본딩시킨 후, 다시 다음 본딩 위치로 이동하는 작업을 반복하여 수행하는 것이다.
그런데, 상기 캐필러리가 상기 칩 또는 리드 프레임과 같은 본딩 작업 목표물에 하강하여 접촉되는 압력이 너무 크면 상기 칩이나 리드 프레임에 손상이 발생될 수 있으며, 반대로 압력이 너무 약하면 본딩 작업이 제대로 이루어지지 않는다. 따라서, 양호한 상태의 본딩이 이루어지도록 하기 위해서는, 원하는 본딩 압력이 목표물에 정확히 가해져야 하며, 이를 위해 상기 캐필러리에 지시된 본딩 압력값과 실제 목표물에 가해지는 본딩 압력값 사이에 편차가 발생되지 않도록 해야 한다. 따라서, 상기 캐필러리에 대한 본딩 압력의 입력값 및 실제 출력값 사이의 편차를 보정하는 캘리브레이션(calibration), 즉 입출력값 편차보정을 실시할 필요가 있다.
이에 대해 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 압력 게이지(11)를 사용하여 본딩 압력의 캘리브레이션을 실시하였다.
도면에 도시된 바와 같이, 캐필러리(12)의 하부에 압력게이지(11)를 위치시킨 후, 그 캐필러리(12)가 상기 압력 게이지(11)를 가압하도록 소정의 압력값을 지시한다. 이에 따라 상기 캐필러리(12)가 하강되면서 압력게이지(11)를 가압하게 되고, 이때 캐필러리(12)가 가하는 실제 압력값은 상기 압력게이지(11)에 나타나는 눈금을 읽어서 판독한다. 이렇게 구해진 측정값을 입력된 값과 비교하여서 편차가 발생되었을 경우 프로그램을 수정한다.
그러나, 상기와 같이 압력게이지(11)로 측정된 압력값은, 실제 본딩 작업 때와 같은 동적인 상태에서 측정되는 것이 아니기 때문에 실제로 작용되는 압력값과는 오차가 있다. 또한 상기 압력게이지(11)에 의한 측정은 작업자의 목측(目測) 및 수작업에 의해 이루어지므로, 작업자의 숙련도에 따라 측정값이 달라질 우려가 있다. 따라서 이와 같이 오차가 내포된 측정값을 기준으로 캘리브레이션을 수행하면, 작업시 본딩 압력의 정확도가 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서 창출된 것으로서, 실제로 본딩을 수행할 때와 같은 동적 상태에서 직접 본딩 압력을 측정할 수 있도록 개선된 와이어 본딩용 캐필러리의 본딩 압력 캘리브레이션 방법을 제공하는데 그 목적이 있 다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압력 측정용 압전소자를 이용하여 캐필러리의 본딩 압력에 대한 입출력값 편차를 보정하기 위한 와이어 본딩용 캐필러리의 본딩 압력 캘리브레이션 방법으로, 상기 캐필러리를 상기 압전소자의 상부로 이송시키는 이송단계와; 상기 캐필러리를 구동하여 상기 압전소자로부터 소정의 제1출력값이 측정될 때까지 입력값을 변화시키면서 그 압전소자를 가압하고, 그 제1출력값이 측정될 때입력된 제1입력값을 검출하는 제1측정단계와; 상기 캐필러리를 구동하여 상기 압전소자로부터 소정의 제2출력값이 측정될 때까지 입력값을 변화시키면서 그 압전소자를 가압하고, 그 제2출력값이 측정될 때 입력된 제2입력값을 검출하는 제2측정단계와; 상기 제1,2측정단계에서 각각 검출된 제1,2입력값 및 제1,2출력값을 비교하여서, 출력값 변화량에 대한 입력값 변화량의 비 즉, 입출력비를 산출하는 산출단계; 및, 상기 산출단계에서 산출된 입출력비를 프로그램에 세팅하는 세팅단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 본딩 압력 캘리브레이션 방법을 사용하기 위한 와이어 본딩 장치의 요부를 개략적으로 나타내며, 도 3은 그 와이어 본딩 장치를 구성하는 시스템의 블록도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 이송아암(23)에 의해 지지되어 이동되면서 본딩 작업을 수행하는 캐필러리(22)와, 본딩될 목표물이 안착되는 히팅블럭(24)이 구비되어 있고, 그 히팅블럭(24)의 주위에는 압력 측정용 센서로서 압전소자(25)가 마련되어 있다. 그리고 도면부호 20과 21은 본딩되는 리드 프레임과 칩을 각각 나타내며, 도면부호 26은 상기 압전소자(25)를 지지하는 지지대를 나타낸다.
그리고 이 장치를 구성하는 시스템으로서는, 도 3에 도시된 바와 같이 중앙처리장치(31)와, 디지털/아날로그 변환기(32)와, 전류증폭기(33)와, 상기 캐필러리(22)에 구동신호를 전송하기 위한 신호전송기(34)와, 상기 압전소자(25)로부터 측정된 신호를 증폭하는 신호증폭기(35) 및, 아날로그/디지털 변환기(36)가 구비된다.
이와 같은 구성을 이용한 본 발명의 캘리브레이션 방법은 다음과 같이 진행된다.
먼저 상기 중앙처리장치(31)가 상기 캐필러리(22)를 상기 압전소자(25)의 상부로 이동시키도록 지시하는 신호를 보낸다. 이 신호는 상기 디지털/아날로그 변환기(32)와 전류증폭기(33) 및 신호전송기(34)를 거쳐 상기 캐필러리(22)에 전달된다. 이에 의해 상기 이송아암(23)이 움직이면서 상기 캐필러리(22)를 압전소자(25)의 상부로 이동시킨다. 이어서 상기 캐필러리(22)를 하강시켜서 상기 압전소자(25)를 가압하게 한다. 이때 작용하는 압력이 예컨대 100g(제1출력값)에 도달할 때까지 상기 중앙처리장치(31)가 입력신호값을 서서히 증가시킨다. 이때의 압력치는 상기 압전소자(25)에 의해 측정되어 상기 중앙처리장치(31)로 보내진다. 그리고 압력이 100g에 도달되면, 그때의 입력값을 검출한다. 이 입력값을 제1입력 값이라 하고 100이라는 신호가 입력되었다고 가정한다. 다음으로 상기와 같은 과정을 반복하여 상기 제1출력값과 다른 제2출력값, 예컨대 300g의 압력치에 도달할 때의 입력값을 검출한다. 이 입력값은 제2입력값이라 하고 200이라는 신호가 입력되었다고 가정한다. 상기의 데이터를 기초로 X-Y 좌표 그래프를 그리면, 도 4에 도시된 바와 같은 직선 그래프가 그려진다. 이는 입력값의 증가에 따라 출력값이 직선적으로 비례하여 증가하기 때문에, 그래프 상의 두 점의 위치로부터 직선 그래프가 만들어질 수 있는 것이다. 여기서 그래프의 Y절편에 해당하는 값 50은 상기 중앙처리장치(31)에 설정되는 세팅값이다. 그리고 이 직선의 기울기는, 상기한 제1,2입력값 및 제1,2출력값으로부터 다음과 같이 산출된다.
즉, 기울기={200(제2입력값)-100(제1입력값)}/{300(제2출력값)-100(제1출력값)}=0.5 .
따라서 이와 같이 직선의 기울기와 Y절편값을 알게 되면, 임의의 입력값에 대한 출력값을 계산할 수 있게 되며, 반대로 원하는 출력값을 얻기 위해 입력해야 할 입력값을 알 수 있게 된다. 여기서 상기 기울기를 본딩 압력에 대한 스케일 팩터(scale factor)라 하며, 이는 출력되는 압력값의 변화량에 대한 입력값 변화량의 비, 즉, 입출력비를 의미한다.
상기와 같이 스케일 팩터를 산출한 후에는, 그 스케일 팩터에 오차가 없는지를 확인하기 위해 임의의 입력값을 입력하여, 그때 상기 압전소자(25)에 측정되는 압력치가 상기 그래프에 의해 계산되는 출력값을 비교해보는 것이 바람직하다. 이때 그 값이 일치하지 않으면 상술한 스케일 팩터 산출 과정을 재반복하고, 일치하 면 상기 스케일 팩터를 중앙처리장치(31)의 프로그램에 세팅한 후 캘리브레이션을 종료한다.
이후, 본딩 작업시에는 상기와 같이 캘리브레이션된 스케일 팩터를 이용하여 원하는 압력에 필요한 입력값을 정확히 계산할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 본딩 압력 캘리브레이션 방법은, 수작업에 의존하지 않기 때문에 작업자의 숙련도에 따른 측정 오차를 방지할 수 있으며, 실제 와이어 본딩 작업에서와 같은 동적상태에서 캘리브레이션을 수행할 수 있으므로, 실제 작업시 본딩 압력의 정확도를 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 압력 측정용 압전소자를 이용하여 캐필러리의 본딩 압력에 대한 입출력값 편차를 보정하기 위한 와이어 본딩용 캐필러리의 본딩 압력 캘리브레이션 방법에 있어서,
    상기 캐필러리를 상기 압전소자의 상부로 이송시키는 이송단계와;
    상기 캐필러리를 구동하여 상기 압전소자로부터 소정의 제1출력값이 측정될 때까지 입력값인 전기신호를 변화시키면서 그 압전소자를 가압하고, 그 제1출력값이 측정될 때입력된 제1입력값을 검출하는 제1측정단계와;
    상기 캐필러리를 구동하여 상기 압전소자로부터 소정의 제2출력값이 측정될 때까지 입력값인 전기신호를 변화시키면서 그 압전소자를 가압하고, 그 제2출력값이 측정될 때 입력된 제2입력값을 검출하는 제2측정단계와;
    상기 제1,2측정단계에서 각각 검출된 제1,2입력값 및 제1,2출력값으로 부터 출력값 변화량에 대한 입력값 변화량의 비 즉, 입출력비를 산출하는 산출단계; 및,
    상기 산출단계에서 산출된 입출력비를 프로그램에 세팅하는 세팅단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩용 캐필러리의 본딩 압력 캘리브레이션 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산출단계 후에, 그 산출단계에서 산출된 입출력비를 검증하기 위해 임의의 입력값을 입력시켜서 그 때 측정되는 출력값이 상기 입출력비에 의해 계산된 값과 일치하는지를 확인하는 검증단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩용 캐필러리의 캘리브레이션 방법.
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