KR100628706B1 - 범프 본딩장치 및 범프 불착 검출방법 - Google Patents

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후미히코 가토
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

신뢰성이 대단히 높은 범프 본딩 장치 및 범프 불착검출 방법을 제공한다.
와이어(4)와 방전 전극(3)의 사이에서 방전을 행하여서 와이어(4)의 선단에 볼(6)을 형성하고, 이 볼(6)을 반도체칩(1)의 전극패드(2)에 접합시켜서 범프(8)를 형성하는 범프 본딩 방법이다. 다음 볼 형성 공정후에 캐필러리(5)가 하강해서 와이어 선단의 부위(볼(6) 또는 벗겨진 범프부)가 전극패드(2)에 접지했을 때의 캐필러리(5)의 위치가, 정상적으로 형성된 볼(6)이 전극 패드(2)에 접지했을 때의 캐필러리(5)의 볼 접지 레벨(제1검출 위치(H1))의 허용오차범위보다 하강한 때에 범프 불착신호를 출력한다.
범프 본딩 장치, 범프 불착검출, 와이어, 방전, 전극패드, 캐필러리, 볼, 접지 레벨, 허용오차범위, 불착신호

Description

범프 본딩장치 및 범프 불착 검출방법{BUMP BONDING APPARATUS AND METHOD FOR INSPECTING BUMP NON-ADHESION}
도 1은 본발명의 범프 불착검출 방법의 일실시예를 도시하는 설명도다.
도 2는 본발명의 범프 본딩 장치의 일실시예를 도시하는 설명도다.
도 3은 전의 범프 형성 공정으로 범프가 정상적으로 형성되었을 때의 범프 불착검출 방법을 도시하는 설명도다.
도4는 전의 범프 형성 공정으로 범프 불착이 생겼을 때의 범프 불착검출 방법을 도시하는 설명도다.
도5는 범프 형성 공정을 도시하는 설명도다.
도6은 범프 불착상태의 설명도다.
도7은 종래의 범프 본딩 장치를 도시하는 설명도다.
(부호의 설명)
1 반도체칩 2 전극패드
3 방전 전극 4 와이어
5 캐필러리 6 볼
7 범프부 8 범프
20 본딩 암 21 지지 프레임
22 판스프링 23 이동 테이블
24 ＸＹ테이블 25 리니어 모터
28 리니어 스케일 29 위치센서
30 디바이스 41 컴퓨터
42 제어회로 43 연산 회로
44 높이 위치 카운터 52 인코더
60 메모리 61 비교 회로
H1 제1검출 위치 H2 제2검출 위치
(특허문헌1) 일본국 공개특허공보 특개소 54-2662호
(특허문헌2) 일본국 특허공보평 4-41519호
(특허문헌3) 일본국 공개특허공보 특개평 7-86286호
(특허문헌4) 일본국 공개특허공보 특개평 11-191564호
(특허문헌5) 일본국 공개특허공보 특개 200O-306940호
(특허문헌6) 일본국 공개특허 특개소 58-184734호
(특허문헌7) 일본국 공개특허공보 특개평 6-29343호
(특허문헌8) 일본국 특허공보평 6-80697호
본발명은, 캐필러리에 삽입통과된 와이어의 선단에 볼을 형성하고, 이 볼을 범프로서 도체에 본딩하는 범프 본딩 장치 및 범프 불착검출 방법에 관한 것이다.
(배경기술)
범프 형성은, 일반적으로 도 5에 도시하는 공정에 의해 행하여진다. 1은 반도체칩, 2는 반도체칩(1)위로 형성된 전극패드, 3은 방전 전극을 나타낸다. 우선, 도5(a)에 나타나 있는 바와 같이 도시되지 않은 클램퍼가 닫힌 상태에서, 캐필러리(5)에 삽입된 와이어(4)의 테일(4a)에 방전 전극(3)으로부터 방전을 행하여, 도 5(b)에 나타나 있는 바와 같이 볼(6)을 형성한다. 다음에 도시되지 않은 클램퍼가 열리면, 와이어(4)는 도시되지 않은 백텐션 기구에 의해 알맞은 힘으로 상방으로 되돌려진다. 계속해서 캐필러리(5)가 하강하고, 도 5(c)에 나타나 있는 바와 같이 볼(6)이 전극 패드(2)에 접지한다. 그 후에 도 5(d)에 나타나 있는 바와 같이 볼(6)을 전극패드(2)위로 꽉 누르고, 초음파진동에 의해 접합시켜서 범프부(7)를 형성한다. 그 후는, 도시되지 않은 클램퍼 및 캐필러리(5)가 같이 상승하고, 이 상승도중에 클램퍼가 닫히고, 도 5(e)에 나타나 있는 바와 같이 와이어(4)가 범프부(7)의 부착부위로부터 절단된다. 이에 따라 범프(8)가 형성된다. 또, 이 종류의 범프 형성 방법으로서, 예를 들면 특허문헌 1, 2 및 3을 들 수 있다.
범프 형성시의 범프 불착으로서, 범프부(7)의 접합 강도가 충분하지 않기 때문에, 도6 (a) (b)에 나타나 있는 바와 같이 전극 패드(2)로부터 벗겨져버리는 현상이 생긴다. 도6 (a)는 도 5(d)부터 캐필러리(5)가 상승하는 때에 범프부(7)가 벗겨져버린 상태, 도 6(b)는 도 5(d)부터 와이어(4)를 절단하는 때에 범프부(7)가 벗겨져버린 상태를 나타낸다. 이러한 범프 불착의 검사 방법으로서, 특허문헌 4 및 5를 들 수 있다.
특허문헌 4는, 범프부(7)가 반도체칩(1)의 전극 패드(2)에 접합되지 않은 상태인 불착상태를 검출하기 위해서, 다음 볼 형성시의 와이어(4)와 방전 전극(3)사이의 방전 시작에 요하는 전압을 측정하고, 이 측정 전압이 설정된 역치를 초과했을 경우에 불착을 판정한다. 즉 범프부(7)의 불착의 경우에는, 다음 볼 형성시에 통상보다 방전개시전압이 커지므로, 볼 형성시의 전압을 측정함으로써 불착을 판정한다.
특허문헌 5는, 볼(6)을 반도체칩(1)의 전극 패드(2)에 접합해서 범프부(7)를 형성한 후, 와이어(4)를 범프부(7)의 부착부위로부터 절단할 때까지의 기간에 와이어(4)에 전압을 인가하고, 범프 불착의 유무에 의한 상기 기간 동안의 전압의 변화를 검출함으로써 범프부(7)의 불착의 유무를 판정한다. 즉 캐필러리(5)가 상승해서 클램퍼가 닫힐때까지 범프부(7)의 불착이 발생했을 경우에는, 와이어(4)로부터 어스까지의 사이는 전기적 경로가 확립되지 않으므로, 과도적인 전압변화를 보인다. 이 전압변화를 측정함으로써 불착을 판정한다.
범프(8)의 형성을 행하는 범프 본딩 장치는, 도 7에 나타나는 구조로 되어 있다. 일단에 캐필러리(5)를 갖는 본딩 암(20)은, 지지 프레임(21)의 일단에 고정되어 있다. 지지 프레임(21)은, 도시되지 않은 지축 또는 십자 모양으로 조립한 판스프링(22)을 통해서 이동 테이블(23)에 상하 방향으로 요동자유롭게 부착할 수 있고, 이동 테이블(23)은 ＸＹ 테이블(24)에 탑재되어 있다. 지지 프레임(21)의 타단에는, 리니어 모터(25)의 코일(26)이 고정되고, 또 리니어 모터(25)의 자석(27)은 이동 테이블(23)에 고정되어 있다. 지지 프레임(21)의 후단에는 리니어 스케일(28)이 고정되고 있고, 리니어 스케일(28)에 대향해서 이동 테이블(23)에는 위치센서(29)가 고정되어 있다. 또 범프 본딩 장치는 상기 반도체칩(1)을 갖는 디바이스(30)를 가열하는 히트 블록(31)을 갖고, 히트 블록(31)은 상하 이동기구(32)로 상하이동된다. 또, 이 종류의 와이어 본딩 장치로서, 예를 들면 특허문헌 6, 7 및 8 공보를 들 수 있다.
따라서, 리니어 모터(25)의 구동에 의해 지지 프레임(21) 및 본딩 암(20)이 지축 또는 판스프링(22)을 중심으로 해서 요동하고, 캐필러리(5)가 상하동한다. 또 ＸＹ테이블(24)의 구동에 의해 이동 테이블(23), 지지 프레임(21), 본딩 암(20) 및 캐필러리(5)가 ＸＹ방향으로 이동한다. 도시되지 않은 전기 토치에 의한 와이어(4)의 선단에의 볼 형성, 캐필러리(5)의 상하 이동 및 와이어 절단시의 도시되지 않은 와이어 절단용 클램퍼의 개폐 이동 등에 따라 디바이스(30)위로 도 5에 도시하는 범프(8)가 형성된다.
다음에 리니어 모터(25)의 제어 및 각 블록의 동작에 관하여 설명한다. 외부입출력 수단(40)은, 컴퓨터(41)와의 사이에서 동작에 필요한 각종정보의 입출력을 행한다. 이것은 수동조작이여도, 외부장치와의 온라인 통신에 의한 조작이여도 좋다. 컴퓨터(41)는, 제어회로(42), 연산 회로(43) 및 높이 위치 카운터(44)를 갖고, 제어회로(42)는, 외부입출력 수단(40), 연산 회로(43) 및 위치제어회로(50)를 제어한다.
제어회로(42)로부터 캐필러리(5)의 높이 위치 지령이 위치제어회로(50)에 입력되면, 위치제어회로(50)는 캐필러리(5)의 이동량을 드라이브 신호(50a)로서 모터 드라이버(51)에 전달한다. 모터 드라이버(51)는, 드라이브 신호(50a)에 의해 캐필러리(5)를 지정한 높이 위치로 이동시키기 위한 전력을 생성한다. 또, 전력은, 전압 및 전류의 적(積)이기 때문에, 실제의 리니어 모터(25)의 제어는, 전압 또는 전류의 어느 한쪽 또는 양쪽을 제어하면 좋다. 여기에서는, 리니어 모터(25)에 흐르는 드라이브 전류(51a)로서 설명한다. 모터 드라이버(51)로 생성된 드라이브 전류(51a)가 리니어 모터(25)의 코일(26)에 인가되면 구동력이 발생한다. 이 구동력에 의해, 지지 프레임(21), 본딩 암(20) 및 캐필러리(5)가 판스프링(22)을 지점으로 하여 회전한다.
높이 위치 카운터(44)는, 위치센서(29)로부터의 신호를 컴퓨터(41)에 입력하는데 알맞은 신호형식으로 변환하는 인코더(52)로부터의 신호를 계수하고, 리니어 스케일(28)의 실제의 높이 위치를 생성한다. 컴퓨터(41)에는, 미리 리니어 스케일(28) 상향방향의 이동량에 대한, 캐필러리(5) 상향방향의 이동량과의 비율과 양자화계수(1 단위가 수μm)가 주어져 있으므로, 이것을 기초로 하여, 높이 위치 카운터(44)가 나타내는 값을 연산 회로(43)로 연산함으로써, 캐필러리(5)의 실제의 높이 위치가 구해진다.
특허문헌 4는, 다음에 볼(6)을 형성할 때에 와이어(4)의 상태(와이어(4)가 정상적으로 절단된 상태인가 범프부(7) 불착의 상태인가)에 의해 방전 전압은 변화 되므로, 이 방전 전압의 변화에 의해 범프 불착을 판정하므로, 특허문헌 5보다 범프 불착검출의 신뢰성은 높다. 그러나, 와이어 선단의 상태는, 테일(4a)의 길이, 테일(4a)의 구부러짐, 전극 패드(2)로부터 벗겨진 범프부(7) 이면의 합금 부스러기의 상태 등의 불안정한 요소가 많아, 현실적으로는 정상인 판정을 행하는 것은 곤란했다.
특허문헌 5는, 반도체칩(1)에 전류를 흘리므로, 반도체칩(1)의 전기 특성에 의존하거나, 또는 적용할 수 없는 반도체칩(1)이 있다. 또한 와이어(4)를 절단할 때에 정상적으로 와이어(4)를 절단한 상태와 범프부(7)가 부착된 상태로 전압의 상승 시간에 거의 차이가 보이지 않으므로, 와이어 절단시에 벗겨진 경우는 검출 불능이다.
본발명의 과제는, 신뢰성이 대단히 높은 범프 본딩 장치 및 범프 불착검출 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본발명의 청구항 1의 범프 본딩 장치는, 일단부에 캐필러리를 가져 지지 프레임에 요동자유롭게 지지된 본딩 암과, 이 본딩 암을 요동 구동하는 리니어 모터와, 상기 본딩 암의 상하방향위치를 검지하는 위치 센서와, 이 위치센서로부터의 신호를 처리해서 상기 캐필러리의 높이 위치의 신호를 생성하는 높이 위치 카운터를 갖는 컴퓨터를 구비하고, 와이어와 방전 전극의 사이에서 방전을 행하여서 와이어의 선단에 볼을 형성하고, 이 볼을 도체에 접합시켜서 범프를 형성하는 범프 본딩 장치에 있어서, 상기 컴퓨터는, 정상적으로 형성된 볼 이 상기 도체에 접지했을 때의 캐필러리의 볼 접지 레벨 및 정상인 범프부를 형성했을 때의 캐필러리의 범프부 형성 레벨을 기억하는 메모리와, 다음 볼 형성 공정후에 캐필러리가 하강해서 와이어 선단의 부위가 상기 도체에 접지했을 때의 상기 높이 위치 카운터의 출력값이 상기 메모리에 기억된 상기 볼 접지 레벨의 허용오차범위외의 경우에 범프 불착신호를 출력하는 비교 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본발명의 청구항 2의 범프 불착검출 방법은, 와이어와 방전 전극의 사이에서 방전을 행하여서 와이어의 선단에 볼을 형성하고, 이 볼을 도체에 접합시켜서 범프를 형성하는 범프 불착 검출 방법에 있어서, 다음 볼 형성 공정후에 캐필러리가 하강해서 와이어 선단의 부위가 상기 도체에 접지했을 때의 캐필러리 위치가, 정상적으로 형성된 볼이 상기 도체에 접지했을 때의 캐필러리의 볼 접지 레벨의 허용오차범위보다 하강한 때에 범프 불착신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
본발명의 일실시예를 도 1 내지 도 4에 의해 설명한다. 또, 도 5 내지 도 7과 동일 또는 상당부재에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 도 5와 같은 상태를 나타낸다. 우선, 범프 형성 작업전에 다음 작업을 행한다. 도1 (a) (b)에 나타나 있는 바와 같이 와이어(4)의 테일(4a)에 방전 전극(3)로부터 방전을 행하여 볼(6)을 형성한다. 다음에 도 1(c)에 나타나 있는 바와 같이 캐필러리(5)를 하강시켜서 볼(6)이 전극 패드(2)에 접지했을 때의 캐필 러리(5)의 하단의 볼 접지 레벨인 제1검출 위치(H1)를 도 2의 컴퓨터(41)의 메모리(60)에 기억시킨다. 이 제1검출 위치(H1)는, 도 1(c)의 상태의 캐필러리(5)의 위치를 위치센서(29)로 검지하고, 위치센서(29)로 검지한 신호는 인코더(52)를 통하여 높이 위치 카운터(44)에 의해 변환되어, 이 변환된 값을 컴퓨터(41)의 메모리(60)에 기억시킨다. 다음에 도 1(d)에 나타나 있는 바와 같이 볼(6)을 전극 패드(2)위로 꽉 누르고, 초음파진동에 의해 접합시켜서 범프부(7)를 형성시켰을 때의 캐필러리(5)의 하단의 범프부 형성 레벨인 제2검출 위치(H2)를 상기 제1검출 위치(H1)의 경우와 같이 컴퓨터(41)의 메모리(60)에 기억시킨다.
상기 H1과 H2과의 차이는 볼(6)의 변형량(D)이며, D=H1-H2는 연산 회로(43)에 의해 연산되어, 이 변형량(D)보다 작은 값이 메모리(60)에 기억된 제1검출 위치(H1)의 허용오차범위로 설정된다. 컴퓨터(41)는, 높이 위치 카운터(44)의 값과 메모리(60)에 기억된 값을 비교하는 비교 회로(61)를 갖는다. 비교 회로(61)는, 볼 형성 공정후에 캐필러리(5)가 하강해서 와이어(4)의 선단의 부위가 전극 패드(2)에 접지했을 때에, 높이 위치 카운터(44)의 값이 메모리(60)에 기억된 제1검출 위치(H1)의 허용오차범위외일 때는, 범프 불착신호를 출력하게 되어 있다.
다음에 작용에 관하여 설명한다. 도 1(e)에 나타나 있는 바와 같이 범프(8)가 형성되면, 캐필러리(5)의 하단에는 소정 길이의 테일(4a)이 형성된다. 이렇게 정상적으로 범프(8)가 형성되면, 다음 볼 형성 때에는, 도3 (a) (b)에 나타나 있는 바와 같이 방전 전극(3)로부터 방전을 행하면, 정상인 볼(6)이 형성된다. 계속해서 캐필러리(5)가 하강해서 도 3(c)에 나타나 있는 바와 같이 볼(6)이 전극 패드(2)에 접지하고, 이 때의 높이 위치 카운터(44)의 출력값이 메모리(60)에 기억된 제1검출 위치(H1)와 비교된다. 이 경우에는 볼(6)이 정상적으로 형성되어 있으므로, 높이 위치 카운터(44)의 출력값은 메모리(60)에 기억된 제1검출 위치(H1)와 일치 또는 그 허용오차범위내이므로, 비교 회로(61)로부터의 출력은 없고, 앞의 범프 형성은 정상이라고 판단된다.
도 6 에 나타나 있는 바와 같이 전극 패드(2)에 범프(8)가 형성되지 않고, 범프부(7)가 전극패드(2)로부터 벗겨졌을 경우에는, 도 4 (a) (b)에 나타나 있는 바와 같이 방전 전극(3)로부터 방전을 행하여도 볼(6)은 형성되지 않는다. 계속해서 캐필러리(5)가 하강해서 도 4(c)에 나타나 있는 바와 같이 범프부(7)가 전극 패드(2)에 접지하고, 이 때의 높이 위치 카운터(44)의 출력값이 메모리(60)에 기억된 제1검출 위치(H1)와 비교된다. 이 경우의 높이 위치 카운터(44)의 출력값은 메모리(60)에 기억된 제2검출 위치(H2)의 값, 즉 제1검출 위치(H1)의 허용오차범위이하의 값이므로, 비교 회로(61)로부터 범프 불착신호가 출력된다. 제어회로(42)는 이 범프 불착신호를 수신하면, 앞의 범프 형성은 범프 불착으로서 이상신호를 출력함과 동시에, 와이어 본딩 장치를 정지시킨다.
이렇게, 볼(6)이 전극패드(2)에 접합되지 않은 상태인 불착상태를 검출하기 위해서, 다음 볼 형성 공정후에 캐필러리(5)가 하강해서 와이어(4)의 선단의 부위(볼(6) 또는 벗겨진 범프부(7))가 전극 패드(2)에 접지했을 때의 접지 레벨에 의해 판단한다. 즉 볼(6)이 형성되었을 경우와 볼(6)이 형성되지 않게 벗겨진 범프부(7)일 경우에는 접지 레벨에 차이가 생겨서 명확하게 판정할 수 있으므로, 범프 불 착검출의 신뢰성이 지극히 높다.
또, 상기 실시예는, 범프를 반도체칩의 전극 패드인 도체에 형성할 경우에 관하여 설명했지만, 리드 등의 도체에 형성할 경우에도 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
볼이 도체에 접합되지 않은 상태인 불착상태를 검출하기 위해서, 다음 볼 형성 공정후에 캐필러리가 하강해서 와이어의 선단의 부위(볼 또는 벗겨진 범프부)가 도체에 접지했을 때의 접지 레벨에 의해 판단한다. 즉 볼이 형성되었을 경우와 볼이 형성되지 않게 벗겨진 범프부일 경우에는 접지 레벨에 차이가 생겨서 명확하게 판정할 수 있으므로, 범프 불착검출의 신뢰성이 지극히 높다.

Claims (2)

  1. 일단부에 캐필러리를 갖고 지지 프레임에 요동자유롭게 지지된 본딩 암과, 이 본딩 암을 요동구동하는 리니어 모터와, 상기 본딩 암의 상하방향위치를 검지하는 위치센서와, 이 위치센서로부터의 신호를 처리해서 상기 캐필러리의 높이 위치의 신호를 생성하는 높이 위치 카운터를 갖는 컴퓨터를 구비하고, 와이어와 방전 전극의 사이에서 방전을 행하여서 와이어의 선단에 볼을 형성하고, 이 볼을 도체에 접합시켜서 범프를 형성하는 범프 본딩 장치에 있어서, 상기 컴퓨터는, 정상적으로 형성된 볼이 상기 도체에 접지했을 때의 캐필러리의 볼 접지 레벨 및 정상인 범프부를 형성했을 때의 캐필러리의 범프부 형성 레벨을 기억하는 메모리와, 다음 볼 형성 공정후에 캐필러리가 하강해서 와이어 선단의 부위가 상기 도체에 접지했을 때의 상기 높이 위치 카운터의 출력값이 상기 메모리에 기억된 상기 볼 접지 레벨의 허용오차범위외의 경우에 범프 불착신호를 출력하는 비교 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 범프 본딩 장치.
  2. 와이어와 방전 전극의 사이에서 방전을 행하여서 와이어의 선단에 볼을 형성하고, 이 볼을 도체에 접합시켜서 범프를 형성하는 범프 불착 검출 방법에 있어서, 다음 볼 형성 공정후에 캐필러리가 하강해서 와이어 선단의 부위가 상기 도체에 접지했을 때의 캐필러리 위치가, 정상적으로 형성된 볼이 상기 도체에 접지했을 때의 캐필러리의 볼 접지 레벨의 허용오차범위보다 하강한 때에 범프 불착신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 범프 불착 검출방법.
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