KR100651808B1 - 와이어 본딩 방법 및 이를 채용한 와이어 본더 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 와이어 본딩 방법 및 이를 채용한 와이어 본더가 개시된다. 상기 와이어 본딩 방법은, 반도체 칩과 리드 사이를 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 방법으로, 와이어를 장착한 본딩헤드가 1차 본딩면으로 하강하여 본딩을 수행하는 1차 본딩 공정, 2차 본딩면으로 이동하여 2차 본딩을 수행하는 2차 본딩 공정, 및 와이어 선단에 방전에 의한 볼을 형성하는 공정을 포함하는 와이어 본딩 방법에 있어서, 1차 본딩 개시 이후에는 자동 볼 형성 공정이 수행되고, 자동 볼 형성 공정은, 와이어가 본딩면에 부착되었는지의 여부를 전기적 신호로 검출하여 부착되지 않았다고 판단되면 논스틱 신호를 발생하는 단계, 논스틱 신호에 응답하여 와이어의 이탈이 방지되도록 와이어를 고정하는 단계, 본딩헤드로부터 소정의 길이로 와이어 테일을 뽑는 단계, 및 방전을 수행하여 와이어 선단에 볼을 형성하는 단계를 포함한다. 개시된 와이어 본딩 방법, 및 와이어 본더에 의하면, 와이어 본딩 공정의 생산 효율, 및 작업의 편이성이 향상된다.

Description

와이어 본딩 방법 및 이를 채용한 와이어 본더 {Wire bonding method and wire bonder adopting the same}

도 1a 내지 도 1j는 일반적인 와이어 본딩 공정을 단계별로 도시한 도면들,

도 2는 종래기술에 의한 와이어 본딩 장치를 모식적으로 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 와이어 본더에 대한 일부사시도,

도 4는 도 3에 도시된 와이어 본더의 모식적인 구성을 보인 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 본딩 방법을 도시한 흐름도,

도 6은 도 5에서 NSOP 신호가 발생된 경우에 수행되는 단계들을 도시한 흐름도,

도 7은 본딩헤드의 Z 방향 위치에 따른 와이어 본더 내부 신호를 도시한 타이밍도로, NSOP 신호가 발생되는 경우를 도시한 도면,

도 8a 내지 도 8c는 도 6에 도시된 단계들을 설명하기 위한 도면들,

도 9는 에어 블로워의 내부구조를 모식적으로 도시한 도면,

도 10a 및 도 10b는 에어 블로워의 작동을 도시한 도면들,

도 11은 도 5에서 쇼트 테일 신호가 발생된 경우에 수행되는 단계들을 도시한 흐름도,

도 12는 본딩헤드의 Z 방향 위치에 따른 와이어 본더 내부 신호를 도시한 타이밍도로, 쇼트 테일 신호가 발생되는 경우를 도시한 도면,

도 13은 도 5에서 NSOL 신호가 발생된 경우에 수행되는 단계들을 도시한 흐름도,

도 14a 및 도 14b는 도 13에 도시된 단계들을 설명하기 위한 도면들.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

102 : 와이어 텐셔너 104 : 와이어 클램프

106 : 에어 블로워 108 : 캐필러리

110 : 본딩헤드 150 : 와이어

152 : 와이어 테일 402 : 히터블록

404 : 본더 베이스 406 : 유압 실린더

501 : 1차 본딩면 502 : 2차 본딩면

503 : 특정 위치의 바닥면

본 발명은 와이어 본딩 방법 및 이를 채용한 와이어 본더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 와이어 본딩 공정의 생산 효율, 및 작업의 편이성이 향상되는 개선된 와이어 본딩 방법 및 이를 채용한 와이어 본더에 관한 것이다.

와이어 본딩 공정은 반도체 칩 상면에 마련된 다이패드와 리드 프레임의 리 드 사이를 전도성 와이어로 연결함으로써, 반도체 칩에 형성된 내부회로, 및 외부회로를 상호 연결시키는 공정으로, 보다 구체적으로는, 전도성 와이어를 다이패드 및 리드에 대해 가압하고 열 및 초음파를 가하여, 이들을 순차적으로 접합시키는 공정이다.

도 1a 내지 도 1j에는 통상적인 와이어 본딩 공정이 단계별로 도시되어 있다. 도 1a를 참조하면, 고전압 발생기에서 인가된 방전전압에 의해 와이어(150) 선단이 녹으면서 둥근 형상의 볼(Free Air Ball,155)가 형성되고, 와이어 클램프(104)가 열리면 본딩헤드(110)는 하방의 1차 본딩면(501), 예를 들어, 다이패드로 이동한다. 본딩헤드(110)는 와이어 선단을 1차 본딩면(501)에 대해 가압하고, 열 및 초음파를 가하여 1차 본딩을 실시한다(도 1b). 이 때, 와이어(150)가 1차 본딩면(501)에 접합되지 않으면, 도 1c에서 볼 수 있듯이, 와이어(150)는 에어텐셔너(미도시) 등에 의해 제공되는 장력의 영향으로 캐필러리(108)로부터 완전히 이탈되거나 내부로 몰입되어 와이어(150)의 재장착이 요구된다. 이러한 와이어(150)의 재장착은 수작업에 의존하게 되어 본딩 공정의 효율성을 저하시키는 문제점이 발생된다. 본 명세서를 통하여, 도 1c에 도시된 바와 같이, 와이어가 1차 본딩면(501)에서 떨어져 발생하는 논스틱(Non-Stick) 현상을 NSOP(Non Stick On Pad)라고 정의한다.

한편, 1차 본딩이 완료되면, 도 1d 및 도 1e에 도시된 바와 같이, 본딩헤드(110)는 1차 본딩면(501)으로부터 상승하여 2차 본딩면을 향하여 이동하게 되는데, 이동하는 과정에서 와이어 클램프(104)를 열어 와이어(150)가 캐필러리(108)를 통 하여 빠져나가면서 와이어 루프를 형성하도록 한다. 도 1f에서 볼 수 있듯이, 본딩헤드(110)가 2차 본딩면(502)에 도달하면, 본딩헤드(110)는 열, 초음파, 및 적당한 본딩력에 의해 와이어(150)를 2차 본딩면(502), 예를 들어, 리드에 밀착시키면서 2차 본딩을 수행한다. 도 1g를 참조하면, 2차 본딩 후 본딩헤드(110)는 2차 본딩면(502)으로부터 상승하여 소정 길이(L)의 와이어 테일(152)을 형성한다. 이 때, 본딩헤드(110)가 상승함에 따라 와이어 테일의 길이(L)도 증가하게 되는데, 와이어 테일의 길이(L)가 원하는 길이로 형성되기 이전에 와이어 테일(152)이 2차 본딩면(502)에서 분리되면, 와이어 테일의 길이(L)가 짧게 형성됨으로써, 이후의 EFO(Elector Flame Off) 방전에서 방전갭이 증가하여, 방전이 실행되기 어렵게 되고, 방전이 실행되더라도 충분한 양의 볼(FAB,155)을 형성하기 어렵게 되는 문제가 발생된다. 본 명세서를 통하여, 와이어 테일(152)이 2차 본딩면(502)에서 떨어져 발생하는 논스틱(Non-Stick) 현상을 쇼트 테일(short tail)이라고 정의한다.

한편, 전술한 바와 같이, 본딩헤드(110)가 상승하는 동안에 쇼트 테일이 발생하지 않으면, 캐필러리(108)의 하측으로 소정 길이(L)로 노출된 와이어 테일(152)이 확보된다. 이 때, 도 1h에서 볼 수 있듯이, 와이어 클램프(104)를 닫고 본딩헤드(110)를 상승시키면 와이어 테일(152)은 제2 본딩면(502)으로부터 분리된다. 여기서, 전술한 2차 본딩이 불량하게 이루어진 경우, 본딩헤드(110)가 EFO 방전을 수행할 소정의 높이로 상승하는 동안, 도 1i에서 볼 수 있듯이, 와이어(150)의 상승작용으로 인하여 그 본딩부(153)가 2차 본딩면(502)에서 분리되어 와이어(150)의 일단은 1차 본딩면(501)에 접합된 상태에서 그 반대측은 본딩헤드(110)와 함께 상 승하게 된다. 본 명세서를 통하여, 이러한 형태의 논스틱(Non-Stick) 현상을 NSOL(Non Stick On Lead)이라고 정의한다.

한편, 본딩헤드(110)가 상승하는 동안 NSOL이 발생하지 않고 방전 높이에 도달하면, 도 1j에 도시된 바와 같이, 와이어 클램프(104)와 와이어 선단에 인접한 방전전극(미도시) 사이에 고전압을 인가하여 방전에 의한 볼(FAB,155)을 형성하고, 다음 1차 본딩면으로 이동한다.

전술한 바와 같은 와이어와 본딩면 사이의 논스틱(Non-Stick) 현상을 모니터링하고 이로 인한 문제점을 해결하기 위한 종래기술로서, 일본공개공보 제 1999-233551호에는 와이어 본딩 장치가 개시되어 있으며, 이를 도 2에 나타내었다. 상기 와이어 본딩 장치는 와이어(50)를 풀러내는 스풀(13)과, 와이어(50)를 직하방으로 이송시키는 와이어 가이드(11), 단속적으로 개폐되어 와이어를 고정하는 와어어 클램프(4), 와이어 클래프(4)에 이어 설치되어 와이어(50)를 가이드하는 캐필러리(8), 상기 캐필러리(8)를 지지하고 캐필러리(8)에 초음파 진동을 가하는 초음파 호른(5), 와이어 선단과 함께 방전을 수행하는 토치 로드(7), 및 상기 와이어 클램프(4)와 토치 로드(7)에 고전압을 인가하는 전기 토치(9) 등으로 구성되며, 와이어 클램프(4)와 와이어 가이드 사이(11)에 장착된 에어 텐션부(2), 및 상기 에어 텐션부(2)를 제어하는 에어 방향 유량 제어장치(3)를 포함한다.

전술한 논스틱(Non-Stick) 현상으로 인하여 와이어 테일(52)의 길이가 소정의 길이보다 짧게 형성된 경우에는 토치 로드(7)와 와이어 테일(52) 사이의 방전갭이 증가하게 되므로, 이러한 방전갭을 통하여 EFO 방전이 수행될 수 없다. 또한, 방전이 이루어지는 경우에도, 와이어 테일(52)이 용융 형성된 볼(FAB)은 안정적인 본딩을 이루기에 충분한 정도의 크기로 형성되지 않는다. 따라서, 도시된 와이어 본딩 장치에 의하면, 와이어 끊김이 발생하여 와이어 테일(52)이 짧아진 경우, 에어 방향 유량 제어장치(3)가 에어 텐션부(2)를 가동하여 적절한 양의 공기를 흡인하도록 함으로써, 와이어(50)의 길이방향으로 압력 차이를 유도하고, 이러한 공압에 의해 와이어(50)가 하방으로 강제되도록 한다. 그런데 이러한 종래 와이어 본딩 장치에 의하면, 와이어(50)를 강제 압하하는 과정에서 에어 텐션부(2)와 캐필러리(8) 사이의 거리가 멀고, 그 사이에서 와이어(50)에 대한 지지가 미흡하여 와이어(50)가 공압에 의해 벤딩되거나 절곡되어 실질적으로 와이어 테일(52) 길이를 확보하기 어려운 문제가 발생된다. 이는 와이어(50)에 가해지는 장력이 에어 텐션부(2)에 인접한 와이어(50) 일부에만 작용하게 되고 전체 길이에 걸쳐서 작용되기 않기 때문으로, 와이어 테일(8)의 길이를 확보하는데, 구조적인 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점 및 그 밖의 문제점을 해결하기 위하여, 와이어의 논스틱(Non-Stick) 현상을 모니터링하여 와이어 이탈을 방지하는 와이어 본딩 방법 및 이를 채용한 와이어 본더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 와이어 테일의 길이를 최적화함으로써, 본딩에 적합한 상태의 볼(Free Air Ball)을 자동으로 형성하는 와이어 본딩 방법 및 이를 채용한 와이어 본더를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 와이어 본딩 공정의 각 단계별로 발생되는 모든 유형의 와이어의 논스틱 현상을 감지하여 각각에 대해 적합한 절차가 자동으로 수행되는 와이어 본딩 방법 및 이를 채용한 와이어 본더를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전술한 목적을 달성함으로써, 와이어 본딩 공정의 생산 효율 및 작업 편이성이 향상되는 와이어의 본딩 방법 및 이를 채용한 와이어 본더를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 와이어 본딩 방법은,

반도체 칩과 리드 사이를 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 방법으로, 와이어를 장착한 본딩헤드가 1차 본딩면으로 하강하여 본딩을 수행하는 1차 본딩 공정, 2차 본딩면으로 이동하여 2차 본딩을 수행하는 2차 본딩 공정, 및 와이어 선단에 방전에 의한 볼을 형성하는 공정을 포함하는 와이어 본딩 방법에 있어서,

1차 본딩 개시 이후에는 자동 볼 형성 공정이 수행되고,

상기 자동 볼 형성 공정은,

와이어가 본딩면에 부착되었는지의 여부를 전기적 신호로 검출하여 부착되지 않았다고 판단되면 논스틱 신호를 발생하는 단계;

상기 논스틱 신호에 응답하여 와이어의 이탈이 방지되도록 와이어를 고정하는 단계;

본딩헤드로부터 소정의 길이로 와이어 테일을 뽑는 단계; 및

방전을 수행하여 와이어 선단에 볼을 형성하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 논스틱 신호 발생 단계에서는, 와이어와 본딩면 사이의 저항값을 측정하여 티치된 저항값보다 높으면 논스틱 신호를 발생하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 와이어 테일을 뽑는 단계는,

본딩헤드를 바닥면으로부터 소정 높이로 이격시키는 단계;

바닥면에 닿도록 와이어 테일의 하강을 강제하는 단계;

와이어 테일이 바닥면에 대해 스틱 상태인지 판단하는 단계;

방전 높이로 본딩헤드를 이동시키는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 와이어 테일의 하강을 강제하는 단계에서는, 본딩헤드에 초음파 진동을 가할 수 있고, 또는 와이어에 대해 압축공기를 분사할 수도 있다.

한편, 본 발명의 더욱 다른 측면에 따른 와이어 본더는,

와이어가 장착되어 반도체 칩과 리드 사이를 전기적으로 연결하는 본딩헤드; 및

상기 본딩헤드를 통과하여 하측으로 노출된 와이어 테일의 길이가 증가되도록 와이어에 대해 압축공기를 분사하는 에어 블로워;를 포함한다.

본 발명에 있어 바람직하게, 상기 본딩헤드는,

와이어를 안내하는 캐필러리; 및

상기 캐필러리의 상측에 장착된 것으로, 개폐작용을 통하여 와이어의 클램핑/릴리즈 동작을 수행하는 와이어 클램프를 포함하고,

상기 에어 블로워는 상기 캐필러리 및 와이어 클램프 사이에서 노출된 와이어에 대해 공기를 분사한다.

여기서, 상기 에어 블로워는 리드 프레임이 지지되는 본더 베이스의 일측에 회동 가능하게 장착된 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4에는 본 발명이 적용되는 와이어 본더의 바람직한 실시예가 도시되어 있는데, 도 3은 와이어 본더의 일부에 대한 사시도이고, 도 4는 와이어 본더의 모식적 구성을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 와이어 본더는, 와이어(150)에 장력을 제공하여 팽팽한 형태로 유지하는 와이어 텐셔너(102)와, 개폐 작용을 하면서 와이어(150)를 클램핑/릴리즈시키는 와이어 클램프(104), 및 와이어 클램프(104)의 직하방에서 와이어(150)를 안내하는 캐필러리(108)를 포함한 본딩헤드(110)를 구비하고, 특히 본 발명에 있어서, 상기 와이어 클램프(104)와 캐필러리(108) 사이에는 에어 블로워(106)가 설치된다.

또한, 와이어 본더에는 본딩면의 정확한 위치를 설정하기 위하여 본딩면에 대한 본딩헤드(110)의 XY축 방향 이동과 상하 방향인 Z축 방향으로의 높이를 제어하는 스테이지 및 Z축 제어부(210), 와이어 텐셔너(102)의 ON/OFF를 제어하는 와이어 텐셔너 제어부(202), 와이어 클램프(104)의 개폐를 제어하는 와이어 클램프 제어부(204), 와이어 본딩 상태가 스틱(Stick) 상태인지 논스틱(Non-Stick) 상태인지 감시하고 모니터하는 본딩 모니터부(205), 에어 블로워(106)를 제어하는 에어 블로워 제어부(206), 초음파 발생기(214), 및 고전압 발생기(216)와, 이러한 구성요소 들을 VME(Versa Modulo Euto) BUS를 통해 제어하는 호스트 컴퓨터(250)가 구비된다. 또한, 상기 와이어 본더는 본딩 모니터부(205)에 의해 작동이 제어되고, 와이어 클램프 제어부(204)와 데이터 및 신호를 송수신하는 카운터(212)를 포함한다. 이외에 본 발명의 와이어 본더는 도면에 도시되지는 않았으나, 각각의 제어부에 수반하여 와이어 클램프 엠프 등을 포함한다.

도 5에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이어 본딩 방법의 순서도가 도시되어 있고, 도 6에는 도 5에서 NSOP 신호가 발생된 이후에 수행되는 자동 볼 형성 공정이 도시되어 있다. 본 발명의 와이어 본딩 방법에 의하면, 본딩헤드(110)가 1차 본딩면으로 이동하여(P10) 본딩을 수행하고(P12), 와이어(150)가 본딩면에 부착되었는지 여부를 전기적인 신호로 검출한다(P14). 그리고, 검출된 신호로부터 얻어진 측정 저항값과 티치된 저항값을 비교하여(P16) 측정된 저항값이 더 크면 NSOP 신호가 발생되고(P18), 이에 따라 도 6에 도시된 단계들이 수행된다. 이하에서는 이에 대해 상술하기로 한다.

도 7을 참조하면, 본딩헤드(110)가 하강하여 와이어 선단을 1차 본딩점에 가압한 시점(t1)부터 호스트 컴퓨터(250)에서는 와이어 이탈 방지 신호를 발생시키고, 이에 반응하여 본딩 모니터부(205)는 와이어(150)가 1차 본딩면에 스틱(Stick) 상태인지 논스틱(Non-Stick) 상태인지를 검사하기 위하여 와이어(150)에 소정의 전압이나 전류를 인가한다. 예를 들어, 본딩 모니터부(205)는 와이어(150)와 1차 본딩면 사이에 소정의 전압, +5V 또는 -5V를 인가하고, 피드백되어 검출되는 전류의 변화를 감지하게 된다. 참고적으로, 상기 인가전압이나 전류는 정극성(+) 또는 음 극성(-)으로 인가되는데, 초기 티칭시에 와이어(150)가 1차 본딩면에 스틱된 상태에서 저항값를 측정하여 유한 값으로 나오는 극성(양극성 또는 음극성)을 선택하여 동일 극성으로 인가되며, 이러한 극성의 차이는 1차 본딩면, 예를 들어, 다이패드의 물질 특성에 기인한 것이다.

본딩 모니터부(205)는 인가신호와 검출신호로부터 와이어(150)와 1차 본딩면 사이의 저항값을 측정하여, 측정된 저항값이 티칭시에 측정된 기준 저항값에 비해 높다고 판단되면, 와이어(150)가 1차 본딩면에 접합되지 않은 논스틱(Non-Stick) 상태로 판단을 하고, 이에 따라 NSOP 신호를 발생한다(P18). 도 7에서는 1차 본딩이 진행되는 t2시점에서 NSOP가 발생된다. 와이어 클램프 제어부(204)는 NSOP 신호에 응답하여 닫힘 신호를 출력하며 이에 따라 와이어(150)가 와이어 클램프(104)에 의해 고정되어 그 이탈이 방지된다(S10). 또한, 와이어(150)에 장력을 제공하는 와이어 텐셔너 제어부(202)도 NSOP 신호에 의해 와이어 텐셔너(102)의 가동을 중지시키게 된다(S12). 한편, 와이어 이탈방지 신호는 NSOP 신호에 의해 클리어된다.

그 다음, 도 8a에서 볼 수 있듯이, 본딩헤드(110)는 Z 방향으로 상승하여 1차 본딩면(501)의 상방으로 이동되고, 다시 XY 방향으로 이동하여 1차 본딩면(501)과 다른 특정 위치로 이동된다(S14). 이러한 본딩헤드(110)의 이동은 스테이지 및 Z축 제어부(210)의 작동에 의해 이루어진다. 이 때, 본딩헤드(110)는 사전에 입력된 고정좌표로 정의되는 특정 위치(예를 들어, 히터블록 상 소정의 위치)나, 1차 본딩 좌표에 소정의 옵셋 좌표를 합산한 좌표로 정의되는 특정 위치로 이동된다. 한편, 1차 본딩에서 논스틱된 경우에는 작업자의 선택에 따라 전술한 단계(S14)는 생략될 수 있으며, 이 경우, 본딩헤드(110)는 1차 본딩면의 상방에 위치된 상태에서 후술하는 단계들이 진행된다.

이어서, 본딩헤드(110)는, 도 8b에서 볼 수 있듯이, Z 방향으로 하강하며 소정의 높이(L)에서 정지한다(S16). 여기서, 본딩헤드(110)의 정지위치를 설정하기 위하여, 와이어 테일이 스틱 상태로 하강하였을 때, 와이어 테일의 길이가 최적 길이, 예를 들어, 600μm가 되도록 하는 Z축 좌표를 미리 시스템에 입력한다.

그 다음으로 도 8c에 도시된 바와 같이, 와이어 클램프(104)가 열리게 되어 와이어(150)는 클램핑 상태에서 해제되며(S18), 초음파 발생기(214)는 초음파를 이용하여 와이어(150)에 진동을 발생시키게 된다(S20). 본원발명의 초음파 발생기(214)는 와이어(150) 또는 본딩헤드(110)를 고주파수로 진동함으로써 와이어(150)를 캐필러리(108)로부터 분리하고, 와이어(150)를 캐필러리(108) 하부로 강제 하강시키기 위한 것이다. 예를 들어, 캐필러리(108)의 단부나 내측 벽에 용융된 와이어(150)가 부착된 경우, 와이어(150) 또는 와이어(150)를 장착한 본딩헤드(110)를 잡고 흔들어줌으로써 와이어(150)를 캐필러리(108)로부터 분리시키고, 이에 따라, 와이어(150)가 캐필러리(108) 하부로 자중에 의해 하강할 수 있게 된다. 이러한 초음파 발생기(214)는 와이어(150) 또는 본딩헤드(110)를 잡고 진동을 부여하는 여하의 구조도 무방한 것이며, 그 진동 방향은 와이어(150) 연장 방향(상하 방향)이나, 또는 와이어(150) 연장 방향에 대해 수직한 방향(좌우 방향)이 될 것이다. 초음파 발생기(214)가 가동되면 와이어(150)는 와이어 클램프(104)에 의해 고정되지 않은 상태이므로, 하강 방향으로 자연스럽게 미끄러지게 된다. 이 과정이 수행되는 동안에 와이어의 단부는 캐필러리(108)의 출구측 외부로 노출되게 된다.

이러한 초음파 진동과 함께, 에어 블로워(106)를 작동시켜 와이어(150)에 대해 공기압을 가함으로써, 와이어(150)를 강제적으로 하강시킬 수 있다(S20). 도 9에 도시된 바와 같이, 에어 블로워(106)의 단부에는 와이어가 통과하는 관통홈(106`)이 형성되고, 이를 중심으로 양측에서 압축공기를 공급하는 유동통로(107)가 형성된다. 이러한 유동통로(107)는 내부의 에어 공급 라인(109)과 연결되어, 공급 라인(109)으로 강제된 압축공기는 양측의 유동통로(107)로 분기하고 관통홈(106`)을 통과하는 와이어를 향하여 분사된다. 와이어에 분사된 압축공기는 캐필러리(108)를 통과하면서 와이어(150)와 캐필러리(108) 사이의 마찰을 완화시키는데, 특히, 캐필러리(108)의 단부나 내측 벽에 선단이 용융된 와이어(150)가 부착된 경우, 이들 사이를 분리하는데 유용하다.

상기 에어 블로워(106)는, 도10a 및 도 10b에서 볼 수 있듯이, 히터블록(402)을 지지하는 본더 베이스(404)의 일측에 힌지결합되는데, 에어 블로워(106)를 가동하지 않는 동안은, 도 10a에서 볼 수 있듯이, 접힌 상태로 유지되어 본딩헤드(110)의 움직임을 방해하지 않도록 하고, 도 10b에서 볼 수 있듯이, 구동신호에 따라 에어 블로워(106)가 가동되면 유압 실린더(406)에 의해 와이어 클램프(104)와 캐필러리(108) 사이로 이동한다. 본 발명의 에어 블로워(106)는, 도 2에 도시된 종래기술과 달리, 캐필러리(108)의 직상방에서 압축공기를 분사함으로써, 와이어(150)와 캐필러리(108) 사이의 융착 등에 의한 마찰력을 완화시킬 수 있는바, 와이어(150)의 하강이 촉진된다. 특히, 와이어(150)를 지지하는 캐필러리(108)의 직상방에서 압축공기가 분사됨으로써, 와이어(150)의 국부적인 벤딩이 감소되어 와이어(150)의 하강이 더욱 촉진되는 효과가 있다.

이러한 방법 이외에도, 도 8c에서 볼 수 있듯이, 캐필러리(108)에 인접한 위치에 충격 구조물(505)을 형성하고, 이에 대하여 충격하도록 캐필러리(108)에 일정한 진동 운동을 부여함으로써, 와이어(150)가 캐필러리(108)와의 마찰력에서 벗어나 그 외측으로 하강하도록 할 수 있다.

전술한 와이어의 하강을 강제하는 단계(S20)는 와이어 테일(152)이 바닥면(503)에 스틱되었는지의 여부를 주기적으로 모니터링하여(S22) 스틱 상태가 될 때까지 반복하여 수행된다.

와이어 테일(152)이 바닥면(503)에 닿아 소정의 테일 길이(L)가 확보되면, 와이어 클램프(104)가 와이어(150)를 고정하고(S24), 이어서, 스테이지 및 Z축 제어부(110)를 통하여 본딩헤드(110)가 상승 운동하는데, EFO 방전을 수행할 소정의 높이에 도달하면 상승을 멈춘다(S26). 이어서, 고전압 발생기(216)로부터 인가된 전압에 의해 와이어 선단, 및 이에 인접한 방전전극 사이에서 방전이 수행되고(S28), 그 결과, 와이어 선단이 녹으면서 둥근 형태의 볼(FAB)이 형성된다. 여기서, 와이어 클램프(104)와 방전전극 사이의 방전전압을 검출하여 그 변화가 감지되지 않으면, 호스트 컴퓨터(250)는 방전이 실행되지 않았다는 판단을 하고(S30), 이에 따라 전술한 단계들(S16~S30)을 다시 반복하게 된다. 와이어 선단에 방전에 따른 볼이 형성되더라도 NSOP 발생에 의해 다음 본딩에 미칠 수 있는 악영향을 완전히 제거하기 위해, 작업자의 판단에 따라 소위 하프 사이클(half cycle, S32)이 추가적으로 수행될 수 있다. 하프 사이클에서는 본딩헤드(110)를 다시 소정의 높이로 하강시켜서, 와이어(150)가 스틱 상태가 되도록 하여 와이어 테일(152)의 길이를 최적화 한 후, 본딩헤드(110)를 방전 높이로 상승시키고, 방전을 수행하여 와이어 선단에 볼(FAB)을 형성하는 일련의 과정을 의미한다. 하프 사이클을 통하여 와이어 선단에 양호한 상태의 볼(FAB)이 형성될 수 있다.

한편, 도 5에서 볼 수 있듯이, 와이어(150)와 1차 본딩면 사이에서 측정된 저항값이 티치된 저항값에 비해 작은 경우에는, 와이어(150)가 스틱 상태, 즉, 와이어(150)가 1차 본딩면에 접합된 상태라고 판단하고, 본딩헤드(110)를 이동하여 (P20), 2차 본딩을 수행하게 된다(P22). 2차 본딩을 수행하는 과정에서도 와이어(150)와 2차 본딩면 사이의 접합여부를 검출하는 단계(P24)를 거치게 되고, 측정된 저항값이 티치된 저항값보다 크면, 와이어(150)가 본딩면에서 분리된 것으로 판단하고(P26), 쇼트 테일(Short tail) 신호를 발생한다(P28). 이후에는 도 11에 도시된 바와 같은 일련의 자동 볼 형성단계들이 수행된다.

도 12를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면, 2차 본딩이 개시된 시점(t3)에서, 호스트 컴퓨터(250)는 와이어 이탈방지 신호를 발생하고, 이에 응답하여 본딩 모니터부(205)는 와이어(150)의 본딩 상태를 모니터링하게 된다. 즉, 2차 본딩면과 와이어(150) 사이에 저항값을 측정하고, 저항값이 초기 티칭시에 측정된 저항값에 비하여 높게 측정되는 경우, 본딩 모니터부(205)는 와이어(150)가 논스틱(Non-Stick) 상태에 있다고 판단하고, 쇼트 테일 신호를 발생한다. 도 12에서는, 2차 본딩이 완료되어 본딩헤드가 상승하는 중인 t5시점에서 쇼트 테일이 발생된다. 한편, 본딩 모니터부(205)는 본딩헤드(110)가 상승하는 시점(t4)에서 카운터(212)에 스타트 신호를 출력하는데, 카운터(212)는 스타트 신호에 의해 인에이블되고, 쇼트 테일 신호에 의해 디스에이블되어 스타트 시점(t4)부터 쇼트 테일 신호 발생시점(t5)까지의 카운트 동작을 수행한다.

한편, 와이어 클램프 제어부(204)는 쇼트 테일 신호에 응답하여 와이어 닫힘 신호를 출력하며, 이에 따라 와이어(150)는 와이어 클램프(104)에 의해 고정되며(F10), 캐필러리(108)로부터의 이탈이 방지된다. 또한, 쇼트 테일 신호에 의해 와이어 텐셔너(102)의 작동도 중지된다(F12).

쇼트 테일 신호가 발생된 후, 와이어 클램프 제어부(204)는 카운터(212)로부터 카운트 데이터를 읽어온다. 읽어온 카운트 데이터를 이용하여 와이어 클램프 제어부(204)는 본딩헤드(110)의 상승속도로부터 와이어 테일 길이를 계산한다(F14). 와이어 테일의 길이가 계산되면, 그 테일의 길이가 볼(FAB)의 형성에 충분한가를 판단한다(F16). 여기서, 볼 형성에 요구되는 와이어 테일의 길이는 본딩공정이 진행되기 이전에 시스템에 입력된다. 판단결과, 쇼트 테일 발생에도 불구하고 와이어 테일의 길이가 볼 형성에 충분하다고 판단되면 본딩헤드(110)를 방전 높이로 상승시키고(F30), 고전압 발생기(216)를 가동하여 방전을 수행한다(F32). 한편, 와이어 테일의 길이가 볼을 형성하기에는 충분하지 않다고 판단되면 본딩헤드(110)를 Z 방향으로 상승시키거나, 또는 상승한 후 제2 본딩면과 다른 특정 위치로 이동하기 위하여 XY 방향으로 이동시킨다(F18). 특정위치로 이동한 후, 본딩헤드는 Z 방향으로 하강하여 소정의 높이에 도달하게 되고(F20), 여기서, 와이어 클램프를 열어 와이어를 하강시키며(F22), 와이어 테일이 바닥면에 스틱되도록한다. 이 때, 와이어 테일에 초음파를 가하거나, 에어 블로워를 작동시켜 압축공기를 분사함으로써, 와이어의 하강을 강제할 수 있다(F24). 이러한 단계는 와이어 테일이 바닥면에 스틱되었는지의 여부를 주기적으로 모니터링하여(F26) 스틱 상태가 될 때까지 반복하여 수행된다. 다음, 와이어 클램프를 닫고(F28) 본딩헤드를 소정의 높이로 상승시켜(F30) 방전을 수행하고(F32), 방전확인 단계(F34), 및 하프 사이클 단계(F36)를 거치게 된다.

한편, 도 5에서 볼 수 있듯이, 와이어(150)와 2차 본딩면 사이에서 측정된 저항값이 티치된 저항값에 비해 작은 경우에는 와이어(150)가 스틱 상태, 즉, 와이어(150)와 2차 본딩면이 서로 접합된 상태라고 판단하고, 와이어 클램프(104)를 닫아 와이어(150)를 고정하고 본딩헤드(110)를 방전 높이로 상승시킨다(P30).

본딩헤드(110)가 방전을 수행할 소정의 높이에 도달하면, 본딩 모니터부(205)에서는 와이어(150)와 본딩면 사이의 저항값을 측정한다(P32). 여기서, 본딩면은 구체적으로 1차 본딩면을 의미하는 것이지만, 실질적인 시스템의 구현에 있어서, 1차 본딩면, 및 2차 본딩면을 공통적으로 접지시키는 것이 보다 편리하므로, 본딩면 사이의 구별은 큰 의미가 없다. 한편, 측정된 저항값이 티치된 저항값보다 낮은 경우에는 와이어(150)가 2차 본딩면에서 분리된 것으로 판단하게 된다(P34). 이 때, 본딩 모니터부(205)에서는 NSOL 신호를 발생하고(P36), 이에 응답하여 와이어 본더는 도 13에 도시된 바와 같은 자동 볼 형성 단계들을 순차로 진행한다. 즉, 본딩헤드는 Z 방향으로 상승하고, XY 방향으로 이동하여 2차 본딩면을 벗어난 다른 위치, 예를 들어, 리드 프레임이나 히터블록 상측으로 이동한다(G10). 도 14a에 도시된 바와 같이, 본딩헤드(110)의 이동과정에서 와이어(150)는 장력에 의해 절단된 상태가 되어, 그 선단에는 꺾임 단부(158)가 형성된다. 이 후, 본딩헤드를 Z축 방향으로 하강시켜(G12), 2차 본딩면 이외의 바닥면(503)에 대해 본딩을 수행하고(G14), 본딩헤드(110)를 상승시켜 와이어(150)를 바닥면(503)에서 분리하는데, 도 14b에 도시된 바와 같이, 바닥면(503)에는 꺾임 단부(158)와 융착부(159)가 남고, 캐필러리(108) 외부에는 소정 길이(L)로 와이어 테일(152)이 형성된다. 이어서, 본딩헤드(110)를 Z축으로 상승시키고(G16), 방전 높이에 도달하면 방전을 통하여 와 이어 선단에 볼(FAB)을 형성한다(G18). 방전전압의 변화를 감지하여(G20) 방전이 수행되지 않은 경우에는 와이어 테일(152)을 소정 길이로 뽑는 과정이 수행된다. 즉, 본딩헤드(110)를 소정의 높이로 하강시키고(G22), 와이어 클램프(104)를 열고(G24) 초음파 진동기 및/또는 에어 블로워를 작동시켜서(G26), 본딩헤드의 하측으로 소정 길이의 와이어 테일이 형성되도록 한다. 와이어 테일의 길이를 최적화하기 위하여, 전술한 단계는 와이어 테일이 바닥면에 스틱 상태가 될 때까지 반복된다(G28). 소정 길이의 와이어 테일이 확보되면, 와이어 클램프를 닫고(G30) 본딩헤드(110)를 상승시켜서(G16) 방전을 수행한다(G18). 한편, 작업자의 판단에 따라 방전이 수행된 후에도 다음 본딩과정에서의 악영향을 제거하기 위해 재방전을 수행할 수 있다(하프 사이클, G32).

한편, 도 5에서 와이어(150)와 2차 본딩면 사이에서 측정된 저항값이 티치된 저항값에 비해 높은 경우에는 와이어가 2차 본딩면에 부착된 상태라고 판단하고 종료신호가 입력되면(P38) 본딩 작업을 종료하거나(P42), 방전을 수행하여 볼을 형성하고(P40) 본딩헤드(110)를 다음 1차 본딩면으로 이동한다.

본 발명의 와이어 본딩 방법 및 이를 채용한 와이어 본더에 의하면, 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.

첫째, 와이어가 본딩면에서 분리됨으로 인하여 발생되는 와이어 이탈이 방지된다. 즉, 종래기술에 의하면 와이어가 본딩면에서 분리되는 경우, 와이어가 캐필러리로부터 이탈되거나 캐필러리 내부로 몰입되어 와이어의 재장착이 요구되는데 반해, 본 발명에 의하면, 와이어와 본딩면 사이의 부착 상태를 모니터링하여 분리가 감지됨과 동시에 와이어를 고정하게 되므로, 본딩 공정의 생산 효율, 및 장비의 가동율이 그 만큼 향상될 수 있다.

둘째, 와이어 선단에 양호한 상태의 볼(FAB, Free Air Ball)이 형성될 수 있다. 본 발명에 의하면, 와이어 테일의 길이를 최적화하여 방전을 수행함으로써, 와이어 선단에 양호한 상태의 볼이 형성될 수 있다.

셋째, 이러한 자동 볼 형성 공정은 작업자의 개입 없이 자동으로 수행될 수 있으므로, 와이어 본딩 공정의 생산 효율 및 작업의 편이성이 향상된다.

넷째, 본 발명의 와이어 본딩 공정에 의하면, 1차 본딩 과정, 2차 본딩 과정, 및 본딩헤드의 상승 과정 등 각 단계별로 발생될 수 있는 모든 유형의 논스틱(Non-Stick) 현상이 모니터링되고, 각각에 대해 적절한 절차가 자동으로 수행된다.

다섯째, 캐필러리로부터 와이어의 하강을 강제하는 다양한 방법이 적용되어, 테일 길이의 최적화가 용이하게 이루어질 수 있다. 와이어에 대해 압축공기를 분사하는 에어 블로워를 채용함으로써, 와이어와 캐필러리 사이의 마찰을 완화하여 와이어의 하강을 촉진하며, 특히, 이러한 에어 블로워는 캐필러리와 와이어 클램프 사이에서 작동되어 와이어의 국부적인 벤딩이 방지된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이 다.

Claims (8)

1. 반도체 칩과 리드 사이를 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 방법으로, 와이어를 장착한 본딩헤드가 1차 본딩면으로 하강하여 본딩을 수행하는 1차 본딩 공정, 2차 본딩면으로 이동하여 2차 본딩을 수행하는 2차 본딩 공정, 및 와이어 선단에 방전에 의한 볼을 형성하는 공정을 포함하는 와이어 본딩 방법에 있어서,

   1차 본딩 개시 이후에는 자동 볼 형성 공정이 수행되고,

   상기 자동 볼 형성 공정은,

   와이어가 본딩면에 부착되었는지 여부를 전기적 신호로 검출하여 부착되지 않았다고 판단되면 논스틱 신호를 발생하는 단계;

   상기 논스틱 신호에 응답하여 와이어의 이탈이 방지되도록 와이어를 고정하는 단계;

   본딩헤드로부터 소정의 길이로 와이어 테일을 뽑는 단계; 및

   방전을 수행하여 와이어 선단에 볼을 형성하는 단계;를 포함하고,

   상기 와이어 테일을 뽑는 단계에서는 와이어 또는 와이어를 장착한 본딩헤드에 상기 와이어의 연장방향 또는 와이어 연장방향과 수직방향으로 초음파 진동을 가하여 와이어 하강을 강제하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 논스틱 신호 발생 단계에서는, 와이어와 본딩면 사이의 저항값을 측정하여 측정된 저항값이 티치된 저항값보다 높으면 논스틱 신호를 발생하는 것을 특 징으로 하는 와이어 본딩 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 와이어 테일을 뽑는 단계 및 방전에 의해 와이어 선단에 볼을 형성하는 단계 사이에는, 방전 높이로 본딩헤드를 이동시키는 단계;가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 와이어 테일을 뽑는 단계에서는, 와이어에 대해 압축공기가 분사되는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
6. 제1항의 와이어 본딩 방법에 적용되는 와이어 본더로서,

   와이어가 장착되어 반도체 칩과 리드 사이를 전기적으로 연결하는 본딩헤드;

   상기 와이어 테일을 뽑는 단계에서, 와이어 또는 본딩헤드에 초음파 진동을 제공하는 초음파 발생기; 및

   상기 초음파 발생기와 함께 작동되어, 본딩헤드를 통과하여 하측으로 노출된 와이어 테일의 길이가 증가되도록 와이어에 대해 압축공기를 분사하는 에어 블로워;를 포함하는 와이어 본더.
7. 제6항에 있어서,

   상기 본딩헤드는,

   와이어를 안내하는 캐필러리; 및

   상기 캐필러리의 상측에 장착된 것으로, 개폐작용을 통하여 와이어의 클램핑/릴리즈 동작을 수행하는 와이어 클램프를 포함하고,

   상기 에어 블로워는 상기 캐필러리 및 와이어 클램프 사이에서 노출된 와이어에 대해 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
8. 제7항에 있어서,

   상기 에어 블로워는 리드 프레임이 지지되는 본더 베이스의 일측에 회동 가능하게 장착된 것을 특징으로 하는 와이어 본더.

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