KR100708212B1 - 대기압 플라즈마 샤워유닛 이를 이용한 와이어본딩 장치 및방법 - Google Patents

대기압 플라즈마 샤워유닛 이를 이용한 와이어본딩 장치 및방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 대기압 플라즈마 샤워유닛 및 이를 이용하는 와이어본딩 장치에 관한 것으로서, 플라즈마를 샤워식으로 처리대상물(특히, 칩 실장 기판)에 방출하는 구조로 이루어져서, 이송수단 위에서 이동하는 처리대상물의 플라즈마 세정에 매우 유리하며, 기생방전 등에 의한 온도 상승과 같은 종래기술의 문제점을 해결한 대기압 플라즈마 샤워유닛을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 유전체 상에 패턴전극이 형성되어 이루어지며, 상기 패턴전극에 고전압이 인가될 때 활성화되는 활성전극부와; 상기 활성전극부와의 사이에서 플라즈마를 발생시키도록 배치되며, 발생된 플라즈마를 외부로 방출하기 위한 다수의 플라즈마홀이 형성된 접지전극부를; 포함하는 대기압 플라즈마 샤워유닛을 개시한다.
와이어본딩, 샤워유닛, 패턴전극, 활성전극부, 유전체, 전극쉴드, 플라즈마

Description

대기압 플라즈마 샤워유닛 이를 이용한 와이어본딩 장치 및 방법 {ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA SHOWER UNIT AND WIRE BONDING APPARATUS AND METHOD USING THE SAME UNIT}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마 샤워유닛의 내부구성을 설명하기 위한 대기압 플라즈마 샤워유닛의 절개사시도.
도 2는 도 1에 도시된 대기압 플라즈마 샤워유닛의 개략적인 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 도 1 및 도2에 도시된 플라즈마 샤워유닛의 전극부 구조를 설명하기 위한 도면들로서, 각각 활성전극부, 접지전극부, 그리고, 활성전극부와 접지전극부가 중첩되어 있는 상태를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 와이어본딩 장치를 개략적으로 도시한 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10: 플라즈마 샤워유닛 12: 활성전극부
16: 접지전극부 122: 유전체
124a, 124b: 패턴전극 162: 플라즈마홀
20: 이송수단 30: 와이어본딩 유닛
본 발명은, 대기압 플라즈마 샤워유닛과 그 대기압 플라즈마 샤워유닛을 반도체 칩 패키지 제조분야에 이용하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 반도체 칩 패키지 제조분야 중에서도 와이어본딩 공정에서 대기압 플라즈마 샤워유닛을 이용하여 칩 실장 기판을 세정하는 와이어본딩 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 칩 패키지는 다이 어태치(die attach), 와이어본딩(wire bonding), 몰딩(molding) 등의 여러 단위 공정을 거쳐 제작이 완료된다. 그리고, 연속되는 공정의 완료와 시작 사이에는 앞선 공정에서 가공된 반도체 부품을 세정하는 공정이 추가된다. 이러한 세정 공정은 반도체 부품을 가공하는 중에 생긴 각종 이물질을 제거하여 전체적인 반도체 칩 패키지 제작공정의 신뢰성을 향상시켜 준다.
와이어본딩은, 칩 실장 기판의 리드와 반도체 칩을 도전성의 금속선으로 연결하는 공정으로서, 공정의 신뢰성 확보를 위해, 그 전 공정에서 가공된 칩 실장 기판을 세정하는 공정이 요구된다. 현재, 와이어본딩 전의 세정 공정에는 진공 플라즈마 세정이 가장 널리 사용되고 있다.
와이어본딩 공정에 이용되는 기존의 진공 플라즈마 세정장비는, 진공챔버 내에 활성전극과 이와 마주하는 접지전극을 구비하여, 활성전극에 고전압이 인가되고 아르곤 등의 반응가스가 진공챔버 내에 투입됨으로써 진공챔버 내에 플라즈마를 생성시키도록 구성되어 있다.
이러한 플라즈마 세정설비는 와이어본딩 장치와 별도로 마련되어야 하므로 세정과 와이어본딩으로 이어지는 연속적인 공정이 불가능하다는 문제점을 안고 있다. 게다가, 위와 같은 플라즈마 세정설비를 이용하는 경우, 세정된 후 진공챔버로부터 반출된 다량의 칩 실장 기판이 와이어본딩 공정을 수행하기 위해 장시간 대기되므로, 그 대기시간 동안에 칩 실장 기판에 이물질의 침착과 산화막 등이 생성되어 공정의 신뢰성을 떨어뜨리고 더 나아가서는 칩 실장 기판을 재차 세정해야 하는 번거로움까지 야기한다.
이에 대하여, 종래에는 대기압 플라즈마 세정기를 와이어본딩 장치에 설치한 기술이 제안된 바 있으며, 이러한 종래의 기술은 국내 공개특허 2004-0080580호에 개시되어 있다. 개시된 종래의 와이어본딩 장치는 자체 전단부에 대기압 플라즈마 세정기를 구비한다. 이 대기압 플라즈마 세정기는 판상의 금속전극과 판상의 유전체가 적층구조로 이루어진 상하 한 쌍의 전극부 사이로 인덱스 레일이 통과되게 하고 그 인덱스 레일 위에서 이동되는 칩 실장 기판에 대하여 대기압 플라즈마 세정을 수행하도록 구성된다.
그러나, 종래의 기술은 한 쌍의 전극부 사이로 반응가스(N2)를 공급한다고 개시하고 있으나, 전극부 사이로 인덱스 레일을 통과시켜야 한다는 점에서 반응가스의 공급 및 플라즈마 발생이 제대로 이루지기 어렵다는 기술적인 한계를 갖고 있다. 또한, 종래기술의 전극 구조에 의해 발생되는 플라즈마는 처리대상물(특히, 칩 실장 기판)에 아크를 발생시켜 실장 기판을 손상시킬 수 있다.
게다가, 종래 기술에 개시된 대기압 플라즈마 세정기는 전극부의 구조가 유전체 위에 판형의 금속전극이 적층되어 있는 보트(boat)형의 구조이므로 두께 및 표면적이 큰 금속전극 구조로 인해 절연길이의 확장이 요구되고 또한 다량의 기생방전이 일어날 수밖에 없는 문제점을 안고 있다. 특히, 위와 같은 기생방전은 장치의 온도를 상승시켜 냉각수단 설치 및 이에 따른 장치의 비대화와 같은 문제점을 야기한다.
본 발명은, 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마를 샤워식으로 처리대상물(특히, 칩 실장 기판에)에 방출하는 구조로 이루어져서, 이송수단 위에서 이동하는 처리대상물의 플라즈마 세정에 매우 유리하며, 기생방전 등에 의한 온도 상승 등의 기존 기술의 문제점을 제거한 대기압 플라즈마 샤워유닛을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 칩 실장 기판을 이용한 와이어본딩 공정에서, 이송수단을 타고 이동하는 칩 실장 기판에 대해여 플라즈마를 샤워식으로 방출하여 그 칩 실장 기판에 대한 플라즈마 세정을 수행하고 그 후 이송수단을 타고 이동하는 칩 실장 기판에 대하여 와이어본딩 공정을 수행하여 와이어본딩 공정 시간을 크게 단축시킴과 동시에 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 와이어본딩 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 샤워유닛은, 유전체 상에 패턴전극이 형성되어 이루어지며 상기 패턴전극에 고전압이 인가될 때 활성화되는 활성전극부와, 상기 활성전극부와의 사이에서 플라즈마를 발생시키도록 배치되며, 발생된 플라즈마를 방출하기 위한 다수의 플라즈마홀이 형성된 접지전극부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마 샤워유닛은, 상기 패턴전극을 덮도록 형성된 절연성의 전극쉴드를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 실시예에 따라, 상기 접지전극부에 형성된 다수의 플라즈마홀은 상기 패턴전극의 패턴에 상응하는 배열로써 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 와이어본딩 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 와이어본딩 장치는, 칩 실장 기판을 이동시키기 위한 이송수단과; 상기 이송수단 위쪽에 설치되며, 활성전극부와 접지전극부 사이에서 발생한 플라즈마를 접지전극부에 형성된 다수의 플라즈마홀을 통해 상기 이송수단 위의 칩 실장 기판에 방출시켜 그 칩 실장 기판을 세정하는 대기압 플라즈마 샤워유닛과; 상기 대기압 플라즈마 샤워유닛에 의해 세정된 후 상기 이송수단을 타고 이동한 상기 칩 실장 기판에 대해 와이어 본딩 공정을 수행하는 와이어본딩 유닛을 포함한다.
또한, 본 발명은 와이어본딩 방법을 개시하며, 본 발명에 따른 와이어본딩 방법은, 칩 실장 기판을 이송수단 위에 올려놓고 그 이송수단을 구동시켜 칩 실장 기판을 이동시키는 공정과; 칩 실장 기판이 이송수단을 타고 이동 또는 정지해 있는 중에, 칩 실장 기판 위쪽에서 상기 칩 실장 기판을 향해 플라즈마를 샤워식으로 방출하여 상기 칩 실장 기판을 세정하는 공정과; 칩 실장 기판이 세정된 후 상기 이송수단을 타고 이송된 칩 실장 기판에 대해 와이어본딩을 행하는 공정을; 포함한다.
<실시예>
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마 샤워유닛의 내부구성을 보이기 위해 도시된 절개사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 대기압 플라즈마 샤워유닛의 단면도이며, 도 3a 내지 도 3b는 본 실시예에 따른 대기압 플라즈마 샤워유닛의 활성전극부, 접지전극부, 그리고, 두 전극부가 서로 마주하게 배치된 상태를 도시한 평면도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 샤워유닛(10)은 활성전극부(12)와 접지전극부(16)를 포함한다. 그리고, 활성전극부(12)와 접지전극부(16)는 프레임(17)에 의해 구획형성되는 반응챔버(18) 내에 위치한다. 특히, 접지전극부(16)는 프레임(17)의 하부벽 일부와 일체로 연결된 채 반응챔버(18)의 내외측과 면해 있도록 배치된다.
활성전극부(12)는, 고전압의 전원이 인가되는 부분으로서, 유전체 장벽 방전(DBD 방전)을 통한 대기압 플라즈마 형성을 위해 세라믹 소재의 유전체(122)를 포함한다. 보다 구체적으로는, 활성전극부(12)가 유전체(122)와 그 유전체(122) 상에 소정의 패턴으로 프린팅된 패턴전극(124a, 124b)으로 이루어진다. 이와 같이, 유전 체(122) 상에 형성되는 금속 전극이 유전체의 일부를 덮는 패턴전극(124a, 124b)으로 이루어짐으로써 불필요한 방전을 줄여 플라즈마 형성시의 전력소모를 크게 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 패턴전극(124a, 124b)은 판상의 유전체(122) 상에서 횡으로 나란하게 형성되는 복수의 횡전극(124a)들과 그 횡전극(124a)들을 가로지도록 유전체(122) 상에 형성된 하나의 종전극으로(124b)로 이루어진다. 이때, 종전극(124b)은 외부의 고전압 전원(11)에 직접 연결되며, 복수의 횡전극(124a)들은 종전극(124b)으로부터 흐른 전류에 의해 전원을 인가받게 된다. 본 실시예에서는, 횡전극과 종전극으로 이루어진 패턴전극이 사용되지만, 패턴전극의 형태 및 구조가 다양하게 변경될 수 있음은 물론이다.
또한, 활성전극부(12)는 전술한 패턴전극(124a, 124b)을 전체적으로 덮는 절연성의 전극쉴드(125)를 포함할 수 있다. 이 전극쉴드(125)는 고전압 인가시에 패턴전극(124a, 124b)과 프레임(17) 사이에 아크와 같은 기생방전이 발생하는 것을 막아준다. 이는 플라즈마 샤워유닛(10) 및 그 플라즈마 샤워유닛(10)이 설치되는 장치의 온도 상승을 막아주어 냉각수단이 별도로 설치되지 않도록 해준다.
한편, 접지전극부(16)는 프레임(17) 하부벽과 일체로 연결된 채 활성전극부(12)와 마주하게 배치되며, 이에 따라, 활성전극부(12)와 접지전극부(16) 사이에는 플라즈마가 발생하는 공간이 형성된다. 따라서, 대기압의 반응챔버(18) 내에 예컨대, N2, 아르곤 또는 기타 다른 반응가스가 유입되고 활성전극부(12)에 고전압의 전 원이 인가되면, 활성전극부(12)와 접지전극부(16) 사이에는 플라즈마가 발생된다.
특히, 접지전극부(16)에는 다수의 플라즈마홀(162)이 형성되는데, 이 플라즈마홀(162)들은 활성전극부(12)와 접지전극부(16) 사이에서 발생한 플라즈마가 샤워식으로 외부에 방출되는 것을 허용한다. 도 3a 내지 도 3c에 가장 잘 도시된 바와 같이, 접지전극부(16)에 형성된 다수의 플라즈마홀(162)은 활성전극부(12)의 패턴전극(124a, 124b)에 상응하는 배열로 형성되어, 그 플라즈마홀(162)들 모두가 패턴전극(124a, 124b)과 마주하게 된다. 이는 플라즈마가 실질적으로 발생하는 영역과 플라즈마가 방출되는 플라즈마홀(162)들을 일치시키므로, 정해진 공급 전력 하에서 처리대상물(특히, 칩 실장 기판)에 대한 플라즈마 세정효율을 극대화시켜줄 수 있다.
도 4는 전술한 플라즈마 유닛(10)을 이용하는 와이어본딩 장치 및 방법을 설명하기 위한 와이어본딩 장치(1)의 개략적인 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 와이어본딩 장치(1)는, 칩 실장 기판(2)을 이동시키는 이송수단(20)과, 그 이송수단(20) 위에 놓인 칩 실장 기판(2)을 샤워식으로 세정하는 대기압 플라즈마 샤워유닛(10)과, 플라즈마 세정된 후 이송수단(20)을 타고 이동한 칩 실장 기판(2)에 대해 와이어본딩 공정을 수행하는 와이어본딩 유닛(30)으로 구성된다.
본 발명의 실시예에 따라, 와이어본딩 장치(1)는 플라즈마 샤워유닛(10)의 앞쪽으로는 로딩장치(4)와 인접해 있고 와이어본딩 유닛(30)의 뒤쪽으로는 언로딩장치(6)와 인접해 있다. 그리고, 전술한 이송수단(20)은 칩 실장 기판(2)을 로딩장 치(4)로부터 받아 이를 플라즈마 샤워유닛(10) 및 와이어본딩 유닛(30)을 거쳐 언로딩장치(6)로 이송하는 기능을 수행한다. 위와 같은 로딩장치(4) 및 언로딩장치(6)는 본 명세서의 참조로써 병합된 국내 공개특허 2004-0080580호에 이미 개시되어 있으므로 그 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
본 실시예에 따라, 이송수단(20)은 이송레일(22)과 이송그리퍼(24)로 구성된다. 이송레일(22)은 탑재된 칩 실장 기판(2)을 안내하는 기능을 하며 이송그리퍼(24)는 이송레일(22) 상에서 공정이 바뀔 때마다 칩 실장 기판(2)을 이송시키는 기능을 수행한다.
한편, 대기압 플라즈마 샤워유닛(10; 이하, '플라즈마 샤워유닛'이라 함) 은 이송수단(20) 위쪽에서 그 이송수단(20) 위에 놓인 칩 실장 기판(2)에 대해 플라즈마를 방출시켜 그 칩 실장 기판(2)을 샤워식으로 세정시키는 역할을 한다. 예컨대, 이송수단(20)에 의해 이송되어 플라즈마 샤워유닛(10) 바로 아래쪽에 칩 실장 기판(2)이 위치하면, 플라즈마 샤워유닛(10)은 대기압 플라즈마를 내부에서 발생시킨 후 그 대기압 플라즈마를 접지전극부(16)에 형성된 플라즈마홀(162; 도 1 내지 도3 참조)들을 통해 칩 실장 기판(2)에 방출하여 그 칩 실장 기판(2)에 대한 세정을 수행한다. 플라즈마 샤워유닛(10)이 칩 실장 기판(2)에 대해 세정공정을 수행하는 동안, 와이어본딩 유닛(30)은 캐필러리(32)를 이용하여 먼저 세정되어 미리 도착해 있는 칩 실장 기판(2)에 대해 반도체 칩과 리드를 도전성 금속선으로 연결시키는 와이어본딩을 수행한다. 이 때, 와이어본딩 유닛(30)은 본 명세서의 참조로써 병합된 국내 공개특허 2004-0080580호 등에 이미 개시되어 있으므로 그 구체적인 설명 을 생략하기로 한다.
한편, 와이어본딩 유닛(30)에서의 와이어본딩 공정이 완료되면, 그 앞쪽에서 플라즈마 세정을 마친 칩 실장 기판(2)이 이송수단(20)의 구동, 특히, 이송그리퍼(24) 이동에 의해 와이어본딩 유닛(30)을 향해 이송된다. 이와 동시에, 로딩장치(4)에서 대기중이던 칩 실장 기판(2)이 이송 그리퍼(24)에 의해 밀려 플라즈마 샤워유닛(10) 바로 아래쪽으로 이송된다.
위와 같이, 본 실시예에 따른 와이어본딩 장치(1)는, 플라즈마를 아래쪽으로 방출하는 플라즈마 샤워유닛(10)의 구조 및 그 플라즈마 샤워유닛(10) 아래쪽으로 통과하는 이송수단(20)에 의해, 칩 실장 기판(2)을 와이어본딩 유닛(30)을 향해 연속적으로 공급하는 것이 가능하다. 이는 와이어본딩 공정 직전에 칩 실장 기판(2)의 대기시간을 크게 줄여주어 와이어본딩 공정의 신뢰성 향상에 크게 기여한다. 더욱이, 본 실시예에 따른 플라즈마 샤워유닛(10)은, 앞쪽에서 와이어본딩 공정이 이루어지는 동안 칩 실장 기판(2)에 대한 세정을 계속할 수 있으므로 칩 실장 기판(2)의 와이어본딩 전 대기시간을 거의 완전하게 없애주는 것도 가능하다.
위와 같은 와이어본딩 장치(1)는 앞서 언급된 실시예와 같이 패턴전극 및 전극쉴드를 갖는 대기압 플라즈마 샤워유닛(10)이 사용되는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 플라즈마를 샤워식으로 방출하는 공지된 구조의 대기압 플라즈마 세정유닛으로도 와이어본딩의 대기시간을 줄여주는 효과가 구현된다. 즉, 와이어본딩 장치(1)에 기존의 샤워식 대기압 플라즈마 세정유닛을 이용하는 것은 주요 구성요소인 이동수단(20)의 존재와 함께 와이어본딩 공정에서 큰 효과를 제공하는 것으로서, 당해 기술분야에서 그 예측이 어려웠던 것이며, 이 또한 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 해석되어져야 할 것이다.
본 발명에 따른 대기압 플라즈마 샤워유닛은 적은 전력소모량으로도 플라즈마 세정에 필요한 충분한 플라즈마를 생성시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 콤팩트한 구조를 가지며 내부에서 발생한 플라즈마를 외부에 샤워식으로 방출시키는 구조를 이루므로 와이어본딩 장치에서 칩 실장 기판을 세정하는데 매우 유용하게 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은, 유전체 상에 형성된 금속전극이 패턴전극으로 이루어지고 그 패턴전극이 절연성의 전극쉴드에 의해 덮여 있으므로, 플라즈마 샤워유닛 및 이를 포함하는 와이어본딩 장치가 고전압 인가에 의한 저항열에 의해 온도가 상승되는 것을 막아준다. 이는 종래 플라즈마 세정장치에서 온도 상승을 막기 위해 요구되던 냉각수단을 설치할 필요성을 제거하여 경제성이 뛰어나며 장치의 비대화를 막아줄 수 있다.
또한, 본 발명은, 이동수단 위쪽에 플라즈마 샤워유닛이 설치된 구조를 이루므로, 플라즈마 샤워유닛에서 세정된 칩 실장 기판들이 와이어본딩 유닛으로 즉시 이송될 수 있다. 이는 와이어본딩 공정 전의 대기시간을 줄여주고, 이를 통해, 와이어본딩 공정의 신뢰성 확보가 가능하다.

Claims (8)

  1. 유전체와, 상기 유전체 상에 정해진 패턴으로 금속물질이 프린팅되어 형성된 패턴전극으로 이루어지며, 상기 패턴전극에 고전압이 인가될 때 활성화되는 활성전극부와;
    상기 활성전극부와의 사이에서 플라즈마를 발생시키도록 배치되며, 발생된 플라즈마를 외부로 방출하기 위한 다수의 플라즈마홀이 형성된 접지전극부를;
    포함하는 대기압 플라즈마 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 패턴전극을 덮도록 형성된 절연성의 전극쉴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 샤워유닛.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 접지전극부에 형성된 다수의 플라즈마홀은 상기 패턴전극의 패턴에 상응하는 배열로써 형성됨을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 샤워유닛.
  4. 칩 실장 기판을 이동시키기 위한 이송수단과;
    상기 이송수단 위쪽에 설치되며, 활성전극부와 접지전극부 사이에서 발생한 플라즈마를 접지전극부에 형성된 다수의 플라즈마홀을 통해 상기 이송수단 위의 칩 실장 기판에 방출시켜 그 칩 실장 기판을 세정하는 대기압 플라즈마 샤워유닛과;
    상기 대기압 플라즈마 샤워유닛에 의해 세정된 후 상기 이송수단을 타고 이 동한 상기 칩 실장 기판에 대해 와이어 본딩 공정을 수행하는 와이어본딩 유닛을;
    포함하는 와이어본딩 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 활성전극부는 유전체 상에 패턴전극이 프린팅되어 형성된 것을 특징으로 하는 와이어본딩 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 패턴전극을 덮도록 형성된 절연성의 전극쉴드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 샤워유닛.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서, 상기 접지전극부에 형성된 다수의 플라즈마홀은 상기 패턴전극의 패턴에 상응하는 배열로써 형성됨을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 샤워유닛.
  8. 칩 실장 기판을 이송수단 위에 올려놓고 그 이송수단을 구동시켜 칩 실장 기판을 이동시키는 공정과;
    칩 실장 기판이 이송수단을 타고 이동 또는 정지해 있는 중에, 칩 실장 기판 위쪽에서 상기 칩 실장 기판을 향해 플라즈마를 샤워식으로 방출하여 상기 칩 실장 기판을 세정하는 공정과;
    칩 실장 기판이 세정된 후 상기 이송수단을 타고 이송된 칩 실장 기판에 대해 와이어본딩을 행하는 공정을;
    포함하는 것을 특징으로 하는 와이어본딩 방법.
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