KR100715978B1 - 스파크 발생수단을 갖는 와이어 본딩용 캐필러리 - Google Patents

스파크 발생수단을 갖는 와이어 본딩용 캐필러리 Download PDF

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Abstract

본 발명은 IC칩 패드와 리드프레임 사이에 와이어를 본딩하기 위한 본딩툴(Capillary)에 대한 것으로, 특히 캐필러리의 바디에 도전성 금속층을 형성하여 와이어 본딩시 캐필러리를 고정하는 트랜듀서에 고전압의 전류를 인가하므로서, 도전성 금속층이 부가된 캐필러리의 끝 단부에서 스파크가 발생되어 와이어의 일부에 와이어볼이 형성되게 하여,
1차 와이어 본딩(볼 본딩)을 수행하고 캐필러리를 일정한 궤적을 가지고 리드프레임을 향하여 이동시킬 때 캐필러리의 바디에 코팅된 도전성 금속 부위에 고전압을 인가하여 루프(Loop)를 형성한 일정 위치의 와이어 상에 형성된 볼을 이용하여 2차 와이어 본딩을 수행하므로,
종래의 2차 와이어 본딩인 스티치 본딩에 비하여 본딩의 유효 단면적을 대폭 증가시킴으로서 종래의 기술에 의한 융착력(Pull test 값)을 2~3배 이상 증대시켜 융착력 저하에 따른 본딩 불량이 제거되게 하는 효과를 갖는 스파크 발생수단을 갖는 와이어 본딩용 캐필러리에 대한 것이다.
캐필러리, 트랜듀서, 와이어볼, 금속체

Description

스파크 발생수단을 갖는 와이어 본딩용 캐필러리 {Wire bonding capillary with a device for producing spark}
도 1은 일반적인 와이어 본딩 사이클을 도시한 개략도
도 2는 종래의 캐필러리를 확대 도시한 단면도
도 3은 본 발명에 따른 캐필러리 고정부를 도시한 확대도
도 4는 본 발명에 따른 와이어 본팅 사이클을 도시한 개략도
삭제
도 5는 본 발명에 따른 와이어 본딩의 융착력 비교선도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
30 : 캐필러리 31 : 바디
32 : 내부 관통홀 33 : 금속체
34 : 트랜듀서 35 : 끝단부
40 : 와이어 41 : 와이어볼
본 발명은 IC칩 패드와 리드프레임 사이에 와이어를 본딩하기 위한 본딩툴(Capillary)에 대한 것으로, 캐필러리의 몸통에 도전성 금속을 코팅하여, 이에 의해 2차 와이어 본딩시 볼 본딩을 수행할 수 있게 하여 볼 쉐어 테스트(Ball Shear Test) 값의 증대 및 풀 테스트(Pull Test)값의 증대는 물론 2차 본딩 과정에서 캐필러리 표면의 빌드 업(Build up) 방지의 효과를 나타내어 캐필러리 수명 연장의 효과를 얻을 수 있으며 이에 따라 불량률을 대폭 감소시켜 고가의 부품손실을 방지할 수 있으면서도 작업성의 향상 및 품질의 향상을 꾀할 수 있는 와이어 본딩용 캐필러리에 대한 것이다.
일반적인 전자 부품들은 단순한 또는 복잡한 회로칩을 포함하고 있으며 근래에는 고밀도화, 고집적화를 달성하기 위하여 0.3㎛ 이하의 선 폭을 이용하여 칩 내에 회로도를 구성하고 있다.
이 회로칩과 외부 패키지와의 전기적 연결에는 금, 은, 구리, 알루미늄 세선을 사용하며 와이어 본딩 방식이 널리 사용된다.
이러한 와이어 본딩을 수행하기 위해서 와이어를 삽입하여 사용하는 공구로서 캐필러리 또는 웨지가 사용된다.
상기한 캐필러리를 이용한 와이어 본딩은 도 1의 도시와 같이 리드프레임의 상면에 IC칩(111)을 접착 시켜주는 다이 본딩(Die bonding)과정을 수행한 이후에 와이어 본딩을 수행하기 위하여 일정 온도로 가열되어진 히터 블록 상에 위치시키고 초음파가 공급되는 캐필러리(112)와 캐필러리 내부 관통홀(113)을 통과하는 와이어(114) 끝 단부에 볼(115)을 형성시킨 다음 IC칩의 패드에 접촉시키며 일정한 압력으로 눌러 주면서 용융 압착되어 1차 와이어 본딩(Ball bonding)이 이루어진다.
1차 와이어 본딩(Ball bonding)이 종료되면 캐필러리는 일정한 궤적을 가지는 형태로 리드프레임을 향하여 이동시키며 와이어는 루프(Loop)를 형성하게 되며 리드프레임에 푸르 형성이 완료된 와이어 일부를 일정한 압력을 가하여 눌러 붙이는 2차 와이어 본딩작업(Stich Bonding)을 수행하고 와이어를 절단하면서 한번의 와이어 본딩 싸이클을 완료 하게 된다.
이와 같은 와이어 본딩 작업을 수행하기 위한 캐필러리는 도 2의 도시와 같은 형상으로 몸체(121)와 20°,30°,50° 등의 각도를 갖는 단부각(123)으로 형성되어지며 끝단부의 직경 모서리부 주위에는 일정 크기의 라운드(126)가 형성되져 있다.
또한, 상단부 내측으로는 와이어가 삽입되는 백홀(Back hall)(122)가 형성되어지며 끝단에는 와이어의 직경(WD)에 비하여 약간 크기가 큰 와이어 가이드 홀(124)이 형성되어 지며, 홀의 끝 단부로부터 캐필러리 하단부까지는 경사각을 갖 는 챔퍼(125)로 형성되어지는 것이다.
이러한 형상을 갖는 캐필러리로 1차 및 2차 와이어 본딩 작업을 수행하게 되면 도 1의 도시와 같이 IC칩 패드 상의 볼 본딩(116)과 리드프레임 상의 스티치 본딩(117)이 된다.
따라서, 상기한 바와 같은 구조를 갖는 캐필러리에 의해 수행되어지는 리드프레임 상의 2차 본딩 작업 즉, 스티치 본딩은 1차 와이어 본딩처럼 볼 본딩 형태를 취할 수 없으며 본딩 와이어의 일부를 리드프레임 상에 본딩하고 절단을 행하여야 한다.
여기에서 1차 와이어 본딩(볼 본딩)은 본딩 수행 이전에 와이어의 끝단에 소정의 크기의 볼을 형성하고 여기에 초음파를 부과한 캐필러리를 사용하여 용융 압착하여 본딩을 수행하기 때문에 볼의 직경에 해당하는 본딩 면적을 갖음으로서 융착력이 충분한 반면 2차 와이어 본딩(스티치 본딩)은 볼에 비하면 매우 작은 직경(0.02~0.025mm)의 와이어 일부를 리드프레임 상에 본딩하고 다음 본딩 싸이클을 진행하기 위하여 와이어를 절단하는 과정에서 본딩이 수행된 절반의 부분이 제거되기 때문에 1차 와이어 본딩(볼 본딩)에 비하여 매우 작은 본딩 면적을 갖음으로서 융착력이 현저히 약화되는 문제점을 보인다.
따라서, 융착력의 저하에 기인한 2차 와이어 본딩 스티치 본딩 불량이 빈번하게 발생하는 것이다.
본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 제거코자 안출된 것으로서, 캐필러리의 바디에 도전성 금속층을 형성하여 와이어 본딩시 캐필러리를 고정하는 트랜듀서에 고전압의 전류를 인가하므로서, 도전성 금속층이 부가된 캐필러리의 끝 단부에서 스파크가 발생되어 와이어의 일부에 와이어볼이 형성되게 하여,
1차 와이어 본딩(볼 본딩)을 수행하고 캐필러리를 일정한 궤적을 가지고 리드프레임을 향하여 이동시키며 캐필러리의 바디에 코팅된 도전성 금속 부위에 고전압을 인가하여 루프(Loop)를 형성한 일정 위치의 와이어 상에 형성된 볼을 이용하여 2차 와이어 본딩을 수행하므로,
종래의 2차 와이어 본딩인 스티치 본딩에 비하여 본딩의 유효 단면적을 대폭 증가시킴으로서 종래의 기술에 의한 융착력(Pull test 값)을 2~3배 이상 증대시켜 융착력 저하에 따른 본딩 불량이 제거되게 하는 효과를 갖는 스파크 발생수단을 갖는 와이어 본딩용 캐필러리를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 캐필러리 고정부를 도시한 확대도이다.
전원의 단속이 가능한 도전체로 제작된 와이어 본더용 트랜듀서(34)에 공지의 캐필러리(30)를 장착 하되,
상기 트랜듀서(34)로부터 전원이 인가되는 도전성 금속체(33)는, 부도체로 된 캐필러리(30)의 바디(31)를 관통하는 내부 관통홀(32)에 삽입되어진 와이어(40)의 하단으로부터 근접 위치되게 하여,
상기 트랜듀서(34) 및 도전성 금속체(33)에 전원을 인가하면, 상기 도전성 금속체(33)와 도전체인 와이어(40)에 스파크가 발생하여 용융상의 와이어볼(41)이 형성되게 구성한 것으로서,
상기한 도전성 금속체(33)는, 캐필러리 바디(31)의 상부 끝단부(35)로부터 0.1~1.0mm를 제외한 표면과 20°,30°,50°등의 각도를 갖는 끝단부(35)의 하부 끝 단부로부터 0.1~1.0mm를 제외한 표면을 도전성 박막 코팅된 금속층을 형성하여 구성할 수도 있다.
삭제
이상과 같은 구성에 의한 본 발명 스파크 발생수단을 갖는 와이어 본딩용 캐필러리 고정부의 작용 및 작업공정을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 와이어 본딩을 수행함에 있어 2차 와이어 본딩 직전에 트랜듀스(34)에 전원을 인가시켜 이에 의해 1차 와이어 본딩 된 와이어(40) 상에 와이어볼(41)을 형성하여 2차 와이어 본딩을 볼본딩함으로써 리드프레임과의 융착력이 증대되게 하는 것이다.
즉, 도 4의 도시와 같이 1차 와이어 본딩을 하기 전 와이어 단부에 일차 스 파크를 발생시켜 이에 의한 와이어볼(41)을 형성한 상태에서 이를 IC칩 패드에 가압하여 1차 와이어 본딩을 수행하게 된다.
이러한 1차 와이어 본딩이 이루어지면 상기한 캐필러리(30)를 갖는 와이어 본더용 트랜듀서(34)를 이동시키게 되는데, 이러한 이동과정 중에서 상기한 와이어 본더용 트랜듀서(34)에 전원을 재인가시켜 상기 도전성 금속체(33)에 고압의 전류가 인가되게 하면, 그 금속체(33)가 전극이 되면서 근접한 와이어(40)에 용융상의 와이어볼(41)을 형성시키게 된다.
이와 같이 또다른 와이어볼(41)이 형성되면 이를 리드프레임 상에 용융시켜 융착시키면 보다 견고한 융착력을 갖는 와이어 본딩이 이루어지는 것이다.
따라서, 상기와 같이 한 번의 와이어 본딩 싸이클이 완성되면 상기 와이어 본더용 트랜듀서는 원위치로 복귀하여 1차 와이어 본딩을 위한 예비작업(와이어볼 형성)을 하게 되는 것이며, 이들 본딩 사이클의 반복적인 수행에 의해 본딩이 완료되는 것이다.
특히, 상기와 같이 전원이 단속되는 와이어 본더용 트랜듀서(34) 및 이에 결합되어진 캐필러리(30)는 그 캐필러리(30) 자체가 부도체여서 전원이 인가될 수 없으므로, 상기한 캐필러리(30) 외주면에 도전성 금속체(33)를 코팅하여 형성하거나, 상기한 트랜듀서(34)로부터 하향 설치된 별도의 금속핀을 이용하여 와이어볼(41)을 형성하게 되는 것인데,
상기 캐필러리(30) 바디(31)의 내부 관통홀(34)로 삽입되어 그 하단으로 노출되어진 와이어(40)에 전기적 스파크에 의해 용융상의 와이어볼(41)을 형성하게 되는 것이다.
이때, 상기한 도전성 금속체(33)와 와이어(40)의 간격이 지나치게 멀게 되면 스파크의 유도발생이 일어나지 않게 되고, 너무 가까울 경우에는 와이어(40)가 도전성 금속체(33)로 붙어버리는 현상이 발생하므로 이들의 간격을 효과적으로 조정할 필요가 있는 것으로서,
바디(31)의 표면에 금속의 코팅층을 형성하고자 하는 경우에는, 이를 캐필러리 바디(31)의 상부 끝단부로부터 0.1~1.0mm를 제외한 표면과 20°,30°,50°등의 각도를 갖는 끝단부(35)의 하부 끝 단부로부터 0.1~1.0mm를 제외한 표면을 도전성 박막 코팅을 하는 것이 가장 이상적이며,
삭제
삭제
삭제
따라서, 종래의 2차 와이어 본딩(스티치 본딩)에 비하여 본딩의 유효 단면적을 대폭 증가 시킴으로서, 도 5의 도시와 같이 종래의 기술에 의한 융착력(Pull test 값)은 5~7gr 인데 반하여, 본 발명에 의한 융착력은 12~15gr을 나타내는 것으로 실험되었으며, 이에 따라 융착력 저하에 따른 본딩 불량이 크게 감소하는 것이다.
이상과 같은 본 발명 스파크 발생수단을 갖는 와이어 본딩용 캐필러리는, 1차 와이어 본딩(볼 본딩)을 수행하고 캐필러리를 일정한 궤적을 가지고 리드프레임을 향하여 이동시킬 때 캐필러리의 바디에 코팅된 도전성 금속 부위에 고전압을 인가하여 루프(Loop)를 형성한 일정 위치의 와이어 상에 형성된 볼을 이용하여 2차 와이어 본딩을 수행하므로,
종래의 2차 와이어 본딩인 스티치 본딩에 비하여 본딩의 유효 단면적을 대폭 증가시킴으로서 종래의 기술에 의한 융착력(Pull test 값)을 2~3배 이상 증대시켜 융착력 저하에 따른 본딩 불량이 제거되게 하는 효과를 갖는 것이다.

Claims (3)

  1. 전원의 단속이 가능한 도전체 상의 와이어 본더용 트랜듀서(34)에 공지의 캐필러리(30)를 장착 하되,
    상기 트랜듀서(34)로부터 전원이 인가되는 도전성 금속체(33)는, 부도체로 된 캐필러리(30)의 바디(31)를 관통하는 내부 관통홀(32)에 삽입되어진 와이어(40)의 하단으로부터 근접 위치되게 하여,
    상기 트랜듀서(34) 및 도전성 금속체(33)에 전원을 인가하면, 상기 도전성 금속체(33)와 도전체인 와이어(40)에 스파크가 발생하여 용융상의 와이어볼(41)이 형성되게 구성함을 특징으로 하는 스파크 발생수단을 갖는 와이어 본딩용 캐필러리.
  2. 제 1항에 있어서,
    도전성 금속체(33)는, 캐필러리 바디(31)의 상부 끝단부로부터 0.1~1.0mm를 제외한 표면과 20°,30°,50°등의 각도를 갖는 끝단부(35)의 하부 끝단부로부터 0.1~1.0mm를 제외한 표면을 도전성 박막 코팅된 금속층을 형성하여 구성함을 특징으로 하는 스파크 발생수단을 갖는 와이어 본딩용 캐필러리.
  3. 삭제
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KR20000060975A (ko) * 1999-03-22 2000-10-16 김영환 반도체 제조용 와이어 본딩장비의 와이어 절단장치

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