KR101089452B1 - 와이어 본딩 방법, 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 제어 프로그램을 기록한 기록매체 - Google Patents

와이어 본딩 방법, 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 제어 프로그램을 기록한 기록매체 Download PDF

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Abstract

와이어직경의 2배 이하의 루프높이를 갖는 저루프 형성을 가능하게 하는 동시에, 그 저루프형상에 있어서도 충분한 와이어의 인장강도를 확보하는 것이 가능한 와이어 본딩 방법을 제공하는 것이다.
제 1 본딩점에 압착 볼(37) 형성 후에 상기 캐필러리(3)가 상승하고, 상승 후에 상기 캐필러리(3)가 제 2 본딩점측으로 이동하여, 상기 압착 볼(37)의 상부의 측면을 압압하여, 상기 압착 볼의 두정부(38)의 제 2 본딩점측에 상기 압착 볼의 팽창돌출부(41)를 형성하고, 상기 압착 볼의 팽창돌출부(41)를 형성 후에 상기 캐필러리(3)가 상승하고, 상승 후에 상기 캐필러리(3)가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 상기 팽창돌출부(41)를 압압하여 상기 압착 볼의 두정부(38)로부터 수평방향으로 와이어를 인출하기 위한 와이어 인출부(39)를 형성하도록 한다.
캐필러리, 두정부, 인출부, 팽창돌출부, 본딩점

Description

와이어 본딩 방법, 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 제어 프로그램을 기록한 기록매체{WIRE BONDING METHOD, WIRE BONDING APPARATUS, AND RECORDING MEDIUM RECORDS WIRE BONDING CONTROL PROGRAM}
본 발명은 제 1 본딩점과 제 2 본딩점의 사이를 와이어로 접속하는 와이어 본딩 방법, 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 제어 프로그램을 기록한 기록매체에 관한 것으로서, 특히 저루프를 형성하는 것이 가능한 와이어 본딩 방법, 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 제어 프로그램을 기록한 기록매체에 관한 것이다.
반도체 칩을 내장한 반도체 장치, 반도체 칩을 직접 탑재한 기판에서는 박형화를 위해, 반도체 칩의 패드와 리드를 접속하는 와이어의 저루프화가 도모되고 있다.
특허문헌 1 내지 특허문헌 4에는 와이어의 저루프화에 관한 개시가 이루어져 있다.
특허문헌 1은 제 1 본딩점에 와이어를 접속하는 제 1 공정과, 계속해서 캐필러리를 상승이동·수평이동 등의 리버스 동작에 의한 루프 컨트롤을 실행하는 제 2 공정과, 다음에 제 1 본딩점의 접합 볼의 정상 부근에 본딩을 실행하는 제 3 공정 과, 다음에 캐필러리를 상승이동·수평이동 등의 루프 컨트롤을 실행하면서 와이어를 풀어내어 제 2 본딩점 방향으로 이동시켜 와이어를 제 2 본딩점에 접속하는 제 4 공정으로 이루어지는 것이다.
또, 특허문헌 2는 볼 본드(14)를 형성한 후, 볼 본드로부터 본딩 툴을 상승시켜, 캐필러리(10)가 제 2 본딩점으로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 리버스동작으로 볼 본드의 상부에 네크부를 형성하고, 와이어를 구부린다. 다음에, 캐필러리(10)가 제 2 본딩점측으로 이동하여 본딩 툴 선단의 외주를 네크부상에 위치결정하고, 본딩 툴 선단의 외주에서 네크부를 압압하여, 네크부를 볼 본드에 접합하지 않고, 네크부에 오목(오목부)을 형성하도록 하여, 네크부의 강도를 유지하고, 저루프화를 도모한 것이다.
또, 특허문헌 3은 제 1 본드 사이트상에 범프를 형성하고, 타원형의 와이어의 절곡부(접어구부림부)를 형성하고, 절곡부를 형성한 후에, 와이어를 범프의 상부에 본딩하고, 범프의 상부와 제 2 본드 사이트의 사이에 와이어 루프를 형성하도록 하여, 루프높이가 낮은 와이어 루프를 형성하는 것이다.
또, 특허문헌 4는 압착 볼(11)을 형성한 후, 캐필러리(5)를 상승시켜 제 2 본드점 B와 반대 방향으로 이동시켜 리버스동작을 실행하고, 다음에 캐필러리(5)를 약간 하강시킨다. 계속해서 캐필러리(5)를 상승시키고, 그 후, 캐필러리(5)를 제 2 본드점 B의 방향으로 해당 제 2 본드점 B와 반대측의 캐필러리(5)의 하면(5a)이 압착 볼(11)의 위쪽에 위치하도록 이동시켜, 캐필러리(5)를 하강시키고 와이어(4)를 압착 볼(11)상에 압압해서 압착 와이어(12)를 형성하도록 하고, 압착 볼 바로 위의 와이어에 강한 굴절부를 형성하여, 저와이어 루프화를 도모하는 것이다.
[특허문헌 1] 일본국 특허공개공보 제2004-172477호
[특허문헌 2] 미국 특허공개공보 제2007-284416호
[특허문헌 3] 미국 특허 제7347352호
[특허문헌 4] 일본국 특허공개공보 제2005-019778호
근래, 휴대전화나 디지털 AV기기, IC카드 등의 고기능화에 수반하여, 탑재되는 반도체 칩에는 소형, 박형, 고집적화으로의 요구가 높아지고 있다. 와이어 본딩에 있어서는 이것에 대응하기 위해, 고집적도의 IC 패키지(반도체장치)의 박형화를 실현하는 것이 요망되고 있다. IC 패키지의 박형화를 도모하기 위해서는 루프높이를 더욱 낮게 하는 것이 필요하고, 현재 요구되는 루프높이는 와이어직경의 2배 이하이다. 이 때문에, 와이어 본딩은 루프높이가 와이어직경의 2배 이하를 만족시키는 저루프의 형성이 필요하게 되고, 예를 들면, 25㎛의 와이어직경을 사용한 경우에는 루프높이는 50㎛ 이하가 요구된다.
통상, 제 1 본딩점인 패드에 압착 볼을 형성하고, 압착 볼의 바로 위의 와이어를 횡방향으로 이동시켜 와이어를 수평으로 형성하기 위해서는 압착 볼의 네크부로부터 적어도 와이어직경의 2배 이상의 높이가 필요하게 된다. 이것에 의해, 와이어직경 25㎛의 와이어에서는 압착 볼의 네크부로부터의 와이어의 높이가 50㎛를 넘어 버린다.
도 12는 특허문헌 1에 개시된 와이어 루프 형상의 일예를 나타내는 도면이다. 또한, 도 12에 나타내는 와이어 루프는 반도체 칩(IC칩)(30)상의 제 1 본딩점인 패드(31)와 리드 프레임(32)의 제 2 본딩점인 리드(33) 사이를 와이어(35)가 저루프로 되도록 형성된 것이다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 특허문헌 1에 개시된 와이어 루프는 제 1 본딩 점에 볼을 압접 후에 리버스동작 등을 실행해서, 와이어(35)를 절곡해서 재차 제 1 본딩점에 와이어(35)를 밀어 붙이도록 하고 있다. 이 때문에, 특허문헌 1의 와이어 루프에서는 와이어(35)의 되꺾음에 의해 압착 볼(51)과 와이어(35) 사이에 와이어 되꺾음부(50)를 갖고 있다. 도 12에 나타내는 와이어 루프 형상에 있어서의 루프높이 LH1은 볼두께 T1, 와이어 되꺾음부(50)의 두께 T2, 루프의 부풀어오름의 높이 T3 및 와이어직경 T4를 가산한 것으로 된다.
그러나, 특허문헌 1에서 개시되어 있는 루프 형성 방법에서는 와이어직경 25㎛의 와이어를 이용하여, 볼 두께 T1, 와이어 되꺾음부(50)의 두께 T2 및 루프의 부풀어오름의 높이 T3을 합계한 값을 25㎛ 이하로 하는 것은 곤란한 상황에 있고, 이것에 와이어직경 T4를 가산하면, LH1을 50㎛ 이하로 하는 것은 곤란하고, 한층의 저루프화가 요망되고 있다.
또, 특허문헌 2는 볼 본드의 상부와 일체화된 네크부를 형성하고, 특허문헌 3은 타원형의 와이어가 절곡부를 형성하고, 특허문헌 4는 압착 볼 바로 위의 와이어에 강한 굴절부를 형성하며, 각 특허문헌 모두 압착 볼의 상부에 또한 와이어를 압압하기 위해, 특허문헌 1과 마찬가지로, 루프높이가 와이어직경의 2배 이하로 하는 것이 곤란한 상황에 있다. 그래서, 본 발명은 와이어직경의 2배 이하의 루프높이를 갖는 저루프 형성을 가능하게 하는 동시에, 그 저루프형상에 있어서도 충분한 와이어의 인장강도를 확보하는 것이 가능한 와이어 본딩 방법 및 그것을 실현하는 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 제어 프로그램을 기록한 기록매체를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적 달성을 위해, 본 발명의 와이어 본딩 방법은 제 1 본딩점과 제 2 본딩점의 사이를 캐필러리에 의해 와이어로 접속하는 와이어 본딩 방법에 있어서, 캐필러리 선단의 프리 에어 볼을 제 1 본딩점에 압착하여 원하는 압착두께를 갖는 압착 볼을 형성하고, 상기 압착 볼의 형성 후에 상기 캐필러리가 상승하고, 상승 후에 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 상기 압착 볼의 상부의 측면을 압압하여, 상기 압착 볼의 두정부를 형성하는 제1 공정과, 상기 제1 공정의 후에 상기 캐필러리가 소정 양을 상승한 후에 제2 본딩점 측에 이동하면서 하강하여 상기 와이어를 비스듬하게 압압하는 제2 공정을 구비하는 것을 특징으로 한 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법은 상기 압착볼의 두정부의 제 2 본딩점측과 반대측 부분이 평탄하도록 한 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법은 상기 압착볼의 두정부의 제 2 본딩점측에 팽창돌출부가 형성되는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법에 있어서의 상기 팽창돌출부는 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 수평이동 또는 하강하면서 상기 압착볼의 상부의 측면을 상기 캐필러리의 챔퍼(chamfer; 모따기)면 및 바닥부에 의해서 압압하여 형성하는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법에 있어서의 상기 팽창돌출부의 형성은 상기 캐필러리에 초음파 진동을 인가하여 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 상기 압착 볼의 측면을 누르도록 하는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법은 상기 팽창돌출부의 형성으로, 상기 캐필러리의 수평의 이동량에 대한 상기 캐필러리의 하강량의 비율이 0에서 1이하의 범 위로 되도록, 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법은 상기 팽창돌출부를 형성한 후에 상기 캐필러리가 상승하고, 상승 후에 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 상기 팽창돌출부의 상부를 압압하여 상기 압착 볼의 두정부로부터 수평방향으로 와이어를 인출하기 위한 와이어 인출부를 형성하는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법에 있어서의 상기 와이어 인출부의 형성은 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 상기 팽창돌출부의 상부를 정형하고, 이동중에 상기 캐필러리로부터 풀어내어진 와이어의 표면을 압압하도록 하는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법에 있어서의 상기 와이어 인출부의 형성은 상기 캐필러리에 초음파 진동을 인가하여 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 실행하는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법은 상기 와이어 인출부의 형성으로, 상기 캐필러리의 수평의 이동량에 대한 상기 캐필러리의 하강량의 비율이 1이상으로 되도록, 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법은 상기 팽창돌출부의 형성에 있어서의 상기 캐필러리의 상승량에서 하강량을 뺀 값과, 와이어 인출부의 형성에 있어서의 상기 캐필러리의 상승량에서 하강량을 뺀 값과, 상기 압착 볼의 형성에 있어서의 상기 원하는 볼 압착 두께를 가산한 값이, 목표로 하는 루프높이 이하가 되도록 상기 캐필러리를 제어하는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법은 상기 와이어 인출부를 형성한 후에 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 상승하고, 상승 후에 상기 캐필러리가 제 2 본딩점과 반대측으로 이동하여 와이어에 컬링을 내는(curling) 리버스동작을 실행하고, 리버스동작 후에 상기 캐필러리가 제 2 본딩점으로 이동하여 와이어를 제 2 본딩점에 압착하여 접합하고, 와이어를 장설하는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법은 상기 압착 볼의 두정부의 상기 와이어 인출부의 측면으로부터 와이어가 제 2 본딩점측으로 대략 수평으로 신장하도록 장설하는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 방법에 있어서의 상기 리버스 동작은 상기 캐필러리를, 수평이동, 직선적으로 하강이동, 원호형상으로 하강이동, 직선적으로 상승이동, 원호형상으로 상승이동의 각 리버스동작으로부터 적어도 1이상의 리버스동작이 가능하고, 상기 리버스동작을 n회(n=1, 2…) 반복하는 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 장치는 제 1 본딩점과 제 2 본딩점의 사이를 캐필러리에 의해 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치로서, 제 1 본딩점에 압착된 압착 볼에 형성된 두정부의 제 2 본딩점측에 또한 와이어 인출부를 마련한 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 장치는 상기 압착 볼의 상기 두정부의 제 2 본딩점측과 반대측의 부분이 평탄하도록 한 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 장치는 제 1 본딩점과 제 2 본딩점의 사이를 캐필러리에 의해 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치로서, 상기 캐필러리를 XY 평면상에 소정의 위치에 위치결정하는 XY 위치결정수단과, 상기 캐필러리를 상하로 이동하는 캐필러리 상하 이동수단을 갖고, 상기 제 1 본딩점 및 상기 제 2 본딩점에 본딩을 실행하는 본딩수단을 구비하고, 상기 본딩수단에 의해 제 1 본딩점에 상기 캐필러리 선단의 볼을 상기 제 1 본딩점에 압착하여 압착 볼을 형성하고, 상기 압착 볼의 형성 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단에 의해 캐필러리를 상승시키고, 상승 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단 및 상기 XY 위치결정수단에 의해 캐필러리를 제 2 본딩점측으로 이동하면서 상기 압착 볼의 상부의 측면을 압압하여, 상기 압착 볼의 두정부의 제 2 본딩점측에 팽창돌출부를 형성하며, 상기 팽창돌출부 형성 후에, 상기 캐필러리가 소정 양을 상승한 후에 제2 본딩점 측에 이동하면서 하강하여 상기 와이어를 비스듬하게 압압하는 한 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 장치는 상기 팽창돌출부를 형성한 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단에 의해 상기 캐필러리를 상승시키고, 상승 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단 및 상기 XY 위치결정수단에 의해 상기 캐필러리를 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 상기 팽창돌출부의 상부를 압압하여 상기 압착 볼의 두정부로부터 수평으로 와이어를 인출하기 위한 와이어 인출부를 형성하도록 한 것이다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 제어 프로그램은 캐필러리를 XY 평면상에 소정의 위치에 위치결정하는 XY 위치결정수단과, 캐필러리를 상하로 이동시키는 캐필러리 상하 이동수단과, 제 1 본딩점 및 제 2 본딩점에 본딩을 실행하는 본딩수단과, 상기 XY 위치결정수단 및 본딩수단을 제어하는 제어수단을 갖고, 제 1 본딩점과 제 2 본딩점의 사이를 캐필러리에 의해 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치의 와이어 본딩 제어 프로그램을 기록한 기록매체로서, 상기 본딩수단에 의해 제 1 본딩점에 상기 캐필러리 선단의 볼을 상기 제 1 본딩점에 압착하여 압착 볼을 형성하는 볼 압착 스텝과, 상기 압착 볼의 형성 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단에 의해 캐필러리를 상승시키고, 상승 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단 및 상기 XY 위치결정수단에 의해 상기 캐필러리를 제 2 본딩점측으로 이동하면서 상기 압착 볼의 상부의 측면을 압압하여, 상기 압착 볼의 두정부의 제 2 본딩점측에 팽창돌출부를 형성하는 제 1 압압스텝과, 상기 제1의 압압 스텝의 후에 상기 캐필러리가 소정 양을 상승한 후에 제2 본딩점 측에 이동하면서 하강하여 상기 와이어를 비스듬하게 압압하는 제2의 압압 스텝을 실행하도록 구성된다.
또, 본 발명의 와이어 본딩 제어 프로그램을 기록한 기록매체는 상기 제 1 압압스텝 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단에 의해 상기 캐필러리를 상승시키고, 상승 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단 및 상기 XY 위치결정수단에 의해 상기 캐필러리를 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 상기 팽창돌출부의 상부를 압압하고 상기 압착 볼의 두정부로부터 수평으로 와이어를 인출하기 위한 와이어 인출부를 형성하는 제 2 압압스텝을 갖는 것이다.
종래의 와이어 본딩에서는 충분한 와이어의 인장강도를 확보하기 위해 와이어 되꺾음부 등을 형성하여 그 와이어 되꺾음부 등을 압착 볼상에 중첩하도록 하고 있기 때문에, 그 분만큼 두께가 증가하여 볼 와이어직경의 2배 이하의 루프높이를 갖는 루프를 형성하는 것이 곤란한 상황에 있었지만, 본 발명에 의하면, 충분한 와이어의 인장강도를 확보하면서 제 1 본딩점 바로 위의 높이를 낮게 할 수 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 캐필러리는 제 1 본딩점의 압착 볼의 측면을 제 2 본딩점측에 하강하면서 압압하기 때문에, 압착 볼에 작용하는 수평방향의 힘이 약해지고, 패드와 압착 볼의 접합에 주는 영향이 적어, 패드와 압착 볼의 접합강도를 유지할 수 있고, 또한 와이어직경의 2배 이하의 루프높이를 갖는 루프를 형성하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명에 따르면, 제 1 본딩점의 압착 볼과 와이어의 네크부분의 접합 부분의 단면적이 증가하여, 와이어의 네크부분에서의 필요한 강도를 유지시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 와이어 본딩 방법, 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 제어 프로그램의 실시하기 위한 최량의 형태에 대해 설명한다. 또한, 본 발명은 볼 압압 후에 캐필러리가 상승하고, 상승 후에 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 볼의 측면을 비스듬히 누르는 공정과, 캐필러리가 소정의 양을 상승 후에, 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 와이어를 비스듬히 누르는 공정을 갖도록 해서, 루프높이의 한층의 저루프화를 가능하게 하는 동시에, 그 저루프형상에 있어서 충분한 와이어의 인장강도를 갖도록 한 것이다.
[장치 구성의 개요]
최초로, 도 1 및 도 2를 참조하여 와이어 본딩 장치의 구성을 설명한다. 도 1은 와이어 본딩 장치의 구성을 나타내는 블럭도, 도 2는 도 1에 나타내는 와이어 본딩 장치의 캐필러리, 클램퍼, 방전전극의 위치관계를 나타내는 설명도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 와이어 본딩 장치(1)는 광학렌즈(9)를 부착한 촬상수단으로서의 카메라(8)와, 카메라(8)로부터의 영상신호를 표시하는 모니터(24)와, 본딩 툴로서의 캐필러리(3)가 선단에 장착된 초음파 혼으로 이루어지는 본딩 암(2)과, 본딩 암(2)을 상하방향, 즉 Z방향으로 구동하는 구동수단으로서의 리니어 모터(도시하지 않음)를 갖는 본딩헤드(6)와, 본딩 암(2) 및 본딩헤드(6)로 이루어지는 본딩수단 및 촬상수단을 탑재하여 X방향 및 Y방향으로 이차원적으로 상대 이동시켜 위치결정하는 XY 위치결정수단으로서의 XY 테이블(12)과, 반도체 칩(30)을 탑재하고 캐필러리(3), 본딩 암(2) 및 본딩헤드(6)에 의한 본딩작업이 실행되고 가교상에 히터 플레이트를 갖는 히터부(13)와, 와이어 본딩 장치(1) 전체의 제어를 실행하는 마이크로 컴퓨터를 갖는 제어장치(17)와, 이 제어장치(17)로부터의 지령신호에 따라 본딩헤드(6)및 XY 테이블(12)로의 구동신호를 발하는 구동장치(16)를 구비하고 있다. 제어장치(17)의 마이크로컴퓨터의 기억장치에는 프로그램이 내장되어 있고, 와이어 본딩 등의 동작은 프로그램을 실행하는 것에 의해 실행된다. 또한, 반도체 칩(30)을 탑재한 리드 프레임(32)은 히터부(13)의 히터 플레이트상에 탑재되어, 히터부(13)의 히터에 의해 가열되도록 되어 있다.
또, 와이어 본딩 장치(1)는 XY 테이블(12)을 수동으로 이동시키는 것이 가능한 트랙 볼로 이루어지는 조작부(22) 이외에 수치 입력 키, 조작스위치를 구비하고, 파라미터 등의 데이터의 입력이나 출력 이외에 데이터를 표시시켜 조작하는 것이 가능한 조작패널(23)을 갖고 있다. 조작부(22) 및 조작패널(23) 등을 조작수단으로 칭한다. 이들 조작수단의 조작에 의해서 와이어 본딩 장치는 수동 혹은 자동으로 구동한다.
[주요한 장치의 기능 등]
본딩 암(2)을 Z방향의 상하로 구동하는 본딩헤드(6)에는 본딩 암(2)의 위치 를 검출하는 위치검출센서(7)를 구비하고 있고, 위치검출센서(7)는 본딩 암(2)의 미리 설정된 원점위치로부터의 본딩 암(2) 선단에 장착된 캐필러리(3)의 위치를 제어장치(17)로 출력하도록 되어 있다. 또, 본딩헤드(6)의 리니어 모터는 제어장치(17)에 의해서 본딩 암(2)을 상하로 구동하는 것 이외에, 본딩시에 캐필러리(3)에 대해 하중의 크기, 하중의 인가시간의 제어가 이루어진다.
또, 이 와이어 본딩 장치(1)는 초음파 발진기(도시하지 않음)를 구비하고 있고, 초음파 혼(2)에 조립된 진동자에 전압을 인가하여, 초음파 혼(2)의 선단에 위치하는 캐필러리(3)에 진동을 발생시키고, 제어장치(17)로부터의 제어신호를 받아, 캐필러리(3)에 초음파 진동 및 하중을 인가할 수 있도록 구성되어 있다.
또, 캐필러리(3) 선단의 볼 형성은 제어장치(17)로부터의 제어신호를 받아, 캐필러리(3)로부터 송출된 와이어의 선단과 방전전극(토치로드)의 사이에 고전압을 인가하는 것에 의해 방전을 일으키고, 그 방전 에너지에 의해 와이어의 선단부를 용융해서 캐필러리(3)내에 삽입통과된 와이어의 선단에 볼을 형성하는 것이다. 또한, 와이어의 선단에 형성되는 볼을 프리 에어 볼(FAB)이라고도 칭한다.
다음에, 와이어 본딩 장치(1)의 제어장치(17)는 본딩에 필요한 본딩점의 XY의 위치데이터를 미리 기억해 둔다. 즉, 카메라(8)로 촬상한 화상을 표시하는 모니터(24)의 표시화면의 중심에 표시되어 있는 십자마크의 교점에 도 1에 나타내는 조작부(22)를 조작하여 제 1 본딩점으로서의 패드의 중심에 맞추고, 또, 제 2 본딩점으로서의 리드상의 위치에 맞춤을 실행한다. 맞춤한 위치에서의 XY 테이블(12)의 X축 및 Y축의 위치를 제어장치(17)에 본딩점의 좌표로서 기억한다. 또한, XY 테이 블(12)이 광학렌즈(9)의 위치와 캐필러리(3)의 위치의 거리(오프셋)분 이동하는 것에 의해, 캐필러리(3)가 카메라(8)로 맞춘 위치의 위쪽에 위치하도록 되어 있다.
도 1에 나타내는 와이어 본딩 장치(1)는 리드 프레임을 가열하면서, 반도체 칩(30)상의 패드와 리드 프레임 등의 리드 사이를 금선 등의 와이어로 접속하는 것이다. 패드 또는 리드에 의한 와이어의 접속은 본딩 툴로서의 캐필러리(3)에 초음파 진동 및 하중을 인가하여 실행하는 것이다.
또한, XY 테이블(12)에 탑재된 본딩헤드(6)의 본딩 암(2)의 선단에 위치하는 캐필러리(3)는 XY 테이블(12)에 의한 XY축상 및 본딩헤드(6)에 의한 Z축상의 위치로 이동 가능하게 구성되어 있지만, 본딩헤드(6)를 케이스에 고정시켜, 피본딩부품을 탑재하는 히터부(13)를 XY 테이블(12)에 탑재하여, 본딩헤드는 Z축방향의 상하 이동만을 실행하고, 피본딩부품을 XY테이블상에 탑재하고, 피본딩부품을 캐필러리에 대해 XY축의 2차원의 상대이동을 실행하는 구성으로 해도 좋다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 클램퍼(4)는 본딩 암(2)(도 1에 나타냄)의 상하동작과 연동하고, 개폐기구(도시하지 않음)에 의해 와이어(35)를 사이에 두거나 해방하는 것이고, 제어장치(17)에 의해서 제어된다. 와이어(35)는 클램퍼(4)의 개폐기구의 클램프면을 통과하고, 캐필러리(3)에 설치된 홀을 통과하며, 캐필러리(3)의 선단으로부터 풀어 내어지고 있다. 또, 캐필러리(3)의 하측에는 방전전극(5)이 설치되어 있고, 방전에 의해 캐필러리(3)의 선단으로부터 풀어내어지고 와이어(35)의 선단에 프리 에어 볼(36)을 형성하도록 되어 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 나타내는 와이어 본딩 장치의 구성은 일반적인 구성을 나타낸 것이며, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
[와이어 본딩 방법]
다음에, 본 발명의 와이어 본딩 방법에 의한 저루프 형성을 실행하는 실시형태에 대해, 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 3은 캐필러리의 하부의 형상을 나타내는 단면도, 도 4는 루프 형성에 있어서의 캐필러리의 이동 궤적을 나타내는 도면, 도 5는 캐필러리의 이동 궤적에 의한 각 시점에서의 볼 압착 형상 및 와이어 형상을 나타내는 도면, 도 6은 도 5에 나타내는 (a)에서 (g)의 볼 압착 형상의 상세를 나타내는 일부 단면을 포함하는 도면, 도 7은 도 5에 나타내는 (h)에서 (k)의 볼 압착 형상의 상세를 나타내는 일부 단면을 포함하는 도면이다.
[캐필러리의 형상]
최초로, 와이어 본딩에 이용하는 캐필러리의 형상에 대해 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)는 와이어를 통과시키기 위한 홀(3c)을 갖고, 홀(3c)로부터 아래방향에 확대를 갖는 대략 원추대(이하, 원추대로 칭함)의 형상의 공간을 갖는다. 원추대의 형상의 공간의 상면의 직경은 홀 직경 H, 바닥부(3b)의 내측 단부의 직경은 챔퍼직경 CD로 나타나고, 원추대의 형상의 공간의 주위는 챔퍼면(3a)에 둘러싸여 있다. 또한, 챔퍼면(3a)이 수직을 이루고 있는 경우에는 원주의 형상의 공간을 갖는다. 따라서, 원추대는 대략 원추대형상의 것으로부터 원주형상의 것도 포함한다.
또, 캐필러리(3)의 바닥부(3b)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 바닥부(3b)의 내측 바닥부로부터 캐필러리(3)의 외주를 향해 수평방향에 대해 각도 θ를 갖고 있 다. 통상 각도 θ는 4° 또는 8°이다. 또한, 바닥부(3b)는 각도 θ가 0°인 플랫인 면이어도 좋다. 캐필러리의 바닥부(3b)의 외주의 직경을 T로 하면, 캐필러리(3)의 바닥부(3b)의 챔퍼직경에서 외주까지의 수평방향의 길이는 (T-CD)÷2로 된다. 캐필러리(3)의 바닥부(3b)는 제 1 본딩점의 패드에 프리 에어 볼(36)을 압압하거나, 제 2 본딩점의 리드에 와이어(35)를 압압하는 것이고, 본 발명에서는 후술하는 제 1 본딩점의 볼 압착후의 압착 볼의 측면을 압압하는 제 1 압압공정, 제 1 압압공정 후의 와이어 인출부의 형성을 실행하는 제 2 압압공정에도 사용한다. 또한, 도 3에 나타내는 2점 쇄선은 프리 에어 볼(36)을 압압하여, 캐필러리(3) 내부 및 바닥부(3b)에 형성되는 압착 볼의 상태를 나타내는 것이다.
[와이어 인출부의 형성]
다음에, 상기 캐필러리를 제어하여 저루프를 형성하는 와이어 본딩 방법에 대해 설명한다. 또한, 도 5 내지 도 7에 나타내는 화살표는 캐필러리의 이동방향을 나타내는 것이다. 도 4, 도 5의 (a) 및 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 최초로, 와이어(35)를 클램프하는 클램퍼(4)(도 2에 나타냄)는 열림상태이고, 캐필러리(3)가 제 1 본딩점인 패드(31)의 위쪽으로부터 하강하여 와이어(35) 선단에 형성된 프리 에어 볼(36)(도 2에 나타냄)을 제 1 본딩점인 패드(31)의 A점에 본딩한다. 이 때, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3) 선단의 프리 에어 볼(36)은 캐필러리(3)의 바닥부(3b)에 의해 패드에 압압되어 변형되고, 캐필러리(3)의 챔퍼면(3a)이 이루는 원추대의 형상의 공간내에 충전된다. 캐필러리(3)에 의해 압압된 프리 에어 볼을 압착 볼(37)로 칭한다. 또, 캐필러리(3)의 내부에는 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 압착 볼(37)의 상부에 위치하는 네크부(42)가 존재하고, 네크부(42)는 압착 볼(37) 상부에 위치하고 있다. 또한, 캐필러리(3)의 챔퍼면(3a)이 이루는 공간은 전술한 바와 같이, 원추대에 한정한 것은 아니고, 원주의 형상의 공간이라도 좋으며, 챔퍼면(3a)의 형상에 의존한 공간으로 된다.
다음에, 도 4, 도 5의 (b) 및 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 클램퍼(4)는 열림상태에서 캐필러리(3)의 선단을 B점까지 수직으로 상승시킨다. 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 점으로 나타내는 B점까지 상승하는 것에 의해, 캐필러리(3)의 챔퍼면(3a)이 압착 볼(37)의 원추대의 형상의 상부의 측면에 위치한다. 이 B점의 위치 제어는 제어장치(17)의 지령에 의해서 본딩헤드(6)가 Z축 방향에 대해 구동 제어가 이루어져 있지만, XY방향으로의 구동 제어는 제어장치(17)에 의해서 XY 테이블(12)을 구동 제어하여 실행된다. 이하, 이와 같은 구동 제어를 전제로 해서 설명한다. 또, 압착 볼(37)의 형상은 원추대에 한정되는 것은 아니고, 캐필러리(3)의 챔퍼면(3a)의 형상에 의존하기 때문에, 다른 압착 볼(37)의 형상인 경우에도 적용 가능하다.
다음에, 도 4, 도 5의 (c) 및 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 전술한 B점의 위치로부터 캐필러리(3)를 제 2 본딩점인 K점측의 C점까지 하강 이동시킨다. 이 때, 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)의 챔퍼면(3a) 및 바닥부(3b)는 점으로 나타내는 B점으로부터 네크부(42)를 포함하는 원추대의 형상을 이루는 압착 볼(37) 상부의 측면을 비스듬히 압압하면서 제 2 본딩점측의 점으로 나타내는 C점으로 하강 이동한다. 또한, 압착 볼(37) 상부의 측면은 압착 볼(37)의 원추대의 측 면 및 압착 볼(37)의 원추대의 상부에서 네크부(42)까지의 원주형상으로 형성된 부분의 측면, 또는 압착 볼(37)의 원추대의 측면 혹은 압착 볼(37)의 원추대의 상부에서 네크부(42)까지의 원주형상으로 형성된 부분의 측면을 말한다. 하강이동에 의해, 제 2 본딩점측과 반대측의 캐필러리(3)의 바닥부(3b)가 압착 볼(37) 상부에 위치한다. 캐필러리(3)가 A점에서 C점으로 이동하는 단계를 제 1 압압공정이라 한다.
제 1 압압공정에 의해서, 압착 볼(37)의 두정부(38)(도 6의 (c), 도 7의 (d)에 도시)의 제 2 본딩점측에 압착 볼(37)의 네크부(42)를 갖는 팽창돌출부(41)가 형성된다. 이것에 의해, 압착 볼(37)의 중앙에 위치하고 있던 네크부(42)는 제 1 압압공정에 의해, 압착 볼(37)의 두정부(38)의 제 2 본딩점측에 위치하게 된다. 또, 제 1 본딩점의 압착 볼(37)의 두정부(38)의 제 2 본딩점과는 반대측에 제 2 본딩점을 향해 완만한 기울기를 갖는 평탄부(40)가 형성된다. 또한, 캐필러리(3)의 바닥부(3b)가 플랫의 형상을 갖는 경우에는 압착 볼(37)의 두정부(38)의 평탄부(40)는 수평으로 형성된다. 또, 도 6의 (c)에 나타내는 평탄부(40)의 단부의 부호 P는 이후의 설명에서 동일 개소를 명기하기 위해 붙인 것이다. 또한, 부호 P는 도 7, 도 9 및 도 10에 사용하고 있다.
또, 제 1 압압공정에서의 캐필러리(3)를 B점에서 C점으로 하강 이동시킬 때, 본딩 암(2)으로서의 초음파 혼(2)의 진동자를 여자하여 캐필러리에 진동을 부여하는 것도 가능하다. 캐필러리(3)를 진동시키는 것에 의해, 압착 볼(37)의 두정부(38)의 평탄부(40) 및 팽창돌출부(41)의 형성을 확실하게 실행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 4, 도 5의 (c) 및 도 6의 (c)에서 캐필러리(3)를 제 1 압압공정에 있어서의 B점의 위치에서 제 2 본딩점인 K점측의 C점까지 하강 이동시키고 있지만, 캐필러리(3)를 C점까지 수평이동하는 것도 가능하다. 즉, 도 4에 나타내는 B점의 높이를 도 4에 나타내는 C점의 높이와 동일하게 하여, 캐필러리(3)의 선단을 B점까지 수직으로 상승시켜, B점에서 C점까지 수평으로 이동시키도록 한다. 즉, 팽창돌출부(41)를 형성하는데 필요한 압압 하중이 인가되는 것이면 충분하다.
다음에, 도 4, 도 5의 (d) 및 도 6의 (d)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)의 선단을 C점에서 D점까지 상승시킨다. 이것에 의해 도 6의 (d)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)가 점으로 나타내는 C점에서 점으로 나타내는 D점까지 상승하는 것에 의해, 제 2 본딩점과 반대측의 캐필러리(3)의 챔퍼면(3a)이, 팽창돌출부(41)의 제 2 본딩점과 반대측의 네크부(42) 부근에 위치한다. 이 때, 도 6의 (d), 도 4에 나타내는 바와 같이, D점은 B점보다도 높은 위치로 되어 있다.
다음에, 도 4, 도 5의 (e) 및 도 6의 (f)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)를 제 2 본딩점인 K점측의 E점까지 하강 이동시킨다. 도 6의 (f)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)는 점으로 나타내는 D점에서 점으로 나타내는 E점으로 하강 이동한다. 또한, 도 6의 (e)는 캐필러리(3)가 도 6의 (d)에 나타내는 D점에서 도 6의 (f)에 나타내는 E점으로 이동할 때의 중간상태를 나타내는 도면이다. 이 때, 도 6의 (e)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)의 챔퍼면(3a)은 네크부(42)를 갖는 팽창돌출부(41)와 와이어(35)를 비스듬히 압압하면서 제 2 본딩점측으로 하강 이동한다. 또한, 캐필러리(3)가 C점에서 E점으로 이동하는 단계를 제 2 압압공정이라 한 다.
제 2 압압공정에 의해, 팽창돌출부(41)가 정형되어 압착 볼(37)의 두정부(38)로부터 수평으로 와이어(35)를 인출하기 위한 와이어 인출부(39)가 형성된다. 또, 팽창돌출부(41)의 네크부(42)로부터 수직으로 연장하고 있던 와이어(35)는 제 2 압압공정에 의해, 와이어 인출부(39)의 측면으로부터 나오게 되고, 네크부(42)는 와이어 인출부(39)의 제 2 본딩점측의 측면에 위치한다. 또, 와이어 인출부(39)의 네크부(42)의 단면적은 팽창돌출부(41)가 캐필러리(3)에 의해 압압되기 때문에, 와이어(35)의 단면적보다도 커진다. 이 때문에 네크부분에서의 필요한 강도를 유지할 수 있다.
또한, 제 2 압압공정에 있어서의 E점의 위치가 후술하는 목표로 하는 루프 높이로 되도록, 캐필러리(3)를 D점에서 E점으로 하강 이동하도록 한다.
또, 캐필러리(3)를 D점에서 E점으로 하강 이동시킬 때, 본딩 암(2)으로서의 초음파 혼(2)의 진동자를 여자하여, 캐필러리에 진동을 부여하는 것도 가능하다. 캐필러리(3)를 진동시키는 것에 의해, 와이어 인출부(39)의 형성을 확실하게 실행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 도 6의 (f)에 나타내는 와이어 인출부(39)의 단부의 부호 Q는 이후의 설명에서 동일 개소를 명기하기 위해 붙인 것이다. 부호 Q는 도 7, 도 9 및 도 10에 사용하고 있다.
[루프 형성 동작]
다음에 도 4, 도 5의 (f) 및 도 6의 (g)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)는 제 2 본딩점측에 경사 방향으로 이동하면서 F점까지 상승한다. 도 6의 (g)에 나 타내는 바와 같이, 캐필러리(3)가 제 2 본딩점으로 이동하면서 F점까지 상승하여, 와이어 인출부(39)로부터의 와이어가 직선형상으로 되도록 캐필러리(3)로부터 와이어(35)를 풀어내게 한다.
그리고, 도 4, 도 5의 (g) 및 도 6의 (h)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)는 G점까지 수직방향으로 상승한다. 다음에, 도 4, 도 5의 (h) 및 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)는 G점에서 제 2 본딩점과는 반대측으로 수평 이동하여 리버스동작을 실행하고 H점까지 이동한다. 리버스동작에 의해 와이어(35)에 구부림흔적(35a)(도 5의 (k) 및 도 7의 (d)에 도시), 즉 H점이 형성된다. 도 4에 나타내는 구부림흔적(35a)으로 되는 H점까지 이동한 후에, 도 4, 도 5의 (i) 및 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 수직방향으로 I점까지 상승한다. I점까지 상승한 후, 도 4, 도 5의 (j) 및 도 7의 (c)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)는 제 2 본딩점측에 원호를 그리도록 j점을 통과하여 하강한다. 그리고, 도 4, 도 5의 (k) 및 도 7(d)에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(3)는 제 2 본딩점인 K점에 접지한 후, 와이어(35)를 제 2 본딩점의 리드(33)에 접합한다. 이것에 의해, 도 5의 (k)에 나타내는 바와 같이, 제 1 본딩점과 제 2 본딩점 사이에 와이어 루프가 형성된다.
제 2 본딩점의 리드(33)에 접합한 후에, 캐필러리(3)의 선단으로부터 와이어(35)를 풀어내기 위해 상승하고, 소정의 위치에서 클램퍼(4)를 닫고, 와이어(35)를 제 2 본딩점으로부터 떼어내고, 그 후, 방전전극(5)(도 2에 나타냄)에 고전압을 인가하여 와이어(35)의 선단에 다음의 프리 에어 볼(36)을 형성하도록 한다.
또한, G점에서 H점까지의 리버스동작은 캐필러리를 수평이동한 것이지만, 다 른 리버스동작의 형태로서는 비스듬히 직선적으로 하강이동, 비스듬히 원호형상으로 하강이동, 비스듬히 직선적으로 상승이동 또는 비스듬히 원호형상으로 상승이동이 가능하다. 비스듬히 직선적으로 하강이동 또는 비스듬히 원호형상으로 하강이동하는 것에 의해 와이어(35)의 흔적이 절곡된 바와 같이 되고, 비스듬히 직선적으로 상승이동 또는 비스듬히 원호형상으로 상승이동하는 것에 의해 와이어(35)의 구부림 흔적이 곡선적으로 형성된다. 또한, 루프 형성에 있어서의 리버스동작은 상술한 각종 리버스동작으로부터 루프 형상에 최적인 것을 선택하도록 한다. 또, 리버스동작은 F점에서 H점까지의 사이에서 전술한 각종 리버스동작을 조합하여 n회(n=1, 2…) 반복할 수 있다. 예를 들면, 제 1 본딩점과 제 2 본딩점의 거리가 떨어져 있는 경우에는 와이어길이가 길어지고, 저루프에서는 와이어의 처짐이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에 리버스동작을 적절히 실행하는 것에 의해, 와이어의 처짐의 발생을 방지할 수 있다. 또, 반도체 칩, 특히 IC칩에서는 제 1 본딩점으로부터 와이어를 수평으로 유지하는 길이가 와이어마다 다른 경우가 있고, 각 와이어의 루프형상에 맞추어 리버스동작의 종류, 리버스동작을 실행하는 개소, 리버스동작을 실행하는 횟수를 설정하도록 한다.
또, 도 4에 나타내는 I점에서 제 2 본딩점인 K점까지의 캐필러리의 하강이동 동작은 원호동작 이외의 다른 동작에서도 가능하다. 예를 들면, 캐필러리를 직선, 베제곡선, 스플라인곡선 또는 2단 원호의 궤적을 따라 하강이동 동작하도록 해도 좋다. 또, 상기 동작을 조합해서 사용하는 것도 가능하다.
이상 기술한 도 4에 나타내는 A점에서 K점까지의 동작에 의해, 도 5의 (k) 및 도 7의 (d)에 나타내는 저루프의 와이어형상을 형성할 수 있다. 도 7의 (d)에 나타내는 바와 같이, 제 1 본딩점의 압착 볼(37)의 두정부(38)에 형성된 와이어 인출부(39)로부터 와이어(35)가 직선적으로 인출되어, 피본딩부품인 반도체칩(30)과 와이어(35)가 수평상태가 되도록 형성되어 있다.
이와 같이, 본 발명은 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 네크부(42)를 포함하는 압착 볼(37)의 상부의 측면을 비스듬히 압압하여, 압착 볼(37)의 두정부(38)의 제 2 본딩점측에 압착 볼(37)의 네크부(42)를 갖는 팽창돌출부(41)를 형성하고, 또한 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 네크부(42)를 갖는 팽창돌출부(41)를 압압하여 압착 볼(37)의 두정부(38)로부터 수평으로 와이어를 인출하기 위한 와이어 인출부(39)를 형성한다. 이 때문에, 본 발명은 종래와 같이 제 1 본딩점에 볼을 압착한 후에 리버스동작 등을 실행하여, 와이어를 절곡해서 재차 제 1 본딩점으로 와이어를 밀어붙여 와이어 되꺾음부를 설치할 필요가 없기 때문에, 제 1 본딩점에서의 압착 볼의 높이를 낮게 하는 것이 가능하다.
[캐필러리의 이동량]
다음에, 도 4에 나타내는 제 1 본딩점인 A점에서의 볼 압착 후의 B점에서 E점까지의 캐필러리의 상승량, 하강량 및 수평의 각 이동량에 대해 설명한다. 또한, 캐필러리의 이동은 X, Y, Z축의 3차원의 공간의 위치로부터의 이동량을 지정하여 실행하도록 한다. 도 4에 나타내는 바와 같이, A점에서 B점까지의 캐필러리의 상승량을 Z1, B점에서 C점까지의 캐필러리의 하강량을 Z2, C점에서 D점까지의 캐필러리 의 상승량을 Z3, D점에서 E점까지의 캐필러리의 하강량을 Z4로 하고, 또 B점에서 C점까지의 캐필러리의 XY 이동량을 L1, C점에서 E점까지의 캐필러리의 XY 이동량을 L2로 한다. 단, 목표로 하는 루프높이는 와이어직경의 2배 이하로 한다. 또한, 이하의 설명에서는 B점에서 E점까지의 위치는 캐필러리가 제 1 본딩점에서 압착 볼을 형성한 위치를 기준으로 한다.
예를 들면, 와이어직경을 25㎛, 압착직경을 60㎛, 압착두께를 10㎛, 목표로 하는 루프높이(이후를 목표 루프높이로 함)를 와이어직경의 2배 이하의 루프높이를 만족시키는 40㎛로 한 경우에 대해 설명한다. 압착두께는 볼 압착시의 볼 주변에 형성되는 플랜지형상의 두께이고, 볼 접합시의 패드 표면으로부터 캐필러리(3)의 바닥부(3b)와의 거리로 나타나는 것이다. 또한, 상기의 압착두께, 압착직경의 데이터는 본딩에 의해 얻어지는 실제의 압착두께, 압착직경에 대한 목표로 하는 값(원하는 값)이며, 목표로 하는 압착두께, 압착직경으로 되도록, 사전에 볼이 형성되는 프리 에어 볼(36)(도 2에 도시)의 크기, 제 1 본딩점의 본딩에 있어서의 초음파 혼(2)의 진동자에 인가하는 초음파 파워 및 인가시간, 본딩헤드(6)의 리니어 모터에 의한 하중의 크기 및 하중의 인가시간 등을 사전에 설정해 두도록 한다.
최초로, 캐필러리의 B점에서 제 2 본딩점측의 C점으로의 이동에 있어서의 XY 이동량 L1을 정한다. 이 XY의 이동은 압착 볼(37)의 두정부(38)의 제 2 본딩점측에 압착 볼(37)의 네크부(42)를 갖는 팽창돌출부(41)를 형성하고, 또, 제 1 본딩점의 압착 볼(37)의 두정부(38)의 제 2 본딩점과는 반대측에 제 2 본딩점을 향해 완만한 기울기를 갖는 평탄부(40)를 형성하기 위한 것이다. 이 때문에 XY 이동량 L1을 이 들을 형성하는데 필요한 이동량으로 되도록 한다. 예를 들면, XY 이동량 L1을 압착직경 60㎛의 약 절반에 상당하는 양인 30㎛로 한다.
또, 캐필러리의 상승, 하강의 이동량은
(Z1-Z2)+(Z3-Z4)+압착두께=목표 루프높이…(1)
(1)식을 만족시키도록 제어한다.
캐필러리의 상승량 Z1, 하강량 Z2에 대해서는 도 4에 나타내는 C점에서의 높이(Z1-Z2)가 목표 루프높이의 약 절반으로 해서 20㎛로 되도록 한다. 이것에 의해, 상승량 Z1은 40㎛, 하강량 Z2는 20㎛로 한다. 또한, B점에서 C점으로의 이동은 하강 및 XY의 이동을 동시에 실행하고, 또, 캐필러리가 직선적으로 이동하도록 제어한다. 또, B점에서 C점의 이동은 캐필러리의 수평의 XY 이동량 L1에 대한 캐필러리의 하강량 Z2의 비율이 1이하로 되도록 한다.
이것에 의해, 캐필러리가 B점으로부터 하강하면서 제 2 본딩점측의 C점으로 이동하는 각도 θ1(도 4에 나타냄)은 45° 이하로 되도록 한다. 하강량 Z2는 20㎛, XY 이동량 L1을 30㎛로 하면, 각도 θ1은 약 34°로 된다.
다음에, XY 이동량 L2는 60㎛의 3분의 2(약 0.67)에 상당하는 양인 40㎛로 한다. Z축 상승량 Z3, 하강량 Z4에 대해서는 도 4에 나타내는 E점에서의 높이가 목표 루프높이의 40㎛로 되도록 제어한다. 또, D점에서 E점으로의 이동은 캐필러리의 수평의 XY 이동량 L2에 대한 캐필러리의 하강량 Z4의 비율이 1이상으로 되도록 한다. XY 이동량 L2는 와이어를 캐필러리(3)의 바닥부(3b)에 의해 수평으로 정형하기 위한 것이며, 정형에 필요한 길이를 확보하도록 한다.
이것에 의해, 캐필러리가 D점으로부터 하강하면서 제 2 본딩점측의 E점으로 이동하는 각도 θ2(도 4에 나타냄)는 45° 이상으로 된다. 즉, (1)식으로부터, 압착두께를 10㎛로 하고, (Z1-Z2)가 20㎛, 목표 루프높이가 40㎛이기 때문에, (Z3-Z4)는 10㎛로 된다. 또한, D점에서 E점으로의 이동은 하강 및 XY의 이동을 동시에 실행하고, 또, 캐필러리가 직선적으로 이동하도록 제어한다. 이것에 의해, D점에서 E점으로의 각도 θ2를 45°로 하면 하강량 Z4는 40㎛로 되고, 상승량 Z3은 50㎛로 된다.
또, 캐필러리의 XY 이동량 L2는 와이어를 캐필러리의 바닥부(3b)에 의해 정형하기 위해, 캐필러리의 바닥부(3b)의 외주로부터 챔퍼직경까지의 길이에 상당하는 양으로 해도 좋다. 예를 들면, 캐필러리의 바닥부(3b)의 외주의 직경(도 3에 나타내는 T의 치수)이 152㎛, 챔퍼직경 CD를 64㎛로 하면, 캐필러리의 바닥부(3b)의 길이는 44㎛이며, XY 이동량 L2를 44㎛로 한다. XY 이동량 L2를 44㎛로 하면, D점에서 E점으로의 각도 θ2를 45°로 하면 하강량 Z4는 44㎛로 되고, 상승량 Z3은 54㎛로 된다.
또, 캐필러리의 XY 이동량 L1 및 L2를 압착직경으로부터 규정했지만, 캐필러리의 원추대의 형상의 공간을 형성하는 챔퍼면(3a)의 치수, 형상으로부터 규정하도록 해도 좋다. 또한, 이상의 설명에서 캐필러리의 상승량, 하강량 및 XY 이동량을 압착직경 또는 캐필러리의 치수를 이용했지만, 본딩에서 사용하는 와이어직경에 의해 규정하는 것도 가능하다.
[캐필러리의 이동량의 범위]
상술한 캐필러리의 상승량 Z1, Z3, 하강량 Z2, Z4 및 XY 이동량 L1, L2의 각 양에 대해, 대표적인 값(대표값)에 대해 설명했지만, 이들 각 양에 대해 범위를 마련할 수 있다. 허용되는 범위는 각각 상술한 값의 ±30%이다. 예를 들면, 캐필러리의 B점에서 제 2 본딩점측의 C점으로의 이동에 있어서의 XY 이동량 L1은 압착직경 60㎛의 절반(0.5)에 상당하는 양인 30㎛이고, XY 이동량 L1의 범위는 30㎛±30%이며 21∼39㎛이다. 또, 도 4에 나타내는 C점에서의 높이(Z1-Z2)는 목표 루프높이(40㎛로 함)의 0.5로서 20㎛이고, C점에서의 높이(Z1-Z2)의 범위는 20㎛±30%이고 14∼26㎛이다. 또, 상승량 Z1의 대표값은 40㎛이며, 상승량 Z1의 범위는 28∼52㎛이다. 하강량 Z2의 대표값은 20㎛이고, 하강량 Z2의 범위는 14∼26㎛이다. 또, B점에서 C점으로의 각도 θ1의 범위는 20°∼44°로 된다.
또, 캐필러리의 D점에서 E점으로의 이동에 관해서는 다음과 같이 된다. XY 이동량 L2의 대표값은 40㎛이고, XY 이동량 L2의 범위는 28∼52㎛이다. (Z3-Z4)의 대표값은 10㎛이고, (Z3-Z4)의 범위는 7∼13㎛이다. 또, 상승량 Z3의 대표값은 50㎛이고, 상승량 Z3의 범위는 35∼65㎛이다. 또, 하강량 Z4의 대표값은 40㎛이고, 하강량 Z4의 범위는 28∼52㎛이다. 또, D점에서 E점으로의 각도 θ2의 범위는 45°∼62°로 된다.
또한, 저루프의 형성에서는 원하는 볼 압착직경, 목표 루프의 높이, 와이어직경의 사이즈에 따라 캐필러리의 상승량 Z1, Z3, 하강량 Z2, Z4 및 XY 이동량 L1, L2의 각 양을 가변하도록 한다. 예를 들면, 원하는 볼 압착직경이 크면, L1, L2의 XY 이동량은 크게 하고, 원하는 볼 압착직경이 작으면 L1, L2의 XY 이동량을 작게 하도록 한다. 또, 목표 루프높이가 높으면 C점 및 D점의 적어도 1개의 점의 위치를 높게 하도록 하고, 목표 루프높이가 낮으면 C점 및 D점의 적어도 1개의 점의 위치를 낮게 하도록 한다.
또, 와이어직경이 가늘면 무리하게 와이어를 구부릴 필요가 없기 때문에 E점의 위치를 높게 하고, L2의 XY 이동량은 작게 하도록 한다. 또, 와이어직경이 굵으면 와이어 구부림을 강하게 하기 위해 E점의 위치를 낮게 하고, L2의 XY 이동량은 크게 하도록 한다. 또한, 상술한 Z축 상승량, 하강량 및 XY 이동량은 적절히 변경 가능하다.
[장치에 의한 저루프의 형성 동작]
다음에, 와이어 본딩 장치(1)(도 1에 나타냄)에 의한 저루프의 형성 동작에 대해 도 1, 도 4를 참조하여 설명한다. 전술한 A점에서 B점까지의 캐필러리의 상승량을 Z1, B점에서 C점까지의 캐필러리의 하강량을 Z2, C점에서 D점까지의 캐필러리의 상승량을 Z3, D점에서 E점까지의 캐필러리의 하강량을 Z4로 하고, 또, B점에서 C점까지의 캐필러리의 XY 이동량을 L1, C점에서 E점까지의 캐필러리의 XY 이동량을 L2의 각 데이터는 사전에 조작패널(23)(도 1에 도시)에 표시되는 메뉴에 의거하여, 조작패널(23)의 수치 입력 키를 이용하여 입력하고, 제어장치(17)내의 마이크로컴퓨터의 기억장치에 기억해 둔다. 또한, 목표 루프높이, 와이어직경, 볼의 압착직경, 캐필러리의 강하각도(도 4에 나타내는 θ1, θ2) 등의 데이터를 입력하여, 이들 데이터를 이용하여 자동 연산하고, 산출하는 것도 가능하다. 또, 제 1 본딩점인 패드 및 제 2 본딩점인 리드의 XY 좌표값, 초음파 파워, 인가시간 등의 본딩 파라 미터, 그 밖에 본딩에 필요한 데이터는 사전에 설정해 두도록 한다.
최초로, 제어장치(17)는 본딩해야 할 제 1 본딩점인 패드 및 제 2 본딩점인 리드의 위치데이터인 XY 좌표값을 기억장치로부터 읽어내도록 한다. 제어장치(17)는 XY 테이블(12)을 제어하여 캐필러리(3)를 제 1 본딩점인 패드 바로 위로 이동하도록 한다. 제어장치(17)는 본딩 암(2)을 하강시켜, 캐필러리(3) 선단의 프리 에어 볼(36)을 제 1 본딩점인 A점의 패드에 압착하도록 한다. 이 때, 제어장치(17)는 초음파 발진기에 의해 사전에 설정한 초음파 파워, 인가시간에 초음파 혼(2)의 진동자를 구동하고, 또, 본딩헤드(6)에 의해 소정의 크기의 하중을 소정의 시간 캐필러리(3)에 인가하도록 한다. 이것에 의해, 목적으로 하는 압착직경, 압착두께를 갖는 압착 볼이 형성된다.
다음에, 압착 볼(37)을 형성한 후, 제어장치(17)는 본딩 암(2)을 구동하여 캐필러리(3)를 상승량 Z1에 의거하여 B점까지 상승하도록 제어한다. B점까지 상승한 후에 캐필러리(3)의 바닥부(3b)는 압착 볼(37)의 측면에 위치한다. 다음에, 제어장치(17)는 본딩 암(2) 및 XY 테이블(12)을 구동하여, 캐필러리(3)가 B점에서 제 2 본딩점측의 C점으로 하강하면서 이동하도록 제어한다. 이 때의 하강량은 Z2, XY 이동량은 L1이다. 이것에 의해, 캐필러리(3)의 챔퍼면(3a) 및 바닥부(3b)가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 네크부(42)를 포함하는 압착 볼(37)의 상부의 측면을 비스듬히 압압하고, 압착 볼(37)의 두정부(38)의 제 2 본딩점과 반대측의 영역에 경사면 또는 평면의 평탄부(40)가 형성되고, 압착 볼(37)의 두정부(38)의 제 2 본딩점측에 압착 볼(37)의 네크부(42)를 갖는 팽창돌출부(41)가 형성된다.
다음에, 제어장치(17)는 본딩 암(2)을 구동하여, 캐필러리(3)를 상승량 Z3에 의거하여 C점에서 D점까지 상승하도록 한다. D점까지 상승한 후에 캐필러리(3)의 바닥부(3b)는 팽창돌출부(41)의 네크부(42) 부근의 측면에 위치한다. 다음에, 제어장치(17)는 본딩 암(2) 및 XY 테이블(12)을 구동하여, 캐필러리(3)가 D점에서 제 2 본딩점측의 E점으로 하강하면서 이동하도록 제어한다. 이 때의 하강량은 Z4, XY 이동량은 L2이다. 이것에 의해, 압착 볼(37)의 팽창돌출부(41)가 정형되어, 두정부(38)의 제 2 본딩점측의 영역에 와이어 인출부(39)가 형성되고, 와이어 인출부(39)로부터 와이어가 수평방향이 되도록 정형된다.
다음에, 제어장치(17)는 본딩 암(2)을 구동하여, 캐필러리(3)가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 F점까지 상승하도록 제어한다. 캐필러리(3)가 제 2 본딩점으로 이동하면서 상승하는 것에 의해, 와이어 인출부(39)로부터의 와이어(35)의 직선성을 유지하도록 한다.
그리고, 제어장치(17)는 본딩 암(2)을 구동하여, 캐필러리(3)가 G점까지 수직방향으로 상승한다. 캐필러리(3)가 수직방향으로 상승한 후 제어장치(17)는 XY 테이블(12)을 구동하여, 캐필러리(3)가, 제 2 본딩점과는 반대측으로 수평이동하여 H점까지 이동하는 리버스동작의 제어를 실행한다. 리버스동작에 의해 와이어(35)에 절곡자국(35a)이 형성된다. 캐필러리(3)가 H점까지 이동한 후에, 제어장치(17)는 본딩 암(2)을 구동하여, 캐필러리(3)가 수직으로 I점까지 상승하도록 제어한다. 캐필러리(3)가 I점까지 상승한 후, 다음에, 제어장치(17)는 본딩 암(2) 및 XY 테이블(12)을 구동하여, 캐필러리(3)가 제 2 본딩점측에 원호를 그리도록 J점을 통과하 여 하강하면서, 제 2 본딩점인 K점에 접지하도록 제어한다. 캐필러리(3)가 제 2 본딩점에 접지한 후, 제어장치(17)는 초음파 발진기에 의해 사전에 설정한 초음파 파워, 인가시간에 진동자를 구동하고, 또, 본딩헤드(6)에 의해 소정의 크기의 하중을 소정의 시간 캐필러리(3)에 인가하여, 와이어(35)를 제 2 본딩점의 리드(33)에 접합하도록 한다. 제 2 본딩점의 리드(33)에 접합한 후에, 제어장치(17)는 본딩 암(2)을 구동하여, 캐필러리(3)의 선단으로부터 와이어(35)를 풀어내면서 캐필러리(3)를 상승시키고, 소정의 상승 위치에서 제어장치(17)는 클램퍼(4)를 닫고, 와이어(35)를 제 2 본딩점으로부터 떼어내고, 그 후, 방전전극(5)(도 2에 나타냄)에 고전압을 인가하여 와이어(35)의 선단에 프리 에어 볼(36)을 형성하도록 한다. 이하, 제어장치(17)는 상기 동작을 반복하여 소정의 와이어 수를 본딩하도록 한다.
[저루프 형성의 제어 프로그램]
다음에, 와이어 본딩 장치에 있어서의 제어장치내의 마이크로컴퓨터에 의한 저루프 형성을 실행하기 위한 제어 프로그램에 대해 도 1, 도 4 및 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 마이크로컴퓨터에 의한 저루프 형성에 있어서의 제어 프로그램의 흐름도를 나타내는 도면이다.
또한, 제 1 본딩점인 패드 및 제 2 본딩점인 리드의 XY 좌표값, 루프형성에 필요한 캐필러리(3)의 상승량 Z1, Z3, 하강량 Z2, Z4 및 XY 이동량 L1, L2, 초음파 파워, 인가시간 등의 본딩 파라미터, 그 밖의 본딩에 필요한 데이터는 사전에 설정해 두도록 한다.
최초로, 본딩해야 할 제 1 본딩점인 패드 및 제 2 본딩점인 리드의 XY 좌표 값을 읽어내도록 한다. XY 테이블(12)을 제어하여 캐필러리(3)가 제 1 본딩점인 패드 바로 위로 이동하도록 한다. 이동 후, 본딩 암(2)을 하강하도록 한다. 캐필러리(3) 선단의 프리 에어 볼(36)이 패드에 접지했을 때에, 초음파 발진기에 기동신호를 발하고, 초음파 혼의 진동자에 소정의 초음파 파워를 소정의 시간 인가하고, 또, 본딩헤드(6)의 리니어 모터에 소정의 하중을 소정의 시간 인가하도록 제어하여, 패드에 프리 에어 볼(36)을 압접하여 압착 볼(37)을 형성하도록 한다(스텝 S1). 다음에, 기억장치에 기억되어 있는 캐필러리(3)의 상승량 Z1을 읽어내어 본딩 암(2)을 Z1분만큼 상승하도록 하고, 캐필러리(3)를 B점까지 상승하도록 한다(스텝 S2).
다음에, 제어장치(17)내의 마이크로 컴퓨터의 기억장치에 기억되어 있는 하강량 Z2 및 XY 이동량 L1을 읽어내어, XY 이동량 L1이 제 1 본딩점의 XY위치의 좌표와 제 2 본딩점의 XY위치의 좌표를 연결하는 직선상에 위치하도록, X축의 이동량 및 Y축의 이동량을 결정한다. 그리고, 본딩 암(2)을 하강량 Z2에 의거하여 하강하도록 하고, 또, XY 이동량 L1에 상당하는 X축의 이동량 및 Y축의 이동량을 구동장치로 출력하여 캐필러리(3)를 B점에서 제 2 본딩점측의 C점으로 이동하도록 한다. 또한, 캐필러리(3)의 하강이동은 직선적으로 실행하도록 제어한다. 이것은 캐필러리(3)를 제 2 본딩점측의 C점으로 이동하면서 하강하여 네크부(42)를 포함하는 압착 볼(37)의 상부의 측면을 비스듬히 압압하고, 압착 볼(37)의 두정부(38)의 제 2 본딩점측에 압착 볼(37)의 네크부(42)를 갖는 팽창돌출부(41)를 형성하기 위함이다(스텝 S3).
다음에, 기억장치에 기억되어 있는 상승량 Z3을 읽어내어 본딩 암(2)을 Z3분만큼 상승하도록 해서, 캐필러리(3)를 C점에서 D점까지 상승하도록 한다(스텝 S4). 다음에, 기억장치에 기억되어 있는 하강량 Z4 및 XY 이동량 L2를 읽어내어, XY 이동량 L2가 제 1 본딩점의 XY위치의 좌표와 제 2 본딩점의 XY위치의 좌표를 연결하는 직선상에 위치하도록, X축의 이동량 및 Y축의 이동량을 결정한다. 그리고, 본딩 암(2)을 하강량 Z4에 의거하여 하강하도록 하고, XY 이동량 L2에 상당하는 X축의 이동량 및 Y축의 이동량을 구동장치에 출력하여 캐필러리(3)를 D점에서 제 2 본딩점측의 E점으로 이동하도록 한다. 또한, 캐필러리(3)의 하강이동은 직선적으로 실행하도록 제어한다. 이것은 캐필러리(3)가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 네크부(42)를 갖는 팽창돌출부(41)를 압압하고, 압착 볼(37)의 두정부(38)로부터 수평으로 와이어를 인출하기 위한 와이어 인출부(39)를 형성하기 위함이다(스텝 S5). 이상에 의해, 제 1 본딩점의 압착 볼의 두정부에는 와이어 인출부가 형성된다.
다음에, 제 1 본딩점에서 제 2 본딩점으로의 와이어 루프의 형성을 실행한다. 또한, E점 이후의 캐필러리(3)의 상승량, 하강량, XY 이동량은 제 1 본딩점과 제 2 본딩점 사이의 와이어길이, 루프의 플랫부분의 길이에 따라 결정되기 때문에, E점 이후의 동작은 캐필러리(3)의 이동의 형태에 대해 설명한다.
E점에서 F점까지의 XY 이동량은 제 1 본딩점의 XY위치의 좌표와 제 2 본딩점의 XY위치의 좌표를 연결하는 직선상에 위치하도록, X축의 이동량 및 Y축의 이동량을 결정한다. 그리고, 본딩 암(2)을 상승하도록 하고, F점까지의 XY 이동량에 상당 하는 X축의 이동량 및 Y축의 이동량을 구동장치(16)에 출력해서 XY 테이블(12)을 제어하고, 캐필러리(3)를 E점에서 제 2 본딩점측의 F점으로 이동, 상승시키도록 한다. 또한, 캐필러리(3)의 상승이동은 직선적으로 실행하도록 제어한다(스텝 S6).
다음에, 본딩 암(2)을 상승하도록 하여, 캐필러리(3)를 F점에서 제 2 본딩점측의 G점으로 상승시키도록 한다(스텝 S7).
다음에, G점에서 H점까지의 XY 이동량에 상당하는 X축의 이동량 및 Y축의 이동량을 구동장치에 출력하여 XY 테이블(12)을 제어하고, 캐필러리(3)를 G점에서 제 2 본딩점과는 반대측의 H점으로 이동해서 리버스동작을 실행한다(스텝 S8). 리버스동작 후, 캐필러리(3)가 H점에서 I점으로 상승하도록 본딩 암(2)을 상승시킨다(스텝 S9). 다음에, I점에서 제 2 본딩점인 K점까지 캐필러리(3)를 J점을 통과하여 원호 이동하도록, 본딩 암(2) 및 XY 테이블(12)을 제어한다(스텝 S10). 제 2 본딩점의 K점에 접지한 후, 초음파 발진기에 의해 사전에 설정한 초음파 파워, 인가시간에 진동자를 구동하고, 또, 본딩헤드(6)에 의해 소정의 크기의 하중을 소정의 시간 캐필러리(3)에 인가하여, 와이어(35)를 제 2 본딩점의 리드(33)에 접합하도록 한다(스텝 S11).
다음에, 본딩 암(2)을 상승시켜, 캐필러리(3)의 선단으로부터 와이어(35)를 풀어내면서 캐필러리(3)를 상승하도록 제어하고, 소정의 상승위치에서 클램퍼(4)를 닫고, 와이어(35)를 제 2 본딩점으로부터 떼어내고, 그 후, 방전전극(5)(도 2에 도시)에 고전압을 인가해서 와이어(35)의 선단에 프리 에어 볼(36)을 형성하도록 한다(스텝 S12). 이후, 스텝 S1로부터의 동작을 반복해서 소정의 와이어 수를 본딩하 도록 한다(스텝 S13).
이상 설명한, 저루프의 형성방법에 의해 형성한 제 1 본딩점에 있어서 압착 볼의 형상 및 와이어 인출부로부터의 와이어의 형상의 일예를 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 제 1 본딩점에서의 압착 볼 및 와이어 인출부의 형상의 일예를 나타내는 도면이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 제 1 본딩점에 있어서의 압착 볼(37)은 그 두정부(38)의 제 2 본딩점측과는 반대의 위치에 평탄부(40)를 갖고, 제 2 본딩점측에는 와이어 인출부(39)를 갖고 있다. 와이어 인출부(39)는 범프형상을 갖는 압착 볼(37)의 두정부(38)에 와이어(35)를 접합한 바와 같은 형상을 갖고 있다. 그러나, 와이어 인출부(39)는 압착 볼(37)과 일체로 형성되어 있는 것이고, 와이어(35)를 접합한 것이 아니기 때문에, 압착 볼(37)과 와이어 인출부(39)는 충분한 강도를 갖고 있다. 와이어 인출부(39)로부터는 제 2 본딩점측에 와이어(35)가 인출되어 있고, 피본딩부품의 표면과 수평을 이루도록 루프가 형성되어 있다.
[루프높이]
다음에, 본 발명에 의한 루프형성방법에 의해 형성한 루프형상에 있어서의 루프높이에 대해 도 10을 참조해서 설명한다. 도 10은 본 발명에 의한 저루프의 형상 및 루프높이를 설명하는 도면이며, 도 7의 (d)에 나타내는 IC칩(30)상의 제 1 본딩점인 패드(31)와 리드 프레임(32)의 제 2 본딩점인 리드(33)간의 저루프형성에서의, 제 1 본딩점 근방에 있어서의 압착 볼(37) 및 압착 볼(37)로부터의 와이어(35)의 상세를 나타낸 것이다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 압착 볼(37)은 그 두정부(38)의 제 2 본딩점측과 반대의 위치에 평탄부(40)를 갖고, 제 2 본딩점측에는 와이어 인출부(39)를 갖고 있다. 또한, 도 10에 나타내는 압착 볼(37)의 형성은 도 4에 나타내는 캐필러리(3)의 상승량 Z1, Z3, 하강량 Z2, Z4 및 XY 이동량 L1, L2를 상술한 제목 [캐필러리의 이동량]에서의 대표값으로 실행한다.
도 10에 나타내는 루프높이 LH2는 압착두께 T4와, 볼 표면(43)에서 와이어(35)의 하면까지의 갭 T5와, 와이어직경 T6의 합계한 값이다. 도 10에 나타내는 Q점은 와이어의 가장 높은 위치이며, 캐필러리가 도 4에 나타내는 E점으로 하강했을 때의 목표 루프높이인 40㎛에 상당하는 높이이다. 또, 도 10에 나타내는 압착두께 T4는 10㎛, 와이어직경 T6은 25㎛이며, 압착 표면과 와이어의 갭 길이 T5는 5㎛로 된다. 이 때문에, 루프높이 LH2는 목표 루프높이인 40㎛로 된다. 이와 같이, 본 발명에 의한 와이어 본딩 방법, 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 제어 프로그램에 의하면, 와이어직경의 2배 이하의 루프높이의 형성이 가능하게 된다.
[측정 결과]
이하에, 와이어직경 25㎛의 와이어를 이용하여, 상술한 저루프의 형성방법에 의거하여 실행한 본딩에서의 루프높이, 인장강도를 측정한 결과를 도 11에 나타낸다. 도 11은 와이어 수 10개에서의 루프높이, 인장강도를 측정한 결과를 나타내는 도면이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 와이어 수 10개에서의 루프높이의 평균값은 37.6㎛이고, 또, 루프높이의 최대값은 41.4㎛이기 때문에, 루프높이를 와이어직경 의 2배 이하로 한다는 목표를 충분히 달성하고 있다. 또, 인장강도(풀(pull) 강도)는 평균값이 4.8gf이며, 최소값이 4.2gf이다. 또, 와이어의 절단모드는 모든 와이어에서 B모드(네크부로부터의 절단)이기 때문에, 본 와이어 루프 형성 방법에 있어서 충분한 인장강도를 갖는 것을 확인하였다. 또, 도 11에는 기재하고 있지 않지만, 압착 볼에 수평방향으로 하중을 가하여 압착 볼과 패드의 접합이 붕괴되었을 때의 하중을 측정한 쉐어강도도 충분한 강도를 갖고, 또, 쉐어강도의 측정시의 압착 볼과 패드의 박리상태를 나타내는 박리모드도 모두 패드상에 금이 남아 있는 것을 확인하였다.
이상 설명한 바와 같이, 종래, 와이어직경의 2배 이하의 루프높이를 갖는 루프를 형성하는 것이 곤란했지만, 본 발명에 의하면, 제 1 본딩점 바로 위의 높이를 낮게 할 수 있기 때문에, 와이어직경의 2배 이하의 루프높이를 갖는 루프를 형성하는 것이 가능하게 된다.
또, 캐필러리(3)는 제 1 본딩점의 압착 볼의 측면을 제 2 본딩점측으로 하강하면서 압압하기 때문에, 압착 볼에 작용하는 수평방향의 힘이 약해지고, 패드와 압착 볼의 접합으로의 영향이 적기 때문에, 패드와 압착 볼의 접합강도를 유지할 수 있다.
또, 제 1 본딩점의 압착 볼과 와이어의 네크부분의 접합부분의 단면적이 증가하여, 와이어의 네크부분에서의 필요한 강도를 유지할 수 있다.
본 발명은 그 본질적 특성으로부터 이탈하는 일 없이 수많은 형식의 것으로 해 구체화할 수 있다. 따라서, 상술한 실시형태는 오로지 설명상의 것이며, 본 발 명을 제한하는 것이 아닌 것은 말할 필요도 없다.
도 1은 와이어 본딩 장치의 구성을 나타내는 블럭도.
도 2는 도 1에 나타내는 와이어 본딩 장치의 캐필러리, 클램퍼, 방전전극의 위치관계를 나타내는 설명도.
도 3은 캐필러리의 하부의 형상을 나타내는 단면도.
도 4는 루프 형성에 있어서의 캐필러리의 이동 궤적을 나타내는 도면.
도 5는 캐필러리의 이동 궤적에 의한 각 시점에서의 볼 압착 형상 및 와이어 형상을 나타내는 도면.
도 6은 도 5에 나타내는 (a)에서 (g)의 볼 압착 형상의 상세를 나타내는 일부 단면도를 포함하는 도면.
도 7은 도 5에 나타내는 (h)에서 (k)의 볼 압착 형상의 상세를 나타내는 일부 단면도를 포함하는 도면.
도 8은 마이크로컴퓨터에 의한 저루프 형성에 있어서의 제어 프로그램의 흐름도를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명에 의한 제 1 본딩점에서의 압착 볼 및 와이어 인출부의 형상의 일예를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명에 의한 저루프의 형상 및 루프높이를 설명하는 도면.
도 11은 루프높이, 인장강도를 측정한 결과를 나타내는 도면.
도 12는 종래의 저루프의 형상 및 루프높이를 설명하는 도면.
[부호의 설명]
1; 와이어 본딩 장치 2; 초음파 혼(본딩 암)
3; 캐필러리(본딩 툴) 3a; 챔퍼면
3b; 바닥부 3c; 홀
4; 클램퍼 5; 방전전극(토치 로드)
6; 본딩헤드 7; 위치검출센서
8; 카메라 9; 광학렌즈
12; XY 테이블 13; 히터부
16; 구동장치 17; 제어장치
22; 조작부(트랙 볼) 23; 조작패널
24; 모니터 30; 반도체 칩(IC칩)
31; 패드 32; 리드 프레임
33; 리드 35; 와이어
35a; 구부림 자국 36; 프리 에어 볼(FAB)
37, 51; 압착 볼 38; 두정부
39; 와이어 인출부 40; 평탄부
41; 팽창돌출부 42; 네크부
43; 볼 표면 50; 와이어 되꺾음부

Claims (20)

  1. 제 1 본딩점과 제 2 본딩점의 사이를 캐필러리에 의해 와이어로 접속하는 와이어 본딩 방법으로서,
    캐필러리 선단의 프리 에어 볼을 제 1 본딩점에 압착하여 압착볼을 형성하고,
    상기 압착볼의 형성 후에 상기 캐필러리가 상승하고, 상승 후에 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 상기 압착볼의 상부의 측면을 압압하여, 상기 압착볼의 두정부를 형성하는 제1 공정과,
    상기 제1 공정의 후에 상기 캐필러리가 소정 양을 상승한 후에 제2 본딩점 측에 이동하면서 하강하여 상기 와이어를 비스듬하게 압압하는 제2 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공정에서 형성된 상기 압착볼의 두정부는 제 2 본딩점측과 반대측의 부분이 평탄한 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공정에서 형성된 상기 압착볼의 두정부는 제 2 본딩점측에 팽창돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 팽창돌출부는 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 수평이동 또는 하강 하면서 상기 압착 볼의 상부의 측면을 상기 캐필러리의 챔퍼면 및 바닥부에 의해서 압압하여 형성하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 팽창돌출부의 형성은 상기 캐필러리에 초음파 진동을 인가하여 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 상기 압착 볼의 측면을 누르도록 하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 팽창돌출부의 형성으로, 상기 캐필러리의 수평의 이동량에 대한 상기 캐필러리의 하강량의 비율이 0에서 1이하의 범위로 되도록, 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 공정은, 상기 팽창돌출부를 형성한 후에 상기 캐필러리가 상승하고, 상승 후에 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 상기 팽창돌출부의 상부를 압압하여 상기 압착볼의 두정부로부터 수평방향으로 와이어를 인출하기 위한 와이어 인출부를 형성하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 와이어 인출부의 형성은 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 상기 팽창돌출부의 상부를 정형하고, 이동 중에 상기 캐필러리로부터 풀어내어진 와이어의 상면을 압압하도록 하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 와이어 인출부의 형성은 상기 캐필러리에 초음파 진동을 인가하여 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 실행하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 와이어 인출부의 형성으로, 상기 캐필러리의 수평의 이동량에 대한 상기 캐필러리의 하강량의 비율이 1이상으로 되도록, 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 팽창돌출부의 형성에 있어서의 상기 캐필러리의 상승량에서 하강량을 뺀 값과, 와이어 인출부의 형성에서의 상기 캐필러리의 상승량에서 하강량을 뺀 값과, 상기 압착볼의 형성에서의 볼 압착두께를 가산한 값이, 목표로 하는 루프높이 이하가 되도록 상기 캐필러리를 제어하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 와이어 인출부를 형성한 후에 상기 캐필러리가 제 2 본딩점측으로 이동하면서 상승하고, 상승 후에 상기 캐필러리가 제 2 본딩점과 반대측으로 이동하여 와이어에 컬링을 내는 리버스동작을 실행하고, 리버스동작 후에 상기 캐필러리가 제 2 본딩점으로 이동하여 와이어를 제 2 본딩점에 압착하여 접합하고, 와이어를 설치하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 압착볼의 두정부의 상기 와이어 인출부의 측면으로부터 와이어가 제 2 본딩점측으로 수평으로 연장하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 리버스동작은 상기 캐필러리를, 수평이동, 직선적으로 하강이동, 원호형상으로 하강이동, 직선적으로 상승이동, 원호형상으로 상승이동의 각 리버스동작으로부터 적어도 1이상의 리버스동작이 가능하고, 상기 리버스동작을 n회(n=1, 2…) 반복하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공정에서 형성된 상기 압착볼의 두정부의 제 2 본딩점 측에 또한 와이어 인출부를 설치한 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1 공정에서 형성된 상기 압착볼의 상기 두정부의 제 2 본딩점측과 반대측 부분이 평탄한 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
  17. 제 1 본딩점과 제 2 본딩점의 사이를 캐필러리에 의해 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치로서,
    상기 캐필러리를 XY 평면상에 소정의 위치에 위치결정하는 XY 위치결정수단과,
    상기 캐필러리를 상하로 이동하는 캐필러리 상하 이동수단을 갖고, 상기 제 1 본딩점 및 상기 제 2 본딩점에 본딩을 실행하는 본딩수단을 구비하고,
    상기 본딩수단에 의해 제 1 본딩점에 상기 캐필러리 선단의 볼을 상기 제 1 본딩점에 압착하여 압착볼을 형성하고,
    상기 압착볼의 형성 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단에 의해 캐필러리를 상승시키고, 상승 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단 및 상기 XY 위치결정수단에 의해 캐필러리를 제 2 본딩점측으로 이동하면서 상기 압착볼의 상부의 측면을 압압하여, 상기 압착볼의 두정부의 제 2 본딩점측에 팽창돌출부를 형성하며,
    상기 팽창돌출부 형성 후에, 상기 캐필러리가 소정 양을 상승한 후에 제2 본딩점 측에 이동하면서 하강하여 상기 와이어를 비스듬하게 압압하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 와이어를 비스듬하게 압압하는 중에, 상기 팽창돌출부 형성 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단에 의해 상기 캐필러리를 상승시키고, 상승 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단 및 상기 XY 위치결정수단에 의해 상기 캐필러리를 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 상기 팽창돌출부의 상부를 압압하여 상기 압착볼의 두정부로부터 수평으로 와이어를 인출하기 위한 와이어 인출부를 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  19. 캐필러리를 XY 평면 상의 소정의 위치에 위치결정하는 XY 위치결정수단과, 캐필러리를 상하로 이동하는 캐필러리 상하 이동수단과, 제 1 본딩점 및 제 2 본딩점에 본딩을 실행하는 본딩수단과, 상기 XY 위치결정수단 및 본딩수단을 제어하는 제어수단을 갖고, 제 1 본딩점과 제 2 본딩점의 사이를 캐필러리에 의해 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치의 와이어 본딩 제어 프로그램을 기록한 기록매체로서,
    상기 본딩수단에 의해 상기 캐필러리 선단의 볼을 상기 제 1 본딩점에 압착하여 압착볼을 형성하는 볼 압착 스텝과,
    상기 압착볼의 형성 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단에 의해 캐필러리를 상승시키고, 상승 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단 및 상기 XY 위치결정수단에 의해 상기 캐필러리를 제 2 본딩점측으로 이동하면서 상기 압착볼의 상부 측면을 압압하여, 상기 압착볼의 두정부의 제 2 본딩점측에 팽창돌출부를 형성하는 제 1의 압압스텝과,
    상기 제1의 압압 스텝의 후에 상기 캐필러리가 소정 양을 상승한 후에 제2 본딩점 측에 이동하면서 하강하여 상기 와이어를 비스듬하게 압압하는 제2의 압압 스텝을 실행하도록 구성된 와이어 본딩 제어 프로그램을 기록한 기록매체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제2의 압압 스텝에서, 상기 제 1의 압압 스텝 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단에 의해 상기 캐필러리를 상승시키고, 상승 후에 상기 캐필러리 상하 이동수단 및 상기 XY 위치결정수단에 의해 상기 캐필러리를 제 2 본딩점측으로 이동하면서 하강하여 상기 팽창돌출부의 상부를 압압하고 상기 압착볼의 두정부로부터 수평으로 와이어를 인출하기 위한 와이어 인출부를 형성하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 제어 프로그램을 기록한 기록매체.
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