KR101113847B1 - 전기과부하 피해 방지용 와이어본딩 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 칩의 본딩 패드와 리드간 와이어 본딩시 윈도우 클램프나 히터 블록과 같은 장비가 접지를 형성하여 와이어 본딩 장비로 큰 전류를 드레인하므로써, 정전기와 같은 펄스 전압에 의한 칩에 전기적 과부하(Electrical overstress)의 피해가 생기는 것을 방지하기 위하여, 모듈화된 서브스트레이트의 최종 입출력 단자와 전기적인 접지구조를 형성할 수 있는 돌출부가 형성되어 있는 히터블록 및/또는 윈도우 클램프를 구비하는 전기과부하 피해 방지용 와이어본딩 장치를 제공한다.

Description

전기과부하 피해 방지용 와이어본딩 장치{Wire bonder for preventing electrical over-stress damage}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 와이어 본딩 장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 써킷 패턴이 끊겨 있는 모듈 타입 PCB의 저면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분만을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 라인을 따라 절개한 히터블록의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 와이어 본딩 장치의 히터블록을 이용한 접지 구조를 개략적으로 도시하는 측면 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로서 와이어 본딩 장치의 윈도우 클램프를 이용한 접지 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 7은 도 6의 실시예에 따른 접지 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
1 와이어 클램프 1a 제1 돌출부
1b 제2 돌출부 1c, 11c 제3 돌출부
2 윈도우 3, 13 히터블록
3a 히터블록 돌출부 3b, 13b 흡기통로
5, 15 집적회로 칩 6, 16 서브스트레이트
6a, 16a 본딩 패드 6b, 16b 와이어
6c, 16c 리드 6d, 16d 최종입출력단자
9, 19 PSR(Photo solder resist)
본 발명은 칩과 서브스트레이트(substrate)간의 와이어 본딩 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 반도체 패키징의 방법으로서의 와이어 본딩시 단락에 의한 전기과부하 피해를 방지하는 구조를 지닌 와이어 본딩 장치에 관한 것이다.
가정용 전자 제품, 컴퓨터, IT 기기들의 급속한 발전과 더불어 반도체 패키징(Packaging)은 매년 큰 폭의 시장 수요 증대를 창출하고 있는 가운데 IT 기기들을 포함한 전자 제품들의 고성능화에 대한 시장의 요구로 인해 초소형, 고집적 구조의 다양한 반도체 패키징들이 개발 및 생산되어지고 있다. 특히, 이러한 반도체 패키징의 한 방법으로 와이어 본딩(Wire bonding) 공정이 있다.
와이어 본딩 공정은 반도체 패키지의 제조 공정 중 서브스트레이트에 반도체 칩이 탑재 및 접착된 후에 도전성 와이어로 서브스트레이트의 리드와 칩의 패드를 연결해주는 공정이다.
와이어 본딩 타입 반도체 패키지들은 동영상 전송 및 사진 촬영이 가능한 소형장치(예를 들면, 휴대전화, 노트북, PDA, 모니터 삽입용 CAM, 범퍼 장착용 자동 차 후면 감시 카메라, 도어 인터폰 등)용 카메라 모듈에 뿐만 아니라 와이어 본딩을 이용한 써킷(circuit) 연결 기술을 사용하는 전 범위에 적용될 수 있다.
종래의 기술에서는 리드 프레임(Lead frame), 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 이하 PCB) 및 연성 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board)과 같은 서브스트레이트 위에 형성된 본딩 리드(lead) 와 칩 패드간 도전성 와이어(예를 들면, Au wire)를 이용하여 전기적인 연결을 하기 위해서 서브스트레이트를 히터 블록의 진공과 윈도우 클램프의 클램핑 작용을 이용하여 고정시킨 후에 와이어를 열과 초음파 에너지를 이용하여 칩 패드와 본딩 리드를 선 연결시키는 방법을 사용하였다.
종래의 와이어 본딩용 서브스트레이트의 경우 모든 회로의 패턴이 묶여 있어서 와이어 본딩시 와이어 본딩 장비와 서브스트레이트 사이의 접지 구조를 형성하게 되어 단락으로 인한 전기 과부하(electrical over-stress, 이하 EOS) 피해에 대한 문제가 없었으나, 최근에는 서브스트레이트의 디자인이 단순 패키지 구조를 벗어나 모듈 타입으로 진화함에 따라 회로 패턴이 미리 끊어져 있는 구조를 가지게 되면서 반도체 칩에 정전기 등에 의한 순간적인 고전압 펄스가 인가되는 경우 칩 단락(chip short circuit)으로 인한 EOS 피해를 받는 문제점이 있었다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 모듈화된 서브스트레이트의 최종 입출력 단자와 전기적인 접지구조를 형성할 수 있는 돌출부가 형성되어 있는 윈도우 클램프 및 히터 블록을 구비하는 와이어 본딩 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적 및 그 밖의 여러 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체칩의 전극패드와 전기적으로 연결되는 단자들을 지니는 서브스트레이트를 아래쪽에서 지지하며, 상기 서브스트레이트를 가열시키는 히터 블록; 및 상기 서브스트레이트와 상기 반도체간의 와이어 본딩을 위한 작업부가 노출되도록 형성된 윈도우와 상기 서브스트레이트를 상기 히터 블록쪽으로 가압하기 위하여 아랫방향으로 돌출된 돌출부를 지니는 윈도우 클램프;를 구비하며, 상기 히터 블록은 적어도 상기 서브스트레이트의 최종 입출력단자와 전기적으로 접지되는 돌출부가 형성되어 있는 와이어본딩 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 반도체칩의 전극패드와 전기적으로 연결되는 단자들을 지니는 서브스트레이트(substrate)를 아래쪽에서 지지하며, 상기 서브스트레이트를 가열시키는 히터 블록; 및 상기 서브스트레이트와 상기 반도체간의 와이어 본딩을 위한 작업부가 노출되도록 형성된 윈도우와 상기 서브스트레이트를 상기 히터 블록쪽으로 가압하기 위하여 아랫방향으로 돌출된 돌출부를 지니는 윈도우 클램프;를 구비하며, 상기 윈도우 클램프의 돌출부는 적어도 상기 서브스트레이트의 최종 입출력단자와 전기적으로 접지되어 있는 와이어 본딩 장치를 제공한다.
여기서, 상기 히터 블록은 적어도 상기 서브스트레이트의 최종 입출력단자와 전기적으로 접지되는 돌출부를 구비하는 것일 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리킨다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 와이어 본딩 장치를 개략적으로 도시하는 사시도이다. 도1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 와이어 본딩 장치는 윈도우 클램프(1) 및 히터블록(3)을 구비한다.
윈도우 클램프(1)는 와이어 본딩의 대상이 되는 PCB(6) 위에 위치하며, PCB(6)는 히터블록(3) 위에 놓여 있다. 윈도우 클램프(1)의 중앙에는 와이어 본딩 작업을 하기 위한 윈도우가 형성되어 있으며, 윈도우의 둘레에는 하방으로 돌출된 클램프 돌출부가 형성되어 있다. 이 때 윈도우는 칩의 본딩 패드와 리드간의 와이어 본딩의 대상이 되는 수에 맞게 형성되어 있다.
이러한 상태에서 윈도우 클램프(1)의 양 날개부분을 가압수단(미도시)으로 가압하면 와이어 본딩 작업을 위해 PCB(6)가 히터블록(3)에 밀착되게 되어 안정한 와이어 본딩작업이 가능하게 된다. 또한 도전성 재료로 된 윈도우 클램프(1)의 하방 돌출부가 PCB(6)의 최종입출력 단자와 접지 구조를 형성하여 정전기와 같은 펄스전압 인가되더라도 와이어 본딩 장비로 전류가 흘러 빠져나가게 함으로써 칩이 단락되어 생기는 칩(5)의 잠재적 파괴가 일어나는 것을 막는다.
히터블록(3)은 흡기 통로(3b), 돌출부(3a) 및 가열수단(미도시)을 구비하고 있다. 흡기 통로(3b)로 흡기를 공급하여 진공을 형성하여 PCB(6)를 흡착하여 지지하고, 가열수단에 의하여 서브스트레이트에 열을 전달한다. 돌출부(3a)는 와이어 본딩될 대상 칩(5)의 수에 맞게 형성되어 있으며, 도전성 재료로 만들어져 있으므 로 최종 입출력단자부(6d)와 접지구조를 형성하여 정전기와 같은 펄스전압이 인가되더라도 전류가 히터블록(3)으로 흘러 빠져나가게 함으로써 칩(5)이 단락되어 생기는 칩(5)의 잠재적 파괴가 일어나는 것을 막는다.
도 2는 써킷 패턴이 끊겨 있는 모듈 타입 PCB(6)의 저면도이다.
종래에는 와이어 본딩용 서브스트레이트의 경우 모든 써킷(circuit)의 패턴이 묶여 있어 와이어 본딩시 장비와 서브스트레이트간의 접지구조를 형성하였으나, 최근에는 서브스트레이트의 디자인이 모듈 타입으로 진화함에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 패턴이 미리 끊어져 있는 구조를 가지는 경우가 있다.
도 3은 도 2의 A 부분만을 확대하여 도시한 도면으로 PCB(6)의 저면부이다. 서브스트레이트(6)의 중앙에 칩(5)이 안착되어 있고, 칩의 본딩 패드(6a)는 골드 와이어(6b)를 통하여 리드(6c)들과 전기적으로 연결이 되어 있다. 리드(6c)들은 서브스트레이트(6)의 최종 입출력단자(6d)(예를 들면, 파워 단자, 그라운드 단자, 데이터 핀 등)와 전기적으로 연결이 되어 있다.
따라서 도 2와 같이 패턴이 미리 끊어져 있는 구조에서는 그라운드가 따로 없어 칩(5)이 단락되어 있게 되므로, 와이어 본딩시 정전기와 같은 급작스런 펄스 전압이 인가되면 칩(5)에 고전류가 흐르게 되어 칩(5)의 잠재적 파괴를 발생시킬 수 있다.
도 4는 도 1의 Ⅳ-Ⅳ 라인을 따라 절개한 히터블록(3)의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 와이어 본딩 장치의 히터블록(3)을 이용한 접지 구조를 개략적으로 도시하는 측면 단면도이다. 도 1과 도 4를 참조하면, 본 발명에서의 돌출부(3a)는 와이어 본딩될 칩(5)과 서브스트레이트(6)에 정렬하여 히터블록(3)상에 행방향으로 3개, 열방향으로 4개가 형성되어 있다. 그러나, 본 발명의 보호범위는 이에 한정되지 아니하고, 와이어 본딩될 칩(5)의 수에 따라 달라질 수 있다.
도 5를 참조하면, 가열수단(미도시)과 흡기통로(3b)를 구비한 히터블록(3) 위에 서브스트레이트(6)가 놓여져 있고, 서브스트레이트(6)는 히터블록(3)의 진공압과 윈도우 클램프(1)에 의하여 가압되어 와이어 본딩이 용이하게 고정되어 있다.
여기서, PCB(6)의 회로 패턴은 PCB(6)의 저면에 형성되어 있고, 이 회로패턴에는 PSR(Photo solder resist, 이하 PSR)층(9)이 형성되어 있어 최종 입출력단자(6d)와 PSR층(9)이 도포된 서브스트레이트(6)간에는 PSR층(9)의 높이만큼의 차이(d)가 생기게 된다.
히터블록 돌출부(3a)의 높이는 PSR층(9)의 제작 공차를 고려하여 PSR층(9)의 일반적인 높이인 25㎛보다 약간 높은 30㎛ 정도로 설계하는 것이 바람직하다.
여기서, 서브스트레이트(6)의 최종 입출력단자(6d)가 아래쪽으로 노출되어 있다. 서브스트레이트의 저면(9)과 최종 입출력단자(6d)의 저면간에는 높이차(d)가 존재하므로 최종 입출력단자에 맞게 위치한 히터블록의 돌출부(3a)가 최종 입출력단자(6d)와 접지구조를 형성하여 갑작스런 펄스 전압이 인가되었을 때, 전류가 도전성의 히터블록(3)으로 흘러나감으로써 칩 쇼트가 일어나는 것을 방지한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로서 와이어 본딩 장치의 윈도우 클램프(11)를 이용한 접지 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이고, 도 7은 도 6의 실시예에 따 른 접지 구조를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도면을 참조하면, 바람직한 일 실시예로서 윈도우 클램프(11)는 3개의 돌출부(11a, 11b, 11c)를 가지고 있다. 제1 및 제2 돌출부(11a, 11b)는 칩의 왼쪽 상하 가장자리를 누르게 되고, 제3 돌출부(11c)는 칩의 최종 입출력단자(16d)들 전체와 접하면서 누를 수 있는 길이를 더 가지고 하향 돌출되도록 설계되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 서브스트레이트(16)의 최종 입출력단자(16d)가 위쪽으로 노출되어 있는 경우라면, 도전성인 윈도우 클램프(11)의 돌출부(11c)가 최종 입출력 단자(16d)와 접지를 형성하도록 함으로써, 갑작스런 펄스 전압의 인가로 인한 전기과부하에 의한 칩(15)의 잠재적 파괴를 방지할 수 있게 된다.
이 때, 히터블록(13)은 돌출부(13a)를 가지고 있지 않아도 된다.
위에서 설명한 바와 같이, 최종 입출력 단자와 접지를 형성하도록 하는 돌출부는 히터 블록 또는 윈도우 클램프중 어느 하나에 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 서브스트레이트에 형성된 회로 패턴의 형상에 따라 양쪽 모두에 형성될 수도 있을 것이다.
위에서는 와이어 본딩이 일어나는 서브스트레이트로서 PCB만을 예로 들었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 모듈별로 미리 회로 패턴이 끊어져 있는 리드 프레임이나 연성 인쇄회로기판에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 의하면, 모듈화된 서브스트레이트의 최종 입출력 단자와 전기적인 접지구조를 형성할 수 있는 돌출부가 형성되어 있는 히 터블록 및/또는 윈도우 클램프를 구비하고 있다.
따라서, 칩의 본딩 패드와 리드간 와이어 본딩시 정전기와 같은 펄스 전압의 인가가 있는 경우, 윈도우 클램프나 히터블록과 같은 장비가 접지를 형성하여 큰 전류를 드레인시킴으로써 칩에 전기적 과부하(Electrical overstress)의 피해가 생기는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 반도체 칩의 본딩 패드와 전기적으로 연결되는 단자들을 지니는 서브스트레이트(substrate)를 아래쪽에서 지지하며, 상기 서브스트레이트를 가열시키는 히터 블록; 및
    상기 서브스트레이트와 상기 반도체 칩간의 와이어 본딩을 위한 작업부가 노출되도록 형성된 윈도우와 상기 서브스트레이트를 상기 히터 블록쪽으로 가압하기 위하여 아랫방향으로 돌출된 돌출부를 지니는 윈도우 클램프;를 구비하며, 상기 히터 블록에는 적어도 상기 서브스트레이트의 입출력단자와 전기적으로 접지되는 돌출부가 형성되어 있는 와이어본딩 장치.
  2. 반도체 칩의 본딩 패드와 전기적으로 연결되는 단자들을 지니는 서브스트레이트(substrate)를 아래쪽에서 지지하며, 상기 서브스트레이트를 가열시키는 히터 블록; 및
    상기 서브스트레이트와 상기 반도체 칩간의 와이어 본딩을 위한 작업부가 노출되도록 형성된 윈도우와 상기 서브스트레이트를 상기 히터 블록쪽으로 가압하기 위하여 아랫방향으로 돌출된 돌출부를 지니는 윈도우 클램프;를 구비하며, 상기 윈도우 클램프의 돌출부는 적어도 상기 서브스트레이트의 입출력단자와 전기적으로 접지되어 있는 와이어 본딩 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 히터 블록은 적어도 상기 서브스트레이트의 입출력단자와 전기적으로 접지되는 돌출부를 구비하는 와이어 본딩 장치.
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