KR101133131B1 - 와이어본딩 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관한 와이어본딩 방법은 본딩장치가 현재 본딩지점의 준비위치로 이동하는 준비단계와, 현재 본딩지점이 첫 번째 본딩지점인 경우 이전 디바이스의 첫 번째 본딩지점의 본딩높이로부터 검색높이를 결정하는 단계와, 현재 본딩지점이 첫 번째 본딩지점이 아닌 경우 본딩장치의 현재 수평위치가 설정범위 이내인지를 확인하는 단계와, 설정범위 이내이면 인접하는 본딩지점들의 본딩높이로부터 검색높이를 결정하는 단계와, 설정범위를 벗어난 경우 이전 디바이스의 본딩지점의 본딩높이로부터 검색높이를 결정하는 단계와, 본딩장치가 검색높이까지 가감속 하강하는 단계와, 본딩장치가 본딩 수직위치를 검색하는 단계와, 본딩을 수행하고 본딩높이를 측정하여 저장하는 단계와, 본딩지점들의 본딩이 모두 완료되지 않은 경우 준비단계로 복귀하는 단계와, 본딩지점들의 본딩이 모두 완료된 경우 다음 디바이스의 본딩을 준비하는 단계를 포함한다.

Description

와이어본딩 방법 {Method of bonding wire}

도 1은 종래의 와이어본딩 방법에 있어서 와이어본딩 장치의 상하방향 위치 제어를 나타내는 그래프이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 와이어본딩 방법의 순서를 나타내는 순서도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

S10: 준비단계

S20,S30,S40,S50: 검색높이를 결정하는 단계

S60: 가감속 하강단계

S70: 본딩 수직위치 검색단계

S80: 본딩실시 및 본딩높이 저장단계

S90: 복귀단계

S100: 다음 디바이스의 본딩 준비단계

본 발명은 와이어본딩 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인접하는 본딩 지점들의 본딩높이 등을 기준으로 검색높이를 결정함으로써 본딩높이의 변화에 대한 대응이 가능한 와이어본딩 방법에 관한 것이다.

와이어본딩 공정은 반도체 칩의 입출력 단자(본딩패드)와 회로기판의 단자(리드프레임)를 금 또는 알루미늄 등의 금속 와이어로 연결하는 공정이다.

와이어본딩을 수행하는 와이어본딩 장치는 캐필러리를 구비한다. 와이어는 캐필러리에 의해 지지되며 공급된다. 와이어본딩 장치는 반도체 칩 또는 회로기판에 대해 캐필러리를 이동시키면서 와이어본딩을 수행한다. 캐필러리가 상하 방향으로 이동하여 본딩패드에 접촉하면 소정의 압력이 가해지고 와이어와 본딩패드에 초음파 또는 열이 인가되면서 본딩이 이루어진다.

최근 반도체 칩의 집적화에 수반하여 와이어본딩이 이루어지는 본딩지점이 증가함에 따라 와이어본딩 공정의 고속화가 요구되고 있다. 캐필러리가 반도체 칩 또는 회로기판에 대해 상승 또는 하강할 때의 속도는 와이어본딩 공정의 작업 시간을 결정하는 중요한 요인이다. 가능하다면 캐필러리의 하강속도를 빠르게 하여야 하지만, 캐필러리가 고속으로 하강하여 본딩 패드에 충돌하면 반도체 칩에 손상이 발생할 위험이 있다. 따라서 캐필러리의 하강속도를 단계적으로 변화시켜, 캐필러리가 본딩패드에 근접한 후에는 하강속도를 저속으로 제어하는 기술이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 와이어본딩 방법에 있어서 와이어본딩 장치의 상하방향 위치 제어를 나타내는 그래프이다.

와이어본딩 장치의 캐필러리는 본딩지점의 상측으로 이동한 후에, 하강하하 여 본딩을 수행한다. 본딩은 캐필러리가 본딩 수직위치에 다다른 이후에 수행된다. 캐필러리가 본딩 수직위치까지 하강하는 단계는 가감속 운동에 의해 검색높이까지 하강하는 단계와, 검색높이에서 본딩 수직위치까지 하강하는 단계의 두 가지로 나누어진다.

캐필러리는 빠른 속도로 가감속 운동을 하며 검색높이까지 이동한다. 검색높이에 다다른 캐필러리의 이동 속도는 느리게 변한다. 캐필러리는 검색높이부터 본딩 수직위치 사이에서 본딩패드(또는 리드프레임)의 위치를 검색하여야 하기 때문에 느린 속도로 움직인다. 본딩패드의 검색이 완료되면 캐필러리를 일정한 힘으로 가압하며 열 또는 초음파를 가하는 본딩이 수행된다.

일반적으로 검색높이까지 하강하는 단계에 소요되는 시간(t1)보다 검색높이에서 본딩 수직위치까지 하강하는 단계의 시간(t2-t1)이 오래 걸린다. 검색높이를 낮춘다면 검색높이에서 본딩 수직위치까지 하강하는데 걸리는 시간을 줄일 수 있다. 그러나 검색높이를 너무 낮추는 경우에는 본딩의 품질이 떨어질 수 있기 때문에 검색높이는 기판 위치를 검색하는데 필요한 최적의 검색높이보다 높게 설정되어야 한다.

검색높이는 티칭 본딩높이로부터 정해진다. 티칭 본딩높이는 캐필러리를 교환할 때 행해지는 티칭(teaching)에 의해 정해지는 높이이다. 그러나 티칭 본딩높이와 실제본딩높이 사이에는 수 μm에서 수십μm까지 차이가 발생한다.

실제본딩높이와 티칭 본딩높이 사이에 차이가 발생하는 이유로는 본딩공정이 계속 반복되는 동안 발생하는 (1) 캐필러리 끝단의 마모로 인한 변화, (2) 모터의 기구적?전기적 히스테리시스(hysteruesis)에 의한 높이의 변화, (3) 반도체 칩의 부착 높이와 각도의 변화, (4) 부품의 열팽창으로 인한 높이 변화 등을 들 수 있다.

티칭 본딩높이가 실제본딩높이보다 크면, 시간당 생산능력(UPH; unit per hour)이 저하되는 문제가 있었다. 티칭 본딩높이가 실제본딩높이보다 작으면, 본딩 단계에서 터칭(touching)이 부적절하게 이루어져 볼 쉐이프(ball shape) 불량 등이 발생하여 본딩 품질이 저하되는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 본딩높이의 변화에 대한 대응이 가능하여 균일한 본딩 품질을 확보할 수 있음과 아울러 본딩공정의 소요시간을 단축시킬 수 있는 와이어본딩 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 본딩높이의 변화에 대응할 수 있는 와이어본딩 방법을 제공한다.

본 발명에 관한 와이어본딩 방법은 본딩장치가 본딩을 실시하고자 하는 현재 본딩지점의 준비위치로 이동하는 준비단계와, 현재 본딩지점이 디바이스의 다수 본딩지점들 가운데 첫 번째 본딩지점에 해당하는 경우 본딩이 완료된 이전 디바이스의 첫 번째 본딩지점의 본딩높이를 이용하여 검색높이를 결정하는 단계와, 현재 본딩지점이 첫 번째 본딩지점이 아닌 경우 본딩장치의 현재 수평위치가 설정범위 이내인지의 여부를 확인하는 단계와, 현재 수평위치가 설정범위 이내이면 인접하는 본딩지점들의 본딩높이로부터 검색높이를 결정하는 단계와, 현재 수평위치가 설정 범위를 벗어난 경우 현재 본딩지점에 대응하는 이전 디바이스의 본딩지점의 본딩높이로부터 검색높이를 결정하는 단계와, 본딩장치가 검색높이까지 가감속 하강하는 단계와, 본딩장치가 검색높이로부터 저속으로 하강하며 본딩 수직위치를 검색하는 단계와, 본딩 수직위치에서 본딩을 수행하고 본딩높이를 측정하여 저장하는 단계와, 디바이스의 본딩지점들의 본딩이 모두 완료되지 않은 경우 준비단계로 복귀하는 단계와, 디바이스의 본딩지점들의 본딩이 모두 완료된 경우 다음 디바이스의 본딩을 준비하는 단계를 포함한다.

현재 수평위치가 설정범위 이내인지의 여부를 확인하는 단계는 현재 본딩지점과 인접하는 본딩지점 사이의 거리가 소정거리 이내인지를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.

인접하는 본딩지점들로부터 검색높이를 결정하는 단계는 인접하는 본딩지점들의 본딩높이 평균값으로부터 검색높이를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

여기에서 평균값은 산술평균에 의해 구할 수 있다.

이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 본 발명에 관한 와이어본딩 방법을 보다 구체적으로 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 관한 와이어본딩 방법의 순서를 나타내는 순서도이다.

도 2에 나타난 실시예에 관한 와이어본딩 방법은, 본딩장치가 준비위치로 이동하는 준비단계(S10)와, 검색높이를 결정하는 단계(S20,S30,S40,S50)와, 검색높이까지 가감속 하강하는 단계(S60)와, 본딩 수직위치를 검색하는 단계(S70)와, 본딩 을 실시하며 본딩높이를 저장하는 단계(S80)와, 본딩이 모두 완료되지 않은 경우 준비단계(S10)로 복귀하는 단계(S90)와, 본딩이 모두 완료된 경우 다음 디바이스의 본딩을 준비하는 단계(S100)를 포함한다.

검색높이를 결정하는 단계는, 현재 본딩지점이 첫 번째 본딩지점인 경우 이전 디바이스의 본딩높이를 이용하여 검색높이를 결정하는 단계(S20)와, 첫 번째 본딩지점이 아닌 경우 현재 수평위치가 설정범위 이내인지를 확인하는 단계(S30)와, 설정범위 이내이면 인접 본딩지점들의 본딩높이로부터 검색높이를 결정하는 단계(S40)와, 설정범위를 벗어난 경우 이전 디바이스의 본딩지점의 본딩높이로부터 검색높이를 결정하는 단계(S50)를 포함한다.

본딩장치는 디바이스(반도체 칩)의 다수의 본딩지점을 따라 순차로 이동하면서 와이어본딩을 수행한다. 하나의 디바이스의 모든 본딩지점에 대한 와이어본딩이 완료되면, 본딩장치는 다음 디바이스에 대한 본딩을 수행한다. 여기에서 본딩장치는 와이어를 지지하는 캐필러리와, 캐필러리를 상하방향 및 수평방향으로 이동시키는 기구를 포함하는 장치를 의미한다.

하나의 본딩지점에서의 와이어본딩은 본딩장치가 반도체 칩의 본딩패드 또는 회로 기판의 리드프레임의 상측으로 이동한 후 하강하여 본딩을 수행하는 일련의 단계로 이루어진다.

준비단계(S10)는 본딩장치가 현재 본딩지점의 준비위치로 이동하는 단계이다. 현재 본딩지점은 본딩장치가 본딩을 실시하고자 하는 장소이며, 반도체 칩의 본딩패드 또는 회로기판의 리드프레임 등의 한 지점을 의미한다. 현재 본딩지점은 수평위치(X-Y 방향)와 본딩 수직위치(Z 방향)에 의해 특정된다. 현재 본딩지점의 수평위치는 디바이스별로 일정하므로 티칭 또는 장비 설정값에 의해 미리 정해지는 위치에 해당한다.

본딩이 실시되는 수직 방향의 위치인 본딩 수직위치에는 여러 가지 요인에 의해 오차가 발생하므로, 본딩 수직위치를 검색하여 정확한 위치를 찾은 이후에 본딩이 실시되어야 한다. 준비단계(S10)에서 본딩장치가 이동하는 준비위치는 현재 본딩지점에 대응하는 수평위치와 수직방향의 대기위치가 된다.

본딩장치는 준비위치에서 검색높이까지 가감속 이동에 의해 하강한다. 와이어본딩 공정의 속도를 고속화하면서도 본딩의 품질을 유지하기 위해서는 본딩높이가 실제로 변화하는 값을 반영하여 검색높이를 결정하여야 한다.

검색높이의 결정은 이하에서 설명되는 단계들(S20,S30,S40,S50)에서 이루어진다. 검색높이를 결정하는 각 단계들에서는 이전에 측정되어 저장된 본딩높이들로부터 기준점이 되는 예측 본딩높이를 정한 후에, 예측 본딩높이를 기준으로 하여 검색높이가 계산된다. 본딩높이로부터 검색높이를 계산하는 것은 공정의 속도와 안전성을 모두 고려하여 소프트웨어에 의해 구현할 수 있다.

단계 S20은 현재 본딩지점이 현재 디바이스의 다수 본딩지점들 가운데 첫 번째 본딩지점에 해당하는 경우에 수행되는 단계이다. 여기에서는 본딩이 완료된 이전 디바이스의 첫 번째 본딩지점의 본딩높이를 이용하여 검색높이가 결정된다. 본딩높이는 이전 디바이스의 본딩을 수행하는 중에 실제로 측정되어 저장된 값이다.

현재 디바이스는 본딩장치가 현재 본딩을 실시하고 있는 디바이스를 지칭하 며, 이전 디바이스는 현재 디바이스보다 한 사이클 이전에 본딩이 완료된 디바이스를 지칭한다. 또한 다음 디바이스는 현재 디바이스의 본딩이 완료된 이후의 다음 사이클에서 본딩을 실시할 디바이스를 지칭한다.

첫 번째 본딩지점에 관하여는 현재 디바이스 내에서 참고할 수 있는 데이터가 없기 때문에 이전 디바이스의 첫 번째 본딩지점의 본딩높이로부터 검색높이를 결정한다.

만일 현재 디바이스 이전에 본딩이 완료된 디바이스가 존재하지 않아 첫 번째 본딩지점의 검색높이를 결정하는데 참고할 데이터가 없는 경우에는 티칭(teaching)에 의해 정해진 티칭 본딩높이로부터 검색높이를 결정할 수 있을 것이다.

표 1은 티칭에 의해 정해지는 본딩높이의 데이터를 나타낸다. 패드 높이는 본딩패드의 본딩높이를 나타내고, 리드 높이는 리드프레임의 본딩높이를 나타낸다. 또한 와이어번호는 각각의 본딩지점을 의미한다.

단계 S30은 현재 본딩지점이 첫 번째 본딩지점이 아닌 경우 수행되는 단계이며, 본딩장치의 현재 수평위치가 설정범위 이내인지의 여부를 확인하는 단계이다. 현재 수평위치는 본딩장치가 본딩을 실시하려고 하는 현재 본딩지점의 X-Y 방향의 위치를 말한다.

현재 수평위치가 설정범위 이내에 있는지 여부를 확인하는 단계는 현재 본딩지점과 인접하는 본딩지점 사이의 거리가 소정거리 이내인지를 확인하는 단계를 포함할 수 있다. 현재 본딩지점과 인접하는 본딩지점 사이의 거리가 소정거리 이내이어서 현재의 수평위치가 설정범위 이내라면, 현재 본딩지점의 현재 수평위치가 인접하는 본딩지점의 수평위치와 큰 차이가 없는 것이므로 인접하는 본딩지점에서 측정된 본딩높이를 참고할 수 있다.

단계 S30에서 현재 수평위치가 설정범위 이내인 것이 확인되면, 단계 S40이 수행된다. 단계 S40은 인접하는 본딩지점들의 본딩높이로부터 검색높이를 결정하는 단계이다. 본딩높이는 인접하는 본딩지점들의 본딩을 수행하는 중에 실제로 측정되어 저장된 값이다.

검색높이를 결정하는 것은 인접하는 본딩지점들의 본딩높이를 산술평균하여 구한 평균값에 의할 수 있다. 산술평균 이외에도 여러 가지 평균법을 이용하여 인접하는 본딩지점들의 본딩높이의 평균값을 구함으로써 검색높이를 결정할 수 있다.

표 2는 단계 S40에서 산술평균에 의하여 검색높이를 결정하는 예를 나타낸다.

표 2에 나타난 바와 같이 본 발명에 관한 와이어본딩 방법은 반도체 칩의 본딩패드와 회로기판의 리드프레임에 모두 적용될 수 있다.

표 2에서, 패드 높이는 본딩패드의 본딩높이를 나타내고, 리드 높이는 리드프레임의 본딩높이를 나타낸다. 와이어번호는 각각의 본딩지점을 의미한다. '예측'은 해당 본딩지점의 예측 본딩높이의 데이터로서 검색높이를 결정하기 위해 인접 본딩지점의 본딩높이 평균값 또는 이전 디바이스의 본딩높이에 의해 계산되는 본딩높이의 예측 데이터를 의미한다. '측정'은 측정된 본딩높이의 데이터로서 현재 디바이스의 각 본딩지점에서의 측정 본딩높이가 표시되었다.

'적용 본딩높이'는 본딩높이를 예측하기 위해서 적용된 이전 디바이스 또는 인접하는 본딩지점의 본딩높이를 의미한다. 와이어번호 1의 본딩지점에서는 현재 디바이스에서 참고할 데이터가 없으므로 이전 디바이스의 첫 번째 본딩지점의 본딩높이를 예측 본딩높이로 사용하였다.

와이어번호 2의 본딩지점에서는 현재 디바이스 상에서 인접하는 본딩지점인 와이어번호 1의 측정 데이터를 예측 본딩높이로 사용하였다. 와이어번호 3의 본딩지점에서는 인접 본딩지점인 와이어번호 1과 2의 측정 데이터를 산술평균하여 예측 본딩높이를 구하였다. 와이어번호 4 이후부터는 인접 본딩지점 3개의 측정 데이터를 산술평균하여 예측 본딩높이를 구하였다.

단계 S30에서 현재 수평위치가 설정범위를 벗어난 것으로 확인되면, 단계 S50이 수행된다. 단계 S50에서는 현재 본딩지점의 검색높이를 결정함에 있어서 이전 본딩지점을 참고할 수 없기 때문에, 현재 본딩지점에 대응하는 이전 디바이스의 해당 본딩지점의 본딩높이로부터 검색높이를 결정한다. 본딩높이는 이전 디바이스의 본딩을 수행하는 중에 실제로 측정되어 저장된 값이다.

단계 S20, S30, S40, S50에 의해 검색높이가 결정된 이후에는 단계 S60이 수행된다. 단계 S60은 본딩장치가 준비위치에서부터 검색높이까지 가감속 이동에 의해 하강하는 단계이다. 가감속 이동이라 함은 가속제어 및 감속제어를 실시하며 신속하고도 안정적인 운동을 하게 하는 제어방식을 의미한다. 검색높이는 본딩높이의 실제 변화를 고려하여 정해진 것이므로 본딩장치는 디바이스를 파손시킬 염려 없이 신속하게 검색높이까지 이동할 수 있다.

단계 S70은 본딩장치가 검색높이로부터 저속으로 하강하며 본딩 수직위치를 검색하는 단계이다. 본딩 수직위치는 본딩이 실시되는 수직 방향의 위치로서, 본딩이 수행되는 지점의 본딩패드 또는 리드프레임의 높이에 해당한다. 본딩 수직위치의 검색은 광학센서를 이용하여 디바이스의 존재여부를 확인하는 광학적인 방법이나, 접촉 센서의 접촉에 의한 물리적 방법 등 다양한 방법을 통해 수행될 수 있다.

본딩 수직위치가 검색되면 단계 S80이 수행된다. 단계 S80에서는 본딩과 실제 본딩높이의 측정이 이루어진다. 본딩은 본딩장치의 캐필러리를 일정한 힘으로 가압하며 열 또는 초음파를 가하거나, 열과 초음파를 동시에 가하는 등의 방법을 사용할 수 있다. 본딩과 동시에 실제 본딩높이의 측정과 측정값의 저장이 이루어진다.

실제 본딩높이를 측정하여 저장하는 것은 다음 본딩지점에서의 검색높이를 결정하는 기준으로 사용하거나, 다음 디바이스의 본딩 수행 중 검색높이를 결정하는 기준으로 사용하기 위함이다. 이를 통해 본딩높이의 실제 변화에 대응하며 검색높이를 결정함으로써 본딩장치의 상하방향 이동을 신속하고도 안정적으로 제어할 수 있다.

현재 디바이스의 본딩지점들의 본딩이 모두 완료된 경우에는 상술한 준비단계(S10)로 복귀하는 단계(S90)가 수행된다. 이를 통해 현재 디바이스의 각 본딩지점들의 와이어본딩이 순차적으로 진행되어 전체 본딩지점들에 대한 본딩이 완료될 수 있다.

현재 디바이스 본딩지점들의 본딩이 모두 완료된 경우에는 다음 디바이스의 본딩을 준비하는 단계(S100)가 수행된다. 다음 디바이스 본딩을 준비하는 단계(S100)에서는 자재를 공급(feeding)하고 다음 디바이스로 본딩장치가 이동하는 등의 작업이 이루어진다.

본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 와이어 본딩방법은, 본딩높이의 변화에 대한 대응이 가능하여 균일한 본딩 품질을 확보할 수 있음과 아울러 본딩공정의 소요시간을 단축시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 본딩장치가 본딩을 실시하고자 하는 현재 본딩지점의 준비위치로 이동하는 준비단계;

   상기 현재 본딩지점이 디바이스의 다수 본딩지점들 가운데 첫 번째 본딩지점에 해당하는 경우, 본딩이 완료된 이전 디바이스의 첫 번째 본딩지점의 본딩높이를 이용하여 검색높이를 결정하는 단계;

   상기 현재 본딩지점이 디바이스의 다수 본딩지점들 가운데 두 번째 본딩 지점에 해당하는 경우부터 마지막 본딩 지점에 해당하는 경우까지는, 상기 본딩장치의 현재 수평위치가 설정범위 이내인지의 여부를 확인하는 단계;

   상기 현재 수평위치가 상기 설정범위 이내이면, 인접하는 본딩지점들의 본딩높이로부터 상기 검색높이를 결정하는 단계;

   상기 현재 수평위치가 상기 설정범위를 벗어난 경우, 상기 현재 본딩지점에 대응하는 상기 이전 디바이스의 본딩지점의 본딩높이로부터 상기 검색높이를 결정하는 단계;

   상기 본딩장치가 상기 검색높이까지 가감속 하강하는 단계;

   상기 본딩장치가 상기 검색높이로부터 저속으로 하강하며 본딩 수직위치를 검색하는 단계;

   상기 본딩 수직위치에서 본딩을 수행하고, 본딩높이를 측정하여 저장하는 단계;

   상기 디바이스의 상기 본딩지점들의 본딩이 모두 완료되지 않은 경우, 상기 준비단계로 복귀하는 단계; 및

   상기 디바이스의 상기 본딩지점들의 본딩이 모두 완료된 경우, 다음 디바이스의 본딩을 준비하는 단계를 포함하며,

   상기 현재 수평위치가 상기 설정범위 이내인지의 여부를 확인하는 단계는 상기 현재 본딩지점과 인접하는 본딩지점 사이의 거리가 소정거리 이내인지를 확인하는 단계를 포함하는 와이어본딩 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 인접하는 본딩지점들로부터 상기 검색높이를 결정하는 단계는 상기 인접하는 본딩지점들의 본딩높이 평균값으로부터 상기 검색높이를 결정하는 단계를 포함하는 와이어본딩 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 본딩높이 평균값은 산술평균에 의해 구하는 와이어본딩 방법.

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