KR101464189B1

KR101464189B1 - 헤비 와이어 본딩 방법

Info

Publication number: KR101464189B1
Application number: KR20130042478A
Authority: KR
Inventors: 유정호; 김양욱; 손정현; 장영훈; 김영근
Original assignee: 대우전자부품(주)
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2014-11-21
Also published as: KR20140124664A

Abstract

본 발명은 와이어 본딩에 관한 것으로, 제1 접합재와 인접하게 제2 접합재가 놓여지며, 접합 준비되는 본딩준비단계와, 제1 접합재와 제2 접합재의 상부에서 이동가능한 접합장치에 형성된 가압부가 제1 접합재에 형성된 제1 접합부를 가압함과 동시에 가압부에 돌출된 금속재 선이 제1 접합부에 접합되는 제1 접합재 본딩단계와, 가압부로부터 금속재 선이 연속적으로 배출되며, 접합장치가 제2 접합재에 형성된 제2 접합부를 가압하도록 이동되는 제2 접합재 본딩준비단계와, 가압부가 제2 접합부를 가압함과 동시에 제2 접합부와 금속재 선이 접합되는 제2 접합재 본딩단계를 포함하며, 금속재 선이 1gf의 이상의 파괴하중에 의하여, 제1 접합부 또는 제2 접합부와 분리되는 것을 특징으로 하며, 접합부와 금속재 선의 접합이 초음파에 의하여 이루어지므로, 집적화가 손쉬운 효과가 있는 헤비 와이어 본딩 방법을 제공한다.

Description

헤비 와이어 본딩 방법{METHOD OF HEAVY WIRE BONDING}

본 발명은 와이어 본딩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파에 의하여 접합되어 집적화가 간편한 헤비 와이어 본딩 방법을 제공하는 것이다.

와이어 본딩은 반도체 부품에 금속재 선을 접합하는 것이다. 열을 이용하여 금속재 선을 녹여서 접합하는 솔더링 공법과 스파크를 발생시켜 금속재 선을 녹여서 접합하는 웰딩 공법이 사용된다.

그러나, 솔더링 공법이 사용되어 반도체를 회로와 연결하게 되면, 접합시 발생되는 열에 의하여 접합부 주변에 장착된 소자에 열적 데미지가 발생하여 회로의 성능이 저하되는 아쉬움이 있었다.

또한, 웰딩 공법이 사용되어 와이어 본딩이 수행되면, 연결부위에 지그를 구현하여야 하므로 자동화하기 어려웠으며, 웰딩 영역이 일정 크기로 유지되어야 하기에 설계에 많은 제약이 따르는 아쉬움이 있었다.

또한, 솔더링 공법 및 웰딩 공법은 집적화가 어려운 난점이 있었다.

대한민국 특허공보 제96-009982호(1996.07.25.)

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 초음파를 이용하여 접합력을 발생시켜 와이어 본딩의 집적화가 간편하게 이루어지며, 집적화된 와이어 본딩의 신뢰성과 내구도를 향상시키는 헤비 와이어 본딩 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 헤비 와이어 본딩 방법에 따르면, 제1 접합재와 인접하게 제2 접합재가 놓여지며, 접합 준비되는 본딩준비단계와, 제1 접합재와 제2 접합재의 상부에서 이동가능한 접합장치에 형성된 가압부가 제1 접합재에 형성된 제1 접합부를 가압함과 동시에 가압부에 돌출된 금속재 선이 제1 접합부에 접합되는 제1 접합재 본딩단계와, 가압부로부터 금속재 선이 연속적으로 배출되며, 접합장치가 제2 접합재에 형성된 제2 접합부를 가압하도록 이동되는 제2 접합재 본딩준비단계와, 가압부가 제2 접합부를 가압함과 동시에 제2 접합부와 금속재 선이 접합되는 제2 접합재 본딩단계를 포함하며, 금속재 선이 1gf 이상의 파괴하중에 의하여, 제1 접합부 또는 제2 접합부와 분리되는 것을 특징으로 하는 헤비 와이어 본딩 방법을 제공한다.

또한, 제1 접합재 본딩단계 또는 제2 접합재 본딩단계에서, 금속재 선은 가압부의 진동에 의하여 제1 접합부 또는 제2 접합부와 접합될 수 있다.

또한, 본딩준비단계에서 준비되는 제1 접합재 또는 제2 접합재는 베어칩일 수 있다.

또한, 가압부로부터 배출되는 금속재 선은 알루미늄 재질일 수 있다.

또한, 금속재 선의 허용전류가 40[A] 이상일 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 헤비 와이어 본딩 방법에 의하면, 접합부와 금속재 선의 접합이 초음파에 의하여 이루어지므로, 집적화가 손쉬운 효과가 있다.

또한, 접합된 금속재 선에 적정치 이하의 파괴하중이 가해지더라도 접합이 변형되는 것이 방지되는 효과가 있다.

또한, 접합장치의 가압에 의하여 금속재 선이 얇게 변형되므로, 두꺼운 금속재 선을 와이어 본딩에 사용할 수 있게 됨으로, 금속재 선의 직경에 따라서 허용 가능한 전류가 상승되어 고전류 통전에 따른 모듈의 내구성과 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 집적화가 손쉬워 지므로, 제작비용이 절감되며, 모듈화되는 제품의 크기 및 무게 가 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 헤비 와이어 본딩 방법의 일 실시예의 절차도,
도 2는 도 1의 제1 접합재 본딩단계의 개요도,
도 3은 도 1의 제2 접합재 본딩 단계의 개요도,
도 4는 와이어 두께별 허용 전류 그래프
도 5는 본 발명의 헤비 와이어 본딩 방법이 적용 가능한 베어칩 TYPE이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 헤비 와이어 본딩 방법의 일 실시예의 절차도이고, 도 2는 도 1의 제1 접합재 본딩단계의 개요도이고, 도 3은 도 1의 제2 접합재 본딩 단계의 개요도이고, 도 4는 와이어 두꼐별 허용 전류 그래프, 도 5는 본 발명의 헤비 와이어 본딩 방법이 적용 가능한 베어칩 TYPE이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 본딩준비단계(S1)와, 제1 접합재 본딩단계(S2)와, 제2 접합재 본딩준비단계(S3)와, 제2 접합재 본딩단계(S4)를 포함한다.

본 발명의 일 실시예는, 제1 단계인 본딩준비단계(S1)에서 X-Y-Z축으로 이동 가능하며, 금속재 선(W)이 배출 가능한 접합장치(300)가 구비된 작업대 위에 접합이 필요한 제1 접합재(100)를 배치한 후, 제1 접합재(100)와 인접하게 제2 접합재(200)를 작업대 위에 놓는 단계이다.

일 실시예에서 작업대 위에 놓여지는 제1 접합재(100)와 제2 접합재는(200)는 베어칩이다(도 5 참조).

또한, 본딩준비단계(S1)에서는 접합에 필요한 금속재 선(W)의 공급이 차질 없이 이루어지도록 접합 준비를 하는데, 일 실시예에서는 직경이 500um인 알루미늄 선을 준비하였다.

제2 단계인 제1 접합재 본딩단계(S2)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 접합재(100)와 제2 접합재(200)의 상부에서 이동 가능한 접합장치(300)에 형성된 가압부(310)가 제1 접합재(100)에 형성된 제1 접합부(110)를 가압함과 동시에 가압부(310)에 돌출된 금속재 선(W)이 제1 접합부(110)에 접합된다.

금속재 선(W)이 압착됨과 동시에 접합력을 발생시키기 위해서 가압부(310)의 진동으로 초음파를 발생한다. 이때, 가압부(310) 주변의 온도는 상온이며, 바람직하게는 100℃ 이상이다.

또한, 접합장치(300)에, 가압부(310)와 금속재 선(W)이 닿을 때, 금속재 선(W)이 받게 되는 힘인 Touch Force, 압착이 진행될 때의 힘인 Start Force, 초음파가 발생될 때의 전압인 Start Power, 접합이 진행될 때 초음파를 발생하기 위한 전압인 Bond Power, 금속재 선(W)을 압착하는 동안의 시간인 Start Ramp Time, 초음파가 발생하여 접착이 이루어지는 동안의 시간인 Bond Ramp Time, 금속재 선(W)과 제1 접합부(110)의 압착 전 대기 높이인 Search Height, 압착한 후 초음파가 발생되기 전의 유예 시간인 Pre-Bond delay, 초음파 발생을 위해서 가압부(310)가 진동하는 높이인 Touch Twist Height 등의 제어값을 입력하여, 접합이 제어된다.

Touch Force는 1*10^-6N~1*10^-4N, Start Force는 1*10^-5N~1*10^-4 N, Start Power는 5V~50V, Bond Power는 3V~45V, Start Ramp Time은 0.5S~3S, Bond Ramp Time은 0.1S~2S, Search Height는 5mm 이하, Pre-Bond delay는 0.1S~2S, Touch Twist Height는 0.5mm 이내가 되도록 제어값이 접합장치(300)에 입력되는 것이 바람직하다.

이때, 가압부(310)가 제1 접합부(110)를 가압하는 힘의 크기는 제1 접합재(100)에 데미지를 입히지 않도록, 1*10^-4 N 내외가 되는 것이 바람직하다. 이는, 와이어 본딩에 사용되는 금속재 선(W) 중 두꺼운 편에 속하는 500um의 알루미늄 선이 압착되어 제1 접합부(110)에 밀착되므로, 상대적으로 알루미늄 선의 접합면적이 넓어지면서, 알루미늄 선의 높이가 낮아져 접합을 손쉽게 하기 위함이다.

제3 단계인 제2 접합재 본딩준비단계(S3)는 가압부(310)로부터 제1 접합재(100)와 접합된 금속재(W)선이 연속적으로 배출되면서, 접합장치(300)가 제2 접합재(200)에 형성된 제2 접합부(210)를 가압하도록 이동된다.

제4단계인 제2 접합재 본딩단계(S4)는 도 3에 도시된 바와 같이, 가압부(310)가 제2 접합부(210)를 가압함과 동시에 제2 접합부(210)와 금속재 선(W)이 접합된다.

제1 접합부(110)와 금속재 선(W)의 접합과 동일하게 접합장치(300)가 제어되어 접합이 수행된다.

제2 접합부(210)와 금속재 선(W)의 접합 또한, 제1 접합부(110)와 금속재 선(W)의 접합과 동일하게 제2 접합재(200)에 데미지가 발생되지 않도록 가압함으로써, 상대적으로 굵은 500um의 알루미늄 선을 압착하여 접합면적을 넓힘과 동시에 알루미늄 선의 높이를 낮춰 접합이 잘 이루어지도록 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 직경과 비례하여 허용전류가 상승 되므로, 상대적으로 직경이 큰 금속재 선(W)을 와이어 본딩에 사용함으로써, 고전류 제품의 신뢰성과 품질이 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하여 제1 접합재(100) 및 제2 접합재(200)에 접합된 금속재 선(W)인 알루미늄 선은 그 직경이 500um로 40[A]의 허용전류를 갖게 된다.

또한, 제1 접합재(100) 및 제2 접합재(200)에 접합된 금속재 선(w)인 알루미늄 선에 1gf 이상의 파괴하중이 발생하는 변형이 가해졌을 때만 접합이 와해되었다.

100: 제1 접합재 110: 제1 접합부
200: 제2 접합재 210: 제2 접합부
300: 접합장치 310: 가압부
W: 금속재 선
S1: 본딩준비단계; S2: 제1 접합재 본딩단계
S3: 제2 접합재 본딩준비단계 S4: 제2 접합재 본딩단계

Claims

제1 접합재와 인접하게 제2 접합재가 놓여지며, 상기 제1 접합재와 상기 제2 접합재의 상부에서 이동 가능한 접합장치에 접합준비조건이 설정되어져 접합 준비되는 본딩준비단계;
상기 제1 접합재와 상기 제2 접합재의 상부에서 이동가능한 접합장치에 형성된 가압부가 상기 제1 접합재에 형성된 제1 접합부를 가압함과 동시에 상기 가압부에 돌출된 금속재 선이 상기 제1 접합부에 접합되는 제1 접합재 본딩단계;
상기 가압부로부터 상기 금속재 선이 연속적으로 배출되며, 상기 접합장치가 상기 제2 접합재에 형성된 제2 접합부를 가압하도록 이동되는 제2 접합재 본딩준비단계;
상기 가압부가 상기 제2 접합부를 가압함과 동시에 상기 제2 접합부와 상기 금속재 선이 접합되는 제2 접합재 본딩단계;를 포함하며,
상기 접합준비조건에서는 상기 접합장치의 가압부와 상기 금속재 선이 닿을 때 상기 금속재 선이 받는 터치 포스(Touch Force) 설정, 압착이 진행되는 스타트 포스(Start Force) 설정, 초음파 발생용 스타트 파워(Start Power)설정, 접합 진행시 초음파 발생용 본드 파워(Bond Power) 설정, 상기 금속재 선을 압착하는 스타트 램프 타임(Start Ramp Time)설정, 초음파 발생에 의한 접착이 이루어지는 본드 램프 타임(Bond Ramp Time)설정, 상기 금속재 선과 상기 제1 접합부의 압착 전 대기 높이인 서치 하이트(Search Height)설정, 압착한 후 초음파가 발생되기 전의 유예 시간인 프리-본드 딜레이(Pre-Bond delay)설정, 초음파 발생을 위해서 상기 가압부가 진동하는 높이인 터치 트위스트 하이트(Touch Twist Height)설정이 이루어지고;
상기 금속재 선이 1gf의 이상의 파괴하중에 의하여, 상기 제1 접합부 또는 상기 제2 접합부와 분리되는 것을 특징으로 하는 헤비 와이어 본딩 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 접합재 본딩단계 또는 상기 제2 접합재 본딩단계에서, 상기 금속재 선은 상기 가압부의 진동에 의하여 상기 제1 접합부 또는 제2 접합부와 접합되는 것을 특징으로 하는 헤비 와이어 본딩 방법.
제1항에 있어서,
상기 본딩준비단계에서 준비되는 상기 제1 접합재 또는 제2 접합재는 베어칩인 것을 특징으로 하는 헤비 와이어 본딩 방법.
제1항에 있어서,
상기 가압부로부터 배출되는 상기 금속재 선은 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는 헤비 와이어 본딩 방법.
제1항에 있어서,
상기 금속재 선의 허용전류가 40[A] 이상인 것을 특징으로 하는 헤비 와이어 본딩 방법.