KR101548949B1 - Ultrasonic bonding typed metal wire bonding apparatus - Google Patents
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Abstract
초음파 본딩 타입으로 와이어 본딩을 수행함과 동시에 와이어 본딩 작업의 품질을 검사하는 초음파 본딩 타입 메탈 와이어 본딩 장치가 개시된다. 개시된 메탈 와이어 본딩 장치는, 메탈 와이어(metal wire)의 접합 부분을 접합 패드(pad)에 밀착되도록 가압하는 본딩 툴(bonding tool), 본딩 툴이 진동하여 접합 부분이 접합 패드에 접합되도록, 본딩 툴의 상단부에 연결되어 초음파 주파수 대역으로 진동하는 초음파 진동 혼(horn), 접합 부분이 접합 패드에 밀착되고 본딩 툴이 진동할 때 메탈 와이어를 잡아 구속(拘束)하는 와이어 클램프(wire clamp), 접합 부분이 접합 패드에 접합된 후 메탈 와이어의 접합 부분 이외의 부분을 절단하여 전기적으로 결선된 메탈 와이어를 전기적으로 결선되지 않은 메탈 와이어로부터 분리하는 와이어 커터(wire cutter), 접합 부분의 단면 변형 값을 검출하는 변형 검출기, 및 단면 변형 값이 미리 정해진 단면 변형 기준 값보다 작으면 접합 불량으로 판정하는 품질 판정기를 구비한다. An ultrasonic bonding type metal wire bonding apparatus for performing wire bonding with an ultrasonic bonding type and checking the quality of a wire bonding operation is disclosed. The disclosed metal wire bonding apparatus includes a bonding tool for pressing a bonding portion of a metal wire so as to be closely attached to a bonding pad, a bonding tool for bonding the bonding portion to the bonding pad, An ultrasonic vibration horn that is connected to the upper end of the bonding pad and vibrates in an ultrasonic wave frequency band, a wire clamp which is brought into close contact with the bonding pad and holds the metal wire when the bonding tool vibrates, A wire cutter for cutting a portion other than the bonding portion of the metal wire after bonding to the bonding pad to separate the electrically-connected metal wire from the non-electrically-connected metal wire; And a quality determiner for judging a bonding failure when the section deformation value is smaller than a predetermined section deformation reference value All.
Description
본 발명은 초음파 본딩 타입 메탈 와이어 본딩 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접합 작업과 동시에 실시간으로 접합 작업의 양호 또는 불량을 검사할 수 있는 초음파 본딩 타입 메탈 와이어 본딩 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
반도체 칩과 리드프레임을 연결하는 와이어 본딩 방법에는 금(Au) 와이어(wire)를 주로 사용하는 열압착 본딩(thermocompression bonding)과, 알루미늄(Al) 와이어를 주로 사용하는 초음파 본딩(ultrasonic bonding)이 있다. 이중 초음파 본딩 방법은 수직 방향의 압력과 함께 수평 방향으로 60 내지 130 kHz 의 초음파 진동을 가하여 상온에서 와이어를 패드(pad)에 접합하는 방법으로, 와이어 재료로 알루미늄(Al) 또는 그 합금이 주로 사용되나, 금(Au) 또는 구리(Cu) 재질의 와이어가 사용될 수도 있다. The wire bonding method for connecting the semiconductor chip and the lead frame includes thermocompression bonding mainly using gold (Au) wire and ultrasonic bonding using mainly aluminum (Al) wire . The double ultrasonic bonding method is a method of applying ultrasonic vibration of 60 to 130 kHz in the horizontal direction together with the pressure in the vertical direction to bond the wires to the pad at room temperature, and aluminum (Al) or an alloy thereof is mainly used as a wire material However, a wire made of gold (Au) or copper (Cu) may be used.
도 1은 종래의 일 예에 따른 와이어 본딩 작업의 품질을 검사하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 리드프레임(12)의 중앙에 반도체 칩(10)이 실장(mount)되고, 알루미늄(Al) 합금 재질 와이어(wire)(15)의 일 측 단부(16)가 반도체 칩(10) 상측면의 패드(pad)(11)에 초음파 본딩되고, 상기 와이어(15)의 타 측 단부(18)가 리드프레임(12)의 일 측에 마련된 리드프레임 패드(lead frame pad)(13)에 초음파 본딩된다. 와이어 양 단부(16, 18)와 각 패드(11, 13)의 접합이 양호한지를 검사하기 위하여 와이어(15)의 중간 부분을 후크(hook)(2)로 걸고 미리 정해진 힘으로 당기는 방법이 사용된다. 후크(2)로 당길 때 양 측 단부(16, 18) 중의 하나가 결합된 패드(11, 13)에서 분리되면 접합 불량으로 판정한다. FIG. 1 is a view for explaining a process of inspecting the quality of a wire bonding operation according to a conventional example. 1, a
그러나, 상기한 와이어 본딩 품질 검사 방법은 와이어 본딩 작업 이후에 와이어 본딩 작업을 수행하는 장치와는 별개의 장치를 이용하여 수행되므로 결과적으로 반도체 칩 패키지의 생산성을 저하시킨다. 또한, 후크(2)로 와이어(15)를 당길 때 와이어(15)의 곡선 형상, 즉 루프(loop)가 변형되거나 와이어(15)가 손상될 수도 있고, 품질 양호라고 판정되더라도 양 측 단부(16, 18)와 패드(11,13) 간 접합이 약화될 수 있다. 또한, 디자인(design)에 따라서는 공간적 제약으로 인해 후크(2)를 와이어(15)의 중간 부분으로 집어넣을 수 없어 품질 검사가 불가능한 경우도 있다. However, the above-described wire bonding quality inspection method is performed by using a device separate from a device for performing a wire bonding operation after a wire bonding operation, thereby deteriorating the productivity of a semiconductor chip package. Even when the curved shape of the
본 발명은, 초음파 본딩 타입으로 와이어 본딩을 수행함과 동시에 와이어 본딩 작업의 품질을 검사하는 초음파 본딩 타입 메탈 와이어 본딩 장치를 제공한다. The present invention provides an ultrasonic bonding type metal wire bonding apparatus that performs wire bonding with an ultrasonic bonding type and inspects the quality of a wire bonding operation.
또한 본 발명은, 와이어를 당기는 등 품질 검사를 위해 물리적인 힘을 가하지 않고 와이어 본딩 작업의 품질을 검사할 수 있는 초음파 본딩 타입 메탈 와이어 본딩 장치를 제공한다. The present invention also provides an ultrasonic bonding type metal wire bonding apparatus capable of inspecting the quality of a wire bonding operation without applying a physical force for quality inspection, such as pulling a wire.
본 발명은, 메탈 와이어(metal wire)의 접합 부분을 접합 패드(pad)에 밀착되도록 가압하는 본딩 툴(bonding tool), 상기 본딩 툴이 진동하여 상기 접합 부분이 상기 접합 패드에 접합되도록, 상기 본딩 툴의 상단부에 연결되어 초음파 주파수 대역으로 진동하는 초음파 진동 혼(horn), 상기 접합 부분이 상기 접합 패드에 밀착되고 상기 본딩 툴이 진동할 때 상기 메탈 와이어를 잡아 구속(拘束)하는 와이어 클램프(wire clamp), 상기 접합 부분이 상기 접합 패드에 접합된 후 상기 메탈 와이어의 상기 접합 부분 이외의 부분을 절단하여 전기적으로 결선된 메탈 와이어를 전기적으로 결선되지 않은 메탈 와이어로부터 분리하는 와이어 커터(wire cutter), 상기 접합 부분의 단면 변형 값을 검출하는 변형 검출기, 및 상기 단면 변형 값이 미리 정해진 단면 변형 기준 값보다 작으면 접합 불량으로 판정하는 품질 판정기를 구비하는 메탈 와이어 본딩 장치를 제공한다.The present invention relates to a bonding tool for pressing a bonding portion of a metal wire so as to be in close contact with a bonding pad so that the bonding portion vibrates so that the bonding portion is bonded to the bonding pad, An ultrasonic vibration horn which is connected to an upper end of the tool and vibrates in an ultrasonic wave frequency band; a wire clamp which hits the metal wire when the bonding part is in contact with the bonding pad and vibrates when the bonding tool vibrates; a wire cutter for cutting a portion of the metal wire other than the bonding portion after the bonding portion is bonded to the bonding pad and separating the electrically connected metal wire from the non-electrically connected metal wire, A deformation detector for detecting a deformation value of a section of the joint portion, and a deformation detector for detecting the deformation value of the deformation section, Surface provides a metal wire bonding apparatus having an quality estimation for determining a bonding failure.
상기 단면 변형 값은 상기 접합 부분이 상기 접합 패드에 밀착되는 방향으로 가압되어 변형되는 접합 부분의 두께 감소량일 수 있다.The cross-sectional deformation value may be a thickness reduction amount of the joining portion where the joining portion is pressed and deformed in a direction in which it is brought into close contact with the joining pad.
상기 변형 검출기는, 상기 본딩 툴의 수직 방향 미세 이동량을 측정하여 상기 접합 부분의 두께 감소량을 검출하는 엔코더(encorder)를 구비할 수 있다.The deformation detector may include an encoder for measuring the amount of fine movement in the vertical direction of the bonding tool to detect a thickness reduction amount of the bonding portion.
상기 메탈 와이어 본딩 장치는, 상기 초음파 진동 혼을 초음파 진동시키기 위한 입력 신호의 위상(phase)과, 상기 입력 신호에 의한 초음파 진동이 상기 접합 부분에 반사되어 상기 초음파 진동 혼에 전달된 피드백(feedback) 진동의 위상 차이에 대응되는 피드백 게인 값(feedback gain value)을 검출하는 피드백 게인 검출기를 더 구비하고, 상기 품질 판정기는 상기 피드백 게인 값이 미리 정해진 피드백 게인 기준값보다 크면 접합 불량으로 판정하도록 구성될 수 있다.The metal wire bonding apparatus includes a phase of an input signal for ultrasonic vibration of the ultrasonic vibration horn and a feedback signal of the ultrasonic vibration transmitted by the ultrasonic vibration horn, Further comprising a feedback gain detector for detecting a feedback gain value corresponding to the phase difference of the vibration, wherein the quality determiner can be configured to determine a poor connection if the feedback gain value is greater than a predetermined feedback gain reference value have.
또한 본 발명은, 메탈 와이어(wire)의 접합 부분을 접합 패드(pad)에 밀착되도록 가압하는 본딩 툴(bonding tool), 상기 본딩 툴이 진동하여 상기 접합 부분이 상기 접합 패드에 접합되도록, 상기 본딩 툴의 상단부에 연결되어 초음파 주파수 대역으로 진동하는 초음파 진동 혼(horn), 상기 접합 부분이 상기 접합 패드에 밀착되고 상기 본딩 툴이 진동할 때 상기 메탈 와이어를 잡아 구속(拘束)하는 와이어 클램프(wire clamp), 상기 접합 부분이 상기 접합 패드에 접합된 후 상기 메탈 와이어의 상기 접합 부분 이외의 부분을 절단하여 전기적으로 결선된 메탈 와이어를 전기적으로 결선되지 않은 메탈 와이어로부터 분리하는 와이어 커터(wire cutter), 상기 초음파 진동 혼을 초음파 진동시키기 위한 입력 신호의 위상(phase)과, 상기 입력 신호에 의한 초음파 진동이 상기 접합 부분에 반사되어 상기 초음파 진동 혼에 전달된 피드백(feedback) 진동의 위상 차이에 대응되는 피드백 게인 값(feedback gain value)을 검출하는 피드백 게인 검출기, 및 상기 피드백 게인 값이 미리 정해진 피드백 게인 기준값보다 크면 접합 불량으로 판정하는 품질 판정기를 구비하는 메탈 와이어 본딩 장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a bonding tool including a bonding tool for pressing a bonding portion of a metal wire so as to be closely attached to a bonding pad, a bonding tool for bonding the bonding portion to the bonding pad, An ultrasonic vibration horn which is connected to an upper end of the tool and vibrates in an ultrasonic wave frequency band; a wire clamp which hits the metal wire when the bonding part is in contact with the bonding pad and vibrates when the bonding tool vibrates; a wire cutter for cutting a portion of the metal wire other than the bonding portion after the bonding portion is bonded to the bonding pad and separating the electrically connected metal wire from the non-electrically connected metal wire, A phase of an input signal for ultrasonic vibration of the ultrasonic vibration horn, A feedback gain detector for detecting a feedback gain value corresponding to a phase difference of a feedback vibration transmitted to the ultrasonic vibration horn when the feedback gain value is greater than a predetermined feedback gain reference value And judges that the bonding is defective if the bonding strength is larger than the bonding strength of the metal wire bonding apparatus.
본 발명의 메탈 와이어 본딩 장치는, 상기 피드백 게인 값이 주기적으로 검출되고, 상기 주기적으로 검출된 피드백 게인 값을 반영하여 상기 초음파 진동 혼을 초음파 진동시키기 위한 입력 신호가 변경되도록 구성될 수 있다. The metal wire bonding apparatus of the present invention may be configured such that the feedback gain value is periodically detected and an input signal for ultrasonic vibration of the ultrasonic vibration horn is changed by reflecting the periodically detected feedback gain value.
상기 피드백 게인 값은 전력 값으로 표현될 수 있다.The feedback gain value may be expressed by a power value.
본 발명의 메탈 와이어 본딩 장치는, 상기 와이어 커터가 상기 메탈 와이어를 절단하기 위해 움직일 때, 상기 와이어 커터는 상기 접합 패드에 접촉되지 않도록 움직임이 제한되게 구성될 수 있다. The metal wire bonding apparatus of the present invention may be configured such that when the wire cutter is moved to cut the metal wire, the wire cutter is limited in movement so as not to contact the bond pad.
본 발명의 메탈 와이어 본딩 장치는, 상기 품질 판정기가 접합 불량으로 판정하면, 상기 와이어 커터 또는 상기 본딩 툴이 상기 접합 불량 판정된 제품을 파손하도록 구성될 수 있다.The metal wire bonding apparatus of the present invention can be configured such that, when the quality judging unit judges that the bonding defects are defective, the wire cutter or the bonding tool breaks the defective bonding defective product.
본 발명의 메탈 와이어 본딩 장치에 의하면, 초음파 본딩 방식의 와이어 본딩 도중에 본딩 품질에 영향을 주는 인자(因子)가 실시간으로 측정되고, 와이어 본딩이 끝나는 즉시 품질의 양호 또는 불량 여부를 알 수 있다. 따라서, 품질 검사를 위한 시간과 별도의 장치가 필요 없어 반도체 칩 패키지 생산성이 향상되고 비용이 절감된다. According to the metal wire bonding apparatus of the present invention, a factor that affects bonding quality during wire bonding of the ultrasonic bonding system is measured in real time, and whether the quality is good or bad can be known immediately after wire bonding is completed. Therefore, there is no need for a device separate from the time for the quality inspection, so that the productivity of the semiconductor chip package is improved and the cost is reduced.
또한, 후크(hook)로 와이어를 당기는 종래의 검사 방식에 비해 와이어의 손상이나 접합력의 약화가 발생되지 않으며, 모든 초음파 본딩 방식의 와이어 본딩에 대해 품질 검사를 수행할 수 있다.In addition, as compared with the conventional inspection method of pulling a wire by a hook, damage of the wire and weakening of the bonding force do not occur, and the quality inspection can be performed on the wire bonding of all the ultrasonic bonding methods.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 메탈 와이어 본딩 장치는 초음파 진동을 야기하는 입력에 대한 피드백을 실시간으로 고려하여 상기 입력을 수정하는 구성을 구비하여 와이어 본딩의 품질이 향상된다. Also, the metal wire bonding apparatus according to the embodiment of the present invention improves the quality of the wire bonding by providing a configuration for correcting the input considering real-time feedback on the input causing the ultrasonic vibration.
도 1은 종래의 일 예에 따른 와이어 본딩 작업의 품질을 검사하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 와이어 본딩 작업이 완료된 리드프레임의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메탈 와이어 본딩 장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 메탈 와이어 본딩 장치에 의해 와이어 본딩 작업이 진행되는 모습을 도시한 측면도이다.
도 5는 도 4의 와이어 커터에 의해 와이어가 절단되는 모습을 도시한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 메탈 와이어 본딩 장치에 구비된, 접합 품질을 검사하는 구성을 도시한 블록도이다.
도 7은 와이어 본딩 작업에 의한 와이어의 단면 변형을 도시한 단면도이다.
도 8은 피드백 게인 값과 와이어 본딩 품질의 관계를 나타내는 그래프이다. FIG. 1 is a view for explaining a process of inspecting the quality of a wire bonding operation according to a conventional example.
2 is a perspective view of a lead frame in which a wire bonding operation is completed.
3 is a perspective view of a metal wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a side view illustrating a wire bonding operation performed by a metal wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a side view showing a state where the wire is cut by the wire cutter of FIG.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a structure of a metal wire bonding apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing a cross-section deformation of a wire by a wire bonding operation.
8 is a graph showing the relationship between the feedback gain value and the wire bonding quality.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초음파 본딩 타입 메탈 와이어 본딩 장치를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an ultrasonic bonding type metal wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The terminology used herein is a term used to properly express the preferred embodiment of the present invention, which may vary depending on the intention of the user or operator or the custom in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of these terms should be based on the contents throughout this specification.
먼저, 본 발명의 메탈 와이어 본딩 장치에 의해 수행되는 작업의 대상의 일 예를 설명한다. 도 2는 와이어 본딩 작업이 완료된 리드프레임의 사시도로서, 이를 참조하면, 리드프레임(12)의 일 측에 반도체 칩(10)이 실장(mount)되고, 반도체 칩(10) 상측면의 칩 패드(11)와 리드프레임(12) 타 측의 리드프레임 패드(13)가 메탈 와이어(metal wire)(15)에 의해 전기적으로 결선된다. 메탈 와이어(15)의 일 측(16)이 칩 패드(11)에, 타 측(18)이 리드프레임 패드(13)에 초음파 방식으로 접합된다. 메탈 와이어(15)의 재질은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금일 수 있다. First, an example of an object of a work performed by the metal wire bonding apparatus of the present invention will be described. Referring to FIG. 2, the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메탈 와이어 본딩 장치의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 메탈 와이어 본딩 장치에 의해 와이어 본딩 작업이 진행되는 모습을 도시한 측면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 메탈 와이어 본딩 장치(30)는, 본딩 헤드(bonding head)(40)와, 상기 본딩 헤드(40)를 지지하며 Z축과 평행한 방향, 즉 수직 방향으로 연장된 헤드 샤프트(38)와, 본딩 헤드(40)를 수직 방향으로 승강 구동 및 헤드 샤프트(38)의 길이 방향에 대해 회전 구동하는 Z-θ 구동기(34)와, Z-θ 구동기(34)를 X축 및 Y축과 평행한 방향, 즉 수평 방향으로 구동하는 X-Y 구동기(31)를 구비한다. 리드프레임(12)(도 2 참조)이 Y축과 평행한 방향으로 일렬로 이송되며, 본딩 헤드(40) 아래에서 멈춘 때 와이어 본딩 작업이 수행되며, 작업이 끝난 리드프레임(12)은 Y축과 평행한 방향으로 다시 진행한다. FIG. 3 is a perspective view of a metal wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a side view illustrating a wire bonding operation performed by a metal wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 and 4, a metal
본딩 헤드(40)는 본딩 툴(bonding tool)(50)과, 초음파 진동 혼(horn)(42)과, 와이어 클램프(wire clamp)(70)와, 와이어 커터(wire cutter)(60)를 구비한다. 본딩 툴(50)은 수직 방향으로 길게 연장된 스틱(stick) 형상으로, 메탈 와이어(15)의 접합 부분(19)을 접합 패드(11, 13)에 밀착되도록 가압한다. 본딩 툴(50)의 하단부는 테이퍼(taper)진 쐐기(wedge)처럼 형성되어, 웨지(wedge)라고도 불린다. 본딩 툴(50)의 하측 말단은 메탈 와이어(15)를 접합 패드(11, 13)에 대해 밀착 가압할 때 이탈되지 않고 잡아둘 수 있게 그루브(groove)(52)가 형성되어 있다. 예컨대, 상기 그루브(52)는 거꾸로 뒤집어진 V자형 그루브일 수 있다. The bonding
초음파 진동 혼(42)은 본딩 툴(50)의 상단부에 연결되어 초음파 주파수 대역(예컨대, 60 kHz)으로 진동한다. 초음파 진동 혼(42)의 진동이 본딩 툴(50)을 통해 접합 패드(11, 13)에 밀착된 메탈 와이어(15)의 접합 부분(19)을 수평 방향, 즉 X축에 평행한 방향으로 초음파 진동시킴으로써 상기 접합 부분(19)이 상기 접합 패드(11, 13)에 접합된다. 초음파 진동 혼(42)은 혼 지지 브라켓(45)에 지지되고, 혼 지지 브라켓(45)은 헤드 샤프트(38)에 대해 미세하게 승강 가능하게 결합된다. 상기 헤드 샤프트(38)에 대한 혼 지지 브라켓(45)의 미세 승강량은 엔코더(47)에 의해 측정된다. Z-θ 구동기(34)의 구동으로 본딩 헤드(40)의 본딩 툴(50), 와이어 커터(60), 및 와이어 클램프(70)가 동시에 승강 가능하고, 혼 지지 브라켓(45)이 승강함에 의해 와이어 커터(60) 및 와이어 클램프(70)와 독립적으로 본딩 툴(50)이 미세하게 승강할 수 있다. The
와이어 클램프(70)는 접합 부분(19)이 접합 패드(11, 13)에 밀착되고 본딩 툴(50)이 초음파 진동할 때 메탈 와이어(15)를 잡아 구속(拘束)한다. 이때 와이어 클램프(70)가 메탈 와이어(15)를 잡아주지 않으면 상기 접합 부분(19)이 접합 패드(11, 13)에 견고하게 밀착되지 않아 와이어(15)의 접합 불량 발생 확률이 높아진다. The
와이어 커터(60)는 상기 접합 부분(19)이 리드프레임 패드(13)에 접합된 후 메탈 와이어(15)의 접합 부분(19) 이외의 부분을 절단한다. 이로써 일 단(16)과 타 단(18)이 칩 패드(11)와 리드프레임 패드(13)에 각각 접합되어 전기적으로 결선된 메탈 와이어(15)를, 전기적으로 결선되지 않은 메탈 와이어(15)로부터 분리한다. 상기 전기적으로 결선되지 않은 메탈 와이어(15)는 예를 들어, 메탈 와이어 본딩 장치(30)에 장착된 릴(reel)에 감겨 본딩 헤드(40)로 공급되며, 와이어 커터(60)에 의해 절단된 단부는 본딩 헤드(40)에 끌려 다음 차례 리드프레임(12)(도 2 참조)의 칩 패드(11)에 접합된다. The
도 5는 도 4의 와이어 커터에 의해 와이어가 절단되는 모습을 도시한 측면도이다. 도 5를 참조하면, 와이어 커터(60)는 하부의 블레이드(blade)가 하강하여 메탈 와이어(15)를 절단한다. 이때, 와이어 커터(60)의 블레이드 하단부(62)는 리드프레임 패드(13)에 접촉되지 않도록 하강 움직임이 제한된다. 반대로, 메탈 와이어(15)를 가압하고 있던 본딩 툴(50)은 와이어 커터(60)의 하강 움직임과 별개로 약간 상승한다. 이로 인해, 상기 블레이드 하단부(62)와 본딩 툴 하단부(54)의 높이(level)는 서로 거의 같게 되고, 상기 블레이드 하단부(62)에 의해 메탈 와이어(15)는 두께의 대략 2/3 정도가 절단된다. 그리고, 와이어 클램프(70)가 메탈 와이어(15)를 잡고 있는 상태로 본딩 헤드(40)(도 3 참조)가 상승하면 잘려지고 남은 상기 메탈 와이어(15) 두께의 1/3 정도가 잘려져 분리된다. 5 is a side view showing a state where the wire is cut by the wire cutter of FIG. Referring to FIG. 5, the
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 메탈 와이어 본딩 장치에 구비된, 접합 품질을 검사하는 구성을 도시한 블록도이고, 도 7은 와이어 본딩 작업에 의한 와이어의 단면 변형을 도시한 단면도이며, 도 8은 피드백 게인 값과 와이어 본딩 품질의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4, 도 6, 및 도 7을 함께 참조하면, 메탈 와이어 본딩 장치(30)(도 3 참조)는 메탈 와이어(15)의 접합 품질을 검사하기 위한 구성으로, 변형 검출기(92)와 품질 판정기(95)를 구비한다. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration for checking bonding quality provided in a metal wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 7 is a sectional view showing a section of a wire by a wire bonding operation, 8 is a graph showing the relationship between the feedback gain value and the wire bonding quality. 3, the metal wire bonding apparatus 30 (see FIG. 3) is configured to check the bonding quality of the
변형 검출기(92)는 접합 부분(19)의 단면 변형 값을 검출하도록 구성된다. 본 발명의 실시예에서 상기 단면 변형 값은 접합 부분(19)이 접합 패드(11, 13)에 밀착되는 방향, 즉 아래 방향으로 가압되어 변형되는 접합 부분(19)의 두께(H)의 감소량이다. 초음파 본딩에 의해 메탈 와이어의 접합 부분(19)이 접합 패드(11, 13)에 접합된 때, 접합 부분(19)의 단면 변형이 상대적으로 크면 단면 변형이 상대적으로 작을 때보다 접합 품질이 우수해진다. 따라서, 접합 품질이 양호할 때의 두께 감소량(DH2)이 접합 품질의 불량할 때의 두께 감소량(DH1)보다 커지며, 이를 이용하여 접합 품질을 판정할 수 있다. 변형 검출기(92)는 상기 엔코더(47)를 구비한다. 상기 엔코더(47)는 초음파 진동 방식의 와이어 본딩이 진행됨에 따라 미세하게 하강하는 본딩 툴(50)의 수직 방향 미세 이동량을 측정하여 상기 접합 부분(19)의 두께(H)의 감소량을 측정 및 검출한다. The
상기 품질 판정기(95)는 메탈 와이어(15) 본딩을 위한 미리 설정한 시간 동안의 초음파 진동 직후에 엔코더(47)에 의해 측정되는 상기 단면 변형 값, 즉 접합 부분(19)의 두께(H) 감소량이 미리 정해진 단면 변형 기준값보다 작으면 접합 불량으로 판정한다. 상기 단면 변형 기준값은 반복된 시험에 의해 결정될 수 있다. The
도 4, 도 6, 및 도 8을 함께 참조하면, 메탈 와이어 본딩 장치(30)(도 3 참조)는 메탈 와이어(15)의 접합 품질을 검사하기 위한 구성으로 피드백 게인(feedback gain) 검출기(90)를 더 구비한다. 초음파 진동 혼(42)을 초음파 진동시키기 위하여 초음파 대역 주파수, 예컨대 60 kHz의 입력 신호가 입력 신호 발생기(80)에서 생성되어 초음파 진동 혼(42)에 입력된다. 이 초음파 진동 혼(42)의 진동이 본딩 툴(50)을 통해 메탈 와이어 접합 부분(19)에 전달되고, 다시 반사되어 상기 초음파 진동 혼(42)에 피드백(feedback) 진동으로 전달된다. 피드백 진동 검출기(84)는 이 피드백 진동을 검출한다. 위상 비교기(82)는 상기 피드백 진동 검출기(84)로부터 수신된 피드백 진동의 위상(phase)과, 입력 신호 결정기(87)로부터 수신된 입력 신호의 위상(phase)을 비교한다. 상기 피드백 게인 검출기(90)는 위상 비교기(82)로부터 입력 신호의 위상과 피드백 진동의 위상 차이에 대응되는 신호를 수신하여 피드백 게인 값(feedback gain value)을 검출한다. 피드백 게인 값은 전력 값으로 표현될 수 있다. Referring to FIGS. 4, 6 and 8, the metal wire bonding device 30 (see FIG. 3) is configured to check the bonding quality of the
상기 입력 신호 결정기(87)에서 위상 비교기(82)로 송신된 입력 신호의 위상 특성은 상기 입력 신호 발생기(80)에서 송신된 입력 신호의 위상 특성과 같기 때문에, 상기 피드백 게인 값은 실제 초음파 진동 혼(42)의 출력 진동과 피드백 진동의 위상 차이에 대응된다. 상기 출력 진동과 피드백 진동의 위상 차이가 180°일 때 전력 값으로 표현되는 피드백 게인 값은 0V 이며, 이때 공진 에너지가 최대가 되고 초음파 방식 와이어 본딩의 품질도 양호하다. 반면, 상기 출력 진동과 피드백 진동의 위상 차이가 180°에서 벗어날수록 전력 값으로 표현되는 피드백 게인 값은 커지며, 공진 에너지는 작아지고 초음파 방식 와이어 본딩의 품질도 불량하게 된다(도 8 참조). Since the phase characteristic of the input signal transmitted from the
한편, 메탈 와이어 본딩 작업을 위한 초음파 진동이 계속되는 동안에 피드백 게인 검출기(90)에서 피드백 게인 값은 주기적으로 검출되고, 이렇게 주기적으로 검출된 피드백 게인 값이 입력 신호 발생기(80)와 입력 신호 결정기(87)에 송신되어 초음파 진동 혼(42)을 진동시키기 위한 입력 신호가 변경된다. 즉, 상기 피드백 게인 값이 반영되어, 다음 차례의 상기 출력 진동과 피드백 진동의 위상 차이가 180°가 되어 공진 에너지가 최대가 되는 방향으로 입력 신호의 위상 특성이 변경된다. 이와 같이, 상기 메탈 와이어 본딩 장치(30)(도 3 참조)는 피드백 게인 값이 실시간으로 입력 신호에 반영되도록 제어되어, 메탈 와이어 본딩의 품질이 향상된다. Meanwhile, while the ultrasonic vibration for the metal wire bonding operation continues, the feedback gain value is periodically detected by the
상기 품질 판정기(95)는 메탈 와이어(15) 본딩을 위한 미리 설정한 시간 동안의 초음파 진동 직후에 그 초음파 진동 시간 동안 검출된 상기 피드백 게인 값들 중 최대값이 미리 정해진 피드백 게인 기준값보다 크면 접합 불량으로 판정한다. 상기 피드백 게인 기준값은 반복된 시험에 의해 결정될 수 있다.If the maximum value of the feedback gain values detected during the ultrasonic vibration time immediately after the ultrasonic vibration for a predetermined time for bonding the
도 8의 그래프를 참조하면, 15회의 메탈 와이어 본딩 시험 중에 제1, 제3, 제5, 제11, 및 제14회차의 시험에서 피드백 게인 전압 값이 기준값인 1.2V를 초과하여 검출되었고, 이들은 모두 와이어 본딩 품질 불량에 해당하였다. 상기 회차 이외의 시험 회차에서는 피드백 게인 전압 값이 기준값보다 매우 낮게 0V에 가까운 전압 값이 검출되었으며, 이들은 모두 와이어 본딩 품질 양호에 해당하였다. Referring to the graph of FIG. 8, during 15 metal wire bonding tests, feedback gain voltage values in the first, third, fifth, eleventh, and eighth turn tests were detected in excess of the reference value of 1.2 V, All of which corresponded to poor wire bonding quality. In the test times other than the above-mentioned rotation, the feedback gain voltage value was much lower than the reference value, and a voltage value close to 0 V was detected. All of these values corresponded to the wire bonding quality.
상기 메탈 와이어 본딩 장치(30)(도 3 참조)에서 품질 판정기(95)는 접합 부분(19)의 단면 변형 값과, 피드백 게인 값을 모두 고려하여 와이어 본딩의 품질을 판정할 수 있다. 즉, 단면 변형 값이 단면 변형 기준 값보다 크거나 같은 조건과,피드백 게인 값이 피드백 게인 기준 값보다 작거나 같은 조건을 모두 충족하는 경우에만 와이어 본딩 품질이 양호하다고 판정하게 된다. In the metal wire bonding device 30 (see FIG. 3), the
한편, 품질 판정기(95)가 와이어 본딩을 접합 불량으로 판정하면 와이어 커터(60) 또는 본딩 툴(50)이 접합 불량 판정된 제품(12)(도 2 참조)을 파손하도록 설정될 수 있다. 구체적으로, 접합 불량으로 판정된 와이어(15)의 일 단(16)(도 2 참조)과 타 단(18)(도 2 참조) 사이를 와이어 커터(60)가 절단할 수도 있다. 또는, 본딩 툴(50)으로 반도체 칩(10)을 눌러 식별 가능한 마크(mark)를 형성하거나 쇼트(short)를 유발할 수도 있다. On the other hand, if the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
11: 반도체 칩 패드 13: 리드프레임 패드
15: 메탈 와이어 30: 메탈 와이어 본딩 장치
40: 본딩 헤드 42: 초음파 진동 혼
50: 본딩 툴 60: 와이어 커터
70: 와이어 클램프 90: 피드백 게인 검출기
92: 변형 검출기 95: 품질 판정기11: Semiconductor chip pad 13: Lead frame pad
15: metal wire 30: metal wire bonding device
40: bonding head 42: ultrasonic vibration horn
50: bonding tool 60: wire cutter
70: wire clamp 90: feedback gain detector
92: strain detector 95: quality judging device
Claims (9)
상기 본딩 툴이 진동하여 상기 접합 부분이 상기 접합 패드에 접합되도록, 상기 본딩 툴의 상단부에 연결되어 초음파 주파수 대역으로 진동하는 초음파 진동 혼(horn);
상기 접합 부분이 상기 접합 패드에 밀착되고 상기 본딩 툴이 진동할 때 상기 메탈 와이어를 잡아 구속(拘束)하는 와이어 클램프(wire clamp);
상기 접합 부분이 상기 접합 패드에 접합된 후 상기 메탈 와이어의 상기 접합 부분 이외의 부분을 절단하여 전기적으로 결선된 메탈 와이어를 전기적으로 결선되지 않은 메탈 와이어로부터 분리하는 와이어 커터(wire cutter);
상기 초음파 진동 혼을 초음파 진동시키기 위한 진동의 위상(phase)과, 상기 초음파 진동이 상기 접합 부분에 반사되어 상기 초음파 진동 혼에 전달된 피드백(feedback) 진동의 위상 차이에 따른 공진 에너지 값에 대응되는 피드백 게인 값(feedback gain value)을 검출하는 피드백 게인 검출기; 및,
상기 피드백 게인 값이 미리 정해진 피드백 게인 기준값보다 크면 접합 불량으로 판정하는 품질 판정기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 메탈 와이어 본딩 장치.A bonding tool for pressing the joining portion of the metal wire so as to be in close contact with the joining pad;
An ultrasonic vibration horn connected to an upper end of the bonding tool to vibrate in an ultrasonic wave frequency band so that the bonding tool vibrates and the bonding part is bonded to the bonding pad;
A wire clamp for holding the metal wire when the bonding part is brought into close contact with the bonding pad and the bonding tool is vibrated;
A wire cutter for cutting a portion of the metal wire other than the bonding portion after the bonding portion is bonded to the bonding pad to separate the electrically-connected metal wire from the non-electrically-connected metal wire;
A phase of vibration for ultrasonic vibration of the ultrasonic vibration horn and a phase of vibration corresponding to a resonance energy value according to a phase difference of feedback vibration transmitted to the ultrasonic vibration horn by the ultrasonic vibration A feedback gain detector for detecting a feedback gain value; And
And judging that the bonding failure is judged if the feedback gain value is larger than a predetermined feedback gain reference value.
상기 접합 부분의 단면 변형 값을 검출하는 변형 검출기; 및,
상기 단면 변형 값이 미리 정해진 단면 변형 기준 값보다 작으면 접합 불량으로 판정하는 품질 판정기;를 더 구비하고,
상기 단면 변형 값은 상기 접합 부분이 상기 접합 패드에 밀착되는 방향으로 가압되어 변형되는 접합 부분의 두께 감소량인 것을 특징으로 하는 메탈 와이어 본딩 장치. The method according to claim 1,
A deformation detector for detecting a deformation value of a cross section of the joint portion; And
And judging that the bonding failure is judged if the section deformation value is smaller than a predetermined section deformation reference value,
Wherein the cross-sectional deformation value is a thickness reduction amount of a bonding portion where the bonding portion is pressed and deformed in a direction in which the bonding portion closely contacts the bonding pad.
상기 변형 검출기는, 상기 본딩 툴의 수직 방향 미세 이동량을 측정하여 상기 접합 부분의 두께 감소량을 검출하는 엔코더(encorder)를 구비하는 것을 특징으로 하는 메탈 와이어 본딩 장치. .3. The method of claim 2,
Wherein the deformation detector comprises an encoder for measuring a vertical movement amount of the bonding tool to detect a thickness reduction amount of the bonding portion. .
상기 피드백 게인 값은 주기적으로 검출되고,
상기 주기적으로 검출된 피드백 게인 값을 반영하여 상기 초음파 진동 혼을 초음파 진동시키기 위한 입력 신호가 변경되도록 구성된 것을 특징으로 하는 메탈 와이어 본딩 장치. The method according to claim 1,
The feedback gain value is periodically detected,
Wherein the input signal for ultrasonic vibration of the ultrasonic vibration horn is changed by reflecting the periodically detected feedback gain value.
상기 피드백 게인 값은 전력 값으로 표현되는 것을 특징으로 하는 메탈 와이어 본딩 장치. The method according to claim 1,
Wherein the feedback gain value is expressed as a power value.
상기 와이어 커터가 상기 메탈 와이어를 절단하기 위해 움직일 때, 상기 와이어 커터는 상기 접합 패드에 접촉되지 않도록 움직임이 제한되게 구성된 것을 특징으로 하는 메탈 와이어 본딩 장치. The method according to claim 1,
Wherein when the wire cutter moves to cut the metal wire, movement of the wire cutter is restricted so as not to contact the bonding pad.
상기 품질 판정기가 접합 불량으로 판정하면, 상기 와이어 커터 또는 상기 본딩 툴이 상기 접합 불량 판정된 제품을 파손하도록 구성된 것을 특징으로 하는 메탈 와이어 본딩 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the wire cutter or the bonding tool is configured to break the product in which the bonding defect is determined when the quality judging unit judges that the bonding is defective.
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