KR101897074B1 - 볼 형성 장치, 와이어 본딩 장치 및 볼 형성 방법 - Google Patents

볼 형성 장치, 와이어 본딩 장치 및 볼 형성 방법 Download PDF

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KR101897074B1
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요시히토 하기와라
카즈마사 사사쿠라
타츠유키 스나다
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에 방전을 발생시켜 와이어(42)의 선단부에 볼(43)을 형성하는 볼 형성 장치(50)로서, 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에 볼 형성 전류를 공급하는 전류공급부(54)와, 소정의 기간에 걸친 볼 형성 전류의 신호가 소정 전류값의 제 1 기간과, 삼각파를 포함하는 제 2 기간을 갖도록, 전류공급부(54)를 제어하는 전류제어부(57)를 구비한다. 이것에 의해, 이형 볼의 형성을 억제할 수 있는 볼 형성 장치, 와이어 본딩 장치 및 볼 형성 방법을 제공한다.

Description

볼 형성 장치, 와이어 본딩 장치 및 볼 형성 방법{BALL FORMATION DEVICE, WIRE BONDING DEVICE, AND BALL FORMATION METHOD}
본 발명에 따른 몇 개의 양태는 볼 형성 장치, 와이어 본딩 장치 및 볼 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 예를 들면, 반도체 디바이스의 전극과 기판의 배선을 와이어에 의해 전기적으로 접속하는 와이어 본딩이 널리 사용되고 있다. 와이어 본딩의 전형적인 예로서 소위 볼 본딩 방식을 들 수 있다. 즉, 전극과 본딩 툴(예를 들면, 캐필러리)에 삽입통과되는 와이어의 선단부 사이에 방전을 발생시켜, 와이어의 선단부에 볼을 형성한다. 그리고, 본딩 툴을 반도체 디바이스의 전극을 향하여 하강시키고, 당해 볼에 하중 및 초음파 진동을 부여하여 반도체 디바이스의 전극 위에 와이어의 볼 부분을 본딩한다.
볼 본딩 방식의 와이어 본딩 장치로서, 와이어의 선단에 균일한 볼을 형성하기 위해, 전극과 와이어의 선단부 사이에 발생하는 방전 전압 및 방전 전류에 의해 볼 형성 시의 주울 열 상당값을 미리 설정된 열량 설정값과 비교하여 방전 조건을 제어하도록 한 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 특개 평2-181943호 공보
그런데, 종래의 와이어 본딩 장치에서는 전극과 와이어의 선단부 사이를 흐르는 전류가 일정한 전류값이 되도록 정전류 제어를 행하여, 와이어의 선단부에 소정의 지름(직경)의 볼을 형성하고 있었다.
그러나, 종래의 와이어 본딩 장치의 볼 형성 방법과 같이, 전극과 와이어의 선단부 사이에 일정한 전류값의 전류를 공급하면, 와이어의 재료에 따라서는, 기포, 수축공, 편심 등, 형상이 변형된 이형 볼이 형성되는 경우가 있었다.
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
본 발명의 몇 개의 양태는 전술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 이형 볼의 형성을 억제할 수 있는 볼 형성 장치, 와이어 본딩 장치 및 볼 형성 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 1 양태에 있어서의 볼 형성 장치는 전극과 와이어의 선단부 사이에 방전을 발생시켜 와이어의 선단부에 볼을 형성하는 볼 형성 장치로서, 전극과 와이어의 선단부 사이에 볼 형성 전류를 공급하는 전류공급부와, 소정의 기간에 걸친 볼 형성 전류의 신호가 소정 전류값의 제 1 기간과 삼각파를 포함하는 제 2 기간을 갖도록, 전류공급부를 제어하는 전류제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 볼 형성 장치에 있어서, 제 2 기간은 소정의 최대 전류값 및 소정의 최소 전류값을 갖는 삼각파를 포함해도 된다.
상기 볼 형성 장치에 있어서, 제 2 기간은 전류값이 시간과 함께 저하되는 삼각파를 포함해도 된다.
상기 볼 형성 장치에 있어서, 와이어는 복수의 금속 재료로 구성되어도 된다.
본 발명의 1 양태에 있어서의 와이어 본딩 장치는 상기 볼 형성 장치를 구비한다.
본 발명의 1 양태에 있어서의 볼 형성 방법은 전극과 와이어의 선단부 사이에 방전을 발생시켜 와이어의 선단부에 볼을 형성하는 볼 형성 방법으로서, 전극과 와이어의 선단부 사이에 볼 형성 전류를 공급하는 전류 공급 공정을 구비하고, 소정의 기간에 걸친 볼 형성 전류의 신호가 소정 전류값의 제 1 기간과 삼각파를 포함하는 제 2 기간을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 소정의 기간에 걸친 볼 형성 전류의 신호가 소정의 전류값인 제 1 기간을 갖는다. 이것에 의해, 전극과 와이어의 선단부 사이에, 제 1 기간에 걸쳐 소정의 전류값이 공급되므로, 볼의 지름(직경)의 편차를 억제할 수 있어, 와이어의 선단부에 소정의 지름(직경)의 볼을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한 소정의 기간에 걸친 볼 형성 전류의 신호가 삼각파를 포함하는 제 2 기간을 더 갖는다. 이것에 의해, 제 1 기간에 형성된 볼의 표면이 당해 삼각파의 볼 형성 전류에 의해 용융(융해)과 응고를 반복함으로써, 표면장력을 복수회 발생시키므로, 표면의 요철이나 변형을 평탄화시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 소정의 지름(직경)을 갖는 볼을 안정하게 형성할 수 있음과 아울러, 기포, 수축공, 편심 등의 이형 볼의 형성을 억제할 수 있다.
도 1은 본 실시형태에 따른 와이어 본딩 장치의 일례를 설명하기 위한 개략 구성도이다.
도 2는 본 실시형태에 따른 볼 형성 장치의 일례를 설명하기 위한 개략 구성도이다.
도 3은 본 실시형태에 따른 볼 형성 방법의 일례를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 4는 종래의 볼 형성 방법에 관한 전류 신호의 그래프이다.
도 5(a) 내지 도 5(d)는 와이어의 선단부에 형성되는 볼을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시형태에 따른 볼 형성 방법의 일례에 관한 타이밍 차트이다.
도 7은 본 실시형태에 따른 볼 형성 방법의 다른 예에 관한 타이밍 차트이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에 본 발명의 실시형태를 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호로 나타내고 있다. 단, 도면은 모식적인 것이다. 따라서, 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 대조하여 판단해야 할 것이다. 또한 도면 상호 간에 있어서도 서로의 치수의 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다. 또한, 본원 발명의 기술적 범위는 당해 실시형태에 한정하여 해석해서는 안 된다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 도면의 상측을 「상」, 하측을 「하」, 좌측을 「좌」, 우측을 「우」라고 한다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 볼 형성 장치, 와이어 본딩 장치 및 볼 형성 방법의 1 실시형태를 나타내기 위한 것이다. 도 1은 본 실시형태에 따른 와이어 본딩 장치의 일례를 설명하기 위한 개략 구성도이다. 본 실시형태에 따른 와이어 본딩 장치(1)는 와이어 본딩을 실시하기 위해 사용되는 장치이다. 이 와이어 본딩 장치(1)는 일례로서 본 실시형태에 따른 볼 형성 장치(50)를 구비하고 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 와이어 본딩 장치(1)는 XY 구동 기구(10), 본딩 암(20), 초음파 혼(30), 본딩 툴(40), 볼 형성 장치(50), 초음파 진동자(60) 및 제어부(80)를 구비한다.
XY 구동 기구(10)는 XY 축 방향(평면 방향)으로 이동 가능하게 구성되어 있고, XY 구동 기구(리니어 모터)(10)에는, 본딩 암(20)을 Z축 방향(상하 방향)으로 이동 가능한 Z 구동 기구(리니어 모터)(12)가 설치되어 있다.
본딩 암(20)은 지지축(14)에 지지되고, XY 구동 기구(10)에 대하여 요동 자유롭게 구성되어 있다. 본딩 암(20)은 XY 구동 기구(10)로부터 연장되도록 대략 직방체로 형성되어 있고, 와이어 본딩 시에는, 본딩 대상인 반도체 디바이스(100)가 놓여진 본딩 스테이지(16)로부터 소정의 거리까지 접근하게 되어 있다.
초음파 혼(30)은 본딩 암(20)의 선단부에 혼 고정 나사(32)에 의해 부착되어 있다. 초음파 혼(30)은 그 선단부에 있어서 본딩 툴(40)을 보유하고 있다. 초음파 진동자(60)에 의해 초음파 진동이 발생하고, 이것이 초음파 혼(30)에 의해 본딩 툴(40)에 전달되고, 본딩 툴(40)을 통하여 본딩 대상에 초음파 진동을 부여할 수 있다. 초음파 진동자(60)는, 예를 들면, 피에조 진동자이다.
본딩 툴(40)은 와이어(42)을 삽입통과시키기 위한 것으로, 예를 들면 삽입통과 구멍이 설치된 캐필러리이다. 이 경우, 본딩 툴(40)의 삽입통과 구멍에 본딩에 사용하는 와이어(42)가 삽입통과되고, 그 선단으로부터 와이어(42)의 일부를 풀어내기 가능하게 구성되어 있다. 본딩 툴(40)은 스프링력 등에 의해 교환 가능하게 초음파 혼(30)에 부착되어 있다. 또한 본딩 툴(40)의 상방에는 와이어 클램퍼(44)가 설치되고, 와이어 클램퍼(44)는 소정의 타이밍에 와이어(42)를 구속 또는 해방하도록 구성되어 있다. 와이어 클램퍼(44)의 더욱 상방에는, 와이어 텐셔너(46)가 설치되고, 와이어 텐셔너(46)는 와이어(42)를 삽입통과시키고, 본딩 중의 와이어(42)에 적당한 텐션을 부여하도록 구성되어 있다.
와이어(42)의 재료는 가공의 용이성과 낮은 전기 저항 등으로부터 적당히 선택되며, 예를 들면, 금(Au)이나 구리(Cu)나 은(Ag) 등이 사용된다. 또한, 와이어(42)의 재료는 단일 금속인 경우에 한정되지 않고, 복수의 금속으로 구성되는 것, 예를 들면, 구리 팔라듐(Cu-Pd) 등도 사용된다.
토치 전극(48)은 방전(스파크)을 발생시키기 위한 것이다. 토치 전극(48)은 방전의 열에 의해 본딩 툴(40)의 선단으로부터 풀어 내어져 있는 와이어(42)의 선단부(일단부)에 볼(43)을 형성 가능하게 구성되어 있다. 또한 토치 전극(48)의 위치는 고정되어 있고, 방전 시에는 본딩 툴(40)이 토치 전극(48)으로부터 소정의 거리까지 접근하여, 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부(일단부) 사이에서 적절한 방전을 행하게 되어 있다.
볼 형성 장치(50)는 본 실시형태에 따른 볼 형성 방법에 사용되는 장치이다. 또한 볼 형성 장치(50)와 제어부(80) 사이는 일방이 타방의 기능을 작동 또는 정지시킬 수 있도록 신호의 송수신이 가능하게 구성되어 있다.
제어부(80)는 XY 구동 기구(10), Z 구동 기구(12), 초음파 혼(30)(초음파 진동자(60)) 및 볼 형성 장치(50)에 접속되어 있고, 제어부(80)에 의해 이들 구성의 동작을 제어함으로써, 와이어 본딩을 위한 필요한 처리를 행할 수 있게 되어 있다. 제어부(80)는, 예를 들면, XY 구동 기구(10), Z 구동 기구(12), 초음파 혼(30)(초음파 진동자(60)), 볼 형성 장치(50) 등, 상기한 각 구성과의 사이에서 신호의 송수신을 행하는 인터페이스(도시하지 않음)를 구비하고 있다.
또한 제어부(80)에는, 제어 정보를 입력하기 위한 조작부(82)와, 제어 정보를 출력하기 위한 표시부(84)가 접속되어 있고, 이것들에 의해 작업자가 표시부(84)에 의해 화면을 인식하면서 조작부(82)에 의해 필요한 제어 정보를 입력할 수 있게 되어 있다. 제어부(80)는, 예를 들면, CPU 및 메모리 등을 구비하는 컴퓨터 장치로 구성하는 것이 가능하며, 메모리에는 미리 와이어 본딩에 필요한 처리를 행하기 위한 프로그램이나 데이터 등이 기억되어 있다.
도 2는 본 실시형태에 따른 볼 형성 장치의 일례를 설명하기 위한 개략 구성도이다. 볼 형성 장치(50)는 와이어(42)의 선단부에 볼(43)을 형성하기 위한 것이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 볼 형성 장치(50)는 전원회로부(51) 및 제어회로부(55)를 구비한다.
전원회로부(51)는 방전을 행하게 하기 위해 그리고 방전에 관한 전기 신호를 검출하기 위한 것이다. 전원회로부(51)는, 예를 들면, 변동이 적은 안정한 전압 및 전류를 발생시키는 리니어 방식의 전원 회로이다. 전원회로부(51)는 전압발생부(52), 전류검출부(53) 및 전류공급부(54)를 구비한다.
전압발생부(52)는 전압을 발생시키기 위한 것이다. 전압발생부(52)는 제어회로부(55)에 접속되어 있고, 제어회로부(55)로부터의 제어 신호에 기초하여 소정의 고전압, 예를 들면, 최대 5000[V] 정도의 고전압을 발생시킨다. 또한 전압발생부(52)는 토치 전극(48) 및 본딩 툴(40)로부터 풀어내지는 와이어(42)의 선단부(일단부)와는 반대측의 와이어(42)의 타단부에 접속되어 있다. 전압발생부(52)는 발생시킨 소정의 고전압을 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에 인가하도록 구성되어 있다. 이것에 의해, 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에 방전이 발생한다.
전압발생부(52)는, 예를 들면, 정전압 회로와 승압용의 트랜스(변압기)를 포함하여 구성하는 것이 가능하다. 이 예의 경우, 전압발생부(52)는 정전압 회로로부터 출력되고, 승압용의 트랜스에 의해 승압된 전압의 일부가 다시 정전압 회로에 피드백되는 피드백 제어에 의해, 일정한 고전압값을 발생시킨다. 승압용의 트랜스로서는, 예를 들면, 정전압 기능 및 정전류 기능의 양쪽을 갖는 리니어 출력형의 트랜스가 사용된다.
전류검출부(53)는 전류를 검출하기 위한 것으로, 토치 전극(48)에 접속되어 있다. 또한 전류검출부(53)는 제어회로부(55)에 접속되어 있고, 방전에 의해 토치 전극(48)과 와이어(42) 사이에 방전 전류가 흐르면, 방전 전류의 검출 신호를 제어회로부(55)에 출력하도록 구성되어 있다.
전류검출부(53)는, 예를 들면, 방전 전류 검출용의 저항기, 임계값이 되는 전원 및 컴퍼레이터 등을 포함하여 구성하는 것이 가능하다. 이 예의 경우, 전류검출부(53)는, 방전 전류의 전압값이 전원의 전압값보다 클 때에, 방전 전류의 검출 신호를 출력한다.
전류공급부(54)는 전류를 공급하기 위한 것으로, 토치 전극(48) 및 와이어(42)의 타단에 접속되어 있다. 또한 전류공급부(54)는 제어회로부(55)에 접속되어 있고, 제어회로부(55)로부터의 제어 신호에 기초하여 토치 전극(48) 및 와이어(42)의 선단부 사이에, 볼(43)을 형성하기 위한 전류인 볼 형성 전류를 공급하도록 구성되어 있다.
전류공급부(54)는, 예를 들면, 정전류 회로와 승압용의 트랜스(변압기)를 포함하여 구성하는 것이 가능하다. 이 예의 경우, 전류공급부(54)는 정전류 회로로부터 출력되어, 승압용의 트랜스에 의해 승압된 일정한 전류값의 전류를 공급한다. 승압용의 트랜스는, 예를 들면, 정전압 기능 및 정전류 기능의 양쪽을 갖는 리니어 출력형의 트랜스가 사용되고, 상기한 전압발생부(52)와 공유할 수 있다.
제어회로부(55)는 방전을 제어하기 위한 것이다. 제어회로부(55)는, 예를 들면, 전압발생부(52), 전류검출부(53), 전류공급부(54) 등, 전원회로부(51)의 상기한 각 구성과의 사이에서 신호의 송수신을 행하는 인터페이스(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 또한 제어회로부(55)는 전압제어부(56) 및 전류제어부(57)를 구비한다. 전압제어부(56)와 전류제어부(57) 사이는 서로 신호의 송수신이 가능하게 구성되어 있다.
전압제어부(56)는 전압을 발생시키는 전압발생부(52)를 제어하기 위한 것이다. 전압제어부(56)는 전압발생부(52)가 발생시키는 전압에서, 예를 들면, 개시(온), 종료(오프), 전압값 및 당해 전압값을 인가하는 시간(기간) 등을 제어 가능하게 구성되어 있다.
전압제어부(56)는, 예를 들면, 제어부(80)로부터의 제어 신호에 기초하여 소정의 고전압의 인가를 개시시키는 전압 인가 개시의 제어 신호(온 신호)를 전압발생부(52)에 출력한다. 또한 전압제어부(56)는, 예를 들면, 전류검출부(53)로부터의 방전 전류의 검출 신호에 기초하여 소정의 고전압의 인가를 종료시키는 전압 인가 종료의 제어 신호(오프 신호)를 전압발생부(52)에 출력한다.
전류제어부(57)는 전류를 공급하는 전류공급부(54)를 제어하기 위한 것이다. 전류공급부(54)가 공급하는 볼 형성 전류에 있어서, 예를 들면, 개시(온), 종료(오프), 전류값 및 당해 전류값을 공급하는 시간(기간) 등을 제어 가능하게 구성되어 있다.
전류제어부(57)는, 예를 들면, 전류검출부(53)로부터의 방전 전류의 검출 신호에 기초하여 토치 전극(48) 및 와이어(42)의 선단부 사이에, 소정의 기간에 걸쳐 볼 형성 전류를 공급하도록, 제어 신호를 전류공급부(54)에 출력한다.
또한 전류제어부(57)는, 예를 들면, 펄스 발생기 등을 포함하여 구성하는 것이 가능하다. 이 예의 경우, 전류제어부(57)는 제어 신호로서 펄스 신호를 전류공급부(54)에 출력한다. 전류제어부(57)는 이 펄스 신호의 출력값(진폭), 시간(폭), 주기를 소정의 값으로 설정 가능하다. 펄스 신호의 출력값(진폭), 시간(폭), 주기는, 예를 들면, 와이어(42)의 직경, 와이어(42)의 재료(재질), 형성하는 볼(43)의 지름(직경) 등에 기초하여 설정된다.
본 실시형태에서는, 전류검출부(53)로부터의 방전 전류의 검출 신호가 전압제어부(56) 및 전류제어부(57)에 입력되는 예를 나타냈지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 전류검출부(53)로부터의 방전 전류의 검출 신호가 전압제어부(56)에만 입력되고, 전압제어부(56)가 입력된 방전 전류의 검출 신호를 전류제어부(57)에 송신할 수도 있다. 또한 볼 형성 장치(50)는, 도시하지 않은 전환 회로(스위치 회로)를 구비하고, 이 전환 회로(스위치 회로)는 전류검출부(53)로부터의 방전 전류의 검출 신호에 기초하여 전압제어부(56) 및 전류제어부(57)와, 전원회로부(51)의 상기한 각 구성과의 사이의 접속을 전환할 수도 있다. 이 예의 경우, 전환 회로(스위치 회로)는 방전 전류의 검출 신호가 입력될 때까지, 전압발생부(52)와 전압제어부(56) 사이를 전기적으로 접속하는 한편, 전류공급부(54)와 전류제어부(57) 사이를 전기적으로 절단하고 있다. 그리고, 방전 전류의 검출 신호가 입력되면, 전환 회로(스위치 회로)는 전압발생부(52)와 전압제어부(56)를 전기적으로 절단하는 한편, 전류공급부(54)와 전류제어부(57) 사이를 전기적으로 접속한다.
다음에 도 3 내지 도 7을 참조하여, 와이어의 선단부에 볼을 형성하는 방법에 대해 설명한다.
도 3은 본 실시형태에 따른 볼 형성 방법의 1 예를 나타내는 플로우차트이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 볼 형성 처리 S10이 개시되면, 최초에, 전압제어부(56)는 전압 인가 개시의 제어 신호(온 신호)를 전압발생부(52)에 출력하고, 전압발생부(52)가 토치 전극(48) 및 와이어(42)의 선단부 사이로의 소정의 고전압의 인가를 개시한다(S11).
다음에 전압제어부(56)는 전류검출부(53)로부터 입력되는 방전 전류의 검출 신호에 기초하여 방전 전류를 검출했는지 아닌지를 판정하고(S12), 방전 전류를 검출할 때까지 S12의 단계를 반복한다.
S12의 판정 결과, 방전 전류를 검출한 경우, 전압제어부(56)는 전압 인가 종료의 제어 신호(오프 신호)를 전압발생부(52)에 출력하고, 전압발생부(52)가 토치 전극(48) 및 와이어(42)의 선단부 사이로의 소정의 고전압의 인가를 종료한다(S13). 이와 아울러, 전류제어부(57)는 제어 신호를 전류공급부(54)에 출력하고, 전류공급부(54)는, 토치 전극(48) 및 와이어(42)의 선단부의 사이에, 소정의 기간에 걸쳐 볼 형성 전류를 공급한다(S14).
S14의 단계 후에, 전류제어부(57)는 볼 형성 처리 S10을 종료한다.
여기에서, 비교를 위해, 종래의 볼 형성 방법에 대해 설명한다.
도 4는 종래의 볼 형성 방법에 관한 전류 신호의 그래프이다. 종래의 볼 형성 방법은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 시각 t1에서, 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에 방전이 발생한 후, 소정의 기간 Tj에 걸쳐, 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에 일정한 전류값(i0)의 전류를 공급한다.
도 5는 와이어의 선단부에 형성되는 볼을 설명하기 위한 도면으로, 도 5(a)는 정상인 볼의 일례를 도시하는 도면, 도 5(b)는 이형(異形)인 볼의 일례를 도시하는 도면, 도 5(c)는 이형인 볼의 다른 예를 도시하는 도면, 도 5(d)는 이형인 볼의 또 다른 예를 도시하는 도면이다. 방전의 발생 후, 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에 전류를 공급함으로써, 예를 들면, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 와이어(42)의 선단부에 소정의 지름(직경)(D)을 갖는 볼(43)이 형성된다. 이 볼(43)은 구형 또는 대략 구형의 형상을 가지고 있고, 정상인 볼(정상 볼)이라고 생각된다.
한편, 예를 들면, 와이어(42)의 재료가 구리(Cu) 등인 경우, 도 4에 도시한 종래의 볼 형성 방법에서는, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 방전에 의해 볼(43)의 표면에 기포(43a)가 발생하는 경우가 있다. 또한, 예를 들면, 와이어(42)의 재료가 구리팔라듐(Cu-Pd) 등인 경우, 도 4에 도시한 종래의 볼 형성 방법에서는, 볼(43)의 표면에 팔라듐(Pd)의 농도가 높은 개소가 있으면, 도 5(c)에 도시하는 바와 같이, 당해 개소에 수축공(43b)이 형성되는 경우가 있다. 마찬가지로, 와이어(42)의 재료가 구리팔라듐(Cu-Pd) 등인 경우, 도 4에 도시한 종래의 볼 형성 방법에서는, 도 5(d)에 도시하는 바와 같이, 볼(43)의 무게중심이 그 강심(剛心)으로부터 벗어나 편심되어 버리는 경우가 있다. 도 5(b) 내지 도 5(d)의 경우, 소정의 지름(직경)의 볼(43)이 형성될 수 있지만, 형상이 구형 또는 대략 구형으로부터 변형되어 버리고 있어, 이들 볼(43)은 이형인 볼(이형 볼)이라고 생각된다.
도 6은 본 실시형태에 따른 볼 형성 방법의 일례에 관한 타이밍 차트이다. 또한, 실제로는, 전류제어부(57)가 출력하는 신호에 대하여, 전류공급부(54)가 공급하는 볼 형성 전류에는 시간의 어긋남(타임 래그)이 발생할 수 있지만, 도 6에서는, 설명의 간략화를 위해, 명확한 경우를 제외하고, 시간의 어긋남(타임 래그)이 발생하지 않는 것으로서 나타내고, 이하의 설명에서도 동일한 것으로 한다. 본 실시형태에 따른 볼 형성 방법은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 시각 t0에 있어서, 전압제어부(56)가 전압 인가 개시의 제어 신호(온 신호)를 전압발생부(52)에 출력하고, 전압발생부(52)가 토치 전극(48) 및 와이어(42)의 선단부 사이로의 소정의 고전압의 인가를 개시한다. 그리고, 소정 시간의 경과 후, 시각 t1에 있어서, 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에 방전이 발생하여 방전 전류가 흐른다. 이 때, 전류검출부(53)가 이 방전 전류를 검출하여 방전 전류의 검출 신호를 출력하면, 전류제어부(57)는 제어 신호를 출력하여 전류공급부(54)를 제어하고, 전류공급부(54)는 토치 전극(48) 및 와이어(42)의 선단부 사이에 소정의 기간 Tb에 걸쳐 볼 형성 전류를 공급한다.
보다 상세하게는, 전류제어부(57)는 소정 출력값(소정 진폭)의 펄스 신호를 시각 t2로부터 시각 t3까지의 시간(기간)에 걸쳐, 전류공급부(54)에 출력한다. 전류공급부(54)는 이 펄스 신호에 기초하여 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에, 시각 t2로부터 시각 t3까지의 시간(기간)에 걸쳐, 소정의 전류값(i1)의 볼 형성 전류를 공급한다. 또한, 소정의 전류값(i1)은 일례로서 40[mA] 정도이다.
다음에 시각 t3에 있어서, 전류제어부(57)는 소정 출력값(소정 진폭)이고 또한 소정 시간(소정폭)의 펄스 신호를 전류공급부(54)에 출력한다. 당해 펄스 신호는 시각 t3으로부터 시각 t4까지의 시간(기간)에 걸쳐, 복수회(복수개) 출력된다. 전류공급부(54)는 이들 복수회(복수개)의 펄스 신호에 기초하여 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에, 전류값의 상승(증가)과 하강(감소)을 반복하는, 삼각파형(파형이 삼각파)의 볼 형성 전류를 공급한다. 이 삼각파는, 예를 들면, 최대 전류값(i2) 및 최소 전류값(i3)의 소정의 진폭을 갖는다. 또한, 최대 전류값(i2)은 일례로서 50[mA] 정도이며, 최소 전류값(i3)은 일례로서 30[mA] 정도이다.
또한, 본 출원에 있어서의 「삼각파」라고 하는 용어는 파형이 삼각 또는 삼각 형상인 것을 의미하고, 대략 삼각파, 삼각파에 근사한 것 및 실질적으로 삼각파인 것도 포함하고 있으며, 또한 톱니파(톱니형상 파)도 포함하고 있다. 따라서, 본 출원에 있어서의 「삼각파」라고 하는 용어는 엄밀한 의미(협의)의 삼각파에 한정되지 않는 것은 명확하다.
다음에 시각 t4에 있어서, 전류제어부(57)는, 상기 펄스 신호의 출력을 정지(종료)하면, 전류공급부(54)는 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부(일단부) 사이에, 시각 t4로부터 시각 t5까지의 시간에 걸쳐, 전류값을 저하시키면서 볼 형성 전류를 공급한다. 그리고, 시각 t5에 있어서, 전류공급부(54)는 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이로의 볼 형성 전류의 공급을 정지(종료)하고, 와이어(42)의 선단부에 볼(43)이 형성된다. 또한, 시각 t0으로부터 시각 t5까지의 시간(기간)은 일례로서 100μsec 정도이다.
여기에서, 시각 t2로부터 시각 t5까지의 시간(기간), 즉, 소정의 기간(Tb)에 걸친 볼 형성 전류의 신호는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 소정의 전류값(i1)인 시각 t2로부터 시각 t3까지의 시간(기간), 즉, 제 1 기간(Tb1)을 갖는다. 이것에 의해, 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에, 제 1 기간(Tb1)에 걸쳐 소정의 전류값(i1)이 공급되므로, 볼의 지름(직경)의 편차를 억제할 수 있어, 와이어(42)의 선단부(일단부)에 소정의 지름(직경)의 볼을 형성하는 것이 가능하게 된다.
또한 소정의 기간(Tb)에 걸친 볼 형성 전류의 신호는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 삼각파를 포함하는 시각 t3으로부터 시각 t5까지의 시간(기간), 즉, 제 2 기간(Tb2)을 더 갖는다. 이것에 의해, 제 1 기간(Tb1)에 형성된 볼의 표면이 당해 삼각파의 볼 형성 전류에 의해 용융(융해)과 응고를 반복함으로써 표면장력을 복수회 발생시키므로, 표면의 요철이나 변형을 평탄화시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 와이어(42)는 복수의 금속 재료, 예를 들면, 구리팔라듐(Cu-Pd)으로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 기간(Tb1)에 형성된 볼의 표면에 팔라듐(Pd)의 농도가 높은 개소가 있어도, 제 2 기간(Tb2)의 삼각파의 볼 형성 전류에 의해 볼의 표면이 용융(융해)될 때에, 구리(Cu) 속으로 당해 팔라듐(Pd)이 확산되므로, 볼의 표면의 팔라듐(Pd)의 농도를 균일화 하는 것이 가능하게 되어, 도 5(c)에 도시한 수축공(43b)의 형성을 효과적으로 억제할 수 있다.
도 7은 본 실시형태에 따른 볼 형성 방법의 다른 예에 관한 타이밍 차트이다. 또한, 도 6의 경우와 마찬가지로, 도 7에서는, 명확한 경우를 제외하고, 전류제어부(57)가 출력하는 신호에 대하여 전류공급부(54)가 공급하는 볼 형성 전류에는 시간의 어긋남(타임 래그)이 발생하지 않는 것으로서 나타내고, 이하의 설명에서도 마찬가지로 한다. 또한 제 1 기간(Tb1)을 포함하는 시각 t0으로부터 시각 t3까지의 시간(기간)은 도 6과 동일하기 때문에 그 설명을 생략한다. 도 7에 도시하는 바와 같이, 시각 t3에 있어서, 전류제어부(57)는 소정 시간(소정 폭)의 펄스 신호를 전류공급부(54)에 출력한다. 당해 펄스 신호는, 시각 t3으로부터 시각 t4까지의 시간(기간)에 걸쳐 복수회(복수개)출력되고, 각 펄스 신호는 서로 다른 출력값(진폭)을 가지고 있고, 각각의 출력값(진폭)은 시간의 경과와 함께 저하하고 있다. 전류공급부(54)는 이들 복수회(복수개)의 펄스 신호에 기초하여 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에, 전류값의 상승(증가)과 하강(감소)을 반복하는, 삼각파형(파형이 삼각파)의 볼 형성 전류를 공급한다. 이 삼각파는 전류값이 시간의 경과와 함께 서서히 저하된다.
시각 t4에 있어서, 전류제어부(57)는, 상기 펄스 신호의 출력을 정지(종료)하면, 전류공급부(54)는, 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부(일단부) 사이에, 시각 t4로부터 시각 t5까지의 시간에 걸쳐, 전류값을 저하시키면서 볼 형성 전류를 공급한다. 그리고, 시각 t5에 있어서, 전류공급부(54)는 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이로의 볼 형성 전류의 공급을 정지(종료)하고, 와이어(42)의 선단부에 볼(43)이 형성된다.
여기에서, 소정의 기간(Tb)에 걸친 볼 형성 전류의 신호는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 삼각파를 포함하는 시각 t3으로부터 시각 t5까지의 시간(기간), 즉, 제 2 기간(Tb2)을 가지고 있고, 당해 삼각파는 전류값이 시간과 함께 저하된다. 이것에 의해, 제 1 기간(Tb1)에 형성된 볼의 표면이 당해 삼각파의 볼 형성 전류에 의해 용융(융해)과 응고를 반복함으로써 표면장력을 복수회 발생시키므로, 표면의 요철이나 변형을 평탄화시키는 것이 가능하게 됨과 아울러, 삼각파의 전류값이 시간과 함께 저하함으로써, 제 1 기간(Tb1)에 의해 액체화된 볼이 서서히 냉각되므로, 진구(眞球) 또는 대략 진구의 형상을 갖는 볼(43)을 형성하는 것이 가능하게 된다.
본 실시형태에서는, 도 6에 도시하는 제 2 기간(Tb2)이 소정의 최대 전류값(i2) 및 소정의 최소 전류값(i3)을 갖는 삼각파를 포함하는 예를 나타내고, 도 7에 도시하는 제 2 기간(Tb2)이 시간의 경과와 함께 전류값이 저하되는 삼각파를 포함하는 예를 나타냈지만, 이것들에 한정되지 않는다. 제 2 기간(Tb2)은, 예를 들면, 소정의 최대 전류값 및 소정의 최소 전류값을 갖는 삼각파 및 시간의 경과와 함께 전류값이 저하되는 삼각파의 양쪽을 포함할 수도 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 소정의 기간(Tb)에 걸친 볼 형성 전류의 신호가, 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 소정의 전류값(i1)인 제 1 기간(Tb1)을 갖는다. 이것에 의해, 토치 전극(48)과 와이어(42)의 선단부 사이에, 제 1 기간(Tb1)에 걸쳐 소정의 전류값(i1)이 공급되므로, 볼의 지름(직경)의 편차를 억제할 수 있어, 와이어(42)의 선단부(일단부)에 소정의 지름(직경)의 볼을 형성하는 것이 가능하게 된다. 또한 소정의 기간(Tb)에 걸친 볼 형성 전류의 신호가, 도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 삼각파를 포함하는 제 2 기간(Tb2)을 더 갖는다. 이것에 의해, 제 1 기간(Tb1)에 형성된 볼의 표면이 당해 삼각파의 볼 형성 전류에 의해 용융(융해)과 응고를 반복함으로써 표면장력을 복수회 발생시키므로, 표면의 요철이나 변형을 평탄화시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 소정의 지름(직경)(D)을 갖는 볼(43)을 안정하게 형성할 수 있음과 아울러, 도 5(b) 또는 도 5(d)에 도시하는 바와 같은, 기포(43a), 수축공(43b), 편심 등의 이형 볼의 형성을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되지 않고 다양하게 변형하여 적용하는 것이 가능하다.
또한 상기 발명의 실시형태를 통해 설명된 실시예나 응용예는 용도에 따라 적당히 조합하거나, 또는 변경 혹은 개량을 가하여 사용할 수 있고, 본 발명은 상술한 실시형태의 기재에 한정되는 것은 아니다. 그러한 조합 또는 변경 혹은 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있는 것이 청구범위의 기재로부터 명확하다.
1…와이어 본딩 장치 42…와이어
43…볼 48…토치 전극
50…볼 형성 장치 54…전류공급부
57…전류제어부 S10…볼 형성 처리

Claims (7)

  1. 전극과 와이어의 선단부 사이에 방전을 발생시켜 상기 와이어의 선단부에 볼을 형성하는 볼 형성 장치로서,
    상기 전극과 상기 와이어의 선단부 사이에 볼 형성 전류를 공급하는 전류공급부와,
    상기 전극과 상기 와이어의 선단부 사이의 방전을 검출하는 방전 검출부와,
    상기 방전을 검출한 후, 상기 볼 형성 전류를 소정의 값으로 하는 제어를 행하여 상기 와이어의 선단에 소정 직경의 볼을 형성하고, 상기 소정 직경의 볼을 형성한 후, 상기 볼 형성 전류에 복수개의 삼각파를 발생시켜 상기 볼 표면을 평탄화하는 제어를 행하는 전류제어부
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 형성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 삼각파는 소정의 진폭을 갖는 삼각파를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 형성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 삼각파는 전류값이 시간과 함께 저하되는 삼각파를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 형성 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 삼각파는 전류값이 시간과 함께 저하되는 삼각파를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 형성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어는 복수의 금속 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 볼 형성 장치.
  6. 제 1 항에 기재된 볼 형성 장치를 구비하는 와이어 본딩 장치.
  7. 전극과 와이어의 선단부 사이에 방전을 발생시켜 상기 와이어의 선단부에 볼을 형성하는 볼 형성 방법으로서,
    상기 전극과 상기 와이어의 선단부 사이에 볼 형성 전류를 공급하는 전류 공급 공정과,
    상기 전극과 상기 와이어의 선단부 사이의 방전을 검출하는 방전 검출 공정과,
    상기 방전을 검출한 후, 상기 볼 형성 전류를 소정의 값으로 하는 제어를 행하여 상기 와이어의 선단에 소정 직경의 볼을 형성하는 공정과,
    상기 소정 직경의 볼을 형성한 후, 상기 볼 형성 전류에 복수개의 삼각파를 발생시켜 상기 볼 표면을 평탄화하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 형성 방법.
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