KR19990001460A - 와이어 본딩용 토치팁(torch tip)간격조정치구 및 그 간격조정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토치팁(torch tip)과 캐피러리(capillary) 사이의 간격을 정확하게 조정하여 금속와이어 볼의 크기를 일정하게 형성할 수 있도록 한 와이어본딩용 토치팁 간격조정 치구 및 그 간격조정방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은 와이어본딩장치의 토치팁과 캐피러리 사이의 간격을 정확하게 조정하여 금속와이어 선단부의 초기 볼 크기를 일정하게 유지함으로써 와이어본딩공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 와이이본딩용 토치팁 갭조정 치구 및 그 간격조정방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 트랜스듀서에 고정되는 상측부가 캐피러리와 동일한 직경으로 이루어져 있고, 하측부가 상기 상측부와 동심원을 이루며 일체로 연결되고 금속와이어의 바람직한 초기 볼 크기에 필요한, 캐피러리와 토치팁 사이의 간격에 해당하는 만큼 상측부보다 큰 직경으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 캐피러리 대신에 토치팁 간격조정 치구의 상측부를 트랜스듀서에 고정하고 나서 토치팁의 선단부를 간격조정용 치구의 하측부 외주면에 접촉함으로써 토치팁과 캐피러리 사이의 간격을 일정하게 조정할 수 있다.

Description

와이어본딩용 토치팁(torch tip) 간격조정 치구 및 그 간격조정방법

본 발명은 와이어본딩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 토치팁(torch tip)과 캐피러리(capillary) 사이의 간격을 정확하게 조정하여 금속와이어 볼의 크기를 일정하게 형성할 수 있도록 한 와이어본딩용 토치팁 간격조정 치구 및 그 간격조정방법에 관한 것이다.

일반적으로 널리 알려진 바와 같이, 와이어본딩장치는 다이본딩된 반도체칩의 본딩패드들을 리드프레임의 내부리드들에 대응하여 도전성 금속와이어로 전기적 연결하는데 사용되고 있다. 상기 금속와이어로는 금와이어 외에도 알루미늄와이어, 구리와이어가 주로 사용되고 있다. 상기 금속와이어의 굵기는 주로 0.7mil이 사용되고 20mil이상 되는 것도 있다. 특수한 경우를 제외하고는 일반 트랜지스터나 집적회로의 경우, 0.7mil, 1.0mil, 1.25mil 등의 금와이어가 사용되고 있다.

와이어본딩 방식의 하나인 열압착본딩에서는 다이본딩된 리드프레임이 히터블럭 위에 놓여져 어느 정도 가열되고 또한 캐피러리의 하부에 위치하는 금속와이어의 선단부(tail)가 초기의 볼 형태로 이루어진 상태에서 캐피러리의 중량에 의해 반도체칩의 본딩패드(또는 리드프레임의 내부리드)의 표면에 가압되면서 어느 정도 시간에 경과하면, 두 접촉금속간의 원자 이동이 이루어져 결합된다. 상기 토치팁과 캐피러리는 일정한 간격을 두고 이격되어 있으므로 토치팁에 고전압이 인가되면, 토칩팁과 금속와이어의 선단부 사이에 방전이 발생하여 상기 금속와이어의 선단부가 볼 형태를 갖는다.

최근에는 와이어본딩장치의 토치팁 타입이 구동타입으로부터 고정타입으로 전환하여 사용되고 있는데 이는 고정타입이 구동타입보다 빠른 와이어본딩공정 속도를 갖고 있기 때문이다. 상기 고정타입의 경우, 캐피러리와 토치팁 사이의 간격이 금속와이어의 초기 볼 형성에 중요한 요소로 작용하고 있다.

도 1은 일반적인 와이어본딩장치의 요부를 나타낸 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 와이어본딩장치에서는 트랜스듀서(1)에 캐피러리 고정용 나사(2)에 의해 캐피러리(3)가 고정되고, 캐피러리(3)의 관통홀(도시안됨)을 금속와이어(5)가 관통하여 삽입되고, 캐피러리(3)의 하단부로부터 일정한 거리를 두고 토치팁(7)이 토치팁 고정용 나사(8)에 의해 토치팁 고정부(9)에 고정되어 있다.

여기서, 트랜스듀서(1)는 중앙처리장치의 제어에 의해 초음파 진동을 하고 캐피러리(3)는 트랜스듀서(1)의 진동을 전달받아 리드프레임(도시안됨)의 내부리드와 반도체칩(도시안됨)의 본딩패드에 금속와이어(5)를 본딩시키는 것이다.

이와 같이 구성되는 와이어본딩장치의 와이어본딩공정을 간단히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 트랜스듀서(1)에 캐피러리(3)가 고정되어 있고 캐피러리(3)의 관통홀(도시 안됨)에 금속와이어(5), 예를 들어 금(Au) 재질의 금속와이어가 끼워져 있는 상태에서 트랜스듀서(1)가 상승함에 따라 캐피러리(3)가 고정타입의 토치팁(7)까지 상승한다.

이때, 고전압발생장치(도시 안됨)로부터 4KV 정도의 고전압이 일정시간 동안 토치팁(7)에 인가되면, 캐피러리(3)의 하단부로부터 나와 있는 금속와이어(5)의 선단부와, 토치팁(7)의 선단부 사이에서 방전이 발생하여 금속와이어(5)의 선단부가 볼(ball) 형태를 가지며 용융된다. 여기서, 상기 볼의 직경은 금속와이어(5)의 직경보다 3배 정도 크다.

이후, 상기 트랜스듀서(1)가 하강하기 시작함에 따라 캐피러리(3) 또한 리드프레임(10)의 다이패드(11)에 다이어태치된 반도체칩(20)의 해당 본딩패드들(도시 안됨)의 표면까지 하강하여 금속와이어(5)의 선단부의 볼을 상기 본딩패드들에 압착한다. 따라서, 상기 본딩패드와 금속와이어(5)가 1차 본딩된다. 이때, 본딩패드와 금속와이어(5)가 볼 본딩된다.

이어서, 캐피러리(3)가 리드프레임(10)의 해당 내부리드들(13)의 상부면으로 이동하고 나면, 트랜스듀서(1)가 초음파 진동함에 따라 캐피러리(3)가 금속와이어(5)를 내부리드(13)에 압착한다. 따라서, 내부리드(13)와 금속와이어(5)가 2차 본딩된다. 이와 아울러 캐피러리(3) 내의 금속와이어(5)가 해당 본딩패드와 내부리드(13) 사이의 금속와이어(5)로부터 절단되어 분리된다.

그런 다음, 금속와이어(5)의 절단된 선단부를 볼 형태로 형성하기 위해 캐피러리(3)가 토치팁(7)의 레벨까지 상승하기 시작한다. 이와 같은 과정이 제어부에 의해 반복적으로 제어됨에 따라 하나의 반도체칩에 대한 와이어본딩공정이 완료되는 것이다.

한편, 상승한 캐피러리(3)와 토치팁(7)과의 간격(G)이 변화함에 따라 금속와이어(5)의 선단부가 용융되는 정도가 변화하고 이에 따라 금속와이어(5)의 선단부의 초기 볼의 크기가 변화한다. 상기 초기 볼의 크기 변화는 와이어본딩공정의 조건변화에 따라 큰 영향을 받으므로 이상적인 초기 볼을 형성하기 위하여 간격(G)을 0.1-0.2 mm의 범위에서 유지하는 것이 바람직하다.

상기 간격(G)이 0.1-0.2 mm의 범위에서 유지되지 않는 경우, 금속와이어(5)의 선단부의 초기 볼이 형성되지 않거나, 상기 볼이 형성되더라도 볼 크기가 일정하지 않거나, 금속와이어(5) 자체의 끊어짐으로 인해 와이어본딩장치가 순간적으로 정지하는 등의 불량현상이 자주 발생한다.

그래서, 종래에는 상기 간격(G)을 일정하게 유지하기 위해 작업자가 자신의 눈감각과 금속재질의 얇은 시트와 같은 계측도구(도시 안됨)를 토치팁(7)과 캐피러리(3) 사이에 끼워서 조정하여 왔다.

그러나, 상기 계측도구가 일자형이므로 캐피러리(3)의 외주면과 토치팁(7) 사이의 간격(G)을 조정하는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 정확성이 떨어졌다. 또한, 작업자가 변경될 때마다 작업자의 눈감각 차이가 발생하므로 상기 간격 조정에 많은 오차가 발생하였다. 이로 인해, 와이어본딩공정의 신뢰성이 불량하였다. 그리고, 상기 간격 조정시에 작업자의 실수로 인하여 캐피러리가 자주 파손되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 와이어본딩장치의 토치팁과 캐피러리 사이의 간격을 정확하게 조정하여 금속와이어 선단부의 초기 볼 크기를 일정하게 함으로써 와이어본딩공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한 와이이본딩용 토치팁 갭조정 치구 및 그 간격조정방법을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 와이어본딩장치의 요부를 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 와이어본딩용 토치팁(torch tip) 간격조정 치구를 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명에 의한 와이어본딩용 토치팁 간격조정방법을 나타낸 플로우차트.

도면의주요부분에대한부호의설명

1: 트랜스듀서 2, 8: 나사 3 : 캐피러리 5: 금속와이어 7: 토치팁 8: 토치팁 고정부 10: 리드프레임 11: 다이패드 13: 내부리드 20: 반도체칩 30: 토치팁 간격조정 치구 31: 상측부 33: 하측부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 토치팁 갭조정 치구는 트랜 스듀서에 고정되는 상측부가 캐피러리와 동일한 직경으로 이루어져 있고, 하측부가 상기 상측부와 동심원을 이루며 일체로 연결되고 금속와이어의 바람직한 초기 볼 크기에 필요한, 캐피러리와 토치팁 사이의 간격에 해당하는 만큼 상측부가 큰 직경으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 캐피러리 대신에 토치팁 간격조정 치구의 상측부를 트랜스듀서에 고정하고 나서 토치팁의 선단부를 간격조정용 치구의 하측부 외주면에 접촉함으로써 토치팁과 캐피러리 사이의 간격을 일정하게 조정할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 와이어본딩용 토치팁 간격조정 치구 및 그 간격조정방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 와이어본딩용 토치팁 간격조정 치구를 나타낸 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 토치팁 간격조정 치구(30)는 상측부(31)가 도 1의 캐피러리(3)의 직경과 동일한 직경을 가지고, 하측부(33)가 상측부(31)와 동심원을 이루며 일체로 연결되고 금속와이어(5)의 선단부의 바람직한 초기 볼 크기에 필요한, 캐피러리(3)와 토치팁(7) 사이의 간격에 해당하는 만큼 상측부(31)보다 큰 직경을 갖고 있다. 여기서, 하측부(33)의 직경은 상측부(31)의 직경보다 0.1±0.02mm 크다.

이와 같이 구성되는 토치팁 간격조정 치구를 이용한 간격조정방법을 도 1 과 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명에 의한 토치팁 간격조정방법을 나타낸 플로우차트이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 단계(S1)에서는 먼저, 도 1의 토치팁(7)을 이동할 수 있을 정도로 토치팁 고정부(9)의 토치팁 고정용 나사(8)를 풀고 토치팁(7)의 선단부를 캐피러리(3)로부터 2-3cm 정도 이격시켜 놓는다.

단계(S2)에서는 이어서, 트랜스듀서(1)의 캐피러리 고정용 나사(2)를 풀고 트랜스듀서(1)로부터 캐피러리(3)를 분리시켜 놓는다.

단계(S3)에서는 캐피러리(3)가 삽입되어 있던 트랜스듀서(1)에 토치팁 간격조정용 치구(30)를 삽입하고 캐피러리 고정용 나사(2)를 조여서 치구(30)를 트랜스듀서(1)에 견고하게 고정한다.

즉, 토치팁 간격조정 치구(30)의 상측부(31) 일부가 트랜스듀서(1)에 삽입하여 고정되는데, 상측부(31)의 외주면 직경은 캐피러리(3)의 직경과 동일하고, 하측부(33)는 상측부(31)와 동심원을 이루며 일체로 연결되고 아울러 그 외주면의 직경이 금속와이어(5)의 선단부의 원하는 초기 볼 크기에 필요하도록 상측부(31)의 외주면 직경보다 크다. 바람직하게는, 하측부(33)의 직경이 상측부(31)의 직경보다 토치팁 간격(G)에 해당하는 0.1±0.02mm 정도만큼 크다.

단계(S4)에서는 토치팁(7)을 치구(30)로 이동시켜 토치팁(7)의 선단부를 치구(30)의 하측부(33) 외주면에 접촉시키고 나서 나사(8)를 조여 토치팁(7)을 토치팁 고정부(9)에 견고하게 고정한다.

단계(S5)에서는 나사(2)를 풀고 치구(30)를 트랜스듀서(1)로부터 분리한 후 도 1에 도시된 바와 같이, 캐피러리(3)를 트랜스듀서(1)에 삽입한다. 이어서, 나사(2)를 조여서 캐피러리(3)를 트랜스듀서(1)에 견고하게 고정한다. 이때, 토치팁(7)과 캐피러리(3) 사이의 간격(G)이 0.1±0.02mm의 범위로 일정하게 유지된다.

이러한 상태에서 종래의 방법과 동일한 방법으로 와이어본딩공정을 실시하면, 금속와이어(5)의 선단부의 초기 볼의 크기가 일정하게 형성된다. 따라서, 본 발명은 종래의 문제점들을 해소할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 토치팁 간격조정용 치구의 상측부 외주면 직경을 캐피러리의 직경과 동일하게 형성하고 하측부 외주면 직경을 금속와이어 선단부의 원하는 초기 볼 크기로 형성하기 위한 토치팁 간격에 해당하는 만큼 상측부 외주면 직경보다 크게 형성한다.

따라서, 본 발명은 토치팁 간격조정용 치구를 트랜스듀서에 고정하고 나서 토치팁의 선단부를 상기 치구의 하측부 외주면에 접촉시킴으로써 캐피러리와 토치팁 사이의 원하는 간격을 정확하게 조정할 수 있다. 결국, 본 발명은 와이어본딩 라인에 설치된 여러대의 와이어본딩장치들 각각에서 금속와이어 선단부의 초기 볼을 바람직한 크기로 일정하게 형성할 수 있으므로 와이어본딩공정의 신뢰성을 향상시킨다.

Claims (8)

1. 와이어본딩용 금속와이어가 관통 삽입되어 있는 캐피러리와, 상기 캐피러리를 지지하며 상기 캐피러리에 진동을 전달하는 트랜스듀서와, 상기 금속와이어의 선단부를 원하는 초기 볼 크기로 형성하기 위한 토치팁과, 상기 토치팁을 고정하는 토치팁 고정부를 포함하는 와이어본딩장치에 있어서,

   상기 트랜스듀서의 소정 영역에 고정될 상측부와;

   상기 상측부에 일체로 연결되며 상기 토치팁과 상기 캐피러리 사이의 간격을 일정하게 조정할 수 있도록 상기 토치팁과 접촉하게 될 하측부를 포함하는 와이어본딩용 토치팁 간격조정 치구.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 하측부가 상기 상측부보다 큰 직경의 동심원을 갖는 것을 특징으로 하는 와이어본딩용 토치팁 간격조정 치구.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 상측부의 직경이 상기 캐피러리의 직경과 동일하고, 상기 하측부의 직경이 상기 간격에 해당하는 만큼 상기 상측부의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 와이어본딩용 토치팁 간격조정 치구.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 하측부의 직경이 0.1±0.02mm 만큼 상기 상측부의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 와이어본딩용 토치팁 간격조정 치구.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 소정 영역이 상기 캐피러리를 고정하는 영역인 것을 특징으로 하는 와이어본딩용 토치팁 간격조정 치구.
6. 토치칩 고정부에 고정된 토치팁을 트랜스듀서에 고정된 캐피러리로부터 소정 거리 이격시켜 놓는 단계와;

   상기 캐피러리를 상기 트랜스듀서로부터 분리시키는 단계와;

   상기 트랜스듀서에 토치팁 간격조정 치구의 상측부를 고정시키는 단계와;

   상기 토치팁 간격조정 치구의 하측부에 상기 토치팁을 접촉시켜 상기 토치팁과 상기 캐피러리 사이의 간격을 조정하는 단계를 포함하는 와이어본딩용 토치팁 간격조정방법.
7. 제 6 항 에 있어서, 상기 상측부의 직경이 상기 캐피러리의 직경과 동일하고, 상기 하측부의 직경이 상기 간격에 해당하는 만큼 상기 상측부의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 와이어본딩용 토치팁 간격조정방법.
8. 제 7 항 에 있어서, 상기 하측부의 직경이 0.1±0.02mm 만큼 상기 상측부의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 와이어본딩용 토치팁 간격조정방법.