KR19990025481A - 빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패키지를 조립하는 반도체 제조 장치 중에서 빔 리드를 반도체 칩에 접착하는 빔 리드 본딩 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 본드 헤드를 좌우로 회전시켜서 본딩 툴 하단의 유도 홈의 방향을 임의의 방향으로 조절할 수 있는 빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드에 관한 것이며, 이를 위하여 좌우로 회전할 수 있는 회전 구동장치에 축을 통하여 연결된 본드 헤드의 구조를 개시하고, 종래의 평판과 연계되어 빔 리드의 방향에 관계없이 자유롭게 굴곡하여 접착할 수 있는 본딩 구조를 개시하며, 이러한 구조를 통하여 빔 리드를 반도체 칩 위의 본딩패드에 접착함으로써 빔 리드를 굴곡하는 공정과 빔 리드를 본딩패드 위에 접착하는 공정의 효율을 향상시키고 또한 빔 리드를 형성함에 있어서 빔 리드를 방향에 제한 없이 형성할 수 있도록 한다.

Description

빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드

본 발명은 빔 리드 본딩 장치(Beam lead bonding apparatus)의 본드 헤드(Bond head)에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 본드 헤드를 회전시켜 본딩 툴의 하단에 형성된 유도 홈의 방향을 조절함으로써, 유도 홈에 유도되는 빔 리드를 빔 리드가 테이프 위에 형성되는 방향에 제한 없이 반도체 칩의 본딩패드에 직접 접착할 수 있는 빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 칩을 외부와 전기적으로 연결하는 방법은 리드를 반도체 칩의 본딩패드와 연결하는 것이며, 이러한 방법에는 와이어 본딩(Wire bonding) 방법이 있다. 와이어 본딩 방법은 금(Au)과 같은 와이어의 양단을 각기 리드와 본딩패드에 접착하여 전기적으로 연결하는 것이며, 본딩패드에 접착하는 볼 본딩(Ball bonding) 방법과 리드에 접착하는 에지 본딩(Edge bonding) 방법으로 구분된다. 이때 볼 본딩 방법은 와이어의 굴곡(Loop)이 형성되는 방향을 자유롭게 선택할 수 있으며 에지 본딩은 임의의 방향으로 형성된 굴곡의 끝을 리드 위에 접착하여 고정하는 것으로, 결과적으로 와이어 본딩 방법은 와이어의 굴곡을 형성하는 방향에 대하여 제한이 없는 특징이 있다.

그에 반하여 칩 스케일 패키지(CSP ; Chip Scale Package ; 이하 CSP 라 한다)에 주로 적용되는 방법은 반도체 칩의 본딩패드와 빔 리드를 직접 접착하는 빔 리드 본딩(Beam lead bonding) 방법이다. 빔 리드 본딩 방법은 패키지 내의 반도체 칩의 체적비를 극대화하기 위한 한 방법으로 와이어 본딩을 생략하고 리드와 본딩패드를 접착하여 직접 연결함으로써 CSP 내의 반도체 칩의 체적비를 극대화할 수 있는 한 방법이다. 그러나, 빔 리드 본딩 방법은 미리 테이프 위에 일정한 방향을 가지고 형성된 빔 리드를 본딩 툴을 이용하여 단순히 압착하여 접착하는 방법이며, 따라서 빔 리드의 방향은 본딩 툴의 하단에 형성된 유도 홈의 방향에 맞추어 형성되어야 한다.

빔 리드 본딩 방법에 대하여 좀 더 상세히 알아보면, 미리 일정한 방향으로 테이프 위에 형성된 빔 리드를 반도체 칩의 본딩패드 위에서 본딩 툴로 압착하고 동시에 본딩 툴에 초음파(Ultra Sonic)를 이용한 진동을 일으켜 본딩패드와 빔 리드를 접착하는 방법이다.

도 1a 내지 도 1e에 본딩 툴(40)을 이용하여 빔 리드(30)를 반도체 칩(10)의 본딩패드(12)에 접착하는 방법이 순차적으로 도시되어 있다. 즉, 빔 리드 본딩 방법은 본딩 툴(40)을 수직으로 하강시켜 빔 리드(30)를 절단하는 과정(도 1a), 본딩 툴(40)을 수평으로 움직여 빔 리드(30)의 굴곡을 형성하는 과정(도 1b 및 도 1c), 본딩 툴(40)을 본딩패드(12)까지 하강시켜 빔 리드(30)를 압착하는 과정(도 1d) 및 본딩 툴(40)에 초음파를 이용한 진동을 주어 빔 리드(30)를 본딩패드(12)에 완전히 접착하는 과정(도 1e)을 갖는다.

도 2에는 빔 리드 본딩 장치에 사용되는 본딩 툴(40)이 본딩 툴의 하단(42)을 중심으로 사시도로 도시되어 있다. 본딩 툴(40)은 수직·수평 직선운동을 통하여 빔 리드(30)의 굴곡을 형성하고 진동을 통하여 빔 리드(30)를 본딩패드(12)에 접착한다. 본딩 툴(40)은 하단(42)에 빔 리드(30)를 끼워서 유도할 수 있는 유도 홈들(44)이 형성되어 있으며, 이러한 유도 홈들(44)은 본딩 툴(40)의 하단(42)의 사면에 서로 직각을 이루며 형성되어 있다. 이러한 하단(42)을 갖는 본딩 툴(40)이 헤드 몸체에 결합되어 빔 리드(30)를 접착하는 까닭에, 테이프 위에 미리 형성되는 빔 리드들(30)은 본딩 툴(40)의 하단(42)에 형성된 유도 홈의 방향에 맞추어 직각의 각을 유지하며 방향의 변화를 갖는다.

이처럼 일정 방향을 유지하는 빔 리드(30)가 테이프(34)의 일면에 형성된 모습이 도 3a와 도 3b에 도시되어 있다. 도 3a는 반도체 칩(10)의 사면에 수직한 방향으로 빔 리드들(30)이 형성된 모습이며, 도 3b는 반도체 칩(10)의 사면에 비스듬하게 사선을 이루며 빔 리드들(30)이 형성된 모습이다. 도 3a와 도 3b에 나타난 빔 리드를 상세히 살펴보면 다음과 같다. 테이프(34)의 중앙에 솔더 볼(Solder Ball)이 접착될 수 있는 솔더 패드들(32 ; Solder pad)이 격자를 이루며 형성되어 있고, 네 방향으로 뻗어 있는 빔 리드들(30)이 솔더 패드들(32)과 패턴(도시되지 않음)을 통해 전기적으로 연결되어 있다.

또한 도 4에는 도 3a 및 도 3b에 나타난 빔 리드(30)가 반도체 칩(10) 위의 본딩패드(12)에 접착되어 연결된 모습이 단면도로 도시되어 있다. 도 4에 나타난 바와 같이 빔 리드(30)와 반도체 칩(10)은 테이프(34)의 일면에 형성된 빔 리드들(30)이 반도체 칩(10)에 접착제(20)의 두께만큼 일정 거리를 두고 접착되어 있으며, 테이프(34)에서 뻗어 나온 빔 리드(30)가 굴곡을 형성하며 본딩패드(12) 위에 접착되어 있다.

이상과 같이 빔 리드 본딩 방법을 사용하여 CSP를 조립하는 경우 빔 리드의 방향은 직각을 이루며 형성되는 제약을 가져오며 또한 빔 리드와 연결되는 본딩패드의 위치상의 제약을 가져올 수 있다. 또한 경직된 각도를 통하여 빔 리드가 본딩 툴에 의해 유도되므로 빔 리드의 굴곡 형성과 빔 리드의 접착이 불완전하게 될 수 있어서 결과적으로 본딩 공정의 효율을 떨어뜨릴 수 있다.

본 발명의 목적은 빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드를 회전시킴으로써 빔 리드가 형성된 방향에 제한이 없는 테이프 형태의 빔 리드를 사용할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본드 헤드를 회전시킴으로써 빔 리드의 굴곡 형성과 빔 리드의 접착에 관한 공정 효율을 높이는 것이다.

도 1a 내지 도 1e는 종래의 본딩 툴이 빔 리드를 반도체 칩에 접착하는 과정을 순차적으로 나타낸 단면도,

도 2는 본딩 툴의 하단을 위로 향하여 나타낸 사시도,

도 3a는 종래의 일 실시예에 따라 형성된 빔 리드를 나타낸 평면도,

도 3b는 종래의 다른 실시예에 따라 형성된 빔 리드를 나타낸 평면도,

도 4는 종래의 일 실시예에 따라 빔 리드가 접착된 모습을 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명에 따라 빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드를 나타낸 사시도,

도 6은 도 5의 본드 헤드와 빔 리드 본딩 장치의 평판이 연계되어 본딩 공정이 수행되는 모습을 나타내는 구조도,

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 빔 리드들이 방사형으로 뻗어있는 모습을 나타낸 평면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 설명

10, 110 : 반도체 칩 12 : 본딩패드

20 : 접착제 30, 130 : 빔 리드

32, 132 : 솔더 패드 34, 134 : 테이프

40, 140 : 본딩 툴 42 : 본딩 툴의 하단

44 : 유도 홈 100 : 본드 헤드

150 : 평판 160 : 헤드 몸체

162 : 트랜스듀서 170 : 구동장치

172 : 초음파(Ultra sonic) 174 : 회전축(Shaft)

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 좌우로 회전할 수 있는 빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드를 제공한다. 종래의 빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드를 회전을 일으킬 수 있는 회전 구동장치에 연결하여 본드 헤드를 좌우 회전시키고 수평 직선운동을 할 수 있는 평판과 함께 제어함으로써 다양한 각도를 갖는 빔 리드를 이용하여 빔 리드 본딩 공정을 수행할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 빔 리드 본딩 장치의 특징을 설명하면 다음과 같다.

종래의 빔 리드 본딩 장치가 방향이 고정된 본딩 툴을 이용하여 본딩 공정을 수행함으로써 본딩 툴의 하단에 형성된 유도 홈의 방향에 맞추어 형성된 빔 리드만을 접착하던 것에 비하여, 본 발명에 따른 본드 헤드는 헤드 몸체를 좌우로 회전시킴으로써 헤드 몸체에 결합된 본딩 툴의 방향을 고정시키지 않고 본딩 공정을 수행하며 따라서 본딩 툴의 하단에 형성된 유도 홈의 방향이 고정되지 않게 되어 빔 리드의 방향에 제한을 두지 않을 수 있다.

또한 본드 헤드를 회전시키기 위한 방법으로, 본드 헤드를 지지하는 축에 모터를 포함하는 회전 구동장치를 연결하여 축을 회전시킴으로 해서 본드 헤드를 회전시킬 수 있다. 본드 헤드를 회전시켜 본딩 툴의 방향을 조절하고, 그에 따라 반도체 칩이 놓여지는 평판을 전후좌우로 움직여 본딩 툴이 움직이는 범위에 맞추어 본딩패드의 위치와 빔 리드의 위치를 정렬한다. 일단 위치가 정렬된 후에는, 종래와 같이 본딩 툴에 수직·수평 직선운동과 진동을 일으켜서 빔 리드를 반도체 칩의 본딩패드에 접착할 수 있다.

이하 첨부도면을 참고로 하여 본 발명을 설명한다.

도 5는 본 발명에 따라 빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드(100)를 나타낸 사시도이며, 도 6은 도 5의 본드 헤드(100)와 빔 리드 본딩 장치의 평판(150)이 연계되어 본딩 공정이 수행되는 모습을 나타내는 구조도이다.

도 5 및 도 6을 참고로 하여 본드 헤드의 구조와 본딩 공정이 수행되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 본딩 툴(140)이 하단을 아래로 향한 채 트랜스듀서(162)에 결합되어 있으며 트랜스듀서(162)는 헤드 몸체(160)와 결합되어 있다. 헤드 몸체(160)는 연결되어 있는 구동장치(170) 등에 의하여 수직·수평 직선운동 등의 기계적 운동을 하며, 초음파(172)를 이용하여 진동을 트랜스듀서(162)를 통해 본딩 툴(140)에 전달하고, 모터와 같은 회전 구동수단(도시되지 않음)과 연결된 회전 축(174)과 연결되어 좌우로 회전할 수 있다. 이상과 같은 본드 헤드(100)와 일정 간격을 두고 형성된 빔 리드 본딩 장치의 평판(150) 위에 반도체 칩(110)이 놓여지며, 평판(150)이 전후좌우로 움직일 수 있어서 본드 헤드의 좌우 회전운동과 함께 본딩 툴이 빔 리드를 압착하는 위치와 방향을 조절할 수 있다.

따라서, 종래의 본드 헤드가 수직·수평 직선운동만을 함에 의해 본딩 툴 하단의 유도 홈들이 직각을 이루는 방향으로만 빔 리드들을 유도하던 것에 비하여, 본 발명에서는 본드 헤드가 좌우 회전운동을 함으로써 본딩 툴 하단의 유도 홈들이 본드 헤드 하단에 이격되어 있는 평판의 전후좌우로의 직선운동과 연계되어 임의의 방향으로 빔 리드들을 유도할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 빔 리드들이 방사형으로 뻗어있는 테이프 형태의 빔 리드를 나타낸 평면도이다. 폴리이미드(Polyimide)와 같은 테이프(134)의 중앙에 솔더 볼이 접착될 수 있는 솔더 패드들(132)이 격자를 이루며 형성되어 있고, 방사형으로 뻗어있는 빔 리드들(130)이 솔더 패드들(132)과 패턴(도시되지 않음)을 통해 전기적으로 연결되어 있다. 이처럼 방사형으로 뻗는 빔 리드들(130)과 같이 빔 리드들(130)의 방향을 제한 없이 형성할 수 있으므로 빔 리드들(130)을 솔더 패드들(132)과 패턴으로 연결함에 있어서 보다 자유롭게 연결할 수 있다.

본 발명에 따른 빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드는 좌우로 회전할 수 있도록 회전 구동수단에 본드 헤드를 연결함으로써, 종래의 빔 리드 본딩 장치의 평판과 더불어 빔 리드를 유도하는 본딩 툴 하단의 유도 홈의 방향을 자유롭게 조절할 수 있으며, 그에 따라 종래 테이프 위의 빔 리드가 직각을 이루며 형성된 것만을 사용하던 것에 비하여 본 발명에서는 방향에 제한 없이 형성된 빔 리드가 사용될 수 있도록 하며, 이와 같은 방향에 제한 없이 형성된 빔 리드들을 유도할 수 있도록 한다. 또한 종래 경직된 각도에 따라 빔 리드들을 유도하던 것에 비하여 본 발명에서는 방향에 제한 없이 자유로운 각도로 빔 리드들을 유도할 수 있으므로 빔 리드들의 굴곡 형성과 빔 리드들의 접착에 관한 공정의 효율을 높일 수 있다.

Claims (8)

1. 반도체 칩의 위에서 기계적 운동을 통하여 상기 반도체 칩의 본딩패드에 빔 리드를 접착하는 본딩 툴;

   상기 본딩 툴과 결합되어 상기 본딩 툴에 상기 기계적 운동을 전달하는 트랜스듀서; 및

   상기 트랜스듀서와 결합되어 상기 기계적 운동을 하는 헤드 몸체;

   를 포함하는 빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드에 있어서,

   상기 기계적 운동은 좌우 회전운동을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 리드 본딩 장치의 본드 헤드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 본딩 툴의 하단에 상기 빔 리드를 유도할 수 있는 유도 홈이 십자형으로 형성된 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 본딩 툴이 상기 헤드 몸체의 상기 좌우 회전운동을 통하여 상기 빔 리드를 방향에 제한 없이 유도할 수 있는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 빔 리드는 상기 반도체 칩의 본딩패드에 대응하여 형성되며, 방향에 제한 없이 테이프 위에 형성된 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 헤드 몸체는 회전축에 연결되어 있으며 상기 회전축이 회전함에 따라 좌우로 회전운동을 하는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 기계적 운동은 수직·수평 직선운동과 진동을 포함하는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 헤드 몸체는 초음파(Ultra Sonic)에 의하여 진동하는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 칩은 전후좌우로 움직일 수 있는 평판 위에 놓여지며, 상기 평판의 움직임에 따라 본딩 툴이 상기 빔 리드를 압착하는 위치를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 본드 헤드.