KR19990026924A

KR19990026924A - 캐필러리의 구조

Info

Publication number: KR19990026924A
Application number: KR1019970049241A
Authority: KR
Inventors: 정지영
Original assignee: 김규현; 아남반도체 주식회사
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-15

Abstract

본 발명은 캐필러리의 구조에 관한 것으로, 와이어본더의 한 구성요소인 캐필러리의 하단부 페이스 구조를 개선하여 반도체칩과 리드를 와이어로 본딩시에 리드에 형성되는 2차본딩영역의 본딩력을 향상시키기 위해, 본딩영역과 접촉하는 캐필러리의 하단부 페이스를 타원형으로 형성한 것을 특징으로 하는 캐필러리의 구조.

Description

캐필러리의 구조

본 발명은 캐필러리의 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 와이어본더의 한 구성요소인 캐필러리의 하단부 페이스 구조를 개선하여 반도체칩과 리드를 와이어로 본딩시에 리드에 형성되는 2차본딩영역의 본딩력을 향상시킬 수 있는 캐필러리의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 반도체패키지 분야에서 와이어본더란 컴퓨터의 카메라를 통해 반도체칩의 입/출력패드와 리드의 위치를 자동으로 감지한 후 상기 입/출력패드와 리드를 전도성와이어를 이용하여 서로 본딩시켜 주는 장비를 말한다. 이러한 와이어본더에서 실제로 반도체칩의 입/출력패드와 리드 사이를 왕복하면서 본딩하는 부분이 캐필러리이며 이러한 캐필러리를 포함한 와이어본더의 주요 구성을 도1a를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 상부에는 와이어(13')를 일시적으로 클램핑(Clamping)하거나 풀어주는 와이어클램프(21')가 위치되어 있다. 상기 와이어클팸프(21')의 하단에는 봉(Bar)형태로서 내부에는 소정의 통공(12')이 길게 형성되어 상기 와이어(13')가 통과할 수 있도록 되어 있고, 하부의 끝단은 원형이며 뾰족한 페이스(11')가 형성된 캐필러리(10')가 위치되어 있다. 상기 캐필러리(10')의 상단에는 초음파진동을 전달하는 트랜스듀서(23')가 설치되어 있으며 그 트랜스듀서(23')에는 락스크류(22')가 설치되어 있어서 상기 캐필러리(10')를 고정시키고 있다. 그리고 상기 캐필러리(10')의 통공(12') 하부로 빠저나온 와이어(13')의 하단에는 고전압 방전을 통해 와이어본딩시 필요한 와이어(13')의 볼(도시되지 않음)을 형성할 수 있도록 하는 고전압방전날(24')이 위치되어 있으며 상기 고전압방전날(24')의 하단에는 와이어본딩될 자재(27')가 위치하도록 가열수단(26')을 내장한 홀더(25')가 위치되어 있다. 한편, 도1b는 상기 캐필러리(10')의 저면을 확대도시한 것으로 최하단부에는 원형의 페이스(11')가 형성되어 있고, 상기 페이스(11')의 내측에는 원형의 통공(12')이 형성되어 와이어(13')가 통과하여 지나갈 수 있도록 되어 있다.

이러한 와이어본더에 의해 반도체칩(14')과 리드(17',18')가 와이어본딩되는 상태를 도2a에 도시하였으며 이를 참조하여 와이어본딩 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 와이어본더는 고전압방전날(24')을 이용하여 캐필러리(10')의 통공(12')을 통해 하부로 돌출되어 있는 와이어(13')의 끝단에 볼(도시되지 않음)을 형성한다. 그런후에 와이어본더는 캐필러리(10')를 반도체칩(14')의 입/출력패드(15') 상부로 이동시키고 트랜스듀서(23')에 의해 초음파진동에너지를 상기 캐필러리(10')로 전달하여 그 캐필러리(10')의 하단부 페이스(11')로 와이어(13')의 볼을 누르면서 1차본딩을 실시하여 반도체칩(14')의 입/출력패드(15') 상에 1차본딩영역(16')을 형성한다. 그런 다음에 상기 와이어본더는 캐필러리(10')로 와이어(13')를 붙잡은 채 소정의 와이어루프(와이어의 꺽임높이)를 형성하면서 리드(17',18')의 소정 영역으로 이동한 후 상기 캐필러리(10')의 페이스(11')로 와이어(13')를 리드(17',18') 표면에 누르면서 2차본딩을 실시하는데 이때 상기와 마찬가지로 트랜스듀서(23')로 초음파진동에너지를 상기 캐필러리(10')에 전달하여 그 캐필러리(10')의 하단부 페이스(11')에 의해 2차본딩영역(19')이 형성되도록 한다. 여기서 상기 초음파진동의 방향은 도시된 바와 같이 Y축리드(17')나 X축리드(18') 본딩시에 모두 동일한 진폭과 방향(Y축)을 갖는다. 이어서 와이어클램프(21')가 상기 와이어(13')를 클램핑한후 캐필러리(10')와 함께 상부로 이동함으로써 상기 리드(17',18') 표면상의 2차본딩영역(19')에서 와이어(13')를 절단하여 하나의 와이어본딩을 완료하게 된다.

한편, 이러한 와이어본딩 작업이 완료되면 상기 와이어의 본딩력을 검사하기 위해 장력테스트(Pull Strength Test)를 실시하게 되는 데 이는 도2c에 도시된 바와 같이 반도체칩(14')의 입/출력패드(15')와 리드(18')를 서로 연결하고 있는 와이어(13') 사이에 훅(31')을 걸고 일정한 장력을 가해 상부로 당김으로서 그 본딩력을 검사한다.

그러나 상기 와이어본딩의 결과는 도2b 및 도2c에서와 같이 X축과 Y축의 리드(17',18') 표면에 형성되는 2차본딩영역(19' ; 이를 Stitch라고도 함)의 크기가 서로 다르게 형성됨으로서 상기 장력테스트에서 와이어(13)의 소정 부분이 끊기는 문제점이 있다.

즉, 캐필러리(10') 하단부 페이스(11')의 모양이 원형으로 되어 있는 상태에서 2차본딩시에 초음파진동에너지의 전달 방향이 모두 Y축 방향으로 고정되어 있음으로서 Y축리드(17')에 생성된 2차본딩영역(19')과 X축리드(18')에 생성된 2차본딩영역의 크기가 서로 다르게 형성됨으로서 발생되는 문제이다. 좀더 구체적으로 설명하면 도2b에서와 같이 X축리드(18')표면에 형성된 2차본딩영역(19')의 크기 D에 비해 Y축리드(17')표면에 형성된 2차본딩영역(19')의 크기D'가 매우 작게 형성됨으로서 결국 Y축리드(17')에 형성된 2차본딩영역(19')의 본딩력이 상대적으로 약하게 형성되어 상기 장력테스트에서 Y축리드(17')의 2차본딩영역(19')이 빈번하게 끊어지는 문제점이 나타난다. 또한 차후의 여러 반도체패키지 제조공정중 X축리드(18')에 형성된 2차본딩영역(19')보다는 Y축리드(17')에 형성된 2차본딩영역(19')에서 와이어(13')가 쉽게 단락되어 반도체패키지의 불량률을 높이는 원인이 되고 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 와이어본더의 한 구성요소인 캐필러리 하단부의 페이스 구조를 개선하여 반도체칩과 리드를 와이어로 본딩시에 리드에 형성되는 2차본딩영역의 본딩력을 향상시킬 수 있는 캐필러리의 구조를 제공하는데 있다.

도1a는 캐필러리를 포함한 와이어본더의 일반적인 구성을 도시한 상태도이고, 도1b는 캐필러리의 하단부 페이스를 확대 도시한 저면도이다.

도2a는 종래 캐필러리에 의해 반도체칩과 리드가 와이어로 본딩되는 상태를 도시한 평면도이고, 도2b는 반도체칩과 리드가 본딩된 상태를 도시한 평면도이며, 도2c는 장력테스트를 도시한 상태도이다.

도3a는 본 발명에 의한 캐필러리의 하단부 페이스를 확대 도시한 저면도이고, 도3b는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 설명도이며, 도3c는 본 발명에 의한 캐필러리에 의해 반도체칩과 리드가 본딩되는 상태를 도시한 평면도이고, 도3d는 본 발명에 의한 캐필러리에 의해 반도체칩과 리드가 본딩된 상태를 도시한 평면도이다.

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명

10 ; 캐필러리(Capillary) 11 ; 페이스(Face)

12 ; 통공 13 ; 와이어(Wire)

14 ; 반도체칩(Chip) 15 ; 입/출력패드(Pad)

16 ; 1차본딩(Bonding)영역 17 ; Y축리드(Lead)

18 ; X축리드 19 ; 2차본딩영역

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 캐필러리의 구조는 와이어본더의 트랜스듀서에 장착되어 초음파진동에너지를 전달받음으로써 반도체칩과 리드 등을 서로 와이어로 본딩시키는 캐필러리의 구조에 있어서, 상기 캐필러리는 그 하단부의 페이스가 타원형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 첨부된 도3a는 본 발명에 의한 캐필러리의 하단부 페이스를 확대도시한 저면도이고, 도3b는 본 발명의 원리를 설명하기 위한 설명도이며, 도3c는 본 발명에 의한 캐필러리에 의해 반도체칩과 리드가 본딩되는 상태를 도시한 평면도이고, 도3d는 본 발명에 의한 캐필러리에 의해 반도체칩과 리드가 본딩된 상태를 도시한 평면도이다.

도3a에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 캐필러리(10)의 구조는 그 하단의 페이스(11)를 타원형으로 형성하였다는 특징을 가지고 있다. 그리고 상기 페이스(11)의 중앙부에는 와이어(13)가 통과할 수 있도록 원형의 통공(12)이 형성되어 있음은 당연하고 상단은 봉형태로 형성되어 초음파진동에너지를 전달하는 트랜스듀서에 고정될 수 있도록 되어 있다.

상기 타원형의 페이스는 바람직하기로는 도3b에 도시된 바와 같이 그 타원형의 장축(L)에서 단축(S)의 거리차가 트랜스듀서의 초음파에 의한 진폭(TL)에 상응하도록 설계되어 있다. 이로써 트랜스듀서가 Y축을 따라서 진폭 TL로 진동할 때 Y축에 발생되는 본딩거리(YL), X축에 발생되는 본딩거리(YL)이 비슷하게 형성됨을 알 수 있다. 한편, 종래의 원형 페이스에서는 트랜스듀서가 소정의 진폭(TL')을 가지고 Y축으로 진동할 때 Y축에 발생되는 본딩거리(YL')가 X축에 발생되는 본딩거리(XL')보다 크게 나타남으로서 서로 비대칭의 본딩영역이 형성됨을 알 수 있다.

이러한 구조 및 원리를 갖는 캐필러리(10)의 작용을 도3c 및 도3d를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 캐필러리(10)도 종래와 같이 반도체칩(14)의 입/출력패드(15)에 1차본딩을 실시하여 1차본딩영역(16)을 형성한 후 소정의 와이어루프를 형성하면서 X축리드(18) 또는 Y축리드(17)로 이동한 후 와이어(13)를 리드표면에 누루고 Y축 방향으로 초음파진동에너지를 전달하여 2차본딩을 실시하는 것은 동일하다. 그러나 이때 상기 캐필러리(10)의 하단부 페이스(11)는 X축이 장축인 타원형으로 형성되어 있기 때문에 Y축리드(17)에 2차본딩영역(19)을 형성할 때는 그 타원형의 X축 길이만큼 2차본딩영역(19)이 형성되고, X축리드(18)에 2차본딩영역(19)을 형성할 때는 상기 캐필러리(10)가 Y축 방향으로 진동한 거리에 해당하는 길이로 2차본딩영역(19)의 크기가 정해진다.

즉, 본딩이 완료된 상태를 도시한 도3d를 참고하면 X축리드(18)나 Y축리드(17)에 형성된 2차본딩영역(19)의 크기가 모두 비슷하게 형성되어 있음을 알 수 있다. 즉, 캐필러리(10)의 하단부 페이스(11)가 타원형으로 형성되어 있기 때문에 Y축 방향으로 진동하면서 2차본딩영역(19) 형성시 Y축리드(17)상에서는 상기 캐필러리(10)의 페이스(11)에 형성된 타원형의 X축 방향에 해당하는 만큼의 길이 D'가 형성되고 또한 X축리드(18)표면에서는 캐필러리(10)의 Y축방향의 진동거리에 해당하는 만큼의 길이D가 형성됨으로써 결과적으로 X축리드(18)나 Y축리드(17)에 형성되는 2차본딩영역(19)의 크기(D,D')가 모두 비슷하게 형성된다. 특히 Y축리드(17)상에 형성되는 2차본딩영역(19)의 크기가 증가되어 X축리드(18)의 2차본딩영역(19)과 거의 같아짐으로써 Y축리드(17)에 형성된 2차본딩영역(19)의 본딩력이 향상된다.

이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 여기에만 한정되지 않으며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당업자에 의해 여러가지로 변형된 실시예가 가능할 것이다.

따라서 본 발명의 캐필러리 구조에 의하면, 캐필러리의 하단부 페이스를 타원형으로 형성함으로써 X축리드에 형성되는 2차본딩영역의 크기만큼 Y축 리드에 형성되는 2차본딩영역도 증가시킨다. 그럼으로서 Y축리드에 형성되는 2차본딩영역의 본딩력을 향상시키게 되고 이는 곧 와이어본딩이 모두 완료된 후 실시되는 장력테스트에서 종래와 같이 Y축리드의 2차본딩영역에서 자주 발생하던 와이어의 끊김 현상을 대폭 감소시켜 결과적으로 와이어본딩의 신뢰성이 크게 향상되는 것이다.

또한 차후의 여러 반도체패키지 제조공정중 와이어의 단락현상이 감소됨으로서 반도체패키지의 생산 수율을 향상시키고 불량률을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

와이어본더의 트랜스듀서에 장착되어 초음파진동에너지를 전달받음으로써 반도체칩과 리드 등을 서로 와이어로 본딩시키는 캐필러리의 구조에 있어서, 상기 캐필러리는 그 하단부의 페이스가 타원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 캐필러리의 구조.
제1항에 있어서, 상기 페이스의 타원형은 그 장축과 단축의 거리차가 트랜스듀서의 초음파에 의한 진폭과 상응하도록 한 것을 특징으로 하는 캐필러리의 구조.