KR20000001920A - 본딩와이어 검사장치 및 그 검사방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 웨이퍼의 다이와, 복수의 리드를 갖는 리드프레임을 전기적으로 연결하는 본딩와이어의 형상을 검사하는 본딩와이어 검사장치 및 그 검사방법에 관한 것으로서, 상기 본딩와이어를 조명하는 조명시스템과; 상기 본딩와이어와, 상기 조명시스템의 조명에 의해 형성된 상기 본딩와이어의 그림자를 촬상하는 CCD카메라와; 상기 CCD카메라로부터의 촬상된 상기 본딩와이어 및 상기 본딩와이어의 그림자를 비교연산하여 상기 본딩와이어의 형상을 검출하는 연산부와; 상기 연산부의 검출결과에 따라 상기 본딩와이어의 양불량을 판단하는 양불량판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 와이어본딩 검사장치의 구조를 간단화함으로써, 원가를 절감하고, 검사시간을 단축시킬 수 있다. 그리고, 본딩와이어를 3차원적으로 검사함으로써, 본딩와이어의 형상을 정확하고 용이하게 검사할 수 있게 된다.

Description

본딩와이어 검사장치 및 그 검사방법
본 발명은 본딩와이어 검사장치 및 그 검사방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본딩와이어를 신속하고 용이하게 검사할 수 있도록 한 본딩와이어 검사장치 및 그 검사방법에 관한 것이다.
IC는 집적회로(Integrated Circuit)의 일반적 약칭으로서, 수동, 능동의 회로 소자가 하나의 기판상 또는 기판내에 분리가능한 상태로 결합되어 있으며, 크게 모놀리식 IC와, 하이브리드 IC로 나뉘어진다.
여기서, 모놀리식 IC는, 하나의 실리콘 기판상에 트랜지스터와 다이오드, 저항 등의 소자를 구성시킨 것으로서, 소형, 경량이며, 일반적으로 IC라 하면 이것을 가리킨다. 그리고, 하이브리드 IC는, 수동소자를 포함하는 회로 전체를 박막으로 만들고 거기에 트랜지스터 등의 능동소자를 주로 하는 반도체 칩을 부착하여 구성한다.
이러한 IC의 오염을 방지하고 외부와 전기적인 연결이 가능하도록 패키지라는 용기내에 장착시켜 양산하게 되며, 이 작업을 어셈블리 공정이라 한다. 어셈블리 공정은, 실리콘 결정으로 형성된 웨이퍼로부터 선택된 다이를 리드프레임에 접착하는 마운팅 작업으로부터 시작된다. 여기서, 리드프레임은 금속박을 적당한 패턴으로 포토에치 또는 프레스 가공하여 형성한 금속프레임으로써, 다이가 안착되는 안착판과, 안착판을 중심으로 외측으로 길게 연장된 복수의 리드를 갖는다.
마운팅 작업이 완료되면, 마운팅된 다이와 리드프레임의 리드를 연결하는 와이어본딩 작업이 이루어진다. 와이어본딩 작업은 본딩와이어를 이용하여 다이의 입력 및 출력단자인 본딩패드와, 리드프레임의 리드를 연결하는 작업이며, 와이어본딩 작업이 완료되면, 리드가 외부로 노출되도록 리드프레임과 다이를 패키지에 수용시켜 몰딩하는 다이본딩 작업을 하고, 리드를 일측방향으로 절곡시켜 외부와의 접촉이 용이하도록 한다.
이러한 어셈블리 공정 중 와이어본딩 작업은, 25μ ~ 35μ 정도의 폭를 가진 본딩와이어를 이용하여 다이의 본딩패드와 리드프레임의 리드를 연결하는 섬세한 작업이다. 따라서, 와이어본딩 작업시, 본딩와이어의 절곡이 너무 급격한 경우, 다이본딩 작업후에 본딩와이어가 패키지 밖으로 삐져 나오게 되며, 본딩와이어의 절곡이 너무 완만한 경우, 다이본딩 작업시에 본딩와이어의 양 끝단에 강한 힘이 작용하게 되어 본딩와이어가 절단되거나, 본딩패드와 리드에 접촉된 볼이 접리되는 현상이 발생한다.
이에 따라, 와이어본딩 작업이 완료되면, 다이본딩 작업을 하기 전에 본딩와이어 검사장치를 이용하여 본딩와이어가 적절히 절곡되었는지 본딩와이어의 형상을 검사하게 된다. 본딩와이어 검사장치를 이용한 본딩와이어의 검사방법에는 2차원적인 검사방법과 3차원적인 검사방법 등 다양한 종류의 검사방법이 제안되어 있다.
도 4는 종래의 본딩와이어 검사장치의 일실시예를 도시한 개략적 구성도이다. 본딩와이어 검사장치(51)는, 본딩와이어(60)를 촬상하는 CCD카메라(65)와, CCD카메라(65)로부터 촬상된 영상을 처리하는 도시않은 비젼처리부를 포함한다. 도시된 본딩와이어 검사방식은 Focus/Defocus 방식으로, 지정된 두지점의 높이에서 CCD카메라(65)에 촬상되는 본딩와이어(60)의 촬상상태를 파악하여 본딩와이어(60)의 높이를 검사하게 된다. 먼저, CCD카메라(65)를 본딩와이어(60)의 최고점에 초점을 맞춘 다음, 최고점으로부터 일정 거리 떨어진 본딩와이어(60)의 최저점이며 다이의 본딩패드(56)와 리드프레임의 리드(57)에 접해있는 볼(61) 영역에 초점을 맞추게 된다. 이 때, 비젼처리부를 통해 최저점에서의 초점상태를 파악하여 초점이 정확하면 본딩와이어(60)의 형상이 정상적인 것으로 판단하고, 초점이 정확하지 아니하면 본딩와이어(60)의 형상에 이상이 있는 것으로 판단하게 된다.
그런데, 이러한 종래의 Focus/Defocus 방식에 따른 본딩와이어 검사방법은, 정해진 본딩와이어(60)의 두점을 찾아 본딩와이어(60)를 촬상하는 데 있어서 시간이 비교적 오래 걸리고, 본딩와이어(60)의 전체적인 형상에 대한 검사를 하는 것이 어렵다.
한편, 도 5는 종래의 본딩와이어 검사장치의 다른 실시예를 도시한 개략적 구성도이다. 도시된 본딩와이어 검사장치(71)는 레이저센서(55)를 이용한 것으로서, 다이의 본딩패드(56)에 접해있는 볼(61)에서부터 리드프레임의 리드(57)에 접해있는 볼(61)까지 본딩와이어(60)의 길이방향을 따라 레이저센서(55)를 이동하도록 하여, 본딩와이어(60)의 각점에서의 높이를 측정하도록 한다. 이러한 레이저센서(55)를 이용한 검사방식은, 본딩와이어(60)의 전체적인 높이의 측정이 가능하여 검사결과가 비교적 정확하나, 검사시간이 장시간 소요되며, 레이저센서(55)의 단가가 고가이므로 전체적인 본딩와이어 검사장치(71)의 가격 상승을 초래한다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 본딩와이어의 형상을 정확하고 용이하게 검사할 수 있으며, 장비자체의 가격도 저렴한 본딩와이어 검사장치 및 그 검사방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 본딩와이어 검사장치의 개략적 구성도,
도 2는 도 1의 본딩와이어 검사장치의 제어블럭도,
도 3은 도 1의 본딩와이어 검사장치에 의한 본딩와이어의 높이 및 좌표를 구하기 위한 좌표도,
도 4는 종래의 본딩와이어 검사장치의 일실시예를 도시한 개략적 구성도,
도 5는 종래의 본딩와이어 검사장치의 다른 실시예를 도시한 개략적 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 본딩와이어 검사장치 5 : CCD카메라
7 : 조명시스템 10 : 본딩와이어
11 : 볼 13 : 기준선
15 : 그림자 20 : 비젼시스템
21 : 비젼처리부 22 : 연산부
23 : 양불량판단부
상기 목적은, 본 발명에 따라, 웨이퍼의 다이와, 복수의 리드를 갖는 리드프레임을 전기적으로 연결하는 본딩와이어의 형상을 검사하는 본딩와이어 검사장치에 있어서, 상기 본딩와이어를 조명하는 조명시스템과; 상기 본딩와이어와, 상기 조명시스템의 조명에 의해 형성된 상기 본딩와이어의 그림자를 촬상하는 CCD카메라와; 상기 CCD카메라로부터의 촬상된 상기 본딩와이어 및 상기 본딩와이어의 그림자를 비교연산하여 상기 본딩와이어의 형상을 검출하는 연산부와; 상기 연산부의 검출결과에 따라 상기 본딩와이어의 양불량을 판단하는 양불량판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 연산부는 상기 본딩와이어의 임의의 한점에서의 높이와 평면좌표를 연산하여 상기 본딩와이어의 형상을 검출하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 양불량판단부는, 상기 연산부로부터 연산된 상기 본딩와이어의 높이가 소정 허용범위내에 있을 경우 상기 본딩와이어가 양품인 것으로 판단하도록 할 수 있다.
또한, 상기 본딩와이어의 임의의 한점에서의 높이는, 다음의 수학식 1로 표현될 수 있다.
여기서, H는 조명시스템의 높이, t는 상기 본딩와이어의 임의의 한점에 대응하는 그림자의 대응점의 폭, d는 본딩와이어의 직경이다.
그리고, 상기 본딩와이어의 임의의 한점에서의 평면좌표는, 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.
여기서, W는 상기 본딩와이어의 임의의 한점에 대응하는 그림자의 대응점에서의 평면좌표이다.
한편, 상기 목적은, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 웨이퍼의 다이와, 복수의 리드를 갖는 리드프레임을 전기적으로 연결하는 본딩와이어의 형상을 검사하는 본딩와이어 검사방법에 있어서, 상기 본딩와이어를 조명하는 단계와; 상기 본딩와이어 및 상기 본딩와이어의 그림자를 CCD카메라로 촬상하는 단계와; 상기 CCD카메라로부터 촬상된 상기 본딩와이어 및 상기 본딩와이어의 그림자를 비교연산하여 상기 본딩와이어의 형상을 검출하는 단계와; 상기 검출결과에 따라 상기 본딩와이어의 양불량을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사방법에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 본딩와이어의 형상을 검출하는 단계는, 상기 본딩와이어의 임의의 한점에서의 높이와 평면좌표를 연산하는 단계인 것이 바람직하다.
그리고, 연산된 상기 본딩와이어의 높이가 소정 허용범위내에 있을 경우 상기 본딩와이어가 양품인 것으로 판단하도록 할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
IC의 오염을 방지하고 외부와 전기적인 연결이 가능하도록 패키지에 IC를 장착시켜 양품화하는 것을 어셈블리 공정이라 한다. 어셈블리 공정중 와이어본딩 작업은, 25μ~ 35μ 정도의 폭를 가진 본딩와이어를 이용하여 다이의 본딩패드와 리드프레임의 리드를 연결하는 작업이며, 본딩와이어는 "U"자 형상으로 형성되어 그 양 말단부에는 본딩을 위한 볼이 형성되어 있다.
이러한 와이어본딩 작업시, 본딩와이어의 절곡이 너무 급격한 경우, 다이본딩 작업후에 본딩와이어가 패키지 밖으로 삐져 나오게 되며, 본딩와이어의 절곡이 너무 완만한 경우, 다이본딩 작업시에 본딩와이어의 양 끝단에 강한 힘이 작용하게 되어 본딩와이어가 절단되거나, 본딩패드와 리드에 접촉된 볼이 접리되는 현상이 발생한다.
이에 따라, 와이어본딩 작업이 완료되면, 본딩와이어 검사장치를 이용하여 본딩와이어가 적절히 절곡되었는지 본딩와이어의 형상을 검사하는 작업을 수행하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 본딩와이어 검사장치의 개략적 구성도이다. 본딩와이어 검사장치(1)는, 본딩와이어(10)를 조명하는 조명시스템(7)과, 조명시스템(7)에 의해 조명된 본딩와이어(10)를 촬상하는 CCD카메라(5)와, CCD카메라(5)로부터 촬상된 영상을 처리하는 도시않은 비젼시스템을 갖는다.
조명시스템(7)은, LED 등의 점광원으로 형성되며, 본딩와이어(10)의 길이방향의 가로로 그림자(15)가 형성되도록 본딩와이어(10)의 가로방향의 상측부에 설치되어 본딩와이어(10)를 조명하게 된다. 그리고, CCD카메라(5)는, 본딩와이어(10)를 중심으로 조명시스템(7)과 대응되는 위치에 설치된다. 이에 따라, CCD카메라(5)에는 본딩와이어(10)의 볼(11)을 연결하는 기준선(13)을 중심으로 본딩와이어(10)와 그림자(15)가 상호 대응된 상태로 촬상된다.
한편, CCD카메라(5)로부터 제공된 영상을 분석하는 비젼시스템(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 본딩와이어(10)의 양 말단부에 형성된 볼(11)을 잇는 기준선(13)을 설정하는 비젼처리부(21)와, 본딩와이어(10)의 길이방향을 따라 각점에서의 높이와 평면좌표를 계산하는 연산부(22)와, 연산부(22)로부터의 연산결과에 따라 본딩와이어(10)의 양불량을 판단하는 양불량판단부(23)를 포함한다.
이러한 본딩와이어 검사장치(1)로 본딩와이어(10)를 검사하기 위해서는, 먼저 본딩와이어(10)의 직경을 미리 연산부(22)에 입력하여 둔다. 그리고, 조명시스템(7)을 본딩와이어(10)의 상부에 본딩와이어(10)의 길이방향의 가로로 비스듬히 설치하여 본딩와이어(10)를 일정각도로 조사하며, 이 때, 조명시스템(7)의 위치를 파악하여 연산부(22)에 입력하여 둔다. 조명시스템(7)의 조사로 인해 조명시스템(7)이 설치된 영역의 반대방향으로 본딩와이어(10)의 그림자(15)가 형성되면, CCD카메라(5)로 본딩와이어(10)와, 그림자(15)를 촬상하게 된다. 이 때, 본딩와이어(10)의 각 볼(11)을 연결하는 기준선(13)을 중심으로 본딩와이어(10)와 그림자(15)가 상호 대응되도록 촬상하며, 촬상된 영상은 비젼시스템(10)으로 이송되어 이미지화 된다.
본딩와이어(10)와, 그림자(15)가 이송되면, 비젼처리부(21)에서는 본딩와이어(10)와, 그림자(15)를 판별하고, 본딩와이어(10)의 각 볼(11)을 연결하는 기준선(13)을 설정한다. 그리고, 비젼처리부(21)에서는, 기준선(13)을 따라 다이의 본딩패드(6)에 접해있는 볼(11)에서부터 리드프레임의 리드(8)에 접해있는 볼(11)까지의 각점에서 기준선(13)으로부터 그림자(15)의 중심까지의 수직거리를 측정하여 좌표화하고, 각점에서 그림자(15)의 폭을 측정한다. 그런 다음, 연산부(22)에 각점에서의 그림자(15)의 좌표값과, 각점에서의 그림자(15)의 폭을 입력하면, 이 값들과 미리 입력된 본딩와이어(10)의 직경, 및 그림자(15)를 기준으로 한 조명시스템(7)의 높이를, 도 3의 좌표도에 도시된 바와 같이, 비교하여, 본딩와이어(10)의 높이(h)와, 각점에서의 본딩와이어(10)의 평면좌표(a)를 구할 수 있는 다음의 수학식 1과 수학식 2를 얻을 수 있다.
[수학식 1]
여기서, h는 본딩와이어의 높이, H는 조명시스템의 높이, t는 본딩와이어의 임의의 한점에 대응하는 그림자의 대응점의 폭, d는 본딩와이어의 직경이다.
[수학식 2]
여기서, a는 본딩와이어의 평면좌표, W는 상기 본딩와이어의 임의의 한점에 대응하는 그림자의 대응점에서의 평면좌표이다.
이에 따라, 본딩와이어(10)의 높이(h)와 본딩와이어(10)의 평면좌표(a)를 산출해낼수 있으며, 양불량판단부(23)에서는 본딩와이어(10)의 높이(h)와 본딩와이어(10)의 평면좌표(a)를 비교하여 본딩와이어(10)가 적절하게 절곡되었는지를 판단하게 된다. 이 때, 본딩와이어(10)의 높이(h)가 일정 허용범위내에 있을 때 양불량판단부(23)에서는 본딩와이어(10)가 정상인 것으로 판단하여 다음 공정으로 본딩와이어(10)가 이동하는 것을 허락하게 되며, 본딩와이어(10)의 높이(h)가 일정 허용범위밖에 존재할 때는 IC를 폐기하게 된다.
따라서, 본딩와이어 검사장치(1)의 구조를 간단화하여 원가를 절감할 수 있으며, 본딩와이어(10)의 검사시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 본딩와이어(10)를 3차원적으로 검사함으로써, 본딩와이어(10)의 형상을 정확하고 용이하게 검사할 수 있게 된다.
본딩와이어의 높이와 본딩와이어의 평면좌표를 구하기 위한 수학식 1과 수학식 2 는 다음과 같이 증명할 수 있다.
<증명>
수학식 2의 a는 본딩와이어의 평면좌표, W는 임의의 한점에서의 그림자의 평면좌표이고, t는 임의의 한점에서 그림자의 폭이고, d는 본딩와이어의 직경이다. 도 3의 좌표도에 의하면,
W : a = t : d 을 얻을 수 있다.
이 식으로부터 임의의 한점에서 본딩와이어의 평면좌표(a)를 구하는 수학식2가 다음과 같이 도출된다.
[수학식 2]
한편, 수학식 1의 h는 본딩와이어의 높이, t는 임의의 한점에서 그림자의 폭이고, d는 본딩와이어의 직경, H는 조명시스템의 높이이다. 도 2에 의하면,
H : h = W : b 와,
a + b = W 을 얻을 수 있다.
여기서, b는 기준선으로부터 본딩와이어의 그림자까지의 평면좌표이다.
수학식1a를 풀면,
이고, 여기에 수학식2로부터 얻은 식 와, 수학식1b로부터 얻은 식 b = W - a 를 대입하면,
이고, 여기에 다시 를 대입하여 풀면,
[수학식 1]
이 도출된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 와이어본딩 검사장치의 구조를 간단화함으로써, 원가를 절감하고, 검사시간을 단축시킬 수 있다. 그리고, 본딩와이어를 3차원적으로 검사함으로써, 본딩와이어의 형상을 정확하고 용이하게 검사할 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 웨이퍼의 다이와, 복수의 리드를 갖는 리드프레임을 전기적으로 연결하는 본딩와이어의 형상을 검사하는 본딩와이어 검사장치에 있어서,
    상기 본딩와이어를 일정각도로 조사하는 조명시스템과;
    상기 본딩와이어와, 상기 조명시스템의 조명에 의해 형성된 상기 본딩와이어의 그림자를 촬상하는 CCD카메라와;
    상기 CCD카메라로부터의 촬상된 상기 본딩와이어 및 상기 본딩와이어의 그림자를 비교연산하여 상기 본딩와이어의 형상을 검출하는 연산부와;
    상기 연산부의 검출결과에 따라 상기 본딩와이어의 양불량을 판단하는 양불량판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 본딩와이어의 임의의 한점에서의 높이와 평면좌표를 연산하여 상기 본딩와이어의 형상을 검출하는 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양불량판단부는, 상기 연산부로부터 연산된 상기 본딩와이어의 높이가 소정 허용범위내에 있을 경우 상기 본딩와이어가 양품인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 본딩와이어의 임의의 한점에서의 높이는, 다음의 수학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사장치:
    [수학식 1]
    여기서, H는 조명시스템의 높이, t는 상기 본딩와이어의 임의의 한점에 대응하는 그림자의 대응점의 폭, d는 본딩와이어의 직경이다.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 본딩와이어의 임의의 한점에서의 평면좌표는, 다음의 수학식 2로 표현되는 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사장치.
    [수학식 2]
    여기서, W는 상기 본딩와이어의 임의의 한점에 대응하는 그림자의 대응점에서의 평면좌표이다.
  6. 웨이퍼의 다이와, 복수의 리드를 갖는 리드프레임을 전기적으로 연결하는 본딩와이어의 형상을 검사하는 본딩와이어 검사방법에 있어서,
    상기 본딩와이어를 조명하는 단계와;
    상기 본딩와이어 및 상기 본딩와이어의 그림자를 CCD카메라로 촬상하는 단계와;
    상기 CCD카메라로부터 촬상된 상기 본딩와이어 및 상기 본딩와이어의 그림자를 비교연산하여 상기 본딩와이어의 형상을 검출하는 단계와;
    상기 검출결과에 따라 상기 본딩와이어의 양불량을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 본딩와이어의 형상을 검출하는 단계는, 상기 본딩와이어의 임의의 한점에서의 높이와 평면좌표를 연산하는 단계인 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    연산된 상기 본딩와이어의 높이가 소정 허용범위내에 있을 경우 상기 본딩와이어가 양품인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 본딩와이어의 임의의 한점에서의 높이는, 다음의 수학식 1로 표현되는 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사방법:
    [수학식 1]
    여기서, H는 조명시스템의 높이, t는 본딩와이어의 임의의 한점에 대응하는 그림자의 대응점의 폭, d는 본딩와이어의 직경이다.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 본딩와이어의 임의의 한점에서의 평면좌표는, 다음의 수학식 2로 표현되는 것을 특징으로 하는 본딩와이어 검사방법.
    [수학식 2]
    여기서, W는 상기 본딩와이어의 임의의 한점에 대응하는 그림자의 대응점에서의 평면좌표이다.
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