KR20000060975A - 반도체 제조용 와이어 본딩장비의 와이어 절단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와이어 본딩장비에 관한 것으로써, 와이어 본딩과정중 와이어의 절단시 전류의 발생없이 상기 와이어가 절단될 수 있도록 그 구조를 제공함으로써 상기 전류에 의한 반도체칩의 메모리셀 손상을 방지할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해 본 발명은 상승 및 하강이 가능하도록 구성된 캐필러리(12)와, 상기 캐필러리에 삽입된 상태로서 반도체칩(20)의 본드패드(21)에 본딩되는 와이어(10)와, 캐필러리의 끝단에 노출된 와이어가 볼(10b)의 형상을 이룰 수 있도록 고전압을 인가받아 상기 와이어와의 사이에서 스파크를 발생시키는 전기토치(14)를 구비한 반도체 제조용 와이어 본딩장비에 있어서, 상기 캐필러리의 끝단에 노출된 와이어의 측부에 상기 와이어의 절단시 전기토치(14)로 고전압을 인가하기 전에 와이어의 절단을 행할 수 있도록 절단수단을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 와이어 본딩장비의 와이어 절단장치가 제공된다.

Description

반도체 제조용 와이어 본딩장비의 와이어 절단장치{device for cutting wire in wire-bonding machine for manucture of semiconductor}

본 발명은 반도체 제조용 와이어 본딩장비에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 상기 와이어 본딩장비를 구성하는 각 구성부분중 와이어 본딩과정중 와이어를 절단하는 와이어 절단구조에 관한 것이다.

일반적으로 와이어 본딩(wire-bonding)이라 함은 반도체칩(chip)의 신호를 외부로 전달할 수 있도록 AU/AL 와이어로써 본딩을 행하는 공정을 말하며, 이와 같은 공정을 수행하는 장비가 와이어 본딩장비이다.

이 때, 상기 반도체칩의 신호를 외부로 전달하는 방법으로는 상기 반도체칩의 본드패드에 와이어가 본딩된 상태에서 상기 와이어의 표면을 전기도금하여 PCB상에 직접 실장함으로써 상기 와이어를 통해 반도체칩의 신호가 PCB로 직접 전달되는 방법과, 또한 상기 반도체칩의 본드패드에 본딩된 와이어를 리드프레임등과 같은 중간 매개체에 연결하고 상기 중간매개체를 PCB상에 실장하여 상기 반도체칩의 신호가 와이어 및 중간매개체를 통해 PCB로 전달되도록 하는 방법 등 여러 가지 방법이 사용되고 있다.

이하, 상기와 같은 각 방법중 반도체칩의 신호를 와이어만 통해 PCB상에 직접 전달하는 방법을 이용하는 반도체 패키지의 와이어 본딩공정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 전술한 바와 같은 방법에 사용되는 와이어 본딩장비는 도시한 도 1과 같이 와이어(일반적으로 골드 와이어(AU wire)가 주로 사용되며 Al 와이어나 기타 다른 종류의 와이어등도 사용된다)(10)가 감겨져 있는 스풀(spool)(11)과, 상기 스풀에서 분리된 와이어가 관통 삽입된 캐필러리(capillary)(12)와, 상기 캐필러리의 측부에 고정되어 전원공급부(13)로부터 선택적으로 고전압을 인가받는 전기토치(torch)(14)와, 상기 전원부공급의 트리거(trigger)를 선택적으로 공급 또는 차단하는 스위치(15)가 구비되어 있다.

이 때, 상기 캐필러리(12)의 최초 위치 및 최종 위치는 그 끝단에 돌출된 와이어의 테일(10a)이 전기토치(14)의 끝단 측부에 위치될 수 있도록 하여야 한다.

따라서, 와이어 본딩장비의 공정 위치에 반도체칩(20)이 로딩된 상태에서 작업자는 와이어(10)를 스풀(11)에서 분리하고, 이렇게 분리된 와이어(10)를 캐필러리(12)에 삽입시켜 캐필러리(12)의 타측 선단에 와이어(10)의 테일(10a)이 돌출되도록 한다.

이와 같은 상태에서 와이어 본딩공정을 수행하기 위해 스위치(15)를 온(ON) 시키게 되면 전원공급부(13)로부터 약 2∼5kV의 고전압이 전기토치(14)로 인가되어 상기 전기토치와 캐필러리(12)의 끝단에 돌출된 테일(10a)과의 사이에 스파크가 발생하게 된다.

이는, 상기 전기토치의 끝단과 와이어(10)의 테일(10a)이 서로 근접된 상태로 위치되어 있음에 따라 가능하다.

이에 따라 상기 전기토치의 측부에 위치된 와이어의 끝단인 테일은 상기와 같은 스파크에 의해 용융되면서 초기 볼(10b)을 형성하게 되고 스위치(14)는 다시 오프(OFF) 상태가 된다.

이후, 별도의 이송수단(도시는 생략함)에 의해 상기 캐필러리가 반도체칩(20)의 상면에 형성된 본드패드(21) 위로 하강됨과 함께 와이어(10)의 끝단에 형성된 초기볼(10b)이 상기 본드패드에 부착된다.

이 때, 반도체칩(20)의 저부측에는 도시하지 않은 별도의 히팅(heating)수단이 장착되어 있고, 이와 같은 히팅수단에 의해 반도체칩(20)의 저부가 적정온도로써 가열되고 있는 상태임에 따라 반도체칩의 본드패드(21)와 와이어(10) 상호간의 본딩이 원활히 이루어질 수 있게 된다.

이후, 캐필러리(12)가 상승되면 와이어(10)는 캐필러리(12)로부터 빠져나오게 되고, 상기 캐필러리의 이동에 따른 루프(loop)를 형성한 후 상기 와이어가 적정 길이에 이르게 되면 즉, 캐필러리(12)의 상승에 따라 노출되는 와이어(10)가 적정 길이에 이르면 와이어의 절단공정을 수행하게 된다.

이 때, 상기 와이어의 형상을 전술한 바와 같이 하는 이유는 최후 공정인 반도체 패키지의 검사과정을 보다 원활히 행할 수 있도록 하기 위함으로써 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 상기 와이어의 절단은 초기 와이어(10)에 초기볼(10b)을 형성하기 위한 과정과 동일하게 이루어진다.

즉, 스위치(15)가 ON 되어 전기토치(14)로의 고전압 인가가 이루어지면 상기 전기토치의 끝단과 캐필러리(12)의 끝단 사이에서 스파크가 발생됨에 따라 상기 스파크에 의해 와이어(10)의 일단이 용융되면서 양측으로 분리되고, 이와 동시에 캐필러리(12)의 끝단에 위치되는 와이어(10)의 끝단은 다시 볼(10a)이 형성되면서 이후 계속적인 연속 공정이 가능하도록 준비상태를 이루게 된다.

결국, 전술한 바와 같이 하여 반도체칩(20)에 와이어(10)의 본딩이 완료되면 상기 본딩된 와이어에 전기 도금을 수행하여 와이어를 외부 환경으로부터 보호함과 함께 PCB(도시는 생략함)의 실장을 용이하게 한다.

하지만, 상기와 같이 와이어(10)를 절단하는 과정 중에는 전술한 바와 같이 전기토치(14)에 고전압이 인가됨에 따라 와이어(10)를 타고 전류(current)가 흐르게 되는데, 이와 같은 전류는 전술한 바와 같이 와이어를 타고 반도체칩의 본드패드를 통해 메모리셀(memory cell)에 직접 전달됨에 따라 결국, 상기 메모리셀에 데미지(damage)를 주게 되는 문제점이 발생하게 되어 반도체칩(20)의 기능을 저하뿐만 아니라 불량을 유발시키는 아주 큰 원인 중의 하나가 되었다.

이에 따라 종래에는 반도체칩(20)의 상면에 본드패드(21)를 감싸도록 시드 메탈(seed metal)(23)을 구성함으로써 상기와 같은 메모리셀(22)의 손상을 방지하였다.

즉, 상기 시드 메탈(23)에 의해 와이어(10)를 타고 흐르는 전류가 메모리셀(22)에 직접 전달되는 것을 방지하여 상기 메모리셀의 손상을 최대로 줄이고자 한 것으로써 결국, 상기와 같은 시드 메탈(23)의 구성이 필수적인 요건으로 이루어지게 되었다.

하지만, 상기와 같은 구성은 일반적으로 시드 메탈의 원가가 비쌈을 감안한다면 하나의 반도체 패키지를 구성하는데 소요되는 제조원가가 상당히 상승하게 되는 문제점을 또 다시 발생시키게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 와이어 본딩과정중 와이어의 절단시 전류의 발생없이 상기 와이어가 절단될 수 있도록 그 구조를 제공함으로써 상기 전류에 의한 반도체칩의 메모리셀 손상을 방지할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1a는 종래 와이어 본딩을 수행하는 과정중 최초 상태를 나타낸 구성도

도 1b는 종래 와이어 본딩을 수행하는 과정중 전기토치에 고전압을 인가하는 상태를 나타낸 구성도

도 1c는 종래 와이어 본딩을 수행하는 과정중 와이어의 끝단이 볼 형상으로 이루어진 상태를 나타낸 구성도

도 1d는 종래 와이어 본딩을 수행하는 과정중 볼 형상의 와이어를 반도체칩의 본드패드에 본딩하는 상태를 나타낸 구성도

도 1e는 종래 와이어 본딩을 수행하는 과정중 와이어를 절단하는 상태를 나타낸 구성도

도 1f는 종래 와이어 본딩을 수행하는 과정중 와이어의 절단후 상태를 나타낸 구성도

도 2a는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 최초 상태를 나타낸 구성도

도 2b는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 전기토치에 고전압을 인가하는 상태를 나타낸 구성도

도 2c는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 와이어의 끝단이 볼 형상으로 이루어진 상태를 나타낸 구성도

도 2d는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 볼 형상의 와이어를 반도체칩의 본드패드에 본딩하는 상태를 나타낸 구성도

도 2e는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 레이저를 이용하여 와이어를 절단하는 상태를 나타낸 구성도

도 2f는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 와이어의 절단후 전기토치에 고전압을 인가하여 와이어의 끝단을 볼 형상으로 형성하는 상태를 나타낸 구성도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30. 레이저기기 31. 레이저 광선

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 상승 및 하강이 가능하도록 구성된 캐필러리와, 상기 캐필러리에 삽입된 상태로서 반도체칩의 본드패드에 본딩되는 와이어와, 캐필러리의 끝단에 노출된 와이어가 볼의 형상을 이룰 수 있도록 고전압을 인가받아 상기 와이어와의 사이에서 스파크를 발생시키는 전기토치를 구비한 반도체 제조용 와이어 본딩장비에 있어서, 상기 캐필러리의 끝단에 노출된 와이어의 측부에 상기 와이어의 절단시 전기토치로 고전압을 인가하기 전에 와이어의 절단을 행할 수 있도록 절단수단을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 와이어 본딩장비의 와이어 절단장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 구성을 일 실시예로 도시한 첨부된 도 2a 내지 도 2f를 참고로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 최초 상태를 나타낸 구성도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 전기토치에 고전압을 인가하는 상태를 나타낸 구성도이며, 도 2c는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 와이어의 끝단이 볼 형상으로 이루어진 상태를 나타낸 구성도이고, 도 2d는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 볼 형상의 와이어를 반도체칩의 본드패드에 본딩하는 상태를 나타낸 구성도이며, 도 2e는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 레이저를 이용하여 와이어를 절단하는 상태를 나타낸 구성도이고, 도 2f는 본 발명에 따른 와이어 본딩을 수행하는 과정중 와이어의 절단후 전기토치에 고전압을 인가하여 와이어의 끝단을 볼 형상으로 형성하는 상태를 나타낸 구성도로서, 본 발명은 캐필러리(12)로부터 노출된 와이어(10)의 측부에 상기 캐필러리나 전기토치(14)와는 별도로 절단수단을 구비하여서 된 것이다.

이 때, 상기 절단수단은 레이저 광선(laser-beam)(31)을 발하는 레이저기기(30)이거나 커터(cutter)(도시는 생략함)와 같이 물리적인 힘을 이용하여 절단을 행하는 장비 혹은 에칭(etching)과 같이 화학적 작용을 이용하여 절단을 행하는 장비로 구성할 수 있는데, 이 중 레이저기기로 구성하는 것이 순간적인 와이어의 절단이 가능함으로 인해 그 작업이 용이할 수 있음에 따라 가장 바람직하다.

또한, 상기와 같이 구성하였을 경우에는 종래 반도체칩(20)의 본드패드(21)를 감싸는 시드 메탈(seed metal)(23)은 그 목적상의 불필요함으로 형성할 필요가 없다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 설명을 행하기전 반도체칩(20)의 본드패드(21)에 와이어(10)를 본딩시키기 까지의 과정은 종래와 동일함에 따라 그 설명은 생략하고 와이어(10)가 반도체칩(20)의 본드패드(21)에 본딩된 이후 과정에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전(前) 과정에서 반도체칩(20)의 본드패드(21)에 와이어(10)가 본딩된 상태에서 캐필러리(12)는 도시하지 않은 별도의 이송수단에 의해 상승하게 된다.

이 때, 상기 캐필러리에 삽입되어 있는 와이어(10)는 그 일단이 본드패드(21)에 본딩되어 있음에 따라 상기와 같이 캐필러리가 상승하더라도 캐필러리와 함께 상승하지 못하고 단순히 그 일부가 외부에 노출되는 상태만 되며, 이와 같은 과정에서 상기 캐필러리가 좌/우 혹은 전/후이동을 하면서 상기 와이어의 형상을 적절히 이루게 된다.

상기와 같이 하여 와이어(10)의 절단부위가 외부에 노출되면 캐필러리(12)의 끝단 측부에 설치된 레이저기기(30)가 별도의 동력전달원에 의해 동력을 공급받아 레이저(21)를 발사함으로써 상기 노출된 와이어(10)의 일단을 절단하게 된다.

이 때, 상기 와이어의 절단 위치는 상기 와이어가 캐필러리(12)의 끝단으로부터 일정 거리만큼 내려온 상태를 이룰 수 있도록 즉, 후(後) 공정에서 이루어지는 와이어(10)의 볼(10b) 형성을 윈활히 행할 수 있을 정도로 거리를 두고 절단하는 것이 바람직하다.

이후, 전원공급부(13)의 전원을 선택적으로 인가 또는 차단하는 스위치(15)가 온(ON) 되면 전기토치(14)로 고전압이 인가되고, 이에 따라 와이어(10)의 끝단과 전기토치(14)의 끝단 사이에서 스파크가 발생함으로 와이어(10)의 일단이 용융되면서 상기 와이어의 테일(10a)은 볼(10b)의 형상을 이루게 된다.

결국, 전술한 바와 같은 과정이 연속적으로 이루어지면서 반도체칩(20)과 와이어(10)간의 와이어 본딩 공정이 수행된다.

한편, 상기와 같은 과정이 완료된 후 종래에는 와이어(10)의 표면에 전기도금을 행함으로써 외부 환경에 따른 와이어(10)의 파손 및 변질을 방지하였으나 본 발명에서는 상기 와이어의 표면에 무전해 도금을 수행하여 와이어를 보호하도록 한다.

이는, 종래 반도체칩(20)의 본드패드(21)에 시드 메탈(23)등과 같은 금속층이 도금되어 있음에 따라 각 와이어(10)에만 전기 도금을 수행함으로써 이를 보호하도록 하고 있으나, 본 발명에서는 기 전술한 바와 같은 상기 시드 메탈과 같은 금속층이 도금되어 있지 않음에 따라 이를 보완함과 함께 와이어(10)까지 한번에 도금을 수행하기 위해 무전해 도금을 수행하는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 반도체 제조용 와이어 본딩장비의 와이어 절단장치에 있어서, 종래 고전압을 통한 절단이 아니라 와이어의 절단만을 행하는 별도의 절단수단을 구비함으로써 상기 와이어의 절단시 와이어를 통해 전류가 흐르지 않게 되어 반도체칩의 메모리셀 손상을 방지할 수 있게 된 효과가 있다.

Claims (4)

1. 상승 및 하강이 가능하도록 구성된 캐필러리와, 상기 캐필러리에 삽입된 상태로서 반도체칩의 본드패드에 본딩되는 와이어와, 캐필러리의 끝단에 노출된 와이어가 볼의 형상을 이룰 수 있도록 고전압을 인가받아 상기 와이어와의 사이에서 스파크를 발생시키는 전기토치를 구비한 반도체 제조용 와이어 본딩장비에 있어서,

   상기 캐필러리의 끝단에 노출된 와이어의 측부에 상기 와이어의 절단시 전기토치로 고전압을 인가하기 전에 와이어의 절단을 행할 수 있도록 절단수단을 구비하여서 된 것을 특징으로 하는 반도체 제조용 와이어 본딩장비의 와이어 절단장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   절단수단은 레이저 광선(laser-beam)을 발하는 레이저기기임을 특징으로 하는 반도체 제조용 와이어 본딩장비의 와이어 절단장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   절단수단은 커터(cutter)와 같이 물리적인 힘을 이용하여 절단을 행하는 장비임을 특징으로 하는 반도체 제조용 와이어 본딩장비의 와이어 절단장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   절단수단은 에칭(etching)과 같이 화학적 작용을 이용하여 절단을 행하는 장비임을 특징으로 하는 반도체 제조용 와이어 본딩장비의 와이어 절단장치.