KR20010033165A - 와이어 본딩 캐필러리 - Google Patents

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KR20010033165A
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wire
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wire bonding
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hole
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스즈키다케시
사쿠라이마모루
도리하타미노루
미이다츠나리
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시게후치 마사토시
도토기키 가부시키가이샤
후지야마 겐지
가부시키가이샤 신가와
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Abstract

긴 와이어·저 루프의 와이어 배선을 행하는데 적합한, 와이어 미끄럼 저항을 낮출 수 있는 와이어 본딩 캐필러리를 제공한다. 와이어 본딩 캐필러리(1)는 와이어의 삽입구멍(5)과, 깔때기형상 구멍(3)과, 삽입구멍(5)의 출구측 테이퍼부(11)를 구비한다. 삽입구멍(5)의 길이가 구멍직경의 0.2∼1.5 배로 되어 있고, 테이퍼부(11)가 2단 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.

Description

와이어 본딩 캐필러리{Wire bonding capillary}
와이어 본딩 캐필러리는, 와이어 본더의 와이어 조출(繰出;풀려나감)부 선단에 장착된 세라믹제의 통체이다. 이 와이어 본딩 캐필러리는, 통상 본딩 와이어의 삽입 구멍, 상기 구멍에 이르는 와이어를 안내하는 깔때기형상 구멍, 및 삽입구멍의 출구측에 모떼기부를 갖는다. 여기서 삽입구멍은, 캐필러리에서의 와이어 통과 경로중에 가장 가는직경(細徑)으로 가공된 부분이다. 모떼기부는, 일반적으로는 개구 각도(도 1 의 θ1, θ2참조)가 45 내지 60°인 테이퍼 가공이 이루어지고 있다. 또한, 모떼기부와 삽입구멍 사이의 각도를 감소시키는 가공이 실시된 것도 있다. 특개소 59-191338 호의 실시예중에는, 다음과 같은 와이어 본딩 캐필러리가 개시되어 있다. 이 실시예의 캐필러리는, 와이어 삽입 구멍의 직경(도 1 의 d1에 상당)이 43 ㎛ 이고, 모떼기부의 개구 각도(도 1 의 θ1, θ2에 상당)가 45°, 15°이다.
실공평 1-42349 호에는, 다음과 같은 와이어 본딩 캐필러리가 바람직한 것으로 개시되어 있다.
와이어 삽입구멍의 직경(도 1 의 d1에 상당): 와이어 직경 + 8 ∼ 12 ㎛
모떼기부의 개구 각도(도 1 의 θ1, θ2에 상당): 40∼50°, 10∼20°
모떼기부의 길이(도 1 의 h1에 상당): 와이어 직경 ×0.7 ∼1.5
그러나, 이들 2건의 선행기술에는, 삽입구멍의 길이에 대해서는 전혀 기재되어 있지 않다. 또한, 다음에 기술하는 긴 와이어·저 루프 본딩이라는 기술경향 및 그에 수반하는 문제점에 대해서도 기재되어 있지 않다.
그런데 최근, 초 LSI 등에서 고집적의 목적으로 칩의 축소화 및 다핀화(多pin化)가 점점 진행되고, 와이어 본딩에서의 루프 형상의 긴 와이어·저 루프의 요구가 강해지고 있다.
종래의 와이어 본더용 시일을 사용하여, 긴 와이어·저 루프 본딩을 행한 경우, 통상의 2배 이상의 길이의 와이어를 캐필러리 삽입구멍으로부터 풀어낼 필요가 있으므로, 와이어의 잡아걸음에 의한 이완이나 수축에 의한 루프 높이의 변동이 발생하기 쉽다. 루프의 이완은 인접하는 와이어 끼리의 접촉을 유발하고, 쇼트 불량으로 이어진다. 또한, 루프의 수축은 압착한 볼의 네크부에 과대한 스트레스를 주고, 단선 불량을 발생시킨다. 어떠한 불량도 와이어 본딩 공정에서의 치명적인 결함이므로 근절되어야 하는 것이다.
본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 긴 와이어·저 루프의 와이어 배선을 행하는데 적합한, 와이어 미끄럼 저항을 저하시킬 수 있는 와이어 본딩 캐필러리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 반도체 칩과 리드 프레임 사이의 배선 등을 행하는 와이어 본더용의 캐필러리에 관한 것으로, 특히 긴 와이어·저 루프의 와이어 배선을 행하는데 적합하고, 와이어 미끄럼 저항(인출 저항)을 낮출수 있도록 개량을 가한 와이어 본딩 캐필러리에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 본딩 캐필러리의 선단부를 도시하는 단면도이다.
도 2 는 각종 와이어 본딩 캐필러리에 대해서 와이어의 인출 각도 α를 변화시키면서, 와이어의 인출 저항을 계측한 실험의 개요를 도시하는 도면이다.
도 3 은 캐필러리의 삽입 구멍의 보어 길이비 및 인출 각도를 변화시키면서 인출 저항을 측정한 결과의 그래프로서, 여기서 횡축은 인출 각도를 나타내고 종축은 인출 저항을 나타내고 있다.
도 4 는 모떼기부의 형상 및 인출 각도를 변화시키면서 인출 저항을 측정한 결과의 그래프로서, 여기서 횡축은 인출 각도를 나타내고 종축은 인출 저항을 나타낸다.
도면 중의 주요 부호의 명칭을 이하에 나열 기재한다.
1 와이어 본딩 캐필러리
3 깔때기 형상 5 와이어 삽입 구멍
7 제 1 모떼기부 9 제 2 모떼기부
11 테이퍼 면 13 하단면
15 외면 17 와이어
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 와이어 본딩 캐필러리는, 본딩 와이어의 삽입구멍, 상기 구멍에 도달하는 와이어를 안내하는 깔때기형상 구멍 및, 삽입구멍의 출구측의 모떼기부를 갖는 와이어 본딩 캐필러리로서, 상기 삽입구멍은, 캐필러리의 와이어 통과 경로중에서 가장 가는 직경으로 가공된 부분이며, 그 길이가 구멍직경의 1.5 배 이하로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
후술하는 실험의 결과, 기본적으로 삽입구멍의 길이가 짧을수록 와이어의 미끄럼 저항이 작은 것을 알아냈다. 삽입구멍의 직경은, 와이어의 위치결정 정확도의 관계로부터, 와이어의 직경에 어떤 미소한 간극을 더한 값으로 되어 있고, 좁은 곳을 와이어를 인출하도록 되어 저항이 높다. 따라서, 삽입구멍의 길이를 가능한한 짧게 하여 미끄럼 저항을 낮추는 것이 바람직하다. 이 관점에서, 삽입 구멍 길이는 삽입구멍 직경의 0.5배 이하가 바람직하다.
본 발명의 와이어 본딩 캐필러리에서는, 상기 모떼기부가, 출구측을 향하여 개구 각도가 넓어지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 긴 와이어·저 루프의 와이어를 배선할 때에 캐필러리의 축심과 배선되는 와이어의 각도가 커지기 쉽고, 캐필러리의 선단부에서 와이어가 예리하게 구부러지며, 여기서 큰 와이어 인출 저항이 발생하게 된다.
그래서, 캐필러리의 선단부에, 출구측을 향하여 개구 각도가 넓어지도록 모떼기부를 형성하므로써, 와이어를 스무스하게 만곡시키면서 도입할 수 있고, 저항을 낮출 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 와이어 본딩 캐필러리의 선단부를 도시하는 단면도이다.
캐필러리(1)는 세라믹스의 소결체로 이루어지는 통형상의 것이다. 캐필러리(1)의 외면(15)은 앞(도면의 아래)으로 갈수록 가는 원추면으로 되어 있다.
캐필러리(1)의 내부는, 도면의 위에서 아래를 향하여 순서대로, 깔때기 형상(3), 와이어 삽입구멍(5), 테이퍼부(11)로 되어 있다.
깔때기 형상 구멍(3)은, 와이어(17)를 삽입구멍(5)을 향하여 도입하기 위한 구멍이다. 삽입구멍(5)은, 와이어(17)를 어떤 위치에 위치결정시키기 위해 가늘어지고 있는 스트레이트 구멍이다.
모떼기부(7)는, 캐필러리(1)로부터 경사 하방으로 풀려나가는 와이어가 만곡하는 부분이다. 이 실시예의 캐필러리(1)에서는, 테이퍼부(11)는, 2단 테이퍼 형상으로 형성되어 있고, 삽입구멍측의 제 1 단 모떼기부(7)와, 출구측의 제 2 단 모떼기부(9)로 이루어진다. 양 모떼기부의 개구 각도(캐필러리 축심과 모떼기부가 이루는 각도, 도면중 θ1, θ2)는 출구측의 쪽이 커지고 있다. 그 값에 대해서는 후술한다.
이러한 구조에 의해 와이어 만곡부에서의 스트레스를 경감하여 스무스한 와이어 조출을 실현하고 있다.
다음에, 각 부의 각도 및 치수를 최적화하기 위한 실험예를 설명한다.
도 2 는, 각종 와이어 본딩 캐필러리에 대해, 와이어의 인출 각도 α 를 변화시키면서, 와이어의 인출 저항을 계측한 실험의 개요를 도시하는 도면이다.
캐필러리(1)를 선단측을 위로 하여 세트하고, 그 가운데에 와이어(17)를 삽입하였다. 와이어(17)는, 직경 30 ㎛ 의 것을 사용하였다.
와이어(17)의 하단에는 0.6 g 의 추(31)를 매달았다. 캐필러리(1)의 앞에서, 비스듬하게 와이어(17)를 인출하고, 와이어(17) 앞의 텐션 게이지(33)에 연결하였다. 이 상태에서, 와이어(17)를 일정 속도(0.3 ㎜/sec)로 인장하면서 인출 저항력을 측정하였다. 여기서, 캐필러리(1)의 축심과 와이어(17)의 인장 방향이 이루는 각도(인출 각도 α)를 30°, 60°,75°,90°로 바꾸어 실험하였다.
도 3 은, 캐필러리의 삽입구멍의 길이를 직경으로 나눈 값(보어 길이 비)및 인출 각도를 변화시키면서 인출 저항을 측정한 결과의 그래프이다. 횡축은 인출 각도를, 종축은 인출 저항을 나타낸다. 보어 길이 비에 대해서는 도면중에서 플롯 기호를 바꾸어 도시하고 있다.
또한, 이 실험의 캐필러리의 모떼기부 형상은, 개구 각도 θ1= 45°이며, 모떼기부와 삽입구멍의 각도를 줄이는 가공을 실시한 것이다.
도 3 에서 알 수 있듯이, 인출 저항은, 인출 각도가 60°를 초과하는 동안부터 급격히 높아진다. 즉, 긴 와이어·저 루프의 와이어 본딩을 행하면 인출 각도가 높아지지만, 그 때 캐필러리의 저항이 높아져서 풀려나감의 스무스함이 쉽게 손실되는 것이 여실히 드러나고 있다. 삽입구멍 보어 길이 비가 작을 수록 인출 저항이 낮은 것을 알 수 있다. 이것은, 좁은 삽입 구멍에서의 저항이 크고, 삽입 구멍의 길이를 짧게 하면 저항이 감소하는 것을 나타내고 있다. 도 3 으로부터, 보어 길이 비는, 인출 각도 75°에서 인출 저항값이 4.0 g 이하로 되는 1.5 이하가 바람직하다. 또한, 인출 각도 75°에서 인출 저항값이 3.6 g 이하로 되는 1.0 이하가 바람직하다. 또한, 인출 각도 75°에서 인출 저항값이 3.0 g 이하로 되는 0.5 이하가 가장 바람직한 것으로 해석된다. 즉, 보어 길이 비의 하한치에 대해서는, 압착 볼의 편심 방지 관점에서 0.2 이상이 바람직하다.
도 4 는, 모떼기 부의 형상 및 인출 각도를 변화시키면서 인출 저항을 측정한 결과의 그래프이다. 횡축은 인출 각도를, 종축은 인출 저항을 나타낸다. 모떼기부 형상에 대해서는 플롯 기호를 변화하여 도시하고 있다.
실시예의 캐필러리는 2단 테이퍼(15°,45°), 보어 길이 비 0.7 이다. 비교예 1 의 캐필러리는 1단 테이퍼(45°), 보어 길이 비 3.0 이다. 비교예 2 의 캐필러리는 1단 테이퍼(45°), 보어 길이 비 2.0 이다.
도 4 로부터 알 수 있듯이, 실시예는 비교예 1, 2 와 비교하여, 의미있게 인출 저항이 낮다. 또한, 인출 각도 75°, 95°로 되어도, 현저하게는 인출 저항이 증대하지 않는다. 한편, 비교예는 전체로서 인출 저항이 높을 뿐이거나, 인출 각도의 증대와 함께 인출 저항이 현저히 증대한다. 이로부터, 와이어가 인출되는 테이퍼부를 출구측을 향하여 넓어지도록 형성하므로써 인출 저항을 저감시킬 수 있음을 알 수 있다.
본 발명자들이 행한 실험을 총합한 바 이하의 결과가 얻어졌다.
θ1은 40 내지 60°, 바람직하게는 45°근방
θ2는 10 내지 25°, 바람직하게는 15°근방
삽입구멍 직경(d1)은 와이어 직경 d + (6∼15)㎛ : 바람직하게는 d + 12 ㎛ 근방, 삽입구멍 길이(h2)는 d1×(0.2 ∼1.5), 바람직하게는 d1×0.7 근방의 관계가 양호하였다.
즉, 하방 모떼기부(9), 상방 모떼기부(7), 와이어 삽입용 구멍의 경계부의 엣지를 미소(微小) R 형상으로 하므로써 최선의 결과가 얻어졌다.
다음에, 본 실시예의 와이어 본딩 캐필러리의 재질 및 제조 방법예에 대해서 설명한다.
재질예: 알루미나계 세라믹스, 루비, 질규소계 세라믹스 등
성형방법: 프레스 성형, 정수압(靜水壓) 성형, 사출 성형
삽입구멍 가공방법: 연마 가공
테이퍼부 가공방법: 연삭 가공, 연마 가공
본 실시예의 와이어 본딩 캐필러리를 사용하면, 와이어를 경사 하방으로 풀어내는 케이스에 있어서, 캐필러리가 가이드의 역할을 이루므로써, 풀려나감이 원활히 이루어지고, 루프 높이의 변동에 따른 와이어 본딩 불량을 해결할 수 있었다.
이상의 설명으로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 의하면, 긴 와이어·저 루프의 와이어 배선을 행하기에 적합한, 와이어 인출 저항을 감소시킬 수 있는 와이어 본딩 캐필러리를 제공할 수 있다. 그 결과, 초 LSI 의 추가적인 고집적화에 대응할 수 있는 와이어 본더용 캐필러리를 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 본딩 와이어의 삽입구멍, 상기 구멍에 도달하는 와이어를 안내하는 깔때기형상 구멍, 및 삽입구멍 출구측의 모떼기부를 갖는 와이어 본딩 캐필러리로서,
    상기 삽입구멍은, 캐필러리에서의 와이어 통과 경로중에서 가장 가는 직경으로 가공된 부분이며, 그 길이가 구멍직경의 1.5 배 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 캐필러리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 삽입구멍의 길이가 구멍 직경의 1.0 배 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 캐필러리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 삽입구멍의 길이가 구멍 직경의 0.2 배 이상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 캐필러리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 모떼기부가, 출구측을 향하여 개구 각도가 넓어지도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 캐필러리.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 모떼기부가 2단 테이퍼 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 캐필러리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 모떼기부가 2단 테이퍼 형상으로 형성되어 있고, 삽입구멍측의 모떼기부의 개구 각도가 10∼25°, 출구측 모떼기부의 개구 각도가 40∼60°인 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 캐필러리.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 삽입구멍의 길이가 구멍직경의 0.2 내지 1.5 배로 되어 있고, 상기 모떼기부가 2단 테이퍼 형상으로 형성되어 있으며, 삽입구멍측의 모떼기부의 개구 각도가 10∼25°, 출구측 모떼기부의 개구 각도가 40∼60°인 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 캐필러리.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 삽입구멍의 직경이 본딩 와이어의 직경 플러스 6∼15 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 캐필러리.
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