KR20020032175A - 와이어 본딩 구조 및 그 방법 - Google Patents

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조영윤
고양석
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Abstract

이 발명은 와이어 본딩 구조 및 그 방법에 관한 것으로, 통상의 면적을 갖는 입출력패드에 적어도 두개 이상의 도전성 와이어를 중첩하여 본딩할 수 있도록, 반도체칩의 입출력패드와 섭스트레이트의 리드가 상호 전기적으로 도통되도록 도전성 와이어가 본딩된 와이어 본딩 구조에 있어서, 상기 섭스트레이트의 어느 한 리드에 제1도전성 와이어의 일단이 볼 본딩되고, 상기 제1도전성 와이어의 타단은 상기 반도체칩의 입출력패드에 스티치 본딩되며, 상기 스티치 본딩된 입출력패드에 제2도전성 와이어의 일단이 볼 본딩되며, 상기 제2도전성 와이어의 타단은 섭스트레이트의 다른 리드에 스티치 본딩된 것을 특징으로 한다.

Description

와이어 본딩 구조 및 그 방법{Wire bonding structure and its method}
본 발명은 와이어 본딩 구조 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면 반도체칩의 한 입출력패드에 두개의 도전성 와이어를 본딩할 수 있는 와이어 본딩 구조 및 그 방법에 관한 것이다.
통상적으로 와이어 본딩이라 함은 반도체칩의 입출력패드와 섭스트레이트(예를 들면, 리드프레임, 인쇄회로기판, 써킷필름 또는 써킷테이프 등등)의 소정 영역(예를 들면, 리드 또는 배선패턴 등등, 이하의 설명에서는 리드를 예로 함)을 서로 접속시킴으로써, 상기 입출력패드와 리드가 상호 전기적으로 도통되도록 하는 공정을 의미한다.
통상 이러한 와이어 본딩 구조는 하나의 입출력패드와 하나의 리드를 도전성 와이어로 1:1 접속하는 것이 통상적인 구조이지만, 경우에 따라서는 상기 하나의 입출력패드에 두개의 도전성 와이어를 본딩하고, 상기 각각의 도전성 와이어는 서로 다른 두개의 리드에 본딩되는 구조도 필요할 경우가 있으며, 이러한 종래의 와이어 본딩 구조가 도1a 및 도1b에 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 하나의 반도체칩(10')의 어느 한 입출력패드(11')에 두개의 도전성 와이어(예를 들면, 제1도전성 와이어(1') 및 제2도전성와이어(2'))를 본딩하기 위해서, 종래에는 상기 입출력패드(11')의 넓이를 대략 직사각형 모양으로형성하여 그 넓이를 최대한 증대시켰다. 즉, 통상적인 입출력패드(11')에는 하나의 도전성 와이어가 본딩될 수 있도록 일정 면적을 갖는 정사각형 모양으로 형성되어 있으나, 상기와 같이 제1도전성 와이어(1') 및 제2도전성와이어(2')가 본딩될 경우에는, 상기 두개의 도전성 와이어가 모두 본딩될 수 잇도록 대략 직사각형 모양으로 그 면적을 최대한 넓게 형성한 것이다.
또한, 상기 와이어 본딩은 통상 상기 제1도전성 와이어(1')의 일단을 입출력패드(11')에 볼 본딩하고, 이어서 상기 제1도전성 와이어(1')의 타단을 섭스트레이트(20')의 어느 한 리드(21')에 스티치 본딩한다.
또한, 제2도전성 와이어(2')의 일단을 상기 동일한 입출력패드(11')의 다른 영역에 볼 본딩하고, 이어서 상기 제2도전성 와이어(2')의 타단을 섭스트레이트(20')의 다른 리드(22')에 스티치 본딩한다. 참고로, 상기 섭스트레이트(20')는 다수의 리드군(群)을 총칭하는 용어이며, 이하의 설명에서 사용된 섭스트레이트도 같은 개념이다.
여기서, 상기 볼 본딩은 도전성 와이어의 일단을 방전 블레이드(도시되지 않음)를 이용하여 볼 모양으로 만든 상태에서, 캐필러리(도시되지 않음)로 반도체칩의 입출력패드에 그대로 형성시키는 것을 말하며, 또한 스티치 본딩은 상기 도전성 와이어의 타단을 섭스트레이트의 리드에 접촉시킨 상태에서 캐필러리의 끝단을 상기 리드에 마찰시켜 상기 도전성 와이어의 타단을 끊으며 본딩하는 것을 말한다. 이러한 본딩 방법을 통상 노말 와이어 본딩(Normal Wire Bonding)이라고도 한다.
그러나, 이러한 종래의 와이어 본딩 구조 및 그 방법은 최근 파인피치(FinePitch)화되고 있는 반도체칩 또는 반도체패키지의 요구에 부응하지 못하는 단점이 있다.
즉, 최근에는 최대의 입출력패드 갯수를 확보하기 위해 상기 입출력패드의 면적을 좁힘과 동시에 그 피치도 작게 형성하고 있는데, 상기와 같이 입출력패드를 대략 직사각형 모양으로 넓게 형성하게 되면, 그만큼 형성할 수 있는 입출력패드의 갯수가 감소하게 된다.
따라서, 필요한 입출력패드의 갯수를 모두 확보하기 위해 반도체칩의 크기를 좀더 크게 제조하여야 하는 불합리한 문제가 발생하며, 이는 최근의 경박단소화 추세에 있는 반도체칩 또는 반도체패키지의 추세에 따르지 못하고, 또한 새로운 개념 또는 새로운 구조의 반도체패키지 제조에도 장애요소로 등장하고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 통상의 면적을 갖는 입출력패드에 적어도 두개 이상의 도전성 와이어를 중첩하여 본딩할 수 있는 와이어 본딩 구조 및 그 방법을 제공하는데 있다.
도1a는 종래 와이어 본딩 구조를 도시한 부분 사시도이고, 도1b는 그 단면도이다.
도2a는 본 발명에 의한 와이어 본딩 구조를 도시한 부분 사시도이고, 도2b는 그 단면도이다.
도3a는 본 발명의 다른 와이어 본딩 구조를 도시한 부분 사시도이고, 도3b는 그 단면도이다.
도4a 및 도4b는 본 발명에 의한 와이어 본딩 방법을 도시한 순차 설명도이다.
도5a 내지 도5d는 본 발명의 다른 와이어 본딩 방법을 도시한 순차 설명도이다.
- 도면중 주요 부호에 대한 설명 -
1; 제1도전성 와이어2; 제2도전성 와이어
10; 반도체칩11; 입출력패드
20; 섭스트레이트(Substrate)21,22; 리드(Lead)
w; 와이어볼(Wire Ball)b; 볼 본딩(Ball Bonding) 영역
s; 스티치 본딩(Stitch Bonding) 영역
c; 캐필러리(Capillary)cb; 방전 블레이드(Blade)
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반도체칩의 입출력패드와 섭스트레이트의 리드가 상호 전기적으로 도통되도록 도전성 와이어가 본딩된 와이어 본딩 구조에 있어서, 상기 섭스트레이트의 어느 한 리드에 제1도전성 와이어의 일단이 볼 본딩되고, 상기 제1도전성 와이어의 타단은 상기 반도체칩의 입출력패드에 스티치 본딩되며, 상기 스티치 본딩된 입출력패드에 제2도전성 와이어의 일단이 볼 본딩되며, 상기 제2도전성 와이어의 타단은 섭스트레이트의 다른 리드에 스티치 본딩된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 반도체칩의 입출력패드에는 와이어볼이 본딩되어 있고, 상기 와이어볼 상에 제1도전성 와이어가 스티치 본딩될 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 반도체칩의 입출력패드와 섭스트레이트의 리드가 상호 전기적으로 도통되도록 도전성 와이어를 이용하여 본딩하는 와이어 본딩 방법에 있어서, 상기 섭스트레이트의 어느 한 리드에 제1도전성 와이어의 일단을 볼 본딩하는 단계와; 상기 제1도전성 와이어의 타단을 상기 반도체칩의 입출력패드에 스티치 본딩하는 단계와; 상기 스티치 본딩된 입출력패드에 제2도전성 와이어의 일단을 볼 본딩하는 단계와; 상기 제2도전성 와이어의 타단을 섭스트레이트의 다른 리드에 스티치 본딩하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1도전성 와이어의 타단을 반도체칩의 입출력패드 표면에 스티치 본딩하는 단계는, 상기 반도체칩의 입출력패드 표면에 와이어볼을 미리 형성한 후, 상기 와이어볼 상에 스티치 본딩할 수도 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 와이어 본딩 구조 및 그 방법에 의하면, 반도체칩의 입출력패드에 제1도전성 와이어를 스티치 본딩하고, 그 위에 제2도전성 와이어를 볼 본딩하거나, 또는 상기 입출력패드에 와이어볼을 형성하고, 상기 와이어볼상에 제1도전성 와이어를 스티치 본딩한 후, 그 위에 제2도전성 와이어를 볼 본딩함으로써, 종래와 같이 입출력패드의 넓이를 증대시키지 않고도, 두개의 도전성 와이어가 입출력패드의 동일 위치에 중복되어 본딩되는 장점이 있다.
따라서, 최근의 파인피치화 또는 경박단소화하는 반도체칩 또는 반도체패키지의 개발 추세에 용이하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라, 새로운 와이어 본딩 구조 및 방법을 제공함으로써, 신규한 여러가지 형태의 반도체패키지 구조도 제공하게 된다.
이하 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도2a는 본 발명에 의한 와이어 본딩 구조를 도시한 부분 사시도이고, 도2b는 그 단면도이다.
도시된 바와 같이 표면에 다수의 리드(21,22,23...)가 형성된 섭스트레이트(20)가 구비되어 있고, 상기 섭스트레이트(20)의 상부에는 다수의 입출력패드(11)가 형성된 반도체칩(10)이 구비되어 있다. 여기서, 상기 반도체칩(10) 및 섭스트레이트(20)의 형상 및 상호 결합 관계와 섭스트레이트(20)에 형성된 리드(21,22,23...)는 한 예에 불과하며, 상기 반도체칩(10) 및 섭스트레이트(20)의 상호 위치 및 결합 관계 등으로서 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 반도체칩(10)에 형성된 입출력패드(11)는 도시된 바와 같이 모두 통상의 면적을 갖는 대략 정사각형 모양으로 형성되어 있으며, 상기 반도체칩(10)의 표면으로부터 약간 함몰된 형태를 한다. 여기서도, 상기 반도체칩(10)의 입출력패드(11) 형상으로서 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 다양한 모양의 입출력패드(11)에도 본 발명의 적용이 가능할 것이다.
계속해서, 상기 섭스트레이트(20)의 어느 한 리드(21)에는 제1도전성 와이어(1)의 일단이 볼 본딩되어 있고, 상기 제1도전성 와이어(1)의 타단은 상기 반도체칩(10)의 입출력패드(11)에 스티치 본딩되어 있다. 도면중 b는 볼 본딩 영역을, s는 스티치 본딩 영역을 표시한 것이다.
여기서, 상기와 같이 리드(21)에 볼 본딩을, 입출력패드(11)에 스티치 본딩을 한 와이어 본딩 구조를 리버스 와이어 본딩(Reverse Wire Bonding)으로 칭할수도 있을 것이다.
이어서, 상기 스티치 본딩 영역(s)위에는 제2도전성 와이어(2)의 일단이 볼 본딩되어 있고, 상기 섭스트레이트(20)의 다른 리드(22) 표면에는 상기 제2도전성 와이어(2)의 타단이 스티치 본딩되어 있다. 즉, 상기 스티치 본딩 영역(s) 위에는 볼 본딩 영역(b)이 형성되어 있다.
여기서, 상기와 같이 입출력패드(11)에 스티치 본딩을 수행하고, 그 위에 볼 본딩을 수행하여도, 상기 스티치 본딩 영역(s) 및 볼 본딩 영역(b)이 모두 같은 재질이므로, 상호간에 본딩 및 상기 제1,2도전성 와이어(1,2)와 입출력패드(11) 상호간의 본딩이 양호하게 되어 와이어 풀 테스트(Wire Pull Test, 도전성 와이어의 본딩 강도를 알아보기 위해, 상기 도전성 와이어를 상부로 잡아당겨 어느 임계치에서 끊어지는지를 검사하는 테스트)에는 어떤 결함도 나타나지 않는다.
한편, 도3a는 본 발명의 다른 와이어 본딩 구조를 도시한 부분 사시도이고, 도3b는 그 단면도이다.
도시된 바와 같이 표면에 다수의 리드(21,22,23...)가 형성된 섭스트레이트(20)가 구비되어 있고, 상기 섭스트레이트(20)의 상부에는 다수의 입출력패드(11)가 형성된 반도체칩(10)이 구비되어 있다. 또한, 상기 반도체칩(10)에 형성된 입출력패드(11)는 도시된 바와 같이 모두 일정 면적을 갖는 대략 정사각형 모양으로 형성되어 있으며, 상기 반도체칩(10)의 표면으로부터 약간 함몰된 형태를 한다.
여기서도, 상기와 같이 반도체칩(10)과 섭스트레이트(20)의 형상 및 결합관계와, 입출력패드(11)의 형상으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 반도체칩(10)의 어느 한 입출력패드(11) 표면에는 대략 원형의 와이어 볼(w)이 형성되어 있다. 상기 섭스트레이트(20)의 어느 한 리드(21)에는 제1도전성 와이어(1)의 일단이 볼 본딩되어 있고, 상기 제1도전성 와이어(1)의 타단은 상기 반도체칩(10)의 입출력패드(11)에 형성된 와이어 볼(w) 위에 스티치 본딩되어 있다. 즉, 상기 와이어 볼(w) 위에 스티치 본딩 영역(s)이 형성되어 있다.
이어서, 상기 스티치 본딩 영역(s) 위에는 제2도전성 와이어(2)의 일단이 볼 본딩되어 있다. 즉, 상기 스티치 본딩 영역(s) 위에는 다시 볼 본딩 영역(b)이 형성되어 있다. 더불어, 상기 섭스트레이트(20)의 다른 리드(22) 표면에는 상기 제2도전성 와이어(2)의 타단이 스티치 본딩되어 있다. 여기서, 상기 와이어 볼(w), 제1도전성 와이어(1) 및 제2도전성 와이어(2)는 동일한 재질이므로, 그 본딩력의 저하는 발생하지 않는 동시에, 또한 상기 와이어 볼(w), 제1도전성 와이어(1) 및 제2도전성 와이어(2)와 입출력패드(11) 상호간의 본딩력 저하도 발생하지 않는다.
계속해서, 도4a 및 도4b를 참조하여 본 발명에 의한 와이어 본딩 방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.
1. 제1볼 본딩 단계로서, 섭스트레이트(20)의 어느 한 리드(21)에 제1도전성 와이어(1)의 일단을 볼 본딩한다. 즉, 캐필러리(c)를 관통하는 제1도전성 와이어(1)의 하단부에 방전 블레이드(도5a 참조)를 이용하여 구형의 볼을 형성한 후, 이를 섭스트레이트(20)의 어느 한 리드(21)에 볼 본딩한다.
2. 제1스티치 본딩 단계로서, 상기 제1도전성 와이어(1)의 타단을 상기 반도체칩(10)의 입출력패드(11) 위에 스티치 본딩한다. 즉, 상기 볼 본딩된 제1도전성 와이어(1)의 타단을 입출력패드(11)에 마찰시키며 본딩하고, 그 단부를 절단시킨다. 이때, 상기 스티치 본딩은 입출력패드(11)의 손상을 최소화하기 위해 통상의 캐필러리(c)에 의해 가해지는 힘보다 작은 힘으로 수행함이 바람직하다.
3. 제2볼 본딩 단계로서, 상기 단계에 의해 형성된 스티치 본딩 영역(s) 위에 제2도전성 와이어(2)의 일단을 볼 본딩한다. 이때는 통상으로 가해지는 힘에 의해 볼 본딩을 수행하여도 무방하다.
4. 제2스티치 본딩 단계로서, 상기 제2도전성 와이어(2)의 타단을 섭스트레이트(20)에 구비된 다른 리드(22)에 스티치 본딩한다.
상기와 같이 하여, 반도체칩(10)의 어느 한 입출력패드(11)에는 제1도전성 와이어(1) 및 제2도전성 와이어(2)의 일단이 중첩되어 본딩되고, 상기 각 도전성 와이어(1,2)의 타단은 각기 다른 리드(21,22)에 본딩된다.
한편, 도5a 내지 도5d를 참조하여 본 발명의 다른 와이어 본딩 방법을 순차적으로 설명하면 다음과 같다.
1. 와이어 볼 형성 단계로서, 반도체칩(10)의 어느 한 입출력패드(11) 표면에 와이어 볼(w)을 형성한다. 즉, 캐필러리(c)를 관통하는 제1도전성 와이어(1)의 하단부에 볼(w)을 형성하고, 이 볼(w)을 입출력패드(11) 표면에 융착시킨 상태에서 제1도전성 와이어(1)를 끊는다.
2. 제1볼 본딩 단계로서, 섭스트레이트(20)의 어느 한 리드(21)에 제1도전성 와이어(1)의 일단을 볼 본딩한다.
3. 제1스티치 본딩 단계로서, 상기 제1도전성 와이어(1)의 타단을 상기 반도체칩(10)의 입출력패드(11)에 스티치 본딩한다.
4. 제2볼 본딩 단계로서, 상기 스티치 본딩된 영역 위에 제2도전성 와이어(2)의 일단을 볼 본딩한다.
5. 제2스티치 본딩 단계로서, 상기 제2도전성 와이어(2)의 타단을 섭스트레이트(20)에 구비된 다른 리드(22)에 스티치 본딩한다.
상기와 같이하여, 반도체칩(10)의 어느 한 입출력패드(11)에는 제1도전성 와이어(1) 및 제2도전성 와이어(2)의 일단이 중첩되어 보다 안정적으로 본딩되고, 상기 각 도전성 와이어(1,2)의 타단은 각기 다른 리드(21,22)에 본딩된다. 여기서, 상기와 같이 입출력패드(11) 표면에 먼저 와이어 볼(w)을 형성한 후, 제1도전성 와이어(1)를 스티치 본딩하게 되면, 상기 입출력패드(11)의 손상을 최소화할 뿐만 아니라, 그 본딩력이 더욱 향상된다.
이상에서와 같이 본 발명은 비록 상기의 실시예에 한하여 설명하였지만 여기에만 한정되지 않으며, 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러가지로 변형된 실시예도 가능할 것이다.
따라서 본 발명에 의한 와이어 본딩 구조 및 그 방법에 의하면, 반도체칩의 입출력패드에 제1도전성 와이어를 스티치 본딩하고, 그 위에 제2도전성 와이어를 볼 본딩하거나, 또는 상기 입출력패드에 와이어볼을 형성하고, 상기 와이어볼상에 제1도전성 와이어를 스티치 본딩한 후, 그 위에 제2도전성 와이어를 볼 본딩함으로써, 종래와 같이 입출력패드의 넓이를 증대시키지 않고도, 두개의 도전성 와이어가 하나의 통상적인 넓이를 갖는 입출력패드의 동일 위치에 중복되어 본딩되는 효과가 있다.
또한, 상기와 같은 와이어 본딩 구조 및 그 방법은 최근의 파인피치화 또는 경박단소화하는 반도체칩 또는 반도체패키지의 개발 추세에 용이하게 대처할 수 있을 뿐만 아니라, 신규한 여러가지 형태의 반도체패키지 구조도 제공하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 반도체칩의 입출력패드와 섭스트레이트의 리드가 상호 전기적으로 도통되도록 도전성 와이어가 본딩된 와이어 본딩 구조에 있어서,
    상기 섭스트레이트의 어느 한 리드에 제1도전성 와이어의 일단이 볼 본딩되고, 상기 제1도전성 와이어의 타단은 상기 반도체칩의 입출력패드에 스티치 본딩되며, 상기 스티치 본딩된 입출력패드에 제2도전성 와이어의 일단이 볼 본딩되며, 상기 제2도전성 와이어의 타단은 섭스트레이트의 다른 리드에 스티치 본딩된 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 구조.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반도체칩의 입출력패드에는 와이어볼이 형성되어 있고, 상기 와이어볼 상에 제1도전성 와이어가 스티치 본딩된 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 구조.
  3. 반도체칩의 입출력패드와 섭스트레이트의 리드가 상호 전기적으로 도통되도록 도전성 와이어를 이용하여 본딩하는 와이어 본딩 방법에 있어서,
    상기 섭스트레이트의 어느 한 리드에 제1도전성 와이어의 일단을 볼 본딩하는 단계와;
    상기 제1도전성 와이어의 타단을 상기 반도체칩의 입출력패드에 스티치 본딩하는 단계와;
    상기 스티치 본딩된 입출력패드에 제2도전성 와이어의 일단을 볼 본딩하는 단계와;
    상기 제2도전성 와이어의 타단을 섭스트레이트의 다른 리드에 스티치 본딩하는 단계를 포함하여 이루어진 와이어 본딩 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1도전성 와이어의 타단을 반도체칩의 입출력패드 표면에 스티치 본딩하는 단계는, 상기 반도체칩의 입출력패드 표면에 와이어볼을 미리 형성한 후, 상기 와이어볼 상에 스티치 본딩함을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
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