KR20020076812A - 와이어 본더의 본더헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 캐필러리 외부로 충분한 양의 와이어가 나오지 않았을 경우 와이어를 고정시키는 와이어 클램프 또는 트랜스듀서 중 적어도 하나가 상하로 이동할 수 있도록 하여 손쉽게 와이어를 캐필러리 외부로 인출시켜 재작업을 할 수 있도록 작업성을 개선한 와이어 본더의 본더 헤드를 제공하는 것이다.

본 발명은 선단부에 와이어를 수용하는 캐필러리를 구비한 트랜스듀서와, 상기 트랜스듀서의 상측에 설치되며 캐필러리에 삽입되는 와이어를 고정시켜주는 와이어 클램프를 포함하되 와이어 클램프나 트랜스듀서 중 적어도 하나는 소정 간격 수직상하 이동이 가능한 수직이동수단을 구비한 것을 특징으로 하는 와이어 본더의 본더헤드를 제공한다.

Description

와이어 본더의 본더헤드{Bonderhead for Wire Bonder}

본 발명은 반도체 칩과 리드간의 와이어 본딩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 칩을 리드에 와이어 본딩 접속시 사용되는 트랜스듀서와 와이어 클램프를 구비한 와이어 본더의 본더 헤드에 관한 것이다.

반도체 조립시 칩의 기능을 외부로 연결시켜 주는 방법으로는 와이어를 이용한 와이어 본딩방법, 패드에 형성된 솔더 범프를 이용한 플립칩(flip chip) 방법, 테이프 리드를 이용한 탭(tap) 방법 등이 가장 널리 쓰여지고 있다.

그 중에서도 현재 가장 일반적으로 응용되고 있는 것이 골드 와이어를 이용한 와이어 본딩 방법이다. 골드 와이어는 알루미늄 와이어나 카파 와이어보다 결합력은 떨어지나 산화나 오염 발생이 적고, 가늘게 가공할 수 있으며 기하학적으로 원에 가까운 볼을 형성할 수 있는 등의 장점으로 인해 패키징 공정에 많이 사용되고 있다.

반도체 패키지 공정에서 가장 미세하게 제어해야 되는 공정 중 하나가 와이어 본딩 공정이다. 와이어 본딩은 반도체 패키지의 경박단소화 기술을 가늠할 수 있는 주요과제로 현재 계속해서 연구과제로 진행중이다.

이하 종래 와이어 본딩 공정을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1에는 일반적인 와이어 본딩시 사용되는 와이어 본더의 본더 헤드 중 트랜스듀서와 와이어 클램프를 도시하였다.

도면을 참조하면, 와이어 본더의 본더 헤드는 대략 와이어(2)를 직접 리드프레임(4) 위에서 본딩하는 캐필러리(6)와, 상기 캐필러리(6)를 고정시키며 수직운동을 하고 초음파를 전달하는 트랜스듀서(10)와, 와이어(2)를 캐필러리(6) 위에서 지지해주는 와이어 클램프(20)를 포함한다. 본더 헤드는 X축, Y축으로 구동되는 구동장치에 의해 수평으로 일정범위 내에서 움직일 수 있다. 또한, 와이어 본딩이 실시되기 전에 리드 프레임과 반도체 칩의 위치를 인식할 수 있는 카메라(도시 생략)를 포함하고 있으며, 이를 통해 리드프레임의 정렬상태를 정확하게 인식하여 와이어(2)를 본딩할 수 있다.

상기 반도체 칩(8)의 표면에는 육안으로 직접 확인할 수 없는 간격으로 접속 패드(8a)가 형성되어 있으며, 상기 칩(8)이 안착된 칩 패드의 주변으로는 다수의 리드(도시 생략)가 방사형으로 형성되어 있어 상기 접속패드(8a)와 리드간을 와이어(2)로 본딩시킨다.

트랜스듀서(10)는 크게 진동자(12)가 설치된 발진부(14)와 트랜스듀서 혼(16)으로 이루어지는 바 발진부(14)에서는 초음파를 발생시키고 트랜스듀서 혼(16)을 통해 캐필러리(6)로 전달되어진다.

상기 트랜스듀서 혼(16)의 단부에는 캐필러리(6)가 연결되는바 상기 캐필러리(6)는 트랜스듀서 혼(16)의 단부에 형성된 홀에 고정설치되데 트랜스듀서 혼(16)과 수직으로 결합된다.

와이어(2)는 캐필러리(6)의 중앙에 형성된 모세관(6a)에 수용되어 있다가 전기방전에 의하여 와이어 끝단에 볼이 형성되고 칩과 리드간에 본딩된 후 캐필러리(6)의 기계적 압착에 의해 와이어가 절단된다.

이와 같은 와이어 본딩 공정시 트랜스듀서(10) 및 와이어 클램프(20)를 구비한 와이어 본더의 작동이 멈추는 경우가 있다. 와이어 본더의 작동이 멈추는 원인으로는 통상 2가지 이유가 대부분이다.

첫 번째는, 와이어(2)가 캐필러리(6)에서 완전히 빠져나오는 경우가 있는데,와이어 본더의 성능이 점차적으로 개선되어 현실적으로는 극히 미미하게 발생하고 있다.

두 번째는 다소 빈번한 경우로써, 캐필러리(6)의 모세관(6a) 외부로 충분한 양의 와이어가 나오지 않아 와이어 끝부분에 칩이나 리드에 융착시킬 수 있는 볼을 형성시키지 못하는 경우이다.

특히 근래에는 반도체 칩이나 리드의 와이어 본딩 핑거간의 간격이 점차 미세해지는 경향으로 인해 이와 같은 불량이 증가되는 추세이다.

상기와 같은 불량이 발생하는 경우, 작업자는 와이어를 캐필러리에서 완전히 제거하여 다시 캐필러리에 끼워야만 하는데 이로 인한 와이어의 손실 및 작업성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로써, 캐필러리 외부로 충분한 양의 와이어가 나오지 않았을 경우 와이어를 고정시키는 와이어 클램프 또는 트랜스듀서 중 적어도 하나가 상하로 이동할 수 있도록 하여 손쉽게 와이어를 캐필러리 외부로 인출시켜 재작업을 할 수 있도록 작업성을 개선한 와이어 본더의 본더 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 종래 와이어 본더를 개략적으로 도시한 절개 사시도.

도 2 는 본 발명에 의한 와이어 본더의 본더헤드에 설치된 트랜스듀서와 와이어 클램프의 바람직한 일실시예를 도시한 측면도.

도 3 은 상기 도 2의 와이어 클램프를 하향이동시킨 상태를 도시한 측면도.

도 4 는 본 발명에 의한 와이어 본더의 본더헤드에 설치된 트랜스듀서와 와이어 클램프의 다른 실시예를 도시한 측면도.

도 5 는 상기 도 4의 트랜스듀서를 상향이동시킨 상태를 도시한 측면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

2: 와이어6: 캐필러리

10: 트랜스듀서20: 와이어 클램프

15: 트랜스듀서 수직이동수단25: 와이어 클램프 수직이동수단

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선단부에 와이어를 수용하는 캐필러리를 구비한 트랜스듀서와, 상기 트랜스듀서의 상측에 설치되며 캐필러리에 삽입되는 와이어를 고정시켜주는 와이어 클램프를 포함하되 와이어 클램프나 트랜스듀서중 적어도 하나는 소정 간격 수직상하 이동이 가능한 수직이동수단을 구비한 것을 특징으로 하는 와이어 본더의 본더헤드를 제공한다.

본 발명의 구성에 대하여 첨부한 도면을 참조하면서 보다 상세하게 설명한다. 참고로 본 발명의 구성을 설명하기에 앞서, 설명의 중복을 피하기 위하여 종래 기술과 일치하는 부분에 대해서는 종래 도면 부호를 그대로 인용하기로 한다.

도 2 는 본 발명에 의한 와이어 본더의 본더 헤드에 관한 바람직한 일실시예를 도시한 개략도로서, 트랜스듀서(10)와 와이어 클램프(20)를 간략히 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 와이어 클램프(20)는 트랜스듀서(10)의 상측에 위치하는 바 대략 0.5~1㎝의 간격을 두고 설치된다. 와이어 클램프(20)의 선단에는 와이어(2)를 고정시키는 고정부(22)가 구비되어 있으며, 상기 고정부(22)에서는 와이어(2)를 필요한 만큼 공급하고 잡아주는 조절기능을 수행한다.

상기 와이어 클램프(20)의 하부에는 트랜스듀서(10)가 위치하는 바 상기 트랜스듀서(10)는 초음파를 발진시키는 발진부(14)와 초음파가 캐필러리(6)로 전달될 수 있도록 혼(horn) 형상의 트랜스듀서 혼(16)으로 이루어진다.

상기 와이어 클램프(20)에서 와이어 본더 몸체와 연결된 부위에는 와이어 클램프를 상하 수직으로 이동시킬 수 있는 수직이동수단(25)이 설치되어 0.5㎝~1㎝가량 평소위치보다 하향이동이 가능하다.

이하 상술한 바와 같은 와이어 클램프(20)와 트랜스듀서(10)를 구비한 본더 헤드부의 작동에 관하여 설명한다.

트랜스듀서(10)의 캐필러리(6)에 수용되어 있던 와이어(2)가 캐필러리(6) 외부로 충분히 인출되지 못하고 이로 인해 전기방전에 의한 볼이 형성되지 못할 경우 와이어 본더는 이를 감지하여 멈춰서게 된다. 이 때 작업자는 와이어(2)를 종래와 같이 캐필러리(6)에서 뽑아내어 다시 캐필러리(6)로 삽입시키지 않고 와이어 클램프(20)를 하향으로 이동시킴으로써 간단히 와이어(2)를 캐필러리(6) 외부로 인출시킬 수 있다.

다시 말하면, 와이어 클램프(20)는 와이어(2)를 고정시키고 있으므로 와이어 클램프(20) 자체를 0.5㎝ 가량 아래로 이동시키면 와이어도 따라서 아래로 이동하게 된다. 와이어(2)는 이동하면서 캐필러리(6)의 모세관(6a)을 통과하여 밖으로 0.5㎝가량 인출된다.

도 3 에서는 상술한 동작에 의해 하향이동한 와이어 클램프(20)와 외부로 인출된 와이어(2)를 보여주고 있다.

상기와 같이 캐필러리(6) 외부로 인출된 와이어는 트위저(tweezer)로 용이하게 집어서 당길 수 있다. 작업자는 트위저로 와이어(2)를 1~2㎝ 정도 잡아당기어 필요없는 부분을 제거하고 전기방전이 이루어질 수 있는 부분만큼 캐필러리(6) 외부로 인출시킨 후 와이어 클램프(20)를 원위치로 복귀시키고 다시 와이어 본더를 작동시킨다.

상기 실시예에서는 트랜스듀서(10)는 동작을 멈추고 있는 상태에서 상측의 와이어 클램프(20)를 하향 이동시킴으로써 캐필러리(6) 외부로 와이어를 인출시켰으나 반대로 이하 설명하는 바와 같이 와이어 클램프(20)를 고정시킨 상태에서 트랜스듀서(10)를 이동시켜 같은 효과를 달성할 수도 있다.

도 4 는 본 발명에 의한 와이어 본더의 본더 헤드에 관한 다른 실시예를 도시한 개략도이다.

도면에서 보는 바와 같이, 와이어 클램프(20)는 트랜스듀서(10)의 상측부에 고정되어 있다. 와이어 클램프(20)의 하측에 이격되어 위치한 트랜스듀서는 와이어 본더 몸체와 연결된 연결부가 수직이동수단(15)에 의해 상하 이동이 가능한 구조로 형성된다.

보다 상세히 설명하면, 상기 트랜스듀서(10)가 와이어 본딩 작업을 실시하는 위치는 트랜스듀서 수직이동수단(15)의 최하단부이다. 상기 트랜스듀서(10)는 리드프레임위의 반도체 칩과 리드 사이를 와이어로 본딩 작업시 상기 트랜스듀서 수직이동수단(15)의 최하단부에서 작업이 이루어지다가 전술한 바와 같이 캐필러리(6) 외부로 와이어(2)가 충분히 인출되지 못하여 와이어 본더가 멈추게 되면, 작업자는 상기 트랜스듀서(10)를 최상단부로 올린다.

트랜스듀서(10)가 올라가면, 캐필러리(6)에 수용된 와이어(2)는 와이어 클램프(20)에 의해 고정되어 있고 캐필러리(6)에 의해서는 고정되어 있지 않으므로 자연스럽게 캐필러리(6)가 상측으로 상승함에 의해 와이어의 끝부분이 아래쪽으로 인출된다.

도 5 에는 상술한 바와 같이 트랜스듀서(10)를 상향이동시켜 와이어가 캐필러리(6) 아래로 인출된 상태를 도시하였다.

도면에서 보는 바와 같이, 작업자는 인출된 와이어(2)를 트위저로 잡아당겨일부를 제거하고 트랜스듀서(10)를 원위치시켜 작업을 바로 진행할 수 있게 된다.

상술한 두 실시예들은 와이어 클램프(20)를 하향 이동시키거나, 트랜스듀서(10)를 상향 이동시키는 두 방법 중 하나를 택할 수 있는 구성으로 이루어져 있으나 두가지가 동시에 이루어질 수 있도록 함으로써 작업자가 보다 작업을 용이하게 할 수 있게 된다.

와이어의 끝단이 캐필러리 외부로 충분히 인출되지 못하여 와이어 본더가 멈춰서는 경우, 종래에는 다시 캐필러리로 삽입시키는 과정에서 적어도 5㎝ 이상의 와이어가 손실되고 공정시간이 상당히 지연되었다.

그러나 본 발명에서와 같이 와이어 클램프나 트랜스듀서가 하향 또는 상향 이동이 가능하도록 개선함으로써, 최대 2㎝ 이하의 와이어 손실로 부품 절감을 실현할 수 있으며, EFO 방전에 필요한 길이만큼을 캐피러리 밖으로 인출하여 EFO 방전을 통해 프리 에어볼을 형성시키면 와이어의 손실을 없앨 수 있고, 공정속도가 향상되어 생산성이 증대되는 효과를 구현할 수 있다.

Claims (2)

1. 선단부에 와이어를 수용하는 캐필러리를 구비한 트랜스듀서와;

   상기 트랜스듀서의 수직상측에 이격되어 설치되며 캐필러리에 삽입되는 와이어를 고정시켜주는 와이어 클램프;를 포함하되 상기 와이어 클램프나 트랜스듀서 중 적어도 하나는 수직상하 이동이 가능하도록 수직이동수단을 구비한 것을 특징으로 하는 와이어 본더의 본더 헤드
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 수직이동수단은 와이어 클램프 또는 트랜스듀서가 와이어 본더 몸체와 연결되는 연결부에 구성된 것을 특징으로 하는 와이어 본더의 본더헤드.