KR20050030549A - 시스템 케리어의 핑거들을 가열판 상에 압축시키는다운홀더를 구비하는 와이어 본더 - Google Patents

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Abstract

와이어 본더(W)는 시스템 케리어(7)의 핑거들(9)을 가열판(13) 상에 압축하는 다운홀더(1)를 구비한다. 상기 다운홀더(1)는 상승 및 하강될 수 있다. 본 발명에 따른 다운홀더(1)는 지지판(4)을 지지하는 4 개의 가이드부재(2)를 포함하는데, 여기서, 각각의 가이드부재(2)는 지지표면(3)과, 구동장치(6'.6)에 의해 이동될 수 있는 볼트(5',5)를 구비한다. 상기 다운홀더(1)가 상승된 상태에서, 상기 지지판(4)은 상기 4 개의 가이드부재(2)의 지지표면(3)에 놓여진다. 상기 다운홀더(1)가 하강된 상태에서, 상기 4 개의 가이드부재(2)의 볼트(5',5)는 상기 지지판(4)을 상기 가열판(13) 상에 제공된 시스템 케리어(7)의 핑거들(9)에 대해 압축한다. 상기 4 개의 볼트(5',5) 중 적어도 하나는 독립적으로 이동될 수 있어서, 상기 지지판(4)은 모든 핑거들(9)을 상기 가열판(13)에 대해 즉시 압축시키지 않고 상기 시스템 케리어(7)를 일시적으로 고정시킬 수 있다.

Description

시스템 케리어의 핑거들을 가열판 상에 압축시키는 다운홀더를 구비하는 와이어 본더{WIRE BONDER WITH A DOWNHOLDER FOR PRESSING THE FINGERS OF A SYSTEM CARRIER ONTO A HEATING PLATE}
본 발명은 시스템 케리어, 특히 리드프레임의 핑거들을 청구범위 제 1 항의 전제부에 기재된 유형의 가열판 상으로 압축시키는 다운홀더를 구비하는 와이어 본더에 관한 것이다.
기술적인 전문용어는 와이어 본딩으로 알려진, 반도체칩과 시스템 케리어 사이의 전기적인 와이어 접속의 형성에 있어서, 결합될 상기 시스템 케리어의 핑거들은 지지판에 의해 가열판에 대해 압축된다. 상기 지지판은 상기 핑거들의 단부가 결합을 위해 접근가능한 윈도우를 구비한다.
와이어 본더는 반도체칩을 기판에 장착후 와이어 연결시키는 장치이다. 상기 와이어 본더는 혼의 선단에 클램핑된 모세관을 구비한다. 상기 모세관은 상기 와이어를 상기 반도체 칩의 접속점 및 상기 기판의 접속점에 부착시킬 뿐만 아니라 상기 와이어를 상기 2개의 접속점 사이로 안내하는 역할을 한다. 상기 반도체 칩의 접속점과 상기 기판의 접속점 사이의 와이어 연결을 형성할때, 상기 모세관으로부터 돌출되는 상기 와이어의 단부는 먼저 볼로 용융된다. 그 후, 상기 와이어 볼은 압력 및 초음파에 의해 상기 반도체 칩의 접속점에 부착된다. 이렇게 하여, 초음파가 초음파 변환기로부터 상기 혼에 인가된다. 이러한 공정을 볼 본딩이라 부른다. 상기 와이어는 그 다음 요구되는 길이로 당겨져서, 와이어 루프로 형성되고 상기 기판의 접속점에 결합된다. 이러한 공정의 마지막 부분은 웨지 본딩이라 부른다. 상기 와이어를 상기 기판의 접속점에 부착한 후, 상기 와이어는 떼내어 지고 다음 본딩 사이클이 시작될 수 있다.
상기 핑거들의 지지표면으로의 균일한 압축을 달성하기 위해 상기 지지판이 이동가능한 베어링을 갖는 다운홀더가 스위스 특허 명세서 CH 680 176 호에 공지된다. 이러한 다운홀더는 시스템 케리어에 우수한 기능을 제공하는데, 이것에 의해 기술적인 전문용어로는 피치(pitch)로서 알려져있는, 인접하는 핑거들 사이의 평균 거리가 일정한 값 이하로 떨어지지 않게 된다. 그러나, 50, 40 또는 단지 25 마이크로미터의 피치에 있어서는, 특히, 시스템 케리어 및 지지판 또는 가열판의 열팽창계수가 상이하기 때문에 상당한 문제가 야기된다.
본 발명의 목적은 40 마이크로미터 또는 그 이하의 매우 작은 피치를 갖는 시스템 케리어의 처리에 적합한 다운홀더를 개발하는 것이다. 상기 과제는 청구범위 제 1 항의 특징부에 의한 본 발명에 따라 해결된다.
와이어 본더는, 그 위에 와이어 연결되는 상기 반도체칩을 구비하는 시스템 케리어가 제공되는 가열판과, 상기 시스템 케리어의 핑거들을 상기 가열판상에 가압하는 다운홀더를 구비한다. 상기 다운홀더는 교체가능한 지지판을 포함하며 상승 및 하강 가능하다. 상기 시스템 케리어는 상기 다운홀더가 상승된 상태에서 이동될 수 있다. 상기 반도체칩들의 와이어 연결은 상기 다운홀더가 하강된 상태에서 수행된다. 본 발명에 따르면, 상기 다운홀더는 상기 지지판을 지지하기 위한 4 개의 가이드부재들을 구비한다. 각각의 가이드부재는 지지표면과 볼트 또는 핀 또는 구동장치에 의해 이동될 수 있는 이와 유사한 것들을 구비한다. 상기 다운홀더가 상승된 상태에서, 상기 지지판은 상기 4 개의 가이드부재들의 지지표면 상에 놓이고, 상기 볼트들은 그것들이 상기 지지판에 접촉되지 않도록 또한 상승된다. 상기 다운홀더의 하강은 2 단계로 수행된다. 제 1 단계에서, 상기 다운홀더는 하강되고, 이에 따라 상기 볼트들 중 하나가 또한 하강되어 상기 지지판을 압축하는 반면, 다른 볼트들은 상승되어 상기 지지판에 접촉하지 않거나 또는 상기 지지판 상에 적어도 어떠한 힘도 작용하지 않는다. 하강시에, 상기 지지판은 상기 시스템 케리어의 핑거들에 충격을 가하기 때문에, 이것은 접촉점에 의해 틸트된다. 제 1 단계 후에, 따라서 상기 지지판은 1 또는 소수의 인접하는 핑거들에 대해서만 단지 압축한다. 미리 정해진 온도로 가열할때, 다른 핑거들은 상기 가열판에 대해 자유롭게 이동될 수 있다. 상기 미리 정해진 온도에 거의 도달되자 마자, 상기 지지판의 경사는 상쇄된다. 이는 상기 4 개의 가이드부재들의 모든 볼트들이 하강되어 그것들이 상기 지지판을 압축함에 따라 수행된다. 상기 다운홀더가 하강된 상태에서, 상기 4 개의 가이드부재들의 볼트들은 이제 상기 지지판을 상기 가열판 상에 제공된 상기 시스템 케리어의 핑거들에 대해 압축한다.
이하, 본 발명의 실시예가 도면을 기초로 더욱 상세히 설명된다.
도 1 은 (도시되지 않은) 지지판을 수용하는 다운홀더(1)의 사시도를 도시한다. 상기 다운홀더(1)는 시스템 케리어의 핑거들을 가열판에 대해 압축시키기 위해 와이어 본딩 동안에 와이어 본더 상에서 이용된다. 상기 와이어 본더는 2 개의 미리 정해진 위치 사이에, z 위치로 표시된, 수직 방향으로 상기 다운홀더(1)를 상승 및 하강시키기 위한 구동장치(20)를 구비한다. 상기 다운홀더(1)가 상승되는 경우, 상기 시스템 케리어는 상기 가열판으로 공급되거나 또는 상기 가열판으로부터 멀리 전달될 수 있다. 상기 다운홀더(1)가 하강되는 경우, 상기 지지판은 상기 시스템 케리어의 핑거들을 상기 가열판에 대해 압축한다. 상기 다운홀더(1)는 4 개의 가이드부재들(2)을 구비하는데, 이것들 위에는 상기 지지판이 지지된다. 상기 가이드부재들의 형태 및 기능은 도 2, 3 및 4 를 기초로 더욱 상세히 설명된다. 모든 도면에서, 동일한 도면부호들은 동일한 부품을 표시한다.
도 2 는 z 방향으로 상승된 다운홀더(1)의 측면도를 도시한다. 상기 가이드부재(2) 각각은 지지표면(3)을 구비하는데, 이 위에는 상기 지지판(4)이 상기 다운홀더(1)가 상승된 상태로 놓여있다. 상기 4 개의 지지표면(3)은 1 개의 평면을 결정한다. 상기 가이드부재(2) 각각은 또한 1 개의 볼트(5)와, 상기 볼트(5)를 z 방향에서 위 아래로 이동시키기 위한 1 개의 구동장치(6)를 더 포함한다. 상기 4 개의 가이드부재(2)의 볼트(5)는 그것들이 상기 지지판(4)에 접촉하지 않도록 상승된다. 이러한 상태에서, 상기 시스템 케리어(7)는 이동될 수 있다. 상기 지지판(4)은 상기 시스템 케리어(7)의 핑거들(9)의 단부가 상기 반도체칩(10)의 와이어 연결을 위해 접근가능하도록 윈도우(8)를 구비한다. 상기 지지판(4)의 윈도우(8)는 상기 시스템 케리어(7)를 향하는 측면 상의 연속되는 프레임(11)에 의해 둘러싸인다. 상기 프레임(11) 및 지지판(4)은 본질적으로 상기 가열판(13)의 표면에 평행하다. 상기 가열판(13)은 상기 와이어 본더 W 상에 견고하게 배열된다. 상기 반도체칩들의 와이어 연결은, 금속 리드프레임에 대해서, 약 220℃ 의 범위에 놓이는 온도에서 수행된다. 상기 가열판(13)은 이러한 온도로 가열된다. 상기 시스템 케리어(7)는 예열되지만, 상기 전달 공정의 완결 직후에 그것의 온도가 용이하게 상기 가열판(13)의 온도보다 더 낮은 60°로 될 수 있도록 전달 동안에 급격하게 냉각된다. 상기 시스템 케리어(7)는 가열판(13)에 의해 미리 정해진 온도로 가열되어야 하는데, 이는 일정한 시간이 소요된다.
도 3 은 상기 윈도우(8)를 둘러싸는 프레임(11)이 상기 시스템 케리어(7)의 핑거들(9) 상에 놓여지고 상기 핑거들(9)을 상기 가열판(13)에 대해 압축하는 상태로 z 방향으로 하강된 상기 다운홀더(1)의 측면도를 도시한다. 상기 지지판(4)은 더이상 상기 가이드부재(2)의 지지표면(3) 위에 놓여있지 않게 되는데, 즉, 상기 지지표면(3)과 지지판(4) 사이에 에어갭(12)이 존재하게 된다. 상기 지지판(4)이 상기 핑거들(9)을 상기 가열판(13)에 대해 압축시키도록 하는 필요한 접촉 압력을 형성하기 위해, 상기 4 개의 가이드부재(2)의 볼트(5)는 그것들이 상기 지지판(4)에 대해 압축하도록 z 방향에서 상기 할당된 구동장치(6)에 의해 하강된다.
제조시에, 상기 시스템 케리어(7)는 전달 방향에서 단계적으로 전달되고 매번 그 다음 반도체칩(10)을 와이어 본딩을 위해 상기 가열판(13)에 제공하며, 이에 따라 상기 다운홀더(1)는 도 2 에 도시된 상태에 있게 된다. 상기 전달 공정이 종료되자 마자, 상기 다운홀더(1)는 하강되고 2 단계로 먼저 도 4 에 도시된 상태에 놓여지며, 마지막으로 도 3 에 도시된 상태로 놓여진다.
상기 다운홀더(1)의 하강 초기에, 상기 4 개의 가이드부재(2)의 모든 볼트(5)는 상승되어 상기 지지판(4)에 접촉하지 않는다. 상기 지지판(4)의 하강 동안 또는 하강 직후에, 상기 4 개의 볼트(5) 중 하나, 즉, 볼트(5')는 상응하는 구동장치(6')에 의해 하강되어, 이것은 상기 프레임(11)이 상기 시스템 케리어(7)의 핑거들(9') 상에 놓여지도록 이동된 후에 상기 지지판(4)에 대해 압축된다. 이것은, 상기 지지판(4)이 상기 볼트(5')로 가장 가까이 인접하는 상기 프레임(11)의 점 P 에 의해 틸트되는 효과를 갖는다. 상기 프레임(11) 및 지지판(4)은 따라서 각 φ로 상기 가열판(13)의 표면에 경사지게 놓여진다. 따라서 상기 지지판(4)은 경사진 위치에 있게된다. 따라서, 상기 프레임(11)은 상기 점 P 에 인접하는 1 또는 소수의 핑거들(9')만을 상기 가열판(13)에 대해 압축하는 반면, 나머지 핑거들(9)은 프레임(11)과 가열판(13) 사이에서 아직 클램핑되지 않는다. 상기 다운홀더(1)는 미리 정해진 시간 τ동안, 즉, 상기 시스템 케리어(7)가 상기 가열판(13)의 온도로 가열되거나 또는 적어도 거의 상기 가열판(13)의 온도로 가열될때 까지 이러한 상태로 유지된다. 가열시에, 상기 시스템 케리어(7)는 팽창되는데, 이에 따라, 클램핑되지 않은 상기 핑거들(9)은 상기 가열판(13)에 대해 이동될 수 있다.
상기 미리 정해진 지속시간 τ가 종료된 후에, 상기 4 개의 가이드부재(2)의 볼트(5',5)는 모두 하강되어, 그것들은 모두 상기 지지판(4)에 대해 압축된다. 이것은, 상기 프레임(11)이 다시 틸트되고 모든 핑거들(9)이 상기 가열판(13)에 대해 고르게 압축되는 효과를 갖는다. 상기 다운홀더(1)는 이제 도 3 에 도시된 상태에 있게 된다.
z 방향에서의 상기 볼트(5)의 이동은 변위-제어 또는 힘-제어에 의해, 즉, 상기 볼트(5)가 상기 할당된 구동장치(6)에 의해 미리 정해진 z 위치로 이동되거나 또는 상기 볼트(5)가 미리 정해진 힘이 그것에 작용할때 까지 z 방향으로 상기 할당된 구동장치(6)에 의해 이동됨에 의해 수행될 수 있다. 상기 지지판(4) 상의 볼트(5)에 의해 작용하는 힘은 모든 볼트(5)에 대해 동일한 강도이거나 또는 상이한 강도를 갖도록 선택될 수 있다. 상기 볼트(5)의 구동장치들은 예를 들면 공압 모터 또는 압전 모터 또는 전자석 모터와 같이 어떤 유형도 될 수 있다.
상기 1 개의 볼트(5')를 독립적으로 이동시키고 다른 3 개의 볼트(5)들을 위 아래로 함께 이동시키는 것이 가능하며, 또는 모든 4 개의 볼트(5',5)들을 개별적으로 이동시키는 것이 가능하다. 또한, 상기 하강 공정의 제 1 단계에서, 상기 4 개의 볼트(5) 중 2 개를 동시에 하강시켜서 개별적인 점 P 가 아니라 상기 프레임(11)의 1 개의 가장자리가 상기 시스템 케리어(7) 상에 놓여지고 상기 지지판(4)은 상기 가장자리에 의해 틸트되도록 하는 것도 가능하다. 상기 볼트(5',5)를 이동시키는 구동장치(6)는 상기 와이어 본더의 제어유닛에 의해 제어된다.
상기 지지판(4)이, 각각 둘러싸는 프레임(11)을 각각 구비하는 수개의 윈도우(8)를 구비하여, 작업 사이클 동안 상기 와이어 본더의 본드헤드의 이동 범위 내에 놓이는 수개의 반도체칩들이 와이어 연결될 수 있는 적용예들 또한 존재한다. 또한, 상기 윈도우(8)들이 상기 지지판(4)의 종축(14)에 대해 비대칭적으로 배열되는 적용예들도 존재한다. 도 5 는 이러한 지지판(4)을 도시한다. 상기 다운홀더(1)를 하강시키는 제 1 단계에서 하강되는 볼트(5')와 상기 지지판(4)이 틸트되는 점 P 가 또한 도시된다.
바람직하게는, 상기 지지판(4)은 공동들을 가지며, 이 속으로 상기 볼트(5)가 맞물려 들어가며, 이에 따라, 상기 지지판(4)의 위치가 상기 다운홀더(1)에 대해 자동적으로 조절된다.
본 발명은 다음과 같은 다수의 장점들을 제공한다:
- 상기 와이어 본더의 본드헤드의 작업 범위에서 금속 리드프레임의 열팽창계수가 양 수평 방향에서 전형적으로 수 10 마이크로미터에 달한다. 본 발명은 상기 리드프레임이 가열 동안에 방해받지 않고 팽창될 수 있게 하며, 상기 리드프레임의 핑거들(9)은 상기 열팽창이 완료되거나 또는 거의 완료되는 때에 단지 클램핑되도록 한다. 그럼에도 불구하고, 상기 리드프레임은 1 개의 위치에 고정된다. 이것은 상기 핑거들(9',9)의 위치의 광학적인 측정을 즉시 개시할 수 있게 하며, 이에 따라 상기 점 P 에 인접한 핑거들이 먼저 측정된다.
- 상기 핑거들(9)의 클램핑은 상기 윈도우(8)의 위치 또는 상기 지지판(4)에 대한 상기 윈도우의 위치에 무관하게 수행된다. 상기 윈도우(8)가 상기 지지판(4) 상에서 비대칭적으로 배열되는 적용예들이 존재한다.
- 상기 핑거(9)를 상기 가열판(13)에 대해 압축시키는 힘은 상기 시스템 케리어(7)의 두께에 무관하며, 이에 따라, 이러한 두께의 변화에도 무관하다.
따라서, 상술한 바와 같은 본 발명은, 40 마이크로미터 또는 그 이하의 매우 작은 피치를 갖는 시스템 케리어의 처리에 적합한 다운홀더를 제조할 수 있는 탁월한 효과를 갖는다.
도 1 은 다운홀더의 사시도,
도 2 는 상승된 다운홀더의 측면도,
도 3 은 반도체칩의 와이어 연결이 수행되는 상태에서 하강된 다운홀더의 측면도,
도 4 는 또 다른 상태에서 하강된 다운홀더의 측면도,
도 5 는 수개의 윈도우들을 구비하는 지지판을 도시한다.

Claims (1)

  1. 가열판(13)과, 시스템 케리어(7)의 핑거들(9)을 상기 가열판(13) 상에 압축하는 다운홀더(1)를 구비하며, 상기 다운홀더(1)는 상승 및 하강될 수 있는, 와이어 본더(W)에 있어서,
    상기 다운홀더(1)는 지지판(4)을 지지하는 4 개의 가이드부재(2)를 구비하며, 각각의 가이드부재(2)는 지지표면(3)과, 구동장치(6'.6)에 의해 이동될 수 있는 볼트(5',5)를 구비하며, 상기 지지판(4)은 상기 다운홀더(1)가 상승된 상태에서 상기 4 개의 가이드부재(2)의 지지표면(3) 상에 놓여지고, 상기 다운홀더(1)가 하강된 상태에서, 상기 4 개의 가이드부재(2)의 볼트(5'.5)는 상기 지지판(4)을 상기 가열판(13) 상에 제공된 상기 시스템 케리어(7)의 핑거들(9)에 대해 압축하며, 상기 4 개의 볼트(5',5) 중 적어도 하나는 독립적으로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
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