KR20050037587A - 배선의 웨지 접합 방법, 배선 접합 머신, 가역 접합 툴 및전자 디바이스 - Google Patents

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KR20050037587A
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bonding
tip
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라밀 엔 바스쿠에즈
에스테반 엘 아바딜라
알렉산더 엠 로가도
크리스풀로 쥬니어 리크타오
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코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

예를 들면 이산 반도체 전력 디바이스(discrete semiconductor power devices) 또는 IC 등과 같은 전자 디바이스(20, 20')의 제조에 있어서, 그 대향 단(11, 12)에서 각각 접합 팁(bonding tip) 또는 웨지(wedge)(1, 2)를 구비하는 가역 접합 툴(reversible bonding tool)(10)을 사용한다. 배선(21)을 접합하기 위해 한 쪽 단(11)의 웨지 팁(wedge-tip)(1)을 과도하게 사용하면, 팁(1)은 마모된다. 종래 기술에서와 같이 결합 툴을 교체할 필요 없이, 본 발명에 따른 툴(10)은 그러한 경우에 다른 배선(21')을 접합시키기 위해 반대쪽 단(12)에 있는 웨지 팁(2)을 이용하도록 반전된다.

Description

배선의 웨지 접합 방법, 배선 접합 머신, 가역 접합 툴 및 전자 디바이스{WEDGE-BONDING OF WIRES IN ELECTRONIC DEVICE MANUFACTURE WITH A REVERSIBLE WEDGE BONDING TOOL}
본 발명은 전자 디바이스의 제조에 있어서 배선(wires)을 웨지 접합(wedge-bonding)하는 것에 관련된다. 보다 구체적으로, 본 발명은 웨지 접합 방법, 머신 및 툴(tools)에 관련되고, 또한 이러한 방법, 머신 및 툴을 이용하여 웨지 접합된 배선 형태의 접속부를 포함하는 전자 디바이스에도 관련된다.
배선의 웨지 접합은 수 십년간 전자 디바이스 내에 접속부를 제공하기 위해 사용되어 온 잘 확립되어 있는 기법이다. 예로서, 이하의 특허는 웨지 접합에 관련된 최근의 미국 특허 문서 중에서 선택된 것으로서, US-A-6,354,479, US-A-6,135,341, US-A-5,958,270, US-A-5,950,903, US-A-5,945,065, US-A-5,906,706, US-A-5,836,071, US-A-5,702,049, US-A-5,495,976, US-A-5,452,838, US-A-5,445,306, US-A-5,364,004, US-A-5,217,154, US-A-5,148,959, US-A-5,018,658 및 US-A-5,007,576이 있다. 이러한 미국 특허의 전체 내용은 본 명세서에 참조 문서로서 인용되어 있다. 접합 툴(전형적으로는 탄화 텅스텐으로 이루어짐)은 일반적으로 한 쪽 단에 웨지 접합 팁(wedge-bonding tip)을 구비하는 생크(shank)를 포함한다.
언제나 비용 절감에 대한 필요성이 존재하는 것은 당연하다. 계속적으로 비용을 소모를 포함하는 여러 아이템 중의 하나는, 접합용 툴의 접합 팁의 사용 동안에 마모될 때 접합용 툴을 주기적으로 교체해야 한다는 것이다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 전자 디바이스의 제조에 있어서 연속적으로 사용되는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 웨지 접합 머신의 일부분에 대한 개략적인 측면도.
도 2(a)는 본 발명에 따라서, 도 1에 도시된 가역 접합 툴에서 특히 그 작업 단 중에서, 상단에 있는 접합 팁을 하향으로 도시한 사시도.
도 2(b)는 도 2에 도시된 접합 툴의 하단에 있는 작업 단에서, 이 하단의 단에 있는 접합 팁을 상향으로 도시한 사시도.
본 발명의 목적은 접합용 툴을 교체하는 비용이 감소된다는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 대향 단에 웨지 접합 팁을 구비하는 가역 접합 툴(reversible bonding tool)이 제공된다. 따라서, 본 발명은 2중 팁 가역 툴(dual-tip reversible tool)을 제공하는데, 이 툴은 툴의 교체가 요구되기 전까지의 사용 수명을 증가시킨다. 따라서, 툴 재료에서의 비용 절감이 이루어진다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 가역 접합 툴을 구비하는 배선 접합 머신(wire-bonding machines)이 제공되어 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 웨지 접합 방법이 제공되어 있는데, 이 방법은, 본 발명에 따른 가역 접합 툴을 사용하고, 배선의 접합을 위해 한 쪽 단에 있는 팁을 이용한 후에, 툴은 다른 배선을 접합하기 위해 반대쪽 단에 있는 웨지 접합 팁을 이용하도록 전환될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 집적 회로 또는 전력 반도체 디바이스(power semiconductor device) 등과 같은 전자 디바이스가 제공되는데, 이 전자 디바이스는 본 발명에 따른 방법, 머신 또는 툴을 이용하여 웨지 결합된 배선 형태의 접속부를 포함한다.
본 발명에 따른 여러 유리한 특징 및 특징의 조합은 첨부된 청구항에 제시되어 있다. 이러한 특징 및 다른 특징은 이하에서 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 예로서 표현된 본 발명의 실시예에서 설명될 것이다.
도면은 모두 개략적이라는 것을 유의해야 한다. 이 도면 내에서 부품들의 상대적 치수 및 비율은 도면의 명확성 및 편의를 위해 과장되거나 축소되었다. 동일한 참조 부호는 일반적으로, 변형예 및 상이한 실시예에서 대응되거나 동일한 피처를 지칭하기 위해서 사용되었다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 예를 들면 이산 반도체 전력 디바이스(discrete semiconductor power devices) 또는 반도체 집적 회로(IC) 등과 같은 전자 디바이스(20, 20')의 제조에 있어서의 배선 접합 스테이지를 도시한다. 툴의 각각의 대향 단(11, 12)에 접합 팁("웨지(wedge)"로도 지칭됨)(1, 2)을 구비하는 가역 이중 팁 접합 툴(10)(도 2(a) 및 도 2(b) 참조)을 사용한다.
배선(21)(도 1(a) 참조)의 접합을 위해 한 쪽 단(11)에 있는 웨지 접합 팁(1)을 과도하게 사용하면, 팁(1)은 어느 정도 마모된다. 종래 기술에서와 같이 접합용 툴을 교체할 필요 없이, 본 발명에 따른 툴(10)은 다른 배선(21')(도 1(b) 참조)을 접합하기 위해 반대쪽 단(12)에 있는 웨지 접합 팁(2)을 사용하도록 반전된다. 따라서, 툴 재료와 관련하여 비용 절감이 이루어진다.
본 발명에 따른 가역 툴(10)을 사용하는 것을 제외하고, 웨지 접합 프로세스 및 배선 접합 머신은 공지된 형태를 갖기 때문에 본 명세서에서는 상세히 설명하지 않기로 한다.
따라서, 도 1(a) 및 도 1(b)는 작업 마운트(work mount)(32) 위에 디바이스(20, 20')가 위치되어 있는 머신의 작업 영역을 도시한다. 배선(21, 21')은 스풀(spool)(도시하지 않음)로부터 이 작업 영역 내에 연속적으로 공급된다. 배선(21, 21')은 디바이스(20, 20')의 본드 패드(bond pad)(23, 23')로 공급되고, 툴(10)의 하단 작업 단(도 1(a)에서는 단(11)이고, 도 1(b)에서는 단(12)임)에 의해 본드 패드(23, 23')에 대해 압입(pressed)된다. 배선(21, 21')은 이산 전력 디바이스 및 IC용으로 알루미늄(전형적으로는 Al 합금)을 포함할 수 있고, 본드 패드(23, 23')는 또한 알루미늄을 포함할 수 있다. 몇몇 디바이스에서, 금 배선(21, 21')을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 배선(21, 21')은 예를 들면, 디바이스 패키지(device package)(도시하지 않음)의 본드 패드(23, 23')와 단자 리드(terminal leads) 사이에 전기적 접속부를 형성할 수 있다.
본드 패드(23, 23')에 대해 압입되는 동안에, 툴의 제각기의 접합 팁(1 또는 2)을 통해 패드(23, 23') 상의 배선(21, 21')에 초음파 에너지를 공급하는 변환기(transducer)(30)에 대한 초음파 공급원(ultrasonic source)을 턴-온(turn-on)함으로써 배선(21, 21')을 패드(23, 23')에 접합한다. 도 1(a) 및 도 1(b)는 변환기(30)의 혼(horn) 부분 내에 탑재된 툴(10)을 개략적으로 도시한다. 이 혼 부분은 공지된 형태로 초음파 에너지의 공급원(도시하지 않음)에 접속될 수 있다.
도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 실시예에서, 접합용 툴(10)은 생크를 포함하고, 이러한 생크는 자신의 대향 단에 테이퍼형 작업 단(tapered work ends)(11, 12)을 구비한다. 좁은 접합 팁(1, 2)(접합될 배선(21, 21')과 맞닿아 있음)은 이러한 작업 단에 존재하고, 이에 대한 특정한 실시예는 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시되어 있다. 도면의 단순성을 위해서, 도 2(a) 및 도 2(b) 내에서 점차 좁아지는 형태는 도시되지 않았다.
작업 단 및 웨지 팁용으로 채택될 수 있는 다양한 공지된 형상 및 구조가 존재한다. 도 1(a), 도 1(b), 도 2(a) 및 도 2(b)는 생크에 집적되도록 형성되고, 대향 작업 단(11, 12)에 있는 팁(1, 2)의 매우 단순한 그루브 구조(grooved structure)를 도시한다. 이 경우에, 전체 접합 툴(10)(이 툴의 생크, 단 및 팁)은 탄화 텅스텐으로 이루어질 수 있다. 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 각각의 팁(1, 2)에 도시된 단일 그루브는 초음파 접합 동안에 본드 패드에 대하여 정확한 위치에 배선을 유지하는 역할을 한다. 보다 복잡한 팁 설계에 있어서, 교차형 그루브(cross-grooves) 및/또는 돌출부(protrusions)도 포함될 수 있다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 변환기 혼(transducer horn)(30) 내에 툴(10)을 탑재시키는 것에 대한 배선 접합 머신의 세부 사항에 대해 나타내지 않는다. 이 마운트(31)는 공지된 방식으로 초음파를 이용하여 툴(10)을 변환기에 접속시킨다. 그러나, 마운트(31)와 툴 생크의 형태는, 툴(10)이 마운트(31) 내에서 반전될 수 있게 하여, 한 쪽 단(11)에 있는 웨지 접합 팁(1)(도 1(a)) 또는 반대쪽 단(12)에 있는 웨지 접합 팁(2)(도 1(b)) 중 어느 하나를 이용하여 배선 접합을 수행할 수 있게 한다.
이러한 가역 마운트의 측면은, 마운트(31)가 대향 단(11, 12) 사이에서 툴(10)의 생크와 맞물려 있을 때 가장 용이하게 달성될 수 있다. 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 실시예에서, 제각기의 단(11, 12)이 사용될 때 툴 생크 상에는 서로 다른 마운트 위치가 존재하지만, 이 생크는 적어도 이러한 마운트 위치가 존재하는 길이 방향을 따라서 동일한(즉, 균일한) 단면을 갖는다.
이러한 도면들은 툴에 대한 매우 간단한 형태 및 머신과 접합 프로세스에 대한 개략적인 도면을 나타낸 것에 불과하다. 당업자라면 이러한 기본 형태를 본 기술 분야에서 통상적으로 사용되거나 때때로 사용되는 타입의 피처를 가지고 확장, 강화 및 수정할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
따라서, 예를 들면, 도 1은 배선(21, 21')이 디바이스 본드 패드(23, 23')를 향해 배치되고 공급되는 것에 대해 도시하지 않는다. 접합용 툴(10)의 외부에 있는 가이드(guide)는, 툴(10)이 도 1 및 도 2에 도시된 매우 간단한 구조를 갖는 경우에 작업용 팁(1, 2)에 근접하게 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 배선을 위한 가이드 홀(guide hole)이 접합용 툴(10) 내에 존재할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 별도의 가이드 홀(배선(21, 21')을 위한 통과 경로(through passage)를 제공함)이 툴(10)의 각각의 단(11, 12)을 통과하여 경사를 가지고 연장되거나, 툴(10)의 길이 방향을 통해 연장되는 단일 피드 홀(feed hole)(모세관 구멍(capillary bore)의 형태를 가짐)이 존재할 수 있다.
상술된 실시예에서, 전체 접합용 툴(10)은 탄화 텅스텐으로 이루어져 있다. 그러나, 다른 실시예는 다른 재료를 사용할 수 있는데, 예를 들면 생크용으로 경화 강을 사용하거나 생크용으로 탄화 티타늄을 사용할 수 있다.
툴(10)의 여러 부분(생크, 작업 단(11, 12) 및 접합 팁(1, 2))을 위해, 벌크 재료 및 코팅 재료로서 서로 다른 공지된 재료를 사용할 수 있다. 생크 그 자체는 높은 탄성율(modulus of elasticity)을 갖는 비교적 경질의 강성 재료(탄화 텅스텐, 경화 강 또는 탄화 티타늄 등)로 형성될 수 있는 반면, 경질의, 정밀한 형상의 더 큰 내마모성(abrasion resistant)을 갖는 다른 재료를 그 대향 단(11, 12)에서 사용할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 접합 팁(1, 2) 그 자체는 세라믹 재료를 포함할 수 있고, 그 외에 다이아몬드 또는 오스뮴(osmium) 등과 같은 보다 값비싼 재료를 포함할 수도 있다.
본 명세서를 판독함으로써, 당업자라면 여러 다른 변형 및 수정이 명확해질 것이다. 이러한 변형 및 수정은 웨지 결합형 배선을 구비하는 웨지 접합 툴, 머신 및 전자 디바이스의 설계, 제조 및 사용에서 이미 알려져 있고, 본 명세서에서 앞서 설명된 피처에 대체하거나 추가하여 사용될 수 있는 동등한 피처 및 다른 피처를 포함할 수 있을 것이다. 이러한 피처의 예는 참조 문서로서 앞서 언급된 바와 같은 미국 특허 내에서 확인할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 청구항은 특정한 피처의 조합으로 형성되어 있으나, 본 발명의 범주는 임의의 청구항에 청구된 바와 같은 본 발명에 관계되는지 여부에 관계없이, 또한 본 발명에서와 동일한 기술적 문제의 일부 또는 전부를 해결하는지 여부에 관계없이, 본 명세서에 명시적 또는 함축적으로 개시되어 있는 임의의 새로운 피처 또는 피처의 새로운 조합이나 그 일반화를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
본 출원인은 본 출원 또는 그로부터 도출된 다른 출원의 실행 동안에 이러한 피처 및/또는 이러한 피처의 조합에 대해 새로운 청구항을 형성할 수 있다는 것을 언급하였다.

Claims (9)

  1. 전자 디바이스(20, 20')의 제조에 있어서 배선(wires)(21, 21')을 웨지 접합(wedge-bonding)하는 방법으로서,
    대향 단(opposite ends)에 웨지 접합 팁(a wedge-bonding tip)(1, 2)을 구비하는 가역 접합 툴(a reversible bonding tool)(10)을 사용하고,
    상기 툴(10)은 배선(21)의 접합을 위해 한 쪽 단(11)에 있는 상기 웨지 접합 팁(1)을 이용한 후에, 다른 배선(21')을 접합하기 위해 반대쪽 단(12)에 있는 상기 웨지 접합 팁(2)을 이용하도록 전환될 수 있는
    배선의 웨지 접합 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합 툴(10)은, 대향 단에 상기 웨지 접합 팁(1, 2)을 구비하며, 탄화 텅스텐으로 이루어진 생크(a shank)를 포함하는 배선의 웨지 접합 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배선(21, 21')은 알루미늄 또는 금을 포함하고, 상기 툴에 접속된 변환기를 이용하여 초음파로 접합되는 배선의 웨지 접합 방법.
  4. 전자 디바이스(20, 20')의 제조에 있어서 배선을 초음파 웨지 접합(ultrasonic wedge-bonding)하는 배선 접합 머신(a wire-bonding machine)으로서,
    상기 머신은 대향 단(11, 12)에 웨지 접합 팁(1, 2)을 구비하는 가역 접합 툴(10)과, 상기 툴을 초음파 변환기(a ultrasonic transducer)(30)에 접속시키는 마운트(a mount)(31)를 포함하고,
    상기 마운트는 상기 툴이 한 쪽 단(11)의 상기 웨지 접합 팁(1) 또는 반대쪽 단(12)의 상기 웨지 접합 팁(2) 중 어느 하나를 이용하여 배선 접합을 수행하도록 반전될 수 있게 하는
    배선 접합 머신.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 접합 툴(10)은 대향 단(11, 12)에 상기 웨지 접합 팁(1, 2)을 구비하는 생크를 포함하고,
    상기 마운트(31)는 대향 단(11, 12) 사이의 상기 생크의 위치에서 상기 툴(10)과 맞물려 있는 배선 접합 머신.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 방법 또는 제 4 항 또는 제 5 항에 기재된 머신에서 사용되는 가역 접합 툴로서,
    상기 툴은 대향 단에서 웨지 접합 팁(1, 2)을 구비하는 생크를 포함하는
    가역 접합 툴.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 방법 또는 제 4 항 또는 제 5 항에 기재된 머신에서 사용되는 가역 접합 툴로서,
    상기 툴은 생크를 포함하고,
    상기 생크는 그 대향 단(11, 12)에 상기 생크의 재료와는 상이한 재료를 구비하는데, 상기 재료는 상기 생크의 각각의 상기 대향 단에서 웨지 접합 팁(1, 2)을 제공하는
    가역 접합 툴.
  8. 제 4 항 또는 제 5 항에 따른 머신 또는 제 6 항 또는 제 7 항에 따른 툴을 포함하는 장치에 있어서,
    대향 단에 있는 상기 웨지 접합 팁(1, 2)은 탄화 텅스텐으로 이루어지는 장치.
  9. 집적 회로 또는 전력 반도체 디바이스(a power semiconductor device) 등과 같은 전자 디바이스로서,
    제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방법, 머신 또는 툴을 이용하여 웨지 결합된 배선(21, 21') 형태의 접속부를 포함하는 전자 디바이스.
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