KR20060004299A - 와이어 본딩 장치 - Google Patents

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spool
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김국환
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삼성테크윈 주식회사
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Abstract

본 발명은 오프 센터 볼 현상이 발생되는 것을 방지하면서, 와이어를 루프 형성을 위한 위치까지 충분히 상승시킬 수 있는 구조를 가진 와이어 텐션너를 구비한 외이어 본딩 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고, 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 본딩존으로 이송된 다이 어태치(die attach)된 리드 프레임 자재의 칩패드와 리드를 와이어 결합하는 와이어 본딩 장치로서, 와이어가 감겨 있는 스풀과, 스풀에서 풀린 와이어를 칩패드와 1차 본딩 및 리드와 2차 본딩하는 캐필러리와, 스풀과 캐필러리 사이에 배치되어 와이어에 적절한 텐션을 가하는 제1 와이어 텐션너 및 제2 와이어 텐션너를 구비하는 와이어 본딩 장치를 제공한다.

Description

와이어 본딩 장치{Wire bonder}
도 1a 및 도 1b는 종래의 와이어 본딩 장치 및 이에 의한 와이어 본딩 공정을 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치의 블록도이고,
도 3a 내지 도 3g는 도 2의 와이어 본딩 장치에 의한 와이어 본딩 공정을 도시한 모식도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
2: 와이어 2b: FAB
12: 리드 15: 칩패드
100: 와이어 본딩 장치 120: 스풀
131:제1 와이어 텐션너 132: 제2 와이어 텐션너
150: 캐필러리
본 발명은 와이어 본딩 장치에 관한 것으로서, 보다 더 상세하게는 리드와 칩패드를 금선과 같은 와이어로 본딩시키는 장치로서, 와이어가 제1 본딩면 접합 후에 제2 본딩면으로 이동 시 충분한 루프를 가지도록 구조가 개선된 와이어 본딩 장치에 관한 것이다.
와이어 본딩 공정은, 다이 상면에 마련된 칩패드(pad)와 리드 프레임(lead frame)의 리드 사이에 전도성 매질 예컨대 고순도 와이어를 캐필러리(capillary)를 이용하여 초음파와 열로 접합하여 연결하는 공정이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 와이어 본당장치 및 이에 의한 와이어 본딩 공정의 일부를 도시한다. 도 1a를 참고하면, 와이어 본딩 장치(10)를 사용하여 칩패드 및 리드를 와이어 본딩을 위해서는, 먼저 캐필러리(50)가 칩패드(15) 바로 위에 배치한다. 그 후에 클램프(clamp;40)가 열리면 캐필러리(50)는 아래로 움직이고, 이와 함께 스풀(20)로부터의 풀려져서 캐필러리에 삽입되어 있던 와이어(2)의 테일(tail)에 볼 형상의 FAB(Free Air Ball;2b)가 형성된다.
그 후에, 챔퍼 내의 FAB(2b)가 제1 본딩면인 칩패드(15) 위에 1차 본딩을 수행하고, 그 후 캐필러리(50)가 루프(loop)를 형성하는 위치까지 위로 이동하게 되며, 이 경우 와이어(2)가 상기 캐필러리(50)를 따라서 움직이면서 루프 형성에 충분한 길이(L)를 갖게 된다.
그 후에 도 1b에 도시된 바와 같이, 캐필러리(50)가 2차 본딩면인 리드(12)로 이동하게 되면, 이 과정에서 와이어(2)는 루프를 형성하게 된다.
이러한 와이어 본딩 장치(10)에서는 와이어 텐션너(wire tensioner;30)가 구비된다. 상기 와이어 텐션너(30)는 스풀(20)과 캐필러리(50) 사이에 배치되어서 상기 제1 본딩에서 와이어(2)가 과도하게 캐필러리(50) 하측으로 풀려 나오지 않도록 캐필러리에 밀착시키고, FAB(2b)이 항상 캐필러리 홀(50h)의 중심과 챔퍼면에 형성될 수 있도록 하며, 제1 본딩 공정 후에 와이어(2)에 텐션을 가하여 와이어(2)가 충분히 루프를 형성하도록 한다.
여기서, 와이어 텐션너(30)가 와이어(2)를 상승시키기 위해서는 통상, 와이어 텐션너(30) 내로 공기를 역류시켜서 와이어(2)에 텐션을 가하는 공기유량 방식을 이용하거나, 상기 와이어 텐션너(30) 내로 유동하는 공기를 진공 흡착함으로써 와이어에 텐션을 가하는 진공 방식을 이용한다.
이 경우, 상기 와이어(2)에 텐션을 가하여 상측으로 텐션을 주는 힘은, 공기유량 방식의 와이어 텐션너(30)인 경우 와이어의 굵기 및 공기의 유량에 따라 차이가 있고, 진공 방식의 와이어 텐션너인 경우 와이어의 굵기와 함께 진공압에 따라 차이가 있다.
그런데, 상기 진공 방식을 이용하는 경우에는 와이어 텐션너(30)가 와이어(2)뿐만 아니라 와이어 찌꺼기, 미세 먼지, 공기 중에 포함된 수분, 오일 등의 불순물을 흡착하게 된다. 또한 공기유량 방식을 이용하는 경우에는 와이어 텐션너(30) 내로 유입되는 공기에 통상 불순물이 함유되고, 따라서 장시간 사용 시에 수백 ㎛의 내경을 갖는 와이어 텐션너(30)가 오염된다. 따라서 와이어 텐션너의 기능을 충분히 하지 못하여 캐필러리에 FAB이 밀착하지 못하게 되어서, 캐필러리가 위아래로 가감속 운동을 할 때에 볼이 날리게 된다.
이로 인하여 상기 FAB(2b)이 정확한 캐필러리 홀(50h) 중심 하측에서 형성되지 않고, 정확한 챔퍼 방전면 위치에 본딩되지 않는 오프 센터 볼(off center ball) 현상이 발생하게 되고, 와이어가 충분한 루프를 형성시키기 위한 높이(L)도 일정하지 않게 된다. 특히 최근에 상기 공정이 고속화됨으로써 이러한 문제점이 더더욱 심각해진다.
따라서 이러한 문제점을 방지하기 위해서는, 와이어 텐션너(30)를 주기적으로 세척하거나 교체하여야 하고, 이로 인하여 유지 비용 및 교체 비용이 증가한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점 등을 포함하여 여러 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 장시간 사용하여도 오프 센터 볼이 되는 것을 방지하면서, 와이어가 1차 본딩 후에 충분하게 루프를 형성할 수 있는 위치까지 상승되도록 하는 구조를 가진 와이어 텐션너를 구비한 외이어 본딩 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 와이어 본딩 장치는:
본딩존으로 이송된 다이 어태치(die attach)된 리드 프레임 자재의 칩패드와 리드를 와이어 결합하는 와이어 본딩 장치로서,
와이어가 감겨 있는 스풀;
상기 스풀에서 풀린 와이어를 칩패드와 1차 본딩, 및 리드와 2차 본딩하는 캐필러리; 및
상기 스풀과 캐필러리 사이에 배치되어 상기 와이어에 적절한 텐션을 가하는 제1 와이어 텐션너 및 제2 와이어 텐션너;를 구비한다.
이 경우, 상기 제1 와이어 텐션너 및 제2 와이어 텐션너는 공기를 삽입하여 와이어에 텐션을 가하는 공기유량 방식의 와이어 텐션너이거나 진공을 공급하여 내부의 공기를 흡입함으로써 상기 와이어에 텐션을 가하는 진공 방식의 와이어 텐션너인 것이 바람직하다.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 와이어 본딩 장치는 와이어 본딩 작업을 수행하는 장치이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 와이어 본딩 작업은 다이 어태치(die attach)된 리드 프레임(10)이 가이드 레일(17)을 따라서 순차적으로 이송되어 본딩존(bonding zone, Z)에 안착된 다음, 리드 프레임(10)을 상측에서는 클램프(140)로 하측에서는 히터 블록(145)으로 고정시킨 상태에서 이루어진다.
본 발명에 따른 와이어 본딩 장치(100)는 스풀(120)과 캐필러리(150)와 제1 와이어 텐션너(131)와 제2 와이어 텐션너(132)를 구비한다. 스풀(120)에는 와이어(2)가 감겨 있다. 상기 스풀에 감겨 있던 와이어(2)는 도 2에서와 같이 하측으로 풀려서 캐필러리 홀(150h)에 삽입 탈착된다. 상기 캐필러리(150)와 스풀(120) 사이의 와이어(2)가 이동되는 중간에 상기 캐필러리로부터 차례로 제1, 제2 와이어 텐션너(131, 132)가 배치된다.
상기 제1, 제2 와이어 텐션너(131, 132)는 와이어(120)에 상측으로 텐션을 가함으로써, 캐필러리 하측에서 FAB(2b)을 형성하는 경우에 와이어(2)가 캐필러리(150) 하측으로 과도하게 처지지 않게 하고, 제1 본딩 후에 와이어(2)가 충분한 높 이의 루프를 가지게 한다.
여기서, 상기 적절한 FAB의 크기, 루프의 형상 및 루프의 높이는 반도체 팩키지의 종류마다 다르게 되고, 이에 따라서 하나의 와이어 텐션너로서는 이러한 조건을 모두 만족시킬 수가 없다. 이와 더불어 상기한 바와 같이 하나의 와이어 텐션너로서는 장기간 사용 시에 성능이 저하된다.
따라서, 본 발명은 상기 제1 와이어 텐션너(131)가 스풀(120)과 캐필러리(150) 사이의 상측에 형성되고, 제2 와이어 텐션너(132)가 스풀(120)과 캐필러리(150) 사이의 하측에 형성시킴으로써, 칩패드 및 반도체 팩키지의 사이즈 등 각각의 와이어 본딩 조건을 충족시키고, 또한 각각의 와이어 텐션너(131, 132)가 장기간 사용되어도 그 성능을 우수하게 유지할 수 있게 된다.
도 2에서는 제1 와이어 텐션너(131) 및 제2 와이어 텐션너(132)가 각각 별개의 장치로 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 하나의 장치에 함께 배치될 수도 있다.
이 경우, 제1, 제2 와이어 텐션너(131, 132)는 공기유량 방식의 와이어 텐션너 및 진공 방식의 와이어 텐션너의 조합으로 이루어진다.
즉, 상측에 배치된 제1 와이어 텐션너(131)는 공기유량 방식이고 하측에 배치된 제2 와이어 텐션너(132)는 진공 방식이거나, 이와 달리 제1 와이어 텐션너(131)는 진공 방식이고 제2 와이어 텐션너(132)는 공기유량 방식일 수 있다.
이와 더 달리 제1, 제2 와이어 텐션너(131, 132)가 모두 공기유량 방식을 채택할 수도 있고, 모두 진공 방식을 채택할 수도 있다.
여기서, 공기유량 방식의 와이어 텐션너는, 와이어가 통과하는 내부 홀로 공기를 역류시켜서 와이어에 텐션을 가하는 방식이고, 진공 방식의 와이어 텐션너는, 와이어가 통과하는 내부 홀로 유동하는 공기를 진공 흡착함으로써 와이어에 텐션을 가하는 방식이다.
이와 같은 구조를 가진 와이어 본딩 장치에 의한 와이어 본딩 공정의 순차적인 모식도가 도 3a 내지 도 3g에 도시되어 있다.
도 3a를 참조하면, 캐필러리(150)가 칩패드(15) 바로 위에 놓여지게 되며, 클램프(140)가 열리면 캐필러리(150)는 아래로 움직인다. 이와 더불어 스풀(120)에 권취된 와이어(2)가 제1, 제2 와이어 텐션너(131, 132)를 통과하여 캐필러리(150)로 삽입된다.
캐필러리(150) 바로 옆에 위치한 EFO(Elector Flame Off)의 와이어 테일(tail)에 FAB(Free Air Ball, 2b)가 형성되면, 이 FAB(2b)는 챔퍼(Chamfer) 방전에 의해 둥그런 볼 형상이 유지된다. 이 경우, 제1, 제2 와이어 텐션너(131, 132)가 상기 와이어들에 적절한 텐션을 가하여 FAB이 정확하게 캐필러리 홀(150h)중심에 형성될 수 있도록 한다.
도 3b를 참조하면, 챔퍼 내의 FAB(2b)는 캐필러리(150)의 열, 초음파 및 적정한 본딩력에 의해 제1 본딩면인 칩패드(15) 위에 1차 본딩을 수행한다.
도 3c를 참조하면, 1차 본딩후 캐필러리(150)는 루프(loop)를 형성하는 위치까지 위로 이동하게 되며, 이와 함께 와이어(2)는 루프 형성에 충분한 길이를 갖기 위하여 캐필러리(150)를 따라 움직이게 된다. 이 때 와이어 본딩 조건에 따라서 제 1, 제2 와이어 텐션너(131, 132)가 와이어(2)에게 적절한 텐션을 가하게 된다. 이로 인하여 도 3d에 도시된 바와 같이, 캐필러리(150)가 2차 본딩면으로 이동하게 되면, 이 과정에서 와이어는 충분한 길이(L)의 루프를 형성하게 된다.
그 후에 도 3e에 도시된 바와 같이, 캐필러리(150)가 열, 초음파 및 적정한 본딩력에 의해 와이어를 제2 본딩면인 리드(12)에 밀착시키면서 제2 본딩을 수행한다. 제2 본딩은 한편으로는 스티치 본딩(stitch bonding)을 다른 한편으로는 테일 본딩(tail bonding)을 수행한다.
그 후에 도 3f에서와 같이 제2 본딩 후 제2 본딩면인 리드(12)로부터 떨어져서 위로 상승하게 된다. 이와 함께 소정 길이의 와이어 테일(2t)이 캐필러리(150) 아래로 노출된다.
그 후에 도 3g에 도시된 바와 같이, 캐필러리(150)가 소정 기간 상승한 후 와이어 클램프(140)가 닫히면, 소정 길이의 와이어 테일(2t)이 제2 본딩면인 리드(12)로부터 분리되고, 와이어 테일(2t)이 전기 스파크에 의하여 녹으면서 다음 본딩을 위한 FAB를 형성하게 됨으로써 와이어 본딩 작업이 완료된다.
이상과 같은 두 개의 와이어 텐션너를 구비한 와이어 본딩 장치에 의하면, 장시간 와이어 본딩 작업이 행해지는 경우 및 와이어 본딩 작업이 고속으로 행해지는 경우에 와이어 텐션너의 성능이 저하되지 않게 됨으로써, 결과적으로 와이어 본딩 장치의 교체작업이 불필요하며 유지비용이 감소한다.
이와 더불어 FAB이 정확하게 캐필러리 홀 중심과 동일한 위치에 형성됨으로 써 오프 센터 볼 현상이 발생하지 않게 되고, 제1 본딩 후에 와이어의 루프가 충분한 길이를 갖게 됨으로써 정확한 위치에서 와이어 본딩이 될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 본딩존으로 이송된 다이 어태치(die attach)된 리드 프레임 자재의 칩패드와 리드를 와이어 결합하는 와이어 본딩 장치로서,
    와이어가 감겨 있는 스풀;
    상기 스풀에서 풀린 와이어를 칩패드와 1차 본딩하고, 리드와 2차 본딩하는 캐필러리; 및
    상기 스풀과 캐필러리 사이에 배치되어 상기 와이어에 적절한 텐션을 가하는 제1 와이어 텐션너 및 제2 와이어 텐션너;를 구비하는 와이어 본딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 와이어 텐션너 및 제2 와이어 텐션너는 각각, 공기를 삽입하여 와이어에 텐션을 가하는 공기유량 방식의 와이어 텐션너이거나, 진공을 공급하여 내 부의 공기를 흡입함으로써 상기 와이어에 텐션을 가하는 진공 방식의 와이어 텐션너인 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
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