KR20060097428A - 와이어 본딩 모니터링 방법 - Google Patents

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김국환
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삼성테크윈 주식회사
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Abstract

본 발명은 와이어 본딩 모니터링 방법에 관한 것으로서, 본딩 와이어에 형성된 볼을 반도체 칩의 패드에 본딩한 후, 상기 본딩 와이어와 상기 패드의 단락 여부를 검사하는 단계; 상기 본딩 와이어와 상기 패드가 전기적으로 연결된 것으로 판단된 경우 와이어 본딩 공정을 계속 진행하여 상기 본딩 와이어를 리드 프레임의 리드에 본딩하고, 만일 상기 본딩 와이어와 상기 패드가 단락된 것으로 판단된 경우에는 상기 패드 상에 본딩된 상기 볼의 존재 여부를 검사하는 단계; 상기 볼의 존재 여부에 대한 검사를 통해 상기 패드 상에 상기 볼이 존재하는 것으로 확인된 경우에는 와이어 본딩 공정을 계속 진행하여 상기 본딩 와이어를 리드 프레임의 리드에 본딩하고, 만일 상기 패드 상에 상기 볼이 존재하지 않는 것으로 확인된 경우에는 와이어 본딩 공정을 중단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 모니터링 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 종래의 WBMS에 의한 단락 여부 판단시 발생할 수 있는 부정확한 판단에 따른 불필요한 와이어 본딩 공정의 중단을 시정함으로써 와이어 본딩 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
와이어 본딩, 볼, 패턴인식시스템(PRS), WBMS

Description

와이어 본딩 모니터링 방법{METHOD FOR MONITORING WIRE BONDING}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 본딩 모니터링 장치의 개략적 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 본딩 모니터링 방법의 흐름도이다.
도 3은 본딩 와이어가 본딩된 패드의 확대도이다.
**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**
100 : 본딩 와이어 105 : 볼
115 : 클램프 125 : 패드
140 : 히트 블록 150 : WBMS
160 : 조명계 170 : 카메라
180 : 연산장치
본 발명은 와이어 본딩 모니터링 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 패키지의 제조를 위한 공정 중 하나인 와이어 본딩 공정에서의 본딩 상태를 확인하기 위한 와이어 본딩 모니터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 패키지는 여러 단계의 공정, 예를 들어 소잉 공정, 다이 본딩 공정, 와이어 본딩 공정, 몰딩 공정, 마킹 공정 등을 거쳐 완성된다. 여기서 와이어 본딩 공정은 리드 프레임과 전자회로가 집적되어 있는 반도체 칩 사이의 전기적 신호 교환을 위하여 리드 프레임의 리드와 반도체 칩의 패드를 본딩 와이어로 연결하는 공정이다.
이러한 와이어 본딩 공정은 캐필러리(capillary)가 반도체 칩과 리드 프레임 사이를 왕복하면서 본딩 와이어의 양 단부를 반도체 칩의 패드와 리드 프레임의 리드에 접합함으로써 수행된다. 한편, 종래에는 이러한 와이어 본딩 공정의 진행시 WBMS(Wire Bonding Monitoring System)을 통해 본딩 와이어의 단락 여부를 판별하였다.
종래의 WBMS을 이용한 본딩 와이어의 단락 여부 판별법에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다. 즉, 캐필러리를 이용하여 본딩 와이어를 반도체 칩의 패드에 본딩한 후, 본딩 와이어를 클램핑하는 클램프를 통해 반도체 칩에 손상을 주지 않을 정도의 전기적 레벨인 약 0.75 ㎂ 의 테스트 전류를 본딩 와이어에 인가한다.
그 다음, 상기 패드와 상기 패드에 열을 제공하는 히트 블록(heat block) 사이의 저항값을 측정하여, 상기 저항값이 요구 수준 이하로 나타나면 전기적으로 연결된 것으로 판단하여 와이어 본딩 공정을 계속 진행하도록 하고, 반대로 상기 저항값이 요구 수준 보다 큰 값으로 나타나면 단락으로 판단하여 와이어 본딩 공정을 중단시키도록 한다.
그런데, 상기한 바와 같은 종래의 방법에 있어서는, 클램프를 통해 테스트 전류를 인가하기 때문에 클램프 표면에 발생하는 전기적 손상에 따른 저항값의 증가 및 시그널 감지의 부정확성으로 인한 WBMS의 오동작, 즉 패드와 본딩 와이어가 전기적으로 연결된 상태 임에도 단락으로 판단함으로써 와이어 본딩 공정을 중단시켜 와이어 본딩 공정의 효율을 저하시키는 문제가 있다.
또한, 최근의 COB(chip on board) 디바이스의 경우 쉽게 휘어지고, 열팽창이 심하여 히트 블록 위에서 들뜸 현상이 나타나게 되는데, 이로 인하여 WBMS 시그널을 검출할 수 있도록 히트 블록에 구현되어 있는 그라운드를 따라 전류가 흐르지 못하게 된다. 따라서 앞서 설명한 바와 마찬가지로 전기적으로 연결된 상태 임에도 단락으로 판단함으로써 와이어 본딩 공정을 중단시켜 와이어 본딩 공정의 효율을 저하시키는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 패턴인식시스템(PRS)을 활용하여 본딩 와이어와 연결된 볼이 패드 상에 본딩된 상태로 존재하는지 여부를 확인함으로써, 종래의 WBMS에 의한 단락 여부의 부정확한 판단에 따른 불필요한 와이어 본딩 공정의 중단을 시정할 수 있는 효율적인 와이어 본딩 모니터링 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 와이어 본딩 모니터링 방법은, 본딩 와이어에 형성된 볼을 반도체 칩의 패드에 본딩한 후, 상기 본 딩 와이어와 상기 패드의 단락 여부를 검사하는 단계; 상기 본딩 와이어와 상기 패드가 전기적으로 연결된 것으로 판단된 경우 와이어 본딩 공정을 계속 진행하여 상기 본딩 와이어를 리드 프레임의 리드에 본딩하고, 만일 상기 본딩 와이어와 상기 패드가 단락된 것으로 판단된 경우에는 상기 패드 상에 본딩된 상기 볼의 존재 여부를 검사하는 단계; 상기 볼의 존재 여부에 대한 검사를 통해 상기 패드 상에 상기 볼이 존재하는 것으로 확인된 경우에는 와이어 본딩 공정을 계속 진행하여 상기 본딩 와이어를 리드 프레임의 리드에 본딩하고, 만일 상기 패드 상에 상기 볼이 존재하지 않는 것으로 확인된 경우에는 와이어 본딩 공정을 중단시키는 단계를 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 와이어 본딩 모니터링 방법은 종래의 WBMS를 통한 단락 여부 판단만으로 와이어 본딩에 대한 모니터링을 수행하지 않고, 패턴인식시스템(PRS)을 활용하여 본딩 와이어와 연결된 볼이 패드 상에 본딩된 상태로 존재하는지 여부를 확인함으로써 와이어 본딩에 대한 모니터링의 정확성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
즉, 종래의 WBMS에 의한 단락 여부 판단시 발생할 수 있는 부정확한 판단에 따른 불필요한 와이어 본딩 공정의 중단을 시정함으로써 와이어 본딩 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게 상기 본딩 와이어와 상기 패드의 단락 여부를 검사하는 단계는 상기 반도체 칩에 손상을 주지 않을 정도의 전류를 상기 본딩 와이어에 인가하여, 상기 패드와 상기 패드에 열을 제공하는 히트 블록(heat block) 사이의 저항값을 측정하여 분석함으로써 수행된다.
바람직하게 상기 패드 상에 본딩된 상기 볼의 존재 여부를 검사하는 단계는 촬상에 필요한 광원을 제공하는 조명계와, 이미지를 촬상하는 카메라와, 상기 카메라가 촬상한 이미지를 비교분석하는 연산장치를 포함하는 패턴인식시스템(PRS)을 통해 수행된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 와이어 본딩 모니터링 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 본딩 모니터링 장치의 개략적 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 본딩 모니터링 방법의 흐름도이며, 도 3은 본딩 와이어가 본딩된 패드의 확대도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 본딩 모니터링 장치는 크게, WBMS(Wire Bonding Monitoring System, 150)와 패턴인식시스템(Pattern Recognition System : PRS, 160)으로 구성된다.
먼저, WBMS(150)에 대해 설명하면, WBMS(150)은 전기적 단락 여부를 검사하기 위한 것으로서, 클램프(115)를 통해 본딩 와이어(100)에 테스트 전류를 인가한다. 이때, 인가되는 테스트 전류는 반도체 칩(120)에 손상을 주지 않을 정도의 전기적 레벨인 약 0.75 ㎂ 가 바람직하다. 한편, 반도체 칩(120)의 패드(125)에 본딩을 위한 열을 제공하는 히트 블록(heat block, 140)은 그라운드에 접지되어 있다.
따라서 본딩 와이어(100)에 인가된 테스트 전류는 패드(125)를 통해 히트 블록(140)으로 흐르게 되며, 이때 WBMS(150)을 이용하여 패드(125)와 히트 블록(140) 사이의 저항값을 측정하여 분석함으로써 패드(125)와 본딩 와이어(100)의 단락 여부를 검사한다.
즉, 상기 저항값이 요구 수준, 예를 들어 수백 ㏀ 보다 작은 값으로 나타나면 전기적으로 연결된 것으로 판단하고, 반대로 상기 저항값이 요구 수준, 예를 들어 수천 ㏀ 보다 큰 값으로 나타나면 단락으로 판단한다.
다음으로, 패턴인식시스템(PRS, 160)에 대해 설명하면, 패턴인식시스템(PRS, 160)은 본딩 와이어(100)에 형성된 볼(105)이 패드(125) 상에 본딩된 상태로 존재하는지 여부를 확인하기 위한 것으로서, 촬상에 필요한 광원을 제공하는 조명계(162)와, 이미지를 촬상하는 카메라(164)와, 상기 카메라(164)가 촬상한 이미지를 비교분석하는 연산장치(166)를 포함하여 구성된다. 필요한 경우 상기 카메라(164)가 촬상한 이미지를 출력하는 디스플레이 장치(미도시)가 추가될 수 있다. 또한, 패턴인식시스템(PRS, 160)은 도시하지 않은 구동수단에 의해 X-Y 평면상에서의 평면 운동과 Z축 방향의 승강 운동이 가능하다.
한편, 미설명 번호 130은 리드 프레임을 나타내고, 번호 110은 본딩 와이어(100)를 이동시키면서 본딩을 수행하는 캐필러리(Capillary)를 나타낸다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 본딩 모니터링 방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 캐필러리(110)를 통해 본딩 와이어(100)에 형성된 볼(105)을 반도체 칩(120)의 패드(125)에 본딩한 후, 본딩 와이어(100)와 패드(125)의 단락 여부를 검사한다. 이때, 상기 단락 여부에 대한 검사는 전술한 WBMS(150)을 통해 수행된 다.
상기 단락 여부에 대한 검사 결과, 본딩 와이어(100)와 패드(125)가 전기적으로 연결된 것으로 판단된 경우에는 본딩 와이어(100)가 패드(125) 상에 유효하게 본딩된 것으로 인정함으로써 와이어 본딩 공정을 계속 진행하여 일단이 패드(125)에 본딩된 본딩 와이어(100)를 리드 프레임(130)의 리드(미도시)에 본딩한다.
그러나, 반대로 본딩 와이어(100)와 패드(125)가 단락된 것으로 판단된 경우에는 본딩 와이어(100)에 형성된 볼(105)이 패드(125) 상에 본딩된 상태로 존재하는지 여부를 확인한다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 와이어 본딩 모니터링 방법에서는 WBMS(150)에 의해 본딩 와이어(100)와 패드(125)가 단락된 것으로 판단된 경우라도 곧바로 와이어 본딩 공정을 중단시키지 않고, 후술할 패턴인식시스템(PRS, 160)을 통해 패드(125) 상에 본딩 와이어(100)에 형성된 볼(105)이 본딩된 상태로 존재하는지 여부를 확인함으로써 WBMS(150)의 오동작에 의한 불필요한 와이어 본딩 공정의 중단을 시정할 수 있다.
즉, 도시하지 않은 구동수단을 통해 패턴인식시스템(PRS, 160)의 조명계(162)와 카메라(164)를 확인하고자 하는 볼(150)이 본딩되었을 패드(125)의 직상부로 이동시켜 볼(125)의 이미지를 촬영한 후 연산장치(166)를 통해 비교분석한다. 즉, 연산장치(166)에는 각 패드(125)의 크기에 따른 볼유효치가 미리 입력되는데, 상기 촬영한 볼(125)의 이미지를 상기 볼유효치와 비교분석함으로써 본딩 와이어(100)에 형성된 볼(105)이 패드(125) 상에 본딩된 상태로 존재하는지 여부 및 유효하게 본딩되었는지 여부를 판단한다.
여기서 볼유효치는 본딩이 이루어지는 패드(125)의 면적에 따라 각기 달리 정해질 수 있으며, 대략 볼 직경치를 기준으로 할 때 60~90 ㎛ 범위로 정할 수 있다.
만일 패드(125) 상에 볼(105)이 존재하는 것으로 확인된 경우에는 본딩 와이어(100)가 패드(125) 상에 유효하게 본딩된 것으로 인정함으로써 와이어 본딩 공정을 계속 진행하여 일단이 패드(125)에 본딩된 본딩 와이어(100)를 리드 프레임(130)의 리드(미도시)에 본딩한다.
그러나 만일 패드(125) 상에 상기 볼(105)이 존재하지 않는 것으로 확인된 경우에는 최종적으로 본딩 와이어(100)가 패드(125) 상에 유효하게 본딩되지 못한 것으로 판단하여 와이어 본딩 공정을 중단시킴과 동시에 작업자에게 경보를 발령한다.
한편, 패드(125) 상에 볼(105)이 존재하는 것으로 확인된 경우라도 상기 볼(105)이 전술한 볼유효치에 미치지 못하는 경우, 즉 예를 들어 상기 볼(105)의 직경치가 미리 정해신 볼유효치인 60~90 ㎛ 범위내에 해당하지 않는 경우에는 상기 볼(105)이 패드(125)에 일단은 본딩된 상태를 형성하지만 그 접합력이 약하여 패드(125)로부터 떨어질 개연성이 있다고 볼 수 있다. 따라서 이러한 경우 패드(125) 상에 상기 볼(105)이 존재하지 않는 것으로 인정하고, 최종적으로 본딩 와이어(100)가 패드(125) 상에 유효하게 본딩되지 못한 것으로 판단하여 와이어 본딩 공정을 중단시킴과 동시에 작업자에게 경보를 발령하도록 할 수 있다.
도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
패드(125) 상에 존재하는 볼이 전술한 볼유효치 범위를 만족하는 경우(200)에는 전술한 후속 공정을 계속 진행하고, 만일 패드(125) 상에 볼이 존재하지 않는 경우(220)에는 와이어 본딩 공정을 중단시킴과 동시에 작업자에게 경보를 발령한다.
또한, 비록 패드(125) 상에 볼이 존재하는 경우라도 상기 볼이 전술한 볼유효치에 미치지 못하는 경우(210)에는 일단은 본딩된 상태를 형성하지만 그 접합력이 약하여 패드(125)로부터 떨어질 개연성이 크기 때문에 본딩 와이어(100)가 패드(125) 상에 유효하게 본딩되지 못한 것으로 판단하여 와이어 본딩 공정을 중단시킴과 동시에 작업자에게 경보를 발령한다.
한편, 지금까지 상술한 본 발명의 일 실시예에서는 와이어 본딩의 모니터링을 위해 먼저 WBMS(150)을 통한 전기적 단락 여부에 대한 검사를 수행한 후, 패턴인식시스템(PRS, 160)을 통해 패드(125) 상에 볼이 존재하는지 여부를 검사하도록 하였으나, 경우에 따라서는 WBMS(150)을 통한 전기적 단락 여부에 대한 검사를 생략하고, 패턴인식시스템(PRS, 160)을 통해 패드(125) 상에 볼이 존재하는지 여부 만을 검사함으로써 와이어 본딩의 모니터링을 수행할 수도 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 종래의 WBMS을 통한 단락 여부 판단만으로 와이어 본딩에 대한 모니터링을 수행하지 않고, 패턴인식시스템(PRS)을 활용하여 본딩 와이어와 연결된 볼이 패드 상에 본딩된 상태로 존재하는지 여부를 확인함으로써 와이어 본딩에 대한 모니터링의 정확성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 종래의 WBMS에 의한 단락 여부 판단시 발생할 수 있는 부정확한 판단에 따른 불필요한 와이어 본딩 공정의 중단을 시정함으로써 와이어 본딩 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

  1. 본딩 와이어에 형성된 볼을 반도체 칩의 패드에 본딩한 후, 상기 본딩 와이어와 상기 패드의 단락 여부를 검사하는 단계;
    상기 본딩 와이어와 상기 패드가 전기적으로 연결된 것으로 판단된 경우 와이어 본딩 공정을 계속 진행하여 상기 본딩 와이어를 리드 프레임의 리드에 본딩하고, 만일 상기 본딩 와이어와 상기 패드가 단락된 것으로 판단된 경우에는 상기 패드 상에 본딩된 상기 볼의 존재 여부를 검사하는 단계;
    상기 볼의 존재 여부에 대한 검사를 통해 상기 패드 상에 상기 볼이 존재하는 것으로 확인된 경우에는 와이어 본딩 공정을 계속 진행하여 상기 본딩 와이어를 리드 프레임의 리드에 본딩하고, 만일 상기 패드 상에 상기 볼이 존재하지 않는 것으로 확인된 경우에는 와이어 본딩 공정을 중단시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 모니터링 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패드 상에 본딩된 상기 볼의 존재 여부를 검사하는 단계는 촬상에 필요한 광원을 제공하는 조명계와, 이미지를 촬상하는 카메라와, 상기 카메라가 촬상한 이미지를 비교분석하는 연산장치를 포함하는 패턴인식시스템(PRS)을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 모니터링 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 패드 상에 본딩된 상기 볼의 존재 여부를 검사하는 단계에서, 상기 패드 상에 상기 볼이 존재하더라도, 패턴인식시스템에 미리 입력된 볼유효치와 비교하여 상기 볼이 상기 볼유효치에 미치지 못하는 경우에는 상기 볼은 존재하지 않는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 모니터링 방법.
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