KR20070023917A - 히터 블록 온도 센서와 제어부를 갖는 와이어 본딩 장치 - Google Patents

히터 블록 온도 센서와 제어부를 갖는 와이어 본딩 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히터 블록의 온도 조정을 자동화할 수 있는 와이어 본딩 장치에 관한 것이다. 일반적으로 와이어 본딩 장치에서 히터 블록의 온도 측정, 비교 및 조정은 작업자가 직접 하므로 작업 시간이 길고, 작업자의 실수가 발생하는 등의 문제가 있다. 본 발명은 히터 블록의 온도 조정을 위해서 온도 센서와 제어부를 사용한다. 제어부는 온도 센서의 측정값과 온도 조절기의 설정 온도값을 제공받아 자동으로 비교 및 조정한다. 조정된 값은 온도 조절기에 전송되고, 온도 조절기로 제어되는 히터 카트리지는 그 보상된 값의 열을 발생시켜, 히터 블록에 전달한다. 따라서, 히터 블록의 온도 조정이 자동으로 용이하게 이루어지고, 이로 인해, 작업 시간의 단축 및 작업자의 실수 등으로 인한 문제가 방지된다.
와이어 본딩 장치, 히터 블록, 히터 카트리지, 온도 센서, 온도 조절기

Description

히터 블록 온도 센서와 제어부를 갖는 와이어 본딩 장치{wire bonding apparatus having control unit and sensor for temperature of heater block}
도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 와이어 본딩 장치를 나타내는 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에서 히터 블록의 온도 측정 모습을 나타내는 개략적인 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100,200; 와이어 본딩 장치
10; 반도체 칩
11; 본딩 패드(bonding pad)
20; 패키지 기판
21; 본딩 영역
40; 캐필러리(capillary)
50; 히터 블록 몸체(heater block body)
51; 히터 카트리지(heater cartridge)
60; 히터 블록(heater block)
70; 윈도우 클램프(window clamp)
80; 온도 조절기
81,92,93; 제1 내지 제3 연결선
90; 제어부
91; 온도 센서
본 발명은 반도체 패키지의 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 와이어 본딩 장치의 히터 블록에 관한 것이다.
반도체 제조 공정의 와이어 본딩(wire bonding) 공정은 리드 프레임(lead frame) 또는 인쇄회로기판(PCB) 등과 같은 패키지 기판과 반도체 칩을 금선(Au wire)과 같은 전도성 금속선을 이용하여 전기적으로 연결시키는 공정이다. 와이어 본딩 공정은 자동화된 와이어 본딩 장치에서 온도, 압력, 초음파 진동을 이용하여 진행한다.
도 1은 종래 기술에 따른 와이어 본딩 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 와이어 본딩 장치(200)는 히터 블록(heater block;60), 히터 블록 몸체(50), 히터 카트리지(heater cartridge;51), 온도 조절기(80), 윈도우 클램프(window clamp;70) 및 캐필러리(capillary;40)를 포함하여 구성된다.
캐필러리(40)는 소정 거리만큼 떨어져 있는 방전 토치(도시되지 않음)를 사용하여, 리드 프레임 또는 인쇄회로기판 등의 패키지 기판(20)의 본딩 영역(21)과 반도체 칩(10)의 본딩 패드(11)를 금속선을 통해 접속시킨다. 히터 블록(60)에는 반도체 칩(10)이 접착된 패키지 기판(20)이 놓여지고, 히터 블록 몸체(50)에는 히터 블록(60)이 탑재되어 고정된다. 히터 카트리지(51)는 히터 블록 몸체(50)의 내부에 설치되고, 열을 발생시켜 히터 블록(60)에 열을 전달한다. 윈도우 클램프(70)는 캐필러리(40)의 작업 영역이 개방되고 히터 블록(60)의 상부에서 패키지 기판(20)을 지지한다. 온도 조절기(80)는 온도 오프셋(offset) 조정값을 입력하면 히터 블록(60)의 온도를 보상해준다.
와이어 본딩 공정에서 히터 블록(60)의 공정 온도는 반도체 칩별로 차이는 있지만 약 150~300℃ 범위 내에서 설정되며, 설정된 공정 온도에 대한 관리 한계가 기준 온도 ±5~10℃이다. 그런데, 일반적으로 와이어 본딩 장치(200)는 히터 블록(60)의 온도 조건이 와이어 본딩의 품질에 크게 영향을 주기 때문에, 온도 정확도에 대한 주기적인 검증 작업이 필요하다.
히터 블록(60)의 온도 검증 작업은, 먼저 와이어 본딩 장치(200)의 동작을 중지시킨다. 와이어 본딩 장치(200)에서의 본딩 공정은 자동으로 진행되는데, 와이어 본딩 장치(200)가 정지하지 않은 상태에서는 히터 블록(60) 위에 패키지 기판(20)과 와이어 클램프(70)가 놓이게 되므로 온도 측정을 할 수 없다. 따라서, 히터 블록(60)의 온도 측정을 위해서 와이어 본딩 장치(200)를 중지시키게 된다. 그리고 패키지 기판(20) 및 와이어 클램프(70)를 제거한다. 그 뒤에, 작업자가 온도 계측 기(도시되지 않음)로 히터 블록(60) 표면의 온도를 측정하고, 측정된 값을 온도 조절기(80)의 설정 온도값과 비교한다. 이러한 온도 측정과 비교 작업은 작업자가 직접 한다.
설정 온도값과 측정 온도값을 비교하여 이상이 발견되지 않으면, 와이어 본딩 장치(200)를 재가동한다. 설정 온도값과 측정 온도값이 다를 경우, 작업자가 와이어 본딩 장치(200)에 대한 온도 오프셋 조정값을 계산하여, 온도 조절기(80)에 입력한다. 온도 조절기(80)와 제1 연결선(81)으로 연결되는 히터 카트리지(51)는 온도 조절기(80)에 의해 제어되어, 보상된 값의 열을 발생시켜 히터 블록(60)에 전달한다. 이와 같은 작업이 반복적으로 진행되면서 와이어 본딩 장치(200)의 온도 설정이 이루어지게 된다.
또한, 패키지의 품종이 변경될 경우, 히터 블록(60)을 교체한 후에 새로운 히터 블록을 설치한 상태에서 온도 측정을 다시 한다. 그리고 설정 온도값과 측정 온도값을 비교하여 오프셋 조정을 하는 등의 온도 설정 작업이 요구된다.
이와 같이 종래 기술에 따른 와이어 본딩 장치는 히터 블록의 온도 측정을 작업자가 직접 하여야 하고, 온도 측정시 설정값과 다를 경우 그 차이를 작업자가 직접 계산하여 온도 오프셋을 조정해야 하는 등 번거로운 온도 설정 작업이 필요하다. 또한, 패키지의 품종을 교체할 때도 히터 블록을 교체함에 따라 히터 블록에 대한 번거로운 온도 설정 작업이 이루어져야 한다. 그리고 작업자의 실수로 오프셋 조정이 잘못되는 등의 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 와이어 본딩 장치의 히터 블록의 온도 조정이 자동으로 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 와이어 본딩 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 작업 시간을 단축할 수 있고, 쉽고 정확하게 히터 블록의 온도를 조정할 수 있는 와이어 본딩 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 히터 블록의 온도를 자동으로 조정할 수 있는 와이어 본딩 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 와이어 본딩 장치는, 히터 블록, 히터 블록 몸체, 히터 카트리지, 온도 조절기, 윈도우 클램프 및 캐필러리를 포함하고, 온도 센서와 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
히터 블록은 반도체 칩이 접착된 패키지 기판이 탑재되어 반도체 칩과 패키지 기판에 열을 전달해준다. 히터 블록 몸체는 히터 블록이 고정되고, 히터 카트리지는 히터 블록 몸체에 설치되어 열을 발생시킨다. 온도 조절기는 히터 블록의 온도를 보상해준다. 윈도우 클램프는 패키지 기판의 와이어 본딩이 필요한 부분을 개방시키며, 히터 블록에 탑재된 패키지 기판을 고정시킨다. 캐필러리는 반도체 칩과 패키지 기판을 도전성 금속선으로 와이어 본딩한다.
그리고 온도 센서는 히터 블록 표면의 온도를 측정한다. 제어부는 온도 센서 및 온도 조절기와 연결되고, 온도 설정 알고리즘을 갖는다.
이 경우에, 온도 센서는 히터 블록의 표면에 자동으로 탈부착될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설 명하도록 한다. 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 도면의 명확한 이해를 돕기 위해 다소 과장되거나 개략적으로 도시되거나 또는 생략되었으며, 각 구성요소의 실제 크기가 전적으로 반영된 것은 아니다.
실시예
도 2는 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에서 히터 블록의 온도 측정 모습을 나타내는 개략적인 단면도이다. 본 발명에서 종래와 동일한 구성요소 또는 대응하는 구성요소는 동일한 참조 번호를 사용하였고, 그 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치(100)는 히터 블록(60), 히터 블록 몸체(50), 히터 카트리지(51), 온도 조절기(80), 윈도우 클램프(70) 및 캐필러리(40)를 포함한다. 특히, 히터 블록(60)의 온도 조정을 위해서 온도 센서(91)와 제어부(90)를 사용하는 것이 특징이다.
전술한 바와 같이, 와이어 본딩 장치(100)에서 히터 블록(60)의 온도 검증은 주기적으로 이루어 져야 한다. 본 발명에서는 히터 블록(60)의 온도 검증을 위해서, 와이어 본딩 장치(100)를 중지시킨 후 온도 센서(91)를 히터 블록(60)의 표면에 설치한다. 온도 센서(91)는 제3 연결선(93)을 통해 제어부(90)에 연결되고, 제어부(90)는 온도 센서(91)의 측정 온도값을 감지하게 된다.
제어부(90)는 제2 연결선(92)을 통해 온도 조절기(80)와 연결된다. 제어부(90)는 온도 센서(91)의 측정 온도값을 감지하고, 그 측정 온도값을 저장하여, 설정 온도값과 측정 온도값을 비교하고 보상값을 산출한 뒤, 보상값을 온도 조절기(80)로 전송하는 온도 설정 알고리즘을 가진다. 즉, 온도 조절기(80)에서 제공되는 설정 온도값과 온도 센서(91)에서 제공되는 측정 온도값을 비교하여 온도 오프셋을 설정하는 것이다. 예컨대, 와이어 본딩 장치(100)의 설정 온도는 150℃이다. 이 때, 온도 센서(91)를 통해서 측정된 온도값이, 예컨대 180℃라면, 제어부(90)는 온도 설정 알고리즘을 통해 히터 블록(60)의 온도를 30℃ 낮추어야 한다는 정보를 산출하게 되고, 이 정보를 온도 조절기(80)에 전송한다. 따라서 온도 조절기(80)는 그 보상된 값으로 히터 카트리지(51)를 제어하게 되고, 히터 카트리지(51)로 인해 히터 블록(60)은 와이어 본딩 장치(100)가 요구하는 정확한 온도 조건을 가지게 된다.
본 발명에 따른 와이어 본딩 장치(100)의 히터 블록(60)의 온도 검증 작업은, 먼저 와이어 본딩 장치(100)의 동작을 중지시키고, 패키지 기판(20) 및 와이어 클램프(70)를 제거한다. 그 뒤에, 작업자가 온도 센서(91)를 히터 블록(60)의 표면에 설치한다. 온도 센서(91)에서 측정된 온도값은 제3 연결선(93)을 통해 제어부(90)에 제공된다. 제어부(90)는 제2 연결선(92)을 통해 온도 조절기(80)에 연결되고, 와이어 본딩 장치(100)의 설정 온도값을 제공받는다. 그리고 온도 조절기(80)에서 제공된 설정 온도값과 온도 센서(91)에서 측정된 측정 온도값을 온도 설정 알고리즘을 통해서 자동으로 비교하고, 온도 오프셋 정도를 자동으로 산출한다. 산출된 정보는 온도 조절기(80)에 전송한다. 히터 카트리지(51)는 제1 연결선(81)을 통해서 온도 조절기(80)에 의해 제어되고, 보상된 값의 열을 히터 블록 몸체(50)에 가하여 히터 블록(60)에 전달한다. 이에 따라 히터 블록(60)은 와이어 본딩에서 요구되는 정확한 온도 조건을 갖는다.
한편, 와이어 본딩 장치(100)에서 히터 블록(60)의 온도를 측정할 때, 전술한 바와 같이, 온도 센서(91)를 작업자가 히터 블록(60) 표면에 설치하는 것이 아니라, 온도 센서(91)가 히터 블록(60) 표면에 자동으로 탈부착이 가능하도록 구성할 수도 있다. 이를 위해서 와이어 본딩 장치(100)의 동작이 중지되었는지를 감지할 수 있는 센서와 온도 센서(91)를 움직일 수 있는 구동 수단이 더 필요하다. 온도 센서(19)의 자동 탈부착은 히터 블록(60)의 온도 검증을 완전 자동화하여, 작업자가 필요 없는 와이어 본딩 장치(100)를 구현할 수 있게 한다.
종래에는 히터 블록(60)의 온도 측정, 측정된 온도값 입력, 측정값과 설정값 비교, 오프셋 계산, 계산된 오프셋 값 입력 등의 작업을 작업자가 모두 직접 하였다. 하지만, 본 실시예에 따른 와이어 본딩 장치(100)는 온도 센서(91)를 히터 블록(60) 표면에 부착하는 작업만 작업자가 직접 하게되거나, 또는 그 작업도 자동으로 구현할 수 있다. 따라서, 작업 시간이 단축되고, 작업자의 실수로 인한 문제 발생률이 줄어들며, 누구나 쉽게 와이어 본딩 장치(100)를 다룰 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치는 히터 블록의 온도 조정을 위해서 표면에 온도 센서를 부착하고, 이 온도 센서는 제어부와 연결되며, 제어부는 온도 조절기와 연결되는 구조이다. 이로 인해, 제어부는 온도 조절기의 설정 온도값과 온도 센서의 측정 온도값을 제공받고, 설정값과 측정값을 자동으로 비교하여 히터 블록의 온도 오프셋 정도를 자동으로 산출한다. 그리고 산출된 정보는 온도 조절기에 제공된다. 온도 조절기로 제어되는 히터 카트리지가 그 보상된 값으로 열을 발생시켜 히터 블록에 전달함으로써, 히터 블록의 온도가 조정된다.
그리고 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에서 히터 블록의 온도 검증 작업이 자동화되는 것으로 인해, 히터 블록의 온도 조정을 위한 작업 시간이 단축되고, 쉽고 정확하게 히터 블록의 온도 조정을 할 수 있게 된다.

Claims (2)

  1. 반도체 칩이 접착된 패키지 기판이 탑재되어 상기 반도체 칩과 패키지 기판에 열을 전달해주는 히터 블록;
    상기 히터 블록이 고정되는 히터 블록 몸체;
    상기 히터 블록 몸체에 설치되어 열을 발생시키는 히터 카트리지;
    상기 히터 블록의 온도를 보상해주는 온도 조절기;
    상기 패키지 기판의 본딩 영역을 개방시키며, 상기 히터 블록에 탑재된 상기 패키지 기판을 고정시키는 윈도우 클램프; 및
    상기 반도체 칩과 상기 패키지 기판을 도전성 금속선으로 와이어 본딩하는 캐필러리를 포함하는 와이어 본딩 장치에 있어서,
    상기 히터 블록의 표면에 장착되어 상기 히터 블록의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
    상기 온도 센서 및 상기 온도 조절기와 연결되고, 온도 설정 알고리즘을 갖는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 온도 센서는 상기 히터 블록의 표면에 자동으로 탈부착되는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102456588A (zh) * 2010-11-05 2012-05-16 三星电子株式会社 引线接合设备及使用该设备的方法
CN117727667A (zh) * 2024-02-08 2024-03-19 东莞触点智能装备有限公司 一种芯片高精固晶机及其热压工艺

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