KR20070076195A - 와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 이를 이용한와이어 본딩 방법 - Google Patents

와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 이를 이용한와이어 본딩 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 패키지용 와이어 본딩 장치에 관한 것으로, 와이어 본딩 시 와이어 루프 형태가 변형되지 않고 지속적으로 유지될 수 있는 와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 이를 이용한 와이어 본딩 방법에 관한 것이다. 본 발명은 캐필러리, 와이어를 고정시키는 클램프, 및 클램프와 일정한 간격을 두고 클램프의 상부에 설치되어 와이어를 회전시켜 꼬는 와이어 연사 수단을 포함하는 와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치를 제공하며, 또한 본 발명은 a) 캐필러리가 와이어를 제 1 본딩점에 본딩하는 단계, b) 클램프와 와이어 연사 수단이 와이어를 고정하는 단계, c) 와이어 연사 수단이 와이어를 꼬는 단계, 및 d) 캐필러리가 와이어를 제 2 본딩점에 본딩하는 단계를 포함하는 와이어 본딩 방법을 제공한다.
이에 의하면, 와이어 본딩 공정 시 와이어를 꼬는 와이어 연사 과정을 포함하기 때문에, 와이어 루프의 강성(剛性)을 향상시키며 와이어를 반도체 칩과 기판에 접합시킬 수 있다. 따라서 와이어 루프의 길이가 길게 형성되더라도, 와이어 루프의 형태가 변형되지 않고 지속적으로 유지되므로 와이어 루프 변형에 의해 발생되는 단락 등의 불량을 최소화 할 수 있다.
와이어, 반도체 패키지, 클램프, 캐필러리, 와이어 연사

Description

와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 이를 이용한 와이어 본딩 방법{WIRE BONDING DEVICE WITH WIRE TWINE MEANS AND METHOD USING THE SAME}
도 1은 종래의 와이어 본딩 장치를 개략적으로 나타내는 부분 측면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 본딩 장치를 개략적으로 나타내는 부분 측면도.
도 3은 도 2의 와이어 본딩 장치를 이용하는 와이어 본딩 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어 본딩 장치를 개략적으로 나타내는 부분 측면도.
도 5는 도 4의 와이어 연사 수단을 개략적으로 나타내는 사시도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100, 200 : 와이어 본딩 장치 120 : 와이어(wire)
130 : 반도체 칩 132 : 칩 패드
140 : 캐필러리(capillary) 150 : 클램프(clamp)
170, 270 : 와이어 연사 수단 172 : 회전 구동부
174, 274 : 고정 블록 180 : 배선기판
182 : 기판 패드 272 : 구동부
본 발명은 반도체 패키지용 와이어 본딩 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 와이어 본딩 공정을 통해 형성된 와이어 루프 형태가 변형되지 않고 지속적으로 유지될 수 있는 와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 이를 이용한 와이어 본딩 방법에 관한 것이다.
반도체 패키지의 제조 공정에 있어서, 금(Au)이나 알루미늄(Al) 등의 본딩 와이어를 이용하여 반도체 칩과 배선기판(또는 리드 프레임)을 전기적으로 연결하는 공정을 와이어 본딩 공정이라 한다.
이러한 와이어 본딩 공정을 진행하기 위해서는 다양한 구성 요소로 이루어지는 와이어 본딩 장치가 이용되는데, 이에 관한 예가 한국공개특허공보 제2002-0078930호, 제2000-0014017호 등에 개시되어 있다. 이하, 도면을 참조하여 종래의 와이어 본딩 장치를 간략하게 살펴보도록 한다.
도 1은 종래의 와이어 본딩 장치를 개략적으로 나타내는 부분 단면도이다.
도 1를 참조하면, 종래의 와이어 본딩 장치(10)는 캐필러리(40), 및 클램프(50)를 포함한다.
캐필러리(40)는 그 내부의 중심에 관통 구멍(도시되지 않음)이 형성된다. 관통 구멍은 캐필러리(40)의 상단면에 형성된 인입구와 캐필러리(40)의 하부 팁(tip)에 형성된 인출구를 연결하는 통로로 형성되며, 인입구를 통해 와이어(20)가 공급 되고, 인출구를 통해 와이어(20)가 인출된다. 이러한 캐필러리(40)는 인출구로 인출된 와이어(20)를 통해 배선기판의 기판 패드(도시되지 않음)와 반도체 칩(30)의 칩 패드(32)를 전기적으로 연결시킨다.
클램프(50)는 캐필러리(40)의 상부에 설치되어 캐필러리(40)와 함께 이동하고, 서로 맞물려 와이어(20)를 고정시킬 수 있는 집게 형태를 가지며, 캐필러리(40)에 삽입되는 와이어(20)의 공급을 제어한다.
이와 같은 와이어 본딩 장치(10)를 이용한 와이어 본딩 공정을 간단히 살펴보면, 먼저, 와이어(20)의 끝단이 클램프(50)와 캐필러리(40)의 관통 구멍을 거쳐 캐필러리(40)의 하부로 돌출되도록 와이어(20)가 공급된다. 캐필러리(40)에서 돌출된 와이어(20)는 토치(도시되지 않음)에 의해 와이어 볼이 형성되고, 와이어 볼은 반도체 칩(30)의 칩 패드(32)에 압접되며 볼 본딩(ball bonding)된다. 이후, 캐필러리(40)는 와이어(20)를 풀어내면서 일정한 궤적의 루프를 형성하며 이동하여 배선기판의 기판 패드에 스티치 본딩(stitch bonding)하여 반도체 칩(30)과 배선기판을 전기적으로 연결시키게 된다.
그런데, 이러한 종래의 와이어 본딩 장치를 이용한 와이어 본딩 방법은 칩 패드와 기판 패드와의 거리가 멀게 형성되는 경우, 이들을 전기적으로 연결하는 와이어 루프도 길게 형성되는데, 이 경우, 와이어 루프의 형태를 지속적으로 유지하기 어렵다는 문제가 있다.
또한, 이처럼 와이어 루프의 형태가 유지되지 않고 변형될 경우, 와이어가 아래로 처지거나(wire sagging) 측면으로 넘어져(wire sweeping) 단락이 유발되는 문제가 있으며, 이는 반도체 칩들을 성형수지로 봉지하기 위한 몰딩 공정 시 더욱 심화된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 와이어 루프의 강성를 향상시키며 와이어를 본딩할 수 있는 와이어 연사(撚絲) 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 이를 이용한 와이어 본딩 방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 와이어가 통과되는 관통 구멍이 형성된 캐필러리, 캐필러리의 상부에 설치되고, 집게 형상으로 와이어를 고정시키는 클램프, 및 클램프와 일정한 간격을 두고 클램프의 상부에 설치되어 와이어를 회전시켜 꼬는 와이어 연사 수단을 포함하는 것이 특징이다.
본 발명에 있어서, 와이어 연사 수단은 와이어를 중심으로 양측에 각각 설치되는 한 쌍의 고정 블록들 및 고정 블록들의 하부에 체결되고, 고정 블록들을 회전 구동 시키는 회전 구동부을 포함하고, 고정 블록들은 와이어가 고정되도록 밀착된 상태에서 회전 구동부에 의해 와이어를 중심축으로 하여 회전하며 와이어를 꼬는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 있어서, 와이어 연사 수단은 와이어를 중심으로 양측에 각각 설치되는 한 쌍의 고정 블록들 및 고정 블록들의 일측에 체결되며, 고정 블록들을 밀착시켜 와이어를 고정시키면서 고정 블록들을 각각 상반된 방향으로 이동시키는 구동부을 포함하고, 고정 블록들은 와이어가 고정되도록 밀착된 상태에서 구동부에 의해 각각 서로 반대 방향으로 이동하며 와이어를 꼬는 것이 바람직하다.
더하여 본 발명에 따른 와이어 본딩 방법은 상기한 와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치를 이용하며, a) 캐필러리가 와이어를 제 1 본딩점에 본딩하는 단계, b) 클램프와 와이어 연사 수단이 와이어를 고정하는 단계, c) 와이어 연사 수단이 와이어를 꼬는 단계, d) 캐필러리가 와이어를 제 2 본딩점에 본딩하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 본딩 장치를 개략적으로 나타내는 부분 측면면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 와이어 본딩 장치(100)는 캐필러리(140), 클램프(150), 및 와이어 연사 수단(170)을 포함한다.
캐필러리(140)는 그 내부의 중심에 형성되는 관통 구멍(도시되지 않음)을 포함한다. 관통 구멍은 캐필러리(140)의 상단면에서 캐필러리(140)의 하부 팁(tip)까지 관통하여 형성된다. 또한 관통 구멍은 후술되는 와이어 연사 수단(170)에 의해 꼬인 와이어(120)가 용이하게 통과될 수 있도록 종래의 관통 구멍보다 큰 직경을 갖도록 형성된다. 캐필러리(140)는 관통 구멍을 통해 하부로 인출된 와이어(120)를 이용하여 배선기판의 기판 패드와 반도체 칩(130)의 칩 패드(132)를 전기적으로 연결시키게 되는데, 이때 와이어(120)를 효과적으로 본딩시키기 위해 초음파 발진부(도시되지 않음)로부터 발진되는 초음파 에너지를 트랜스듀서(도시되지 않음)를 통해 전달받는다.
클램프(150)는 캐필러리(140)의 상부에 설치되어 캐필러리(140)와 함께 이동하고, 한 쌍을 이루는 두 개의 블록이 서로 맞물려 와이어(120)를 고정시킬 수 있는 집게 형태를 가지며, 이를 통해 캐필러리(140)에 삽입되는 와이어(120)의 공급을 제어한다.
와이어 연사 수단(170)은 클램프(150)와 일정한 간격을 두고 클램프(150)의 상부에 설치되며, 와이어(120)를 중심으로 양측에 각각 설치되는 한 쌍의 고정 블록(174)들 및 이를 회전시키는 회전 구동부(172)를 포함한다.
고정 블록(174)들은 각각 정육면체 형상으로 형성되며, 클램프(150)와 같이 서로 맞물리며 와이어(120)를 고정시킬 수 있는 집게 형태를 가진다. 고정 블록(174)은 캐필러리(140)의 하부로 와이어(120)가 용이하게 공급될 수 있도록 개방된 상태를 유지하며, 와이어(120)를 꼬는 와이어(120) 연사(撚絲) 과정이 진행되면 서 로 밀착되며 맞물려 와이어(120)를 고정시킨다.
회전 구동부(172)는 고정 블록(174)의 하부면에 설치되며, 한 쌍으로 형성되는 고정 블록(174)들 중 어느 하나의 고정 블록(174)과 체결된다. 회전 구동부(172)는 내부에 수직으로 관통되는 관통 홀(173)이 형성되어 있어 고정 블록(174)들의 사이에 위치되는 와이어(120)가 관통 홀(173)을 통과하여 클램프(150) 및 캐필러리(140)에 삽입된다. 이러한 회전 구동부(172)는 와이어(120) 연사 과정이 진행될 때, 관통 홀(173)을 중심축으로 하여 회전하여 상부에 체결되어 있는 고정 블록(174)들을 회전시킨다.
이러한 와이어 연사 수단(170), 클램프(150), 및 캐필러리(140)는 수직으로 일직선을 이루며 도시되지 않은 지지 프레임에 체결되어 함께 이동된다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 연사 수단(170)을 갖는 와이어 본딩 장치(100)를 이용하는 와이어 본딩 방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 도 2의 와이어 본딩 장치를 이용한 와이어 본딩 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 (A)를 참조하면, 본 실시예의 와이어 본딩 방법은 먼저 와이어(120)가 제 1 본딩점(이하, 칩 패드; 132)에 본딩되는 단계로부터 시작된다. 와이어 본딩 장치(100)는 토치(도시되지 않음)를 이용하여 와이어(120)의 끝단에 와이어 볼을 형성하게 되고, 이후, 캐필러리(140)가 P1점까지 하강하여 와이어 볼을 칩 패드(132)에 압접함과 동시에 초음파 에너지를 전달하여 와이어(120)를 칩 패드(132)에 접합시키게 된다.
다음으로, 클램프(150)에 의해 와이어(120)가 고정되는 단계가 진행된다. 도 5의 (B)와 같이 칩 패드(132)에 와이어(120)를 접합 완료한 캐필러리(140)는 와이어(120)를 풀어내며 P2점까지 상승한 후 대기하게 되며, 클램프(150)와 와이어 연사 수단(170)은 캐필러리(140)가 P2점에 도달함과 동시에 각각 와이어(120)를 고정시킨다.
계속해서 도 3의 (C)와 같이 와이어 연사 수단(170)이 와이어(120)를 꼬는 와이어 연사 과정을 거친다. 와이어 연사 수단(170)의 고정 블록(174)들은 회전 구동부(172)에 의해 회전되고, 이에 따라 고정 블록(174)들에 의해 고정되어 있는 와이어(120)는 와이어(120)의 길이 방향을 회전축으로 하여 회전하게 된다. 이 과정에서 클램프(150)는 와이어 연사 수단(170)의 하부에서 와이어(120)가 회전되지 않도록 와이어(120)를 고정시키고 있다. 따라서, 와이어(120)는 클램프(150)와 와이어 연사 수단(170)의 사이에 위치된 부분만 꼬이게 된다.
고정 블록(174)들의 회전 횟수는 공정에 사용되는 와이어(120)의 재질이나, 와이어 연사 수단(170)과 클램프(150) 사이의 거리 등에 따라 각각 다르게 적용될 수 있으며, 이는 작업자에 의해 최적의 값으로 미리 설정되는 것이 바람직하다.
전술된 과정을 통해 와이어(120) 연사 과정이 완료되면, 와이어(120)가 제 2 본딩점(이하, 기판 패드)에 본딩되는 단계가 진행된다. 도 5의 (D)에 도시된 바와 같이 와이어 본딩 장치(100)는 와이어(120)를 풀어내며 캐필러리(140)를 P3점까지 상승시킨다. 이때 와이어(120)는 와이어 연사 과정에서 꼬인 부분이 모두 캐필러리 (140)의 하부로 풀어져 나오게 된다. 이후, 캐필러리(140)는 기판 패드(182)로 이동하여 와이어(120)를 기판 패드(182)에 접합시키게 되며, 이에 따라 반도체 칩(130)과 배선기판(180)이 전기적으로 연결된다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 실시예의 와이어 연사 수단(170)을 갖는 와이어 본딩 장치(100) 및 이를 이용한 와이어 본딩 방법은 와이어(120)를 꼬는 와이어 연사 과정을 포함하며 와이어 본딩 공정이 진행되기 때문에, 강성이 향상된 와이어(120)를 이용하여 와이어(120) 루프를 형성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어 본딩 장치를 개략적으로 나타내는 부분 측면도이고, 도 5는 도 4의 와이어 연사 수단을 나타내는 사시도이다.
본 실시예에 따른 와이어 본딩 장치(200)는 전술된 실시예의 구성 요소와 유사하게 구성되며, 다만 와이어 연사 수단(270)의 구조에서 차이를 보인다.
와이어 연사 수단(270)은 와이어(120)를 중심으로 양측에 각각 설치되는 한 쌍의 고정 블록(274)들 및 이를 이동시키는 구동부(272)를 포함한다.
고정 블록(274)들은 직육면체 형상으로, 가장 넓은 면을 통해 와이어(120)와 접촉될 수 있도록 설치된다.
구동부(272)는 고정 블록(274)들의 일측에 설치되며, 각각의 고정 블록(274)들과 연결된다. 구동부(272)는 고정 블록(274)들이 서로 맞물리며 와이어(120)를 고정시킬 수 있도록 고정 블록(274)들을 이동시킬 뿐 아니라, 와이어(120)를 꼬기 위해 고정 블록(274)들을 각각 서로 상반되는 방향으로 이동시킨다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이 와이어(120) 기준으로 와이어(120)의 뒤에 위치된 고정 블록(274) 이 좌측으로 이동되면, 와이어(120)의 앞에 위치된 고정 블록(274)은 우측으로 이동되도록 고정 블록(274)들을 이동시킨다. 이에 와이어(120)는 상반되는 방향으로 이동되는 고정 블록(274)들에 의해 회전되며 꼬이게 된다.
한편, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 상술된 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 예를 들면, 본 실시예들에서는 와이어 연사 수단으로 고정 블록들을 이용하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 와이어를 회전시켜 꼴 수 있는 형태라면 다양하게 응용될 수 있다. 또한, 본 실시예들은 삼각 루프를 형성하는 예를 통해 본 발명을 설명하였지만, 대형 루프 등과 같은 다양한 형태의 와이어 루프에도 적용될 수 있다. 더하여, 본 실시예들의 와이어 연사 수단은 한 가닥의 와이어를 꼬았지만, 두 가닥 이상의 와이어를 공급하며 꼬는 것도 가능하다.
본 발명의 와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 이를 이용한 와이어 본딩 방법에 따르면, 와이어 본딩 공정 시 와이어 연사 과정을 통해 형성된 강성이 향상된 와이어를 반도체 칩과 기판에 접합시킨다.
따라서, 와이어 루프의 길이가 길게 형성되더라도, 와이어 루프의 형태가 변형되지 않고 지속적으로 유지되므로 와이어 루프 변형에 의해 발생되는 단락 등의 불량을 최소화 할 수 있다.

Claims (4)

  1. 와이어가 통과되는 관통 구멍이 형성된 캐필러리;
    상기 캐필러리의 상부에 설치되고, 집게 형상으로 상기 와이어를 고정시키는클램프; 및
    상기 클램프와 일정한 간격을 두고 상기 클램프의 상부에 설치되어 상기 와이어를 회전시켜 꼬는 와이어 연사 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 와이어 연사 수단은,
    상기 와이어를 중심으로 양측에 각각 설치되는 한 쌍의 고정 블록들; 및
    상기 고정 블록들의 하부에 체결되고, 상기 고정 블록들을 회전 구동 시키는 회전 구동부;을 포함하고, 상기 고정 블록들은 상기 와이어가 고정되도록 밀착된 상태에서 상기 회전 구동부에 의해 상기 와이어를 중심축으로 하여 회전하며 상기 와이어를 꼬는 것을 특징으로 하는 와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 와이어 연사 수단은,
    상기 와이어를 중심으로 양측에 각각 설치되는 한 쌍의 고정 블록들; 및
    상기 고정 블록들의 일측에 체결되며, 상기 고정 블록들을 밀착시켜 상기 와이어를 고정시키면서 상기 고정 블록들을 각각 상반된 방향으로 이동시키는 구동 부;을 포함하고, 상기 고정 블록들은 상기 와이어가 고정되도록 밀착된 상태에서 상기 구동부에 의해 각각 서로 반대 방향으로 이동하며 상기 와이어를 꼬는 것을 특징으로 하는 와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 와이어 연사 수단을 갖는 와이어 본딩 장치를 이용하는 와이어 본딩 방법으로,
    a) 상기 캐필러리가 상기 와이어를 제 1 본딩점에 본딩하는 단계;
    b) 상기 클램프와 상기 와이어 연사 수단이 상기 와이어를 고정하는 단계;
    c) 상기 와이어 연사 수단이 상기 와이어를 꼬는 단계; 및
    d) 상기 캐필러리가 상기 와이어를 제 2 본딩점에 본딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 방법.
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