KR20070084867A - 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 그를 이용한와이어 테일 형성 방법 - Google Patents

와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 그를 이용한와이어 테일 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 그를 이용한 와이어 테일 형성 방법에 관한 것으로, 종래의 경우, 와이어 단선 불량 발생시, 에어 텐션부에서 제공되는 에어에 의해 단선된 와이어가 캐필러리에 삽입되는 방향으로부터 역행하여, 캐필러리의 하단으로 와이어 테일이 형성되지 않거나 와이어 테일이 짧게 형성되는 문제가 발생된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은, 제 1 와이어 클램프와는 별도로 와이어를 고정시키는 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치와, 제 1 와이어 클램프와 교대로 와이어를 고정시키는 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치를 이용한 와이어 테일 형성 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 제 1 와이어 클램프와 와이어 고정 수단이 교대로 와이어를 고정시켜 와이어 단선 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 와이어 단선 불량이 발생되더라도 단선된 와이어가 캐필러리에 삽입되는 방향으로부터 역행하는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인하여 일정 길이의 와이어 테일을 형성할 수 있다.
제 1 와이어 클램프, 와이어 고정 수단, 제 2 와이어 클램프, 와이어 테일, 와이어 단선 불량, 역행

Description

와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 그를 이용한 와이어 테일 형성 방법{WIRE BONDING APPARATUS HAVING WIRE FIXING DEVICE AND FORMING METHOD OF WIRE TAIL USING THE SAME}
도 1은 종래기술에 따른 와이어 본딩 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 종래기술에 따른 와이어 테일 형성 방법의 각 단계를 나타내는 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 본딩 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 테일 형성 방법의 각 단계를 나타내는 단면도들이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10, 110 : 이송 레일(transferring rail)
12, 112 : 배선 기판(circuit board)
16, 116 : 반도체 칩(semiconductor chip)
18, 118 : 칩 패드(chip pad)
20, 120 : 와이어 본딩부(wire bonding portion)
21, 121 : 트랜스듀서(transducer)
22, 122 : 캐필러리(capillary)
23, 123, 124 : 와이어 클램프(wire clamp)
25, 125 : 와이어 스풀(wire spool)
30, 130 : 토치(torch)
40, 140 : 에어 텐션부(air tension part)
41, 141 : 와이어(wire)
42, 142 : 에어(air)
46, 146 : 와이어 테일(wire tail)
50, 150 : 와이어 본딩 장치(wire bonding apparatus)
본 발명은 와이어 본딩 장치 및 그를 이용한 와이어 본딩 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 칩과 배선 기판을 와이어로 전기적으로 연결하는 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 그를 이용한 와이어 테일 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 패키지 조립(semiconductor package assembly)시, 반도체 칩의 기능을 외부로 연결시켜 주는 전기적 연결 방법으로는 와이어를 이용한 와이어 본딩 방법, 반도체 칩의 칩 패드에 형성된 금속 범프(metal bump)를 이용한 플립 칩 본딩(flip chip bonding) 방법 및 테이프 리드(tape lead)를 이용한 탭(Tape Automated Bonding; TAB) 방법 등이 사용되고 있다.
그 중에서도 현재 가장 일반적으로 사용되고 있는 전기적 연결 방법이 금(Au) 와이어를 이용한 와이어 본딩 방법이다. 금 와이어는 알루미늄(Al) 와이어나 구리(Cu) 와이어보다 결합력은 떨어지나 산화나 오염 발생이 적고, 가늘게 가공할 수 있으며, 기하학적으로 원에 가까운 볼을 형성할 수 있는 등의 장점으로 인하여 반도체 패키지 조립 공정에서 가장 많이 사용되고 있다.
종래기술에 따른 와이어 본딩 장치(50)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 칩(16)들이 실장된 배선 기판(12)을 이송하는 이송 레일(10)의 상부에 반도체 칩(16)과 배선 기판(12)을 와이어(41)로 전기적으로 연결하는 와이어 본딩부(20)가 설치되어 있는 구조를 갖는다. 또한, 와이어 본딩부(20)는 와이어 스풀(25)로부터 인출된 와이어(41)의 선단이 와이어 클램프(23)를 통하여 트랜스듀서(21)의 캐필러리(22)에 삽입되도록 구성된다. 이 때, 와이어 본딩 장치(50)는 캐필러리(22)의 하부에서 와이어(41)의 테일에 볼을 형성시키는 전극을 갖는 토치(30)를 더 포함한다.
이와 같은 구성을 갖는 와이어 본딩 장치(50)를 이용한 와이어 본딩 방법을 설명하면, 와이어 스풀(25)로부터 공급된 와이어(41)는 에어 텐션부(40)에서 제공하는 에어(42)에 의해 일정한 장력이 유지되면서 트랜스듀서(21)와 캐필러리(22)를 통과하여 빠져나온다. 캐필러리(22)의 외부로 나온 와이어(41)의 테일에 토치(30)에 의한 EFO(Electric Frame Off) 방전을 통해 스파크(spark)를 발생시켜 볼을 형성하고, 반도체 칩(16)의 칩 패드(18)에 볼 본딩(ball bonding)을 행한 다음, 일정한 궤적의 루프(loop)를 만들어 배선 기판(12)에 스티치 본딩(stitch bonding)을 행한다. 그리고, 볼 본딩 및 스티치 본딩이 원활하게 진행되도록, 트랜스듀서(21)를 통하여 캐필러리(22)에 초음파(ultrasonic) 진동을 가하는 동시에 본딩하고자 하는 부분에 열을 가한다.
한편, 종래기술에 따른 와이어 본딩 장치(50)를 이용한 와이어 테일(46) 형성 방법은, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 배선 기판(12)에 캐필러리(22)를 이용하여 와이어(41)를 스티치 본딩하는 단계와, 와이어 클램프(23)를 연 상태로 캐필러리(22)를 상승시키고, 캐필러리(22)에 초음파 진동을 가하여 캐필러리(22)의 하단으로 일정 길이의 와이어(41)를 인출하는 단계와, 와이어 클램프(23)를 닫은 상태로 와이어(41)를 포함하여 캐필러리(22)를 상승시킴으로써, 와이어(41)의 가장 약한 부분인 스티치 본딩된 부분에서 와이어(41)를 단선시켜 와이어 테일(46)을 형성하는 단계에 따라서 이루어진다.
그런데, 와이어 본딩 중, 특히 스티치 본딩시 캐필러리(22)에 가해지는 과도한 힘, 물리적인 튐(physical bouncing) 등에 의해서, 와이어(41)가 끊어지는 와이어 단선 불량이 발생된다. 이러한 경우, 와이어 클램프(23)에 의해 와이어(41)가 고정되기에 앞서, 에어 텐션부(40)에서 제공되는 에어(42)에 의해 단선된 와이어(41)가 캐필러리(22)에 삽입되는 방향으로부터 역행한다. 이로 인하여, 캐필러리(22)의 하단으로 와이어 테일(46)이 형성되지 않거나, 와이어 테일(46)이 짧게 형성된다.
이에 따라, 토치에 의한 EFO 방전시, 스파크가 발생되지 않음에 따라서 와이어 단선 불량이 감지됨으로써, 와이어 본딩 장치가 동작을 정지하고, 작업자가 수 동으로 와이어의 선단을 다시 캐필러리에 삽입하는 작업을 행한다. 이로 인하여, 와이어 본딩 공정에 소요되는 시간이 길어짐으로써, 생산성이 낮아질 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 캐필러리의 하단에 정상적으로 와이어 테일을 형성할 수 있는 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치 및 그를 이용한 와이어 테일 형성 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 구성의 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 와이어 본딩 장치는, 반도체 칩들이 실장된 배선 기판을 이송하는 이송 레일과, 이송 레일의 상부에 설치되며, 반도체 칩과 배선 기판을 와이어로 전기적으로 연결하는 와이어 본딩부를 포함하며, 와이어 본딩부는 선단부에 와이어를 수용하는 캐필러리를 갖는 트랜스듀서와, 캐필러리의 상부에 설치되어 캐필러리와 함께 이동하며, 캐필러리에 삽입되는 와이어를 고정시키는 제 1 와이어 클램프와, 제 1 와이어 클램프의 상부에 고정되도록 설치되며, 제 1 와이어 클램프와는 별도로 와이어를 고정시키는 와이어 고정 수단을 포함하고, 캐필러리의 하부에서 와이어의 단부에 볼을 형성시키는 전극을 갖는 토치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 있어서, 제 1 와이어 클램프와 와이어 고정 수단은 와이어가 캐필러리에 삽입되는 방향으로부터 역행하는 것이 방지되도 록 와이어를 교대로 고정시킨다.
본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 있어서, 와이어 고정 수단은 제 2 와이어 클램프일 수 있다.
한편, 본 발명은 다음과 같은 구성의 와이어 본딩 장치를 이용한 와이어 테일 형성 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 와이어 테일 형성 방법은, (a) 와이어 고정 수단을 닫아 배선 기판에 스티치 본딩되어 있는 와이어를 고정시키는 단계와, (b) 제 1 와이어 클램프를 연 상태로 트랜스듀서를 상승시키고, 캐필러리에 초음파 진동을 가하여, 캐필러리의 하단으로 일정 길이의 와이어를 인출하는 단계와, (c) 제 1 와이어 클램프를 닫고, 와이어 고정 수단을 연 상태로 와이어를 포함하여 트랜스듀서를 상승시켜 캐필러리의 하단으로 와이어 테일을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 와이어 테일 형성 방법은, (c) 단계 후에, 캐필러리의 하단에 와이어 테일이 형성되었는지의 유무를 검출하는 단계를 더 포함한다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 본딩 장치를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 와이어 본딩 장치(150)는 반도체 칩(116)들이 실장된 배선 기판(112)들을 이송하는 이송 레일(110)과, 이송 레일(110)의 상부에 설치되며 이송 레일(110) 상의 반도체 칩(116)과 배선 기판(112)을 와이어(141)로 전기적으로 연결하는 와이어 본딩부(120)를 포함한다.
또한, 와이어 본딩부(120)는 선단부에 와이어(141)를 수용하는 캐필러리(122)를 갖는 트랜스듀서(121)와, 캐필러리(122) 상부에 설치되어 캐필러리(122)와 함께 이동하며 캐필러리(122)에 삽입되는 와이어(141)를 고정시키는 제 1 와이어 클램프(123)와, 제 1 와이어 클램프(123)의 상부에 고정되도록 설치되며 제 1 와이어 클램프(123)와는 별도로 와이어(141)를 고정시키는 와이어 고정 수단을 포함한다. 이 때, 제 1 와이어 클램프(123)는 와이어(141)가 캐필러리(122)와 함께 이동하는 것을 가능하게 하며, 와이어 고정 수단은 와이어(141)를 제외한 캐필러리(122)만이 이동하는 것을 가능하게 한다. 또한, 와이어 고정 수단은 제 2 와이어 클램프(124)일 수 있으며, 캐필러리(122)로 삽입되는 와이어(141)는 와이어 스풀(125)로부터 제공된다.
한편, 본 실시예에 따른 와이어 본딩 장치(150)는 와이어 스풀(125)로부터 제공되는 와이어(141)에 에어(142)를 제공하여 일정 장력을 유지시키는 에어 텐션부(140)와, 캐필러리(122)의 하부에서 와이어(141)의 단부에 볼을 형성시키는 전극을 갖는 토치(130)를 더 포함한다.
이와 같은 구성을 갖는 와이어 본딩 장치(150)를 이용한 와이어 본딩 방법을 설명하면, 이송 레일(110)로 반도체 칩(116)들이 실장된 배선 기판(112)들이 차례로 공급되면서, 와이어 본딩부(120)에 의해서 반도체 칩(116)과 배선 기판(112)이 와이어 본딩된다. 즉, 캐필러리(122)의 하단으로 나온 와이어(141)의 테일에 토치(130)에 의한 EFO 방전을 통해 스파크를 발생시켜 볼을 형성하고, 반도체 칩(116) 의 칩 패드(118)에 볼 본딩을 행한 다음, 일정한 궤적의 루프를 만들어 배선 기판(112)에 스티치 본딩을 행한다. 그리고, 토치(130)에 의한 EFO 방전을 통해 스파크가 발생되는지의 유무에 따라서, 와이어(141)의 단선 불량의 유무가 체크된다. 이 때, 스티치 본딩된 이후에 단선된 와이어(141)가 캐필러리(122)에 삽입되는 방향으로부터 역행하지 않도록 와이어 단선 불량을 방지하기 위해서, 제 1 와이어 클램프(123)와 제 2 와이어 클램프(124)가 와이어(141)를 교대로 고정시킨다.
한편, 이와 같은 와이어 본딩 공정의 와이어 테일 형성 방법을 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 와이어 테일 형성 방법은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 스티치 본딩되어 있는 와이어(141)를 고정시키는 단계로부터 출발한다. 캐필러리(122)에 의해 와이어(141)를 배선 기판(112)에 스티치 본딩한 이후에도, 와이어(141)가 단선되지 않은 상태로 유지된다. 즉, 제 1 및 제 2 와이어 클램프(123 및 124)를 연 상태로 캐필러리(122)를 이용하여 배선 기판(112)에 와이어(141)를 스티치 본딩하는 순간, 제 2 와이어 클램프(124)를 닫아 배선 기판(112)에 스티치 본딩되어 있는 와이어(141)를 고정시킨다.
이에 따라, 제 2 와이어 클램프(124)에 의해 와이어(141)가 고정되는 반면, 제 1 와이어 클램프(123)는 열려 있기 때문에, 와이어(141)를 제외한 트랜스듀서(121)는 자유롭게 상승 또는 하강할 수 있다.
계속해서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 와이어(141)를 인출하는 단계가 진행된다. 즉, 제 1 와이어 클램프(123)를 연 상태로 트랜스듀서(121)를 상승시키고, 트랜스듀서(121)를 통하여 캐필러리(122)에 초음파 진동을 가하여, 캐필러리(122)의 하단으로 일정 길이의 와이어(141)를 인출한다.
마지막으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 와이어 테일(146)을 형성하는 단계가 진행된다. 즉, 열려 있는 제 1 와이어 클램프(123)를 닫아 와이어(141)를 고정시킨 다음, 닫혀 있는 제 2 와이어 클램프(124)를 열어 와이어(141)가 트랜스듀서(121)와 함께 상승 또는 하강할 수 있도록 한다. 또한, 와이어(141)를 포함하여 트랜스듀서(121)를 상승시켜 와이어의 가장 약한 부분인 스티치 본딩된 부분을 단선시켜 와이어 테일(146)을 형성시킨다. 이 때, 트랜스듀서(121)는 일정 높이로 상승하여 와이어 테일(146)을 토치(130)의 전극에 근접하게 위치시킨다.
한편, 이와 같은 방법으로 형성된 와이어 테일(146)이 토치(130)에 의한 EFO 방전을 통해 발생되는 스파크에 의해 볼로 형성됨과 동시에, 정상적으로 형성되었는지의 유무가 검출된다.
한편, 전술한 실시예에서는 와이어 고정 수단으로 제 2 와이어 클램프를 이용하는 와이어 본딩 장치 및 그를 이용한 와이어 본딩 방법에 대해서만 개시하였으나, 다양한 수단을 와이어 고정 수단으로 이용하여 본 발명의 와이어 본딩 장치 및 그를 이용한 와이어 본딩 방법을 구현할 수 있다. 즉, 와이어를 고정시킬 수 있는 다양한 수단을 제 1 와이어 클램프의 상부에 고정되도록 설치하고, 제 1 와이어 클램프와 교대로 와이어를 고정시킴으로써, 와이어 단선 불량이 발생되어 단선된 와이어가 캐필러리로 삽입되는 방향으로부터 역행하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 구조를 따르면, 제 1 와이어 클램프와 와이어 고정 수단이 교대로 와이어를 고정시킴으로써, 와이어 테일 형성 공정시, 와이어 단선 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 더욱이, 와이어가 배선 기판에 스티치 본딩된 이후에 단선되더라도, 단선된 와이어가 캐필러리에 삽입되는 방향으로부터 역행되는 것을 방지할 수 있다.
이로 인하여, 캐필러리의 하단으로 형성되는 와이어 테일의 길이가 항상 일정하게 유지될 수 있다.
이에 따라, 와이어가 단선되더라도, 토치에 의한 EFO 방전시, 와이어 테일에 스파크가 항상 발생됨으로써, 와이어 본딩 장치가 동작을 정지하지 않기 때문에, 와이어 본딩 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있으며, 나아가 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 반도체 칩들이 실장된 배선 기판을 이송하는 이송 레일;
    상기 이송 레일의 상부에 설치되며, 상기 반도체 칩과 상기 배선 기판을 와이어로 전기적으로 연결하는 와이어 본딩부;를 포함하며,
    상기 와이어 본딩부는,
    선단부에 와이어를 수용하는 캐필러리를 갖는 트랜스듀서;
    상기 캐필러리의 상부에 설치되어 상기 캐필러리와 함께 이동하며, 상기 캐필러리에 삽입되는 와이어를 고정시키는 제 1 와이어 클램프; 및
    상기 제 1 와이어 클램프의 상부에 고정되도록 설치되며, 상기 제 1 와이어 클램프와는 별도로 상기 와이어를 고정시키는 와이어 고정 수단;을 포함하고,
    상기 캐필러리의 하부에서 상기 와이어의 단부에 볼을 형성시키는 전극을 갖는 토치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 와이어 클램프와 상기 와이어 고정 수단은 상기 와이어가 상기 캐필러리에 삽입되는 방향으로부터 역행하는 것이 방지되도록 상기 와이어를 교대로 고정시키는 것을 특징으로 하는 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 와이어 고정 수단은 제 2 와이어 클램프인 것을 특징으로 하는 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치.
  4. 제 1항에 따른 와이어 본딩 장치를 이용한 와이어 테일 형성 방법으로,
    (a) 상기 와이어 고정 수단을 닫아 상기 배선 기판에 스티치 본딩되어 있는 와이어를 고정시키는 단계;
    (b) 상기 제 1 와이어 클램프를 연 상태로 상기 트랜스듀서를 상승시키고, 상기 캐필러리에 초음파 진동을 가하여 상기 캐필러리의 하단으로 일정 길이의 와이어를 인출하는 단계;
    (c) 상기 제 1 와이어 클램프를 닫고, 상기 와이어 고정 수단을 연 상태로 상기 와이어를 포함하여 상기 트랜스듀서를 상승시켜 상기 캐필러리의 하단으로 와이어 테일을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치를 이용한 와이어 테일 형성 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 (c) 단계 후에,
    상기 캐필러리의 하단에 상기 와이어 테일이 형성되었는지의 유무를 검출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 고정 수단을 갖는 와이어 본딩 장치를 이용한 와이어 테일 형성 방법.
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