KR20080067826A - 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 절연 피복 와이어 본딩을 할 수 있는 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치는, 와이어가 통과하는 제1 경로와 절연 수지가 통과하는 제2 경로가 내부에서 분리되어 형성되는 캐필러리를 포함한다. 본 발명에 따른 와이어 본딩 방법은, 와이어와 함께 상기 와이어를 피복하는 절연 수지를 함께 공급하여 절연 피복 와이어 본딩을 형성한다.
와이어 본딩, 절연, 캐필러리, 경로

Description

와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법{WIRE BONDING APPARATUS AND METHOD}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 본딩 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1의 캐필러리를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 캐필러리를 잘라서 본 종단면도이다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 본딩 방법의 공정들을 도시한 공정도이다.
본 발명은 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 절연 피복 와이어 본딩을 할 수 있는 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법에 관한 것이다.
다양한 반도체 패키징 기술의 발전에 따라 반도체 칩과 인쇄회로기판, 또는 반도체 칩 등과 중앙처리장치(CPU) 등을 연결하는 공법 또한 발전하고 있다. 일반적으로 이 들의 연결 공법으로는 와이어 본딩 공법이 사용되고 있는데, 최근 와이어 본딩 공법을 대체할 수 있는 여러 공법에 대한 연구도 진행되고 있다. 그러나 새로운 공법이 적용될 경우에 필요한 설비 교체 및 이에 따른 비용 증가의 부담이 있으며, 와이어 본딩 공법은 오래 동안 사용되어 검증된 공법이므로 이 와이어 본딩 공법이 산업 현장에서 여전히 선호되고 있다.
최근 반도체 칩이 소형화되고 회로가 집적화됨에 따라 와이어가 접속되는 패드 등의 본딩부가 좁아지며 얇은 굵기의 다수의 와이어가 와이어 본딩에 의해 접속된다.
이와 같이 다수의 와이어가 좁은 공간에서 결합됨에 따라 와이어 본딩된 와이어들끼리 서로 접촉하여 전기적 쇼트가 발생할 수 있다. 이러한 전기적 쇼트는 와이어 본딩을 한 후에 수행되는 에폭시 몰딩을 위해 주입되는 에폭시의 압력에 의해서도 발생할 수 있다. 이러한 전기적 쇼트에 의해 최종 제품의 신뢰성이 크게 저하될 수 있으며 화재가 발생할 위험성 또한 있다.
또한, 와이어 본딩에 얇은 굵기의 와이어가 사용됨에 따라 외부 충격 또는 에폭시 몰딩을 위해 주입되는 에폭시의 압력에 의해 와이어가 끊어질 수도 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 와이어의 접촉에 의한 전기적 쇼트를 방지할 수 있으며 와이어의 끊어짐을 방지할 수 있는 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치는, 와이어가 통과하는 제1 경로와 절연 수지가 통과하는 제2 경로가 내부에서 분리되어 형성되는 캐필러리를 포함한다.
상기 제2 경로는 상기 제1 경로를 둘러싸면서 형성될 수 있으며, 상기 제2 경로의 평면 형상은 환형일 수 있다. 그리고 상기 제2 경로의 배출구는 상기 제1 경로의 배출구 쪽에 위치할 수 있다.
상기 와이어 본딩 장치는 상기 제2 경로의 배출구를 개폐하는 개폐 수단을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 와이어 본딩 방법은, 와이어와 함께 상기 와이어를 피복하는 절연 수지를 함께 공급하여 절연 피복 와이어 본딩을 형성한다.
상기 와이어 본딩 방법은, 상기 와이어가 통과하는 제1 경로와 상기 절연 수지가 통과하는 제2 경로가 내부에서 분리되어 형성되는 캐필러리를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 제2 경로는 상기 제1 경로를 둘러싸면서 형성될 수 있다.
상기 절연 피복 와이어 본딩 후에 상기 절연 수지를 경화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 절연 수지는 폴리 비닐 계열 수지 또는 폴리 아미드 이미드 계열 수지를 포함할 수 있다.
상기 와이어는 금, 알루미늄, 구리, 은, 니켈 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 와이어 본딩 장치 및 이를 이용한 와이어 본딩 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 와이어 본딩 장치(10)를 도시한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 와이어 본딩 장치(10)에는 와이어(30)와 절연 수지(40)가 공급되는 캐필러리(20)가 이동 가능하게 장착된다.
이를 좀더 상세하게 설명하면, 평면으로 이동할 수 있는 테이블(12) 위에 본딩 헤드(14)가 고정되고 이 본딩 헤드(14)에는 상하로 이동될 수 있는 상하 이동 기구(16)가 고정된다. 이 상하 이동 기구(16)에 캐필러리(20)가 장착되는 암(18)과, 와이어(30)를 협지하는 클램프(24)가 장착되는 클램프 지지체(22)가 고정된다. 그리고 상기 본딩 헤드(14)에는 와이어(30)가 감겨져 있는 와이어 스풀(32)을 지지하는 스풀 지지체(도시하지 않음)와, 와이어(30)에 에어텐션을 부여하는 텐션기구(26)가 고정된다. 또한, 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치(10)에는 절연 수지(40)가 담긴 절연 공급 탱크(42)가 구비된다.
본 실시예에서 캐필러리(20)는 평면으로 이동하는 테이블(12)과 상하로 이동하는 상하 이동 기구(16)에 의해 원하는 위치로 원활하게 이동된다. 그리고 클램프(24)에 의해 와이어(30)의 이동이 조절된다. 즉 클램프(24)를 닫아 와이어(30)를 고정시키거나 클램프(24)를 열어 와이어(30)를 캐필러리(20)로 공급한다. 그리고 절연 수지(40)는 절연 공급 탱크(42)로부터 캐필러리(20)로 공급된다.
이하에서는 전술한 와이어(30)와 절연 수지(40)가 공급되는 캐필러리(20)를 도 2 및 도 3을 참조하여 좀더 상세하게 설명한다.
도 2는 도 1의 캐필러리(20)를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 3은 도 1의 캐필러리를 잘라서 본 종단면도이다.
본 실시예에 따른 캐필러리(20)의 내부에는 와이어(30)가 통과하는 제1 경 로(202)와 절연 수지(40)가 통과하는 제2 경로(204)가 서로 분리되어 형성된다. 이와 같이 본 실시예에서는 와이어(30)가 통과하는 제1 경로(202)와 절연 수지(40)가 통과하는 제2 경로(204)가 캐필러리(20) 내부에서 분리되어 형성되므로, 와이어(30)가 통과하는 제1 경로(202) 내부에 이물질이 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
여기서 제1 경로(202)는 와이어(30)의 형상에 대응하도록 원형의 평면 형상을 가질 수 있고, 제2 경로(204)는 이러한 제1 경로(202)를 둘러싸는 환형의 평면 형상을 가질 수 있다. 이와 같이 제2 경로(204)가 제1 경로(202)를 둘러싸며 형성되므로 와이어(30)의 표면 전체에 절연 수지(40)가 고르게 피복될 수 있다.
와이어(30)는 제1 경로(202)의 입구(202a)로 삽입되어 제1 경로(202)를 통해 제1 경로(202)의 배출구(202b)로 배출된다. 마찬가지로 절연 수지(40)는 제2 경로(204)의 입구(204a)로 유입되어 제2 경로(204)를 통해 제2 경로(204)의 배출구(204b)로 배출된다. 제2 경로(204)의 배출구(204b)는 제1 경로(202)의 배출구(202b) 쪽으로 형성되어, 와이어(30)가 제1 경로(202)의 배출구(202b)로 배출될 때 와이어(30)에 절연 수지(40)가 고르게 피복될 수 있도록 한다.
이 때, 제2 경로(204)의 배출구(204b)에 이 배출구(204b)를 개폐할 수 있는 개폐 수단(206)이 형성된다.
본 실시예에서 개폐 수단(206)은 제2 경로(204)의 배출구(204b)를 막는 위치에 형성되며, 절연 물질(40)이 배출되어야 할 때, 즉 와이어 본딩으로 접속되는 두 본딩부들 사이에서 와이어(30)가 배출될 때 제2 경로(204)의 배출구(204b) 아래로 이동하여 절연 물질(40)이 배출될 수 있도록 한다(도 4c 참조). 절연 물질(40)이 더 이상 배출되지 않아야 할 때는 이 개폐 수단(206)이 스프링(도시하지 않음) 등에 의하여 다시 위로 이동하여 제2 경로(204)의 배출구(204b)를 막아, 절연 물질(40)이 배출될 수 없도록 한다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명에는 제2 경로(204)의 배출구(204b)를 개폐할 수 있는 다양한 구조의 개폐 수단(206)이 적용될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
이러한 와이어 본딩 장치(10)의 작용 및 이에 따른 와이어 본딩 방법을 도 4a 내지 도 4e를 참조하여 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 와이어 본딩 방법의 각 공정들을 도시한 공정도이다.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 와이어(30)의 단부에 와이어 볼(30a)을 형성한다.
이를 좀더 상세하게 설명하면, 먼저 제1 경로(202)에 와이어(30)가 공급되며 제2 경로(204)에 절연 수지(40)가 공급된 캐필러리(20)를 테이블(도 1의 참조부호 12 참조)과 상하 이동 수단(도 1의 참조부호 16 참조)을 이용하여 제1 본딩부(50a)의 상부로 이동시킨다. 그리고 개폐 수단(206)이 제2 경로(204)의 배출구(204b)를 막아 절연 수지(40)가 흐를 수 없는 상태에서 EFO(electronic flame off)를 가해 고온의 열을 발생시켜 와이어(30)의 단부를 녹여 와이어 볼(30a)을 형성한다.
이 때 와이어(30)는 금, 알루미늄, 구리, 은, 니켈 및 이들의 합금을 포함할 수 있다. 와이어(30)는 와이어 본딩이 이루어지는 본딩부와 동일한 물질로 이루어 지는 것이 바람직하며, 일례로 와이어(30)가 금 및 이의 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고 절연 수지(40)로는 와이어(30)를 피복할 수 있으며 전기적 쇼트를 방지할 수 있는 다양한 수지가 적용될 수 있는데, 일례로 액상의 폴리 비닐 계열 수지 또는 폴리 아미드-이미드 계열의 수지를 포함할 수 있다. 절연 수지(40)의 성분을 조절하여 적절한 점성을 가지도록 하는 것이 바람직하다.
이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 와이어 볼(30a)을 제1 본딩부(50a)에 가압하는 볼 본딩을 시행하여 와이어 볼(30a)을 제1 본딩부(50a)에 접속한다.
전술한 와이어 볼(30a)을 형성하는 단계 및 와이어 볼(30a)을 제1 본딩부(50a)에 접속하는 단계에서는 개폐 수단(206)으로 제2 경로(204)의 배출구(204b)를 막아, 와이어 볼(30a)에 절연 수지(40)가 도포되지 않도록 함으로써 와이어 볼(30a)과 제1 본딩부(50a)와의 결합력이 저하되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이어서 도 4c에 도시된 바와 같이, 클램프(24)가 열린 상태에서 캐필러리(20)를 이동시켜 캐필러리(20)를 제2 본딩부(50b)의 상부까지 이동시킨다. 캐필러리(20)가 이동하는 동안에는 개폐 수단(206)을 열어 와이어(30)의 표면으로 절연 수지(40)가 피복될 수 있도록 한다. 이에 따라 절연 수지(40)가 와이어(30)의 표면에 피복된 절연 피복 와이어 본딩이 이루어진다.
이어서 도 4d에 도시된 바와 같이, 초음파를 인가하면서 와이어(30)를 제2 본딩부(50b) 위에 가압하는 스티치 본딩을 시행하여 제2 본딩부(50b)에 와이어(30)를 접속시킨다. 이 때에는 개폐 수단(206)으로 제2 경로(204)의 배출구(204b)를 막 아 더 이상 절연 수지(40)가 배출되지 않도록 한다. 그리고 클램프(24)가 열려진 상태에서 캐필러리(20)가 위쪽으로 상승한다.
이어서 도 4e에 도시된 바와 같이, 일정 길이의 와이어 테일(30b)이 캐필러리(20) 바깥으로 배출된 후 클램프(24)가 닫히게 된다. 클램프(24)가 닫힌 상태로 캐필러리(20)를 위쪽으로 상승시켜 와이어(30)를 끊음으로써 절연 피복 와이어 본딩을 마무리한다.
본 실시예에서는 피복 절연 와이어 본딩을 수행한 후 가열 또는 자외선 등을 이용하여 와이어에 피복된 절연 수지를 경화할 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 이 외의 다양한 방법이 적용될 수 있음은 물론이다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 와이어 본딩 방법에서는 와이어(30)와 함께 이 와이어(30)를 둘러싸는 절연 수지(40)를 함께 공급하여 절연 피복 와이어 본딩을 수행한다. 이에 따라 와이어 본딩을 이루는 와이어들이 접촉되어 발생하는 전기적 쇼트 현상을 방지할 수 있으며, 와이어 본딩을 이루는 와이어의 기계적 강도를 증가시켜 에폭시 몰딩을 하거나 외부 충격에 의해 와이어가 절단되는 현상도 방지할 수 있다. 또한, 절연 수지(40)를 와이어(30)에 피복하여 와이어(30)에 수분이 침투하는 문제를 방지할 수 있다.
더욱이 이러한 절연 피복 와이어 본딩은 새로운 설비를 도입할 필요 없이 기존 설비에 본 실시예에 따른 캐필러리(20)를 적용함으로써 간단하게 수행될 수 있다. 즉 새로운 설비 도입 또는 공정 변경에 따른 부담 없이 절연 피복 와이어 본딩이 가능하다.
상기 도면 및 설명에서 본딩 와이어 장치는 다양한 실시예 중에 하나를 제시한 것이므로 일부 구성을 포함하지 않거나 다른 구성을 더 포함하는 와이어 본딩 장치가 본 발명에 적용될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
즉 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치에 따르면, 와이어가 통과하는 제1 경로와 절연 수지가 통과하는 제2 경로가 캐필러리 내부에서 분리되어 형성되어 와이어가 배출되기 전에 와이어가 오염되는 것을 방지할 수 있으며, 제2 경로의 배출구를 제1 경로의 배출구 쪽에 위치시켜 와이어가 배출될 때는 절연 수지를 와이어 표면에 원활하게 피복할 수 있다.
이 때, 제2 경로가 제1 경로를 둘러싸며 형성되므로 와이어의 표면 전체에 절연 수지를 고르게 피복할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 와이어 본딩 방법에 따르면, 와이어와 함께 절연 수지를 함께 공급하여 와이어의 표면에 절연 수지가 피복된 절연 피복 와이어 본딩을 수행할 수 있다. 이에 따라 와이어들이 접촉되어 발생하는 전기적 쇼트를 방지할 수 있다. 그리고 절연 수지를 피복하여 와이어의 기계적 강도를 증가시켜 에폭시 몰딩 또는 외부 충격 등에 의해 와이어가 끊어지는 등의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 절연 수지에 의해 와이어에 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 와이어 본딩 방법이 적용된 최종 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며 이 최종 제품을 고집적화, 고밀도화할 수 있다.
더욱이 이러한 본딩 방법은 새로운 설비를 도입할 필요가 없으며 기존 설비에 본 발명에 따른 캐필러리를 적용함으로써 간단하게 수행될 수 있다.
그리고 개폐 수단을 이용하여 와이어 볼에는 절연 수지가 도포되지 않도록 하여 절연 수지가 와이어 볼과 이 와이어 볼이 접속되는 본딩부의 결합력을 저하시키는 것을 방지할 수 있다.

Claims (11)

  1. 와이어가 통과하는 제1 경로와 절연 수지가 통과하는 제2 경로가 내부에서 분리되어 형성되는 캐필러리
    를 포함하는 와이어 본딩 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 경로는 상기 제1 경로를 둘러싸면서 형성되는 와이어 본딩 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 경로의 평면 형상은 환형인 와이어 본딩 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 경로의 배출구가 상기 제1 경로의 배출구 쪽에 위치하는 와이어 본딩 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 경로의 배출구를 개폐하는 개폐 수단을 더 포함하는 와이어 본딩 장치.
  6. 와이어 본딩 방법에 있어서,
    와이어와 함께 상기 와이어를 피복하는 절연 수지를 함께 공급하여 절연 피복 와이어 본딩을 형성하는 와이어 본딩 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 와이어 본딩 방법은, 상기 와이어가 통과하는 제1 경로와 상기 절연 수지가 통과하는 제2 경로가 내부에서 분리되어 형성되는 캐필러리를 이용하여 수행되는 와이어 본딩 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 경로는 상기 제1 경로를 둘러싸면서 형성되는 와이어 본딩 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 절연 피복 와이어 본딩 후에 상기 절연 수지를 경화하는 단계를 더 포함하는 와이어 본딩 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 절연 수지는 폴리 비닐 계열 수지 또는 폴리 아미드 이미드 계열 수지를 포함하는 와이어 본딩 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 와이어는 금, 알루미늄, 구리, 은, 니켈 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 물질을 포함하는 와이어 본딩 방법.
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