KR20100004943U - 반도체 와이어 본딩을 위한 와이어 텐셔너 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 와이어 텐셔너(Wire Tensioner) 재질을 절연 물질로 변경하여 와이어 텐셔너에 전류 통전 시 접촉 저항이 감소됨으로써 본드 완전성 테스트 시스템에서의 거짓 에러(False Error) 발생을 방지하고 와이어의 오염을 최소화하는 와이어 본딩 장비에 관한 것이다.

Description

반도체 와이어 본딩을 위한 와이어 텐셔너{Wire Tensioner for Wire Bonding of Semiconductor}
본 고안은 반도체 와이어 본딩 장비에 관한 것으로, 특히 와이어 본딩 공정에서 수율을 높일 수 있는 반도체 와이어 본딩 장비 내 와이어 텐셔너에 관련된 기술이다.
일반적으로 반도체 칩 패키지 조립 공정은 집적회로가 형성되어 있는 웨이퍼를 각각의 반도체 칩으로 분리하는 웨이퍼 소잉(wafer sawing) 공정, 각 반도체 칩을 리드 프레임에 소정의 접착 수단을 사용하여 고정하는 다이 어태치(die attach) 공정, 반도체 칩의 본딩 패드와 리드 프레임의 리드를 도전성 금속세선을 사용하여 전기적으로 연결하는 와이어 본딩(wire bonding) 공정, 리드 프레임의 필요없는 부분들을 절단하여 제거하고 외부 접속 단자를 고정할 수 있도록 굴곡하는 트림/포밍(trim/forming) 공정, 반도체 칩의 전기적 기능을 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 에폭시계 성형 수지를 이용하여 봉지하는 몰딩(molding) 공정, 성형이 완료된 반도체 칩 패키지를 전기적 기능을 여러 가지 측면에서 검증하는 테스트(test) 공정 및 패키지 제품의 정보를 패키지 외관에 표시하는 마킹(marking) 공 정 등을 포함하고 있으며, 이 밖에도 부수적으로 여러 가지 공정을 추가적으로 갖고 있다.
이와 같은 반도체 칩 패키지 조립 공정 중 와이어 본딩 공정은 반도체 칩으로부터의 전기적 신호들이 외부 접속 단자를 통하여 흐를 수 있도록 하기 위하여 반도체 칩의 본딩패드와 그에 대응되는 리드의 내측 말단을 연결하는 중요한 공정이다. 이에 사용되는 도전성 금속세선은 매우 얇기 때문에 공정을 진행하기 위한 설비들은 매우 정밀함을 요하게 된다.
더욱이, 반도체 칩 패키지 기술이 경박 단소화와 고집적화로 진행되는 추세이기 때문에 와이어 본딩에 이용되는 장비의 중요성은 한층 더해가고 있다. 이러한 추세에 있어서 와이어 본딩 공정에 사용하고 있는 와이어 본딩 장비는 보다 안정적이고 정확한 동작의 진행을 위하여 많은 개선이 필요하다.
여기서, 와이어 본딩을 위한 장비(이하, 와이어 본더라 칭함)에 대한 구성은 다음과 같다.
와이어가 인출 가능하게 감겨져 있는 와이어 피딩부 즉, 와이어 스풀 홀더 어셈블리, 와이어의 피딩 방향을 캐필러리(capillary) 방향으로 전환해주는 디버팅 로드 및 안내해주는 에어 가이드, 와이어의 장력을 조절해주는 텐셔너, 자재에 대한 와이어의 최종 공급 경로가 되는 미세한 직경의 관통홀이 형성된 캐필러리, 높은 전압을 걸어주어 그 전압이 캐필러리 하단으로 인출된 와이어에 방전되게 하여 볼 형상으로 만들어 주는 EFO 완드 등을 포함하여 구성되어 있다. 따라서, 상기 캐필러리의 연속적 구분 동작에 의하여 반도체 칩의 본딩패드에 행하는 볼 본딩(1차 본딩이라고도 함)과 기판의 본딩 영역에 행하는 스티지 본딩(2차 본딩이라고도 함)이 실시된다. 한편, 상기 캐필러리의 위쪽에는 1차 및 2차 본딩이 종료된 시점에서 와이어의 인출을 끊어주는 와이어 클램프가 위치되어 있다.
전술한 반도체 와이어 본딩 장비 중 와이어 장력을 조절해주는 텐셔너는 재질이 스테인레스(Stainless) 등의 금속 물질로 만들어진 구조로서, 와이어를 통한 전류 공급 시 금속 재질로 된 텐셔너 내의 접촉 저항이 증가하여 전류의 손실을 가져오며, 이러한 전류 손실로 인한 전위차가 발생하는 것으로 인식된다. 이러한 전류가 손실된 전류 검출 인식으로 정상적인 본딩(Bonding)이 되었음에도 불구하고 거짓 에러 판정을 내림으로써 와이어 본딩 장비의 미작동 시간을 증가시키고 장비 가동율을 감소시키는 문제점이 발생한다.
전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 고안은 와이어 텐셔너(Wire Tensioner) 재질을 절연 물질로 변경하여 와이어 텐셔너에 전류 통전 시 접촉 저항이 감소되면 본드 완전성 테스트 시스템에서의 거짓 에러(False Error) 발생을 방지하고 와이어의 오염을 최소화하는 와이어 본딩 장비를 제공한다.
본 고안은 반도체 와이어 본딩 장비에 있어서 절연 물질로 형성된 와이어 텐셔너를 포함하는 와이어 본딩 장비를 제공한다.
바람직하게는, 상기 절연 물질은 사파이어(Sapphire)를 포함한다.
본 고안은 와이어 텐셔너(Wire Tensioner) 재질을 절연물질로 변경하여 전류 공급 시 접촉 저항을 감소시켜 전류 신호가 접지(Ground)를 통해 빠져 나감으로써 전류 검출 인식이 향상되고 와이어 본딩 장비의 미작동 시간을 감소시킴으로써 장비 가동률이 향상되는 장점이 있다.
이하, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 고안의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 고안의 가장 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과 장된 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급된 경우에 그것은 다른 층 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제 3의 층이 개재될 수도 있다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호가 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
통상적으로 반도체 패키지는 기판(인쇄회로기판, 회로필름, 리드프레임)의 칩 부착영역에 반도체 칩을 실장하는 칩 부착공정과, 상기 반도체 칩의 본딩패드와 기판의 와이어 본딩 영역을 와이어로 연결하는 와이어 본딩 공정과, 반도체 칩과 와이어 등을 외부로부터 보호하기 위하여 실시하는 몰딩 공정등을 필수적으로 거쳐서 제조된다. 여기서, 와이어 본딩을 위한 장비(이하, 와이어 본더라 칭함)에 대한 구성은 다음과 같다.(도 1 참조)
와이어가 인출 가능하게 감겨져 있는 와이어 피딩부 즉, 와이어 스풀 홀더 어셈블리(100), 와이어의 피딩 방향을 캐필러리 방향으로 전환해주는 디버팅 로드(200) 및 안내해주는 에어 가이드(300), 와이어의 장력을 조절해주는 텐셔너(400), 자재에 대한 와이어의 최종 공급 경로가 되는 미세한 직경의 관통홀이 형성된 캐필러리(500), 높은 전압을 걸어주어 그 전압이 캐필러리(500) 하단으로 인출된 와이어에 방전되게 하여 볼 형상으로 만들어 주는 EFO 완드(600) 등을 포함하여 구성되어 있다. 따라서, 상기 캐필러리(500)의 연속적 구분 동작에 의하여 반도체 칩의 본딩패드에 행하는 볼 본딩(1차 본딩이라고도 함)과 기판의 본딩 영역에 행하는 스티지 본딩(2차 본딩이라고도 함)이 실시된다. 한편, 상기 캐필러리(500) 의 위쪽에는 1차 및 2차 본딩이 종료된 시점에서 와이어의 인출을 끊어주는 와이어 클램프(700)가 위치되어 있다.
도 1은 본 고안에 따른 본드 완전성 테스트 시스템을 도시한 도면으로서, 반도체 칩의 본딩 패드와 기판의 와이어 본딩 영역 간에 와이어가 제대로 연결되어 있었는지를 실시간으로 판정해주는 것을 본드 완전성 테스트 시스템(BITS: Bond Integrity Test System)이라 한다. 본드 완전성 테스트 시스템은 자재에 대한 와이어 본딩 공정 중 와이어의 인출이 단락 없이 캐필러리까지 제대로 연출되고 있는지와 와이어 본딩이 제대로 이루어졌는지를 실시간으로 판정해주는 시스템이다.
여기서, 본드 완전성 테스트 시스템에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
와이어 본더의 본드 안전성 테스트 시스템은 와이어 본더 내에 내장되어 있는 BITS보드(10)의 전류 흐름 제어에 의하여 이루어진다.
상기 BITS보드(10)의 전류 흐름 제어를 위하여, 와이어와 접촉하여 저항을 발생시키는 부분(와이어 스폴 홀더 어셈블리(100), 디버팅 로드(200), 와이어 클램프(700))간의 통전 가능한 상태로 연결된다. 즉, BITS보드(10)와 상기 와이어 스풀 폴더 어셈블리(100)가 배선에 의하여 통전 가능하게 연결되고, BITS보드(10)와 상기 디버팅 로드(200)간의 배선에 의하여 통전 가능하게 연결되며, 또한 BITS보드(10)와 상기 와이어 클램프(700)간의 배선에 의하여 통전 가능하게 연결된다.
따라서, 상기 BITS보드(10)에서 각 배선을 통하여 전류를 인가하게 되면, 와이어 스풀 홀더 어셈블리(1O0)의 스풀에 감겨진 와이어(12)로 전류가 흐르게 되고 디버팅 로드(200) 및 이 디버팅 로드(200)와 접촉하는 와이어(12)로 전류가 흐르게 되며 에어 가이드를 통해 와이어의 장력을 조절해 주는 텐셔너(400)로 연결된다. 이때, 텐셔너(400)는 전기적 접촉저항이 발생을 방지하기 위해 절연(Insulation) 물질로 제작되는 것이 바람직하다.
도 2a 및 도 2b는 본 고안에 따른 와이어 본딩 장비의 본드 완전성 테스트 시스템의 회로 연결도로서, 접촉 저항에 따른 전류 검출 원리를 설명해주는 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 텐셔너를 통한 전류는 와이어 클램프(도 1의 700) 및 이 와이어 클램프(도 1의 700)와 접촉하는 와이어로 흐르게 되어 결국 전류는 와이어를 따라 자재의 반도체 칩 또는 기판을 통하여 접지 영역(와이어 본더에 구비됨)으로 흐르게 된다. 이때, 접촉 저항값은 BITS보드(도 1의 10)에서 피드백 신호로 검출하게 되는바, 기준치 범위 내에서는 정상적인 와이어 본딩이 진행되는 것으로 판정하고 기준치 범위 밖이면 와이어 본딩이 제대로 진행되지 않은 것으로 판정하게 된다. 즉, BITS 보드에서 전류가 흘러서 캐필러리(700)를 통하여 칩 또는 접지를 통해 통전이 되면 정상적인 와이어 본딩이 진행되는 것을 의미한다. 이러한 접지를 통해 통전이 되면 양단의 전위차가 발생하지 않기 때문에 정상적인 본딩이 이루어지지만 전류가 칩 또는 접지를 통해 통전이 되지 못하면(금속 재질의 텐셔너 때문에) 전위차가 발생하면서 와이어 본딩이 제대로 진행되지 않은 신호인 오작동으로 판정하게 된다.
하지만, 텐셔너가 절연 물질인 본 고안은 텐셔너를 통과하는 전류에 저항값 이 증가하지 않고 칩 또는 접지를 통해 통전이 되어 양단의 전위차가 발생하지 않고 정상적인 본딩이 이루어지며 정상적인 신호 인식이 가능하다.
아울러 상기와 같은 본 고안의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 실용신안등록청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 실용신안등록청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 고안에 따른 와이어 본딩 장비의 본드 완전성 테스트 시스템을 설명하는 시스템도.
도 2a 및 도 2b는 본 고안에 따른 와이어 본딩 장비의 본드 완전성 테스트 시스템의 회로 연결도로서, 접촉 저항에 따른 전류 검출 원리를 설명해주는 도면.

Claims (2)

  1. 반도체 와이어 본딩 장비에 있어서,
    절연 물질로 형성된 와이어 텐셔너를 포함하는 와이어 본딩 장비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 물질은 사파이어(Sapphire)로 형성하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장비.
KR2020080014732U 2008-11-04 2008-11-04 반도체 와이어 본딩을 위한 와이어 텐셔너 KR20100004943U (ko)

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