KR20100008880A - 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어접합부 보강방법 - Google Patents

반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어접합부 보강방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체칩과 리드프레임 간에 와이어를 접합함에 있어 특히 리드프레임의 와이어 접합부를 견고히 할 수 있도록 함으로써 리드프레임의 와이어 접합부가 외부로부터의 물리적 충격 또는 사용 과정에서의 부하에 의해 단선되는 것을 방지할 수 있도록 하는 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법은,
도전성 와이어(10)를 내장하는 캐필러리(20) 첨단에 고전압 스파크를 가하여 와이어(10) 선단이 볼 형태가 되도록 한 상태에서 볼 형태의 와이어(10) 선단을 반도체칩(30)의 접합패드(31) 상면으로 이동하여 와이어(10)에 초음파와 열을 가하면서 접합패드(31) 상면에 압착함으로써 볼 형태의 와이어(10) 선단을 반도체칩(30)의 접합패드(31)에 접합하는 와이어 1차접합단계(S1)와, 볼 형태의 와이어(10) 선단이 반도체칩(30)의 접합패드(31)에 접합된 상태에서 캐필러리(20)를 리드프레임(40)의 상면으로 이동하여 와이어(10)에 초음파와 열을 가하면서 리드프레임(40) 상면에 압착함으로써 캐필러리(20) 첨단부의 와이어(10)를 리드프레임(40) 상면 일 지점에 접합하는 와이어 2차접합단계(S2)를 포함하되,
상기 와이어 1차접합단계와 와이어 2차접합단계 이후에 와이어 2차접합단 계(S2)에 의한 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a) 상면에 열경화성 에폭시수지를 바인더로 하되 도전성 금속분말이 교반된 도전성 접착제(50)를 볼 형태로 하여 도팅하는 도전성 접착제 도팅단계(S3)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
접합부, 보강, 반도체칩, 리드프레임, 와이어, 캐필러리, 초음파, 열, 압착, 접합패드, 접착제, 에폭시수지, 금속분말, 도팅

Description

반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법 { reinforcement method for wire bonding part of lead frame }
본 발명은 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체칩과 리드프레임 간에 와이어를 접합함에 있어 특히 리드프레임의 와이어 접합부를 견고히 할 수 있도록 함으로써 리드프레임의 와이어 접합부가 외부로부터의 물리적 충격 또는 사용 과정에서의 부하에 의해 단선되는 것을 방지할 수 있도록 하는 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에 관한 것이다.
반도체 패키지 제조공정에서 반도체칩과 리드프레임 사이에는 회로의 전기적 연결을 위한 배선의 설치가 뒤따르게 된다.
이와 같은 반도체칩과 리드프레임 간의 전기적 연결을 위한 배선으로 최근에는 반도체칩과 리드프레임 사이에 도전성 와이어를 접합함으로써 와이어를 통해 반도체칩과 리드프레임 간에 전기적 연결이 이루어지도록 하고 있다.
한편, 반도체칩과 리드프레임 간의 와이어 접합은 도전성 와이어를 내장하는 캐필러리 첨단부의 와이어 선단을 반도체칩의 접합패드 상면으로 이동하여 와이어 에 초음파와 열을 가하면서 압착함으로써 와이어 선단을 반도체칩의 접합패드에 1차접합한 이후 와이어 선단이 반도체칩의 접합패드에 1차접합된 상태에서 캐필러리를 리드프레임의 상면으로 이동하여 와이어에 초음파와 열을 가하면서 캐필러리를 리드프레임 상면으로 하강시켜 반도체칩의 접합패드에 1차접합된 와이어 선단으로부터 이어지는 캐필러리 첨단부의 와이어를 리드프레임 상면 일 지점에 2차접합하여 이루어지는 것이 일반적이었다.
이와 같은 기존의 반도체칩과 리드프레임 간의 와이어 본딩은 와이어를 통해 반도체칩과 리드프레임을 전기적으로 연결할 수 있도록 하는 것이었으나 와이어가 볼 형태를 이루어 접합되는 반도체칩의 와이어 접합부에 비해 와이어가 뭉개지며 접합되는 리드프레임의 와이어 접합부가 극히 취약하여 외부로부터 충격 또는 사용 과정에서 부하에 의해 리드프레임의 와이어 접합부에서 빈번하게 단선이 유발되는 문제가 있었다.
이와 같은 리드프레임의 와이어 접합부 단선 방지를 위하여 해당 업계에서는 반도체칩과 리드프레임 간에 와이어를 접합할 때 이전에 비해 직경이 큰 와이어를 사용함으로써 리드프레임의 와이어 접합부를 보강하여 왔다.
그러나 이전에 비해 직경이 큰 와이어를 사용함으로써 리드프레임의 와이어 접합부 단선을 방지하도록 하는 상기의 방법은 리드프레임의 와이어 접합부가 여전히 뭉개지는 것이어서 리드프레임 와이어 접합부에서의 단선 방지 효과가 기대치에 미치지 못할 뿐 아니라 와이어의 직경이 커짐에 따라 제조 원가가 상승되는 문제가 있었던 바, 해당 업계에서는 새로운 반도체칩과 리드프레임 간의 와이어 접합방법 및 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법을 제시하고 있으나, 현재까지에는 만족할 만한 성과를 얻지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 안출한 것으로, 반도체칩과 리드프레임 간에 와이어를 접합함에 있어 리드프레임의 와이어 접합부를 견고히 할 수 있도록 함으로써 리드프레임의 와이어 접합부가 외부로부터의 물리적 충격 또는 사용 과정에서의 부하에 의해 단선되는 것을 방지할 수 있도록 하는 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법은,
도전성 와이어를 내장하는 캐필러리 첨단에 고전압 스파크를 가하여 와이어 선단이 볼 형태가 되도록 한 상태에서 볼 형태의 와이어 선단을 반도체칩의 접합패드 상면으로 이동하여 와이어에 초음파와 열을 가하면서 압착함으로써 볼 형태의 와이어 선단을 반도체칩의 접합패드에 접합하는 와이어 1차접합단계와, 볼 형태의 와이어 선단이 반도체칩의 접합패드에 접합된 상태에서 캐필러리를 리드프레임의 상면으로 이동하여 와이어에 초음파와 열을 가하면서 리드프레임 상면에 압착함으로써 캐필러리 첨단부의 와이어를 리드프레임 상면 일 지점에 접합하는 와이어 2차접합단계를 포함하되,
상기 와이어 1차접합단계와 와이어 2차접합단계 이후에 와이어 2차접합단계 에 의한 리드프레임의 와이어 접합부 상면에 열경화성 에폭시수지를 바인더로 하되 도전성 금속분말이 교반된 도전성 접착제를 볼 형태로 하여 도팅하는 도전성 접착제 도팅단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법은 리드프레임의 와이어 접합부에 도전성 접착제가 볼 형태로 도팅되는 것이어서 리드프레임의 와이어 접합부에 볼 형태로 도팅되는 도전성 접착제로 인하여 리드프레임의 와이어 접합부의 보강이 이루어질 수 있게 되는 것이므로 이전에 비해 직경이 큰 와이어로써 접합하지 않더라도 외부로부터의 물리적 충격에 의한 리드프레임의 와이어 접합부 단선을 방지할 수 있게 되는 것인 바, 제조 공정에서의 반도체 패키지의 불량 발생률을 줄일 수 있게 될 뿐만 아니라 제조 원가를 절감할 수 있게 되는 것이다.
이하, 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법의 공정을 보인 순서도이고, 도 2는 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에서 와이어 1차접합단계 이후의 반도체칩의 와이어 접합부를 보인 정단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에서 와이어 2차접합단계 이후의 리드프레임의 와이어 접합부를 보인 정단면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에서 도전성 접착제 도팅단계 이후의 리드프레임의 와이어 접합부를 보인 정단면도이며, 도 5는 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에서 스탬핑팁으로써 도전성 접착제를 도팅하는 상태를 설명하기 위한 개략도이고, 도 6은 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에서 디스펜싱니들로써 도전성 접착제를 도팅하는 상태를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 접합부 보강방법은 와이어 1차접합단계(S1)와, 와이어 2차접합단계(S2)와, 도전성 접착제 도팅(dotting)단계(S3)로 이루어진다.
상기 와이어 1차접합단계(S1)는 도전성 와이어(10)를 내장하는 캐필러리(20) 첨단에 고전압 스파크를 가하여 와이어(10) 선단이 볼 형태가 되도록 한 상태에서 볼 형태의 와이어(10) 선단을 반도체칩(30)의 접합패드(31) 상면으로 이동하여 와이어(10)에 초음파와 열을 가하면서 접합패드(31) 상면에 압착함으로써 도 2에 도시된 바와 같이 볼 형태의 와이어(10) 선단을 반도체칩(30)의 접합패드(31)에 접합하는 것이다.
이와 같은 와이어 1차접합단계(S1)에서 와이어(10)에 초음파와 열을 가하는 수단으로는 초음파진동자(도면상에는 표시하지 않았음)와 전극(도면상에는 표시하지 않았음)이 이용된다.
초음파진동자와 전극으로써 와이어(10)에 초음파와 열을 가하는 것은 해당 분야에서 익히 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하는 바이다.
상기 와이어 2차접합단계(S2)는 볼 형태의 와이어(10) 선단이 반도체칩(30)의 접합패드(31)에 접합된 상태에서 캐필러리(20)를 리드프레임(40)의 상면으로 이동하여 와이어(10)에 초음파와 열을 가하면서 리드프레임(40) 상면에 압착함으로써 도 3에 도시된 바와 같이 반도체칩(30)의 접합패드(31)에 접합된 와이어(10) 선단으로부터 이어지는 캐필러리(20) 첨단부의 와이어(10)를 리드프레임(40) 상면 일 지점에 접합하는 것이다.
이와 같은 와이어 2차접합단계(S2)에서도 와이어(10)에 초음파와 열을 가하는 수단으로는 초음파진동자(도면상에는 표시하지 않았음)와 전극(도면상에는 표시하지 않았음)이 이용되는데, 초음파진동자와 전극으로써 와이어에 초음파와 열을 가하는 것은 상기에서 밝힌 바와 같이 해당 분야에서 익히 알려진 기술이므로 상세한 설명은 생략하는 바이다.
상기 도전성 접착제 도팅단계(S3)는 상기 2차 와이어접합단계(S2)에 의한 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a) 상면에 도 4에 도시된 바와 같이 열경화성 에폭시수지를 바인더로 하되 도전성 금속분말이 교반된 도전성 접착제(50)를 볼 형태 로 하여 도팅하는 것이다.
이때, 도전성 접착제 도팅단계(S3)에서 도전성 접착제(50)는 열경화성 에폭시수지 20-25중량%, 은(Ag) 또는 구리(Cu) 분말 75-80 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에서 도전성 접착제 도팅단계(S3)는 도 5에 도시된 바와 같이 스탬핑팁(stamping tip)(60)으로써 실시가 가능하다.
스탬핑팁(60)으로써 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 도전성 접착제(50)를 도팅하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
스탬핑팁(60)으로써 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 도전성 접착제(50)를 도팅 하고자 하는 경우 도전성 접착제(50)를 디스크폿(disk-pot)(61)에 담아 스탬핑팁(60)으로써 디스크폿(61)에 담긴 도전성 접착제(50)를 찍어 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a) 상면에 도팅하게 된다.
이때, 디스크폿(61)은 회전이 이루어지는 것임이 바람직하다.
스탬핑팁(60)은 기계적으로 동일 구간의 이동을 반복하게 되는데, 디스크폿(61)이 고정된 상태일 경우 스탬핑팁(60)은 매번 디스크폿(61)의 일 지점으로 하강하게 된다.
이와 같은 상황에서는 스탬핑팁(60)이 최초 하강에 의해 디스크폿(61)에 담긴 도전성 접착제(50)를 찍는 경우에는 별문제가 없으나 스탬핑팁(60)이 재차 하강하여 디스크폿(61)에 담긴 도전성 접착제(50)를 찍는 경우에는 스탬핑팁(60)이 이 전에 도전성 접착제(50)가 찍혀 나간 지점으로 또다시 하강하게 되어 스탬핑팁(60)으로써 도전성 접착제(50)를 찍을 수 없게 되므로 연속적으로 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 도전성 접착제(50)를 도팅할 수 없게 된다.
그러나 스탬핑팁(60)으로써 도전성 접착제(50)를 찍어 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 도전성 접착제(50)를 도팅하고자 할 때 디스크폿(61)을 회전 가능한 상태로 경우에는 스탬핑팁(60)이 동일 구간의 이동을 반복한다 하더라도 시간차에 의해 스탬핑팁(60)이 디스크폿(61)에 담긴 도전성 접착제(50)를 찍는 부위가 매번 달라지므로 스탬핑팁(60)으로써 디스크폿(61)에 담긴 도전성 접착제(50)를 연속적으로 찍어내어 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 도전성 접착제(50)를 도팅할 수 있게 되는 것이다.
한편, 상기의 과정에서 스탬핑팁(60)에 찍힌 도전성 접착제(50)는 자체가 갖는 점성에 의해 스탬핑팁(60) 첨단에서 볼 형태가 되어 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 최대 250㎛ 두께로 도팅이 이루어지게 되는 것이고, 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 도팅된 도전성 접착제(50)는 오븐 또는 핫플레이트에 의해 60분간 180℃로 가열되어 열경화에 의해 도팅 상태로 굳게 되는 것이다.
그리고 본 발명에서 도전성 접착제 도팅단계(S3)는 도 6에 도시된 바와 같이 디스펜싱니들(dispensing needle)(70)로써도 실시가 가능하다.
디스펜싱니들(70)로써 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 도전성 접착제(50)를 도팅하는 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
디스펜싱니들(70)로써 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 도전성 접착제(50)를 도팅 하고자 하는 경우 도전성 접착제(50)를 디스펜싱니들(70)에 마련된 실린지(71)에 주입한 상태에서 실린지(71)에 주입된 도전성 접착제(50)를 디스펜싱니들(70)의 첨단 외부로 밀어 디스펜싱니들(70) 첨단 외부로 밀려나온 도전성 접착제(50)로써 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 도팅하게 된다.
이때, 실린지(71)에는 압력 컨트롤러(72)가 설치되는 것이 바람직하다.
실린지(71)에 담긴 도전성 접착제(50)를 임의의 압을 가해 디스펜싱니들(70) 첨단 외부로 밀어 디스펜싱니들(70) 첨단 외부로 밀려나온 도전성 접착제(50)로 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a) 상면에 도팅할 경우 도전성 접착제(50)의 도팅량이 일정하지 못하여 도팅 상태가 고르지 못할 수 있다.
그러나 실린지(71)에 압력 컨트롤러(72)를 설치하여 압력 컨트롤러(72)로써 실린지(71)에 담긴 도전성 접착제(50)를 일정한 압을 가해 디스펜싱니들(70) 첨단 외부로 밀어 디스펜싱니들(70) 첨단 외부로 밀려나온 도전성 접착제(50)로 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a) 상면에 도팅할 경우 도전성 접착제(50)의 도팅량이 매번 일정하게 유지될 수 있게 되므로 균일한 도팅 상태를 확보할 수 있게 된다.
한편, 상기의 과정에서 디스펜싱니들(70) 외부로 밀려난 도전성 접착제(50)는 스탬핑팁(60)으로써 도전성 접착제(50)를 도팅하는 경우와 마찬가지로 자체가 갖는 점성에 의해 디스펜싱니들(70) 첨단에서 볼 형태가 되어 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 최대 250㎛ 두께로 도팅이 이루어지게 되는 것이고, 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)에 도팅된 도전성 접착제(50)는 오븐 또는 핫플레이트 에 의해 60분간 180℃로 가열되어 열경화에 의해 도팅 상태로 굳게 되는 것이다.
본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법은 상기와 같은 스탬핑팁(60) 또는 디스펜싱니들(70)을 통한 도전성 접착제(50)의 도팅에 의해 리드프레임(40)의 와이어 접합부(40a)의 보강이 이루어지는 것인 바, 외부로부터의 물리적 충격 또는 사용 과정에서의 부하로 인한 리드프레임(40)의 와어어 접합부(40a)에서의 단선을 방지할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하므로 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 안에서 변경 가능한 것이며, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법의 공정을 보인 순서도
도 2는 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에서 와이어 1차접합단계 이후의 반도체칩의 와이어 접합부를 보인 정단면도
도 3은 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에서 와이어 2차접합단계 이후의 리드프레임의 와이어 접합부를 보인 정단면도
도 4는 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에서 도전성 접착제 도팅단계 이후의 리드프레임의 와이어 접합부를 보인 정단면도
도 5는 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에서 스탬핑팁으로써 도전성 접착제를 도팅하는 상태를 설명하기 위한 개략도
도 6은 본 발명에 의한 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법에서 디스펜싱니들로써 도전성 접착제를 도팅하는 상태를 설명하기 위한 개략도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 와이어 20 : 캐필러리
30 : 반도체칩 31 : 접합패드
40 : 리드프레임 40a : 와이어 접합부
50 : 도전성 접착제 60 : 스탬핑팁
61 : 디스크폿 70 : 디스펜싱니들
71 : 실린지 72 : 압력컨트롤러
S1 : 와이어 1차접합단계 S2 : 와이어 2차접합단계
S3 : 도전성 접착제 도팅단계

Claims (4)

  1. 도전성 와이어를 내장하는 캐필러리 첨단에 고전압 스파크를 가하여 와이어 선단이 볼 형태가 되도록 한 상태에서 볼 형태의 와이어 선단을 반도체칩의 접합패드 상면으로 이동하여 와이어에 초음파와 열을 가하면서 압착함으로써 볼 형태의 와이어 선단을 반도체칩의 접합패드에 접합하는 와이어 1차접합단계와, 볼 형태의 와이어 선단이 반도체칩의 접합패드에 접합된 상태에서 캐필러리를 리드프레임의 상면으로 이동하여 와이어에 초음파와 열을 가하면서 리드프레임 상면에 압착함으로써 캐필러리 첨단부의 와이어를 리드프레임 상면 일 지점에 접합하는 와이어 2차접합단계를 포함하되,
    상기 와이어 1차접합단계와 와이어 2차접합단계 이후에 와이어 2차접합단계에 의한 리드프레임의 와이어 접합부 상면에 열경화성 에폭시수지를 바인더로 하되 도전성 금속분말이 교반된 도전성 접착제를 볼 형태로 하여 도팅하는 도전성 접착제 도팅단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 접착제 도팅단계는 회전이 이루어지는 디스크폿으로부터 도전성 접착제를 찍어오는 스탬핑팁에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 접착제 도팅단계는 도전성 접착제가 담긴 실린지에 압력 컨트롤러가 마련된 디스펜싱니들에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법.
  4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전성 접착제 도팅단계에서 도전성 접착제는 열경화성 에폭시수지 20-25중량%, 은(Ag) 또는 구리(Cu) 분말 75-80 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체칩과 와이어로써 연결되는 리드프레임의 와이어 접합부 보강방법.
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