KR20100044733A - 다수의 외측 단차를 갖는 와이어 본딩용 캐필러리 툴 - Google Patents

다수의 외측 단차를 갖는 와이어 본딩용 캐필러리 툴 Download PDF

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KR20100044733A
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스몰 프리시젼 툴즈 인코포레이티드
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Abstract

미세 와이어(fine wire)를 기판에 접착하기 위한 본딩 툴(bonding tool)을 제공한다. 이 본딩 툴은 미세 와이어가 관통하여 지나는 동심원의 캐필러리(concentric capillary)를 가진 적어도 실질적인 원통형(cylindrical) 부분과; 끝 부분으로 갈수록 테이퍼링되어 있는 원통형 부분의 한쪽 단부에 형성되며, 자신의 끝 부분에 환형의 챔퍼(annular chamfer)를 갖는 작업용 팁 부분을 포함한다. 동심원의 캐필러리는 작업용 팁의 환형의 챔퍼 안으로 개방되어 있다. 원통형 부분의 직경은 작업용 팁 부분 쪽으로 갈수록 원통형 부분의 길이를 따라 형성된 복수개의 이산 간격(discrete interval)에서 연속적으로 감소되어 있다.

Description

다수의 외측 단차를 갖는 와이어 본딩용 캐필러리 툴{WIRE BONDING CAPILLARY TOOL HAVING MULTIPLE OUTER STEPS}
본 발명은 미세한 와이어를 기판에 접착하기 위한 와이어 본딩 캐필러리 툴에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 고임피던스(high impedance) 값을 가지며 초음파 에너지 전달 컴플라이언스(ultrasonic energy transfer compliancy)에 대해 최적화된 와이어 본딩 캐필러리 툴에 관한 것이다.
인쇄 회로 기판(PCB)은 디지털 장치 및 자동 검사 장비(ATE)의 제조 분야와 범용의 전자 장비 분야에 일반적으로 사용되고 있다. PCB에는 다양한 전자 부품이 장착된다. 이러한 부품의 예로는, 반도체 칩, 집적회로(IC), 저항기, 트랜지스터 및 커패시터 등이 있다. 장착된 부품과 PCB('기판'과 유사한 의미로 사용함) 간의 전기적 접속은, 일반적으로 반도체 패키지 접속 공정의 일부로 취급되고 있으며, 매우 중요한 공정이다. 전기 부품과 PCB 간의 전기적 접속을 적절하게 하지 못했거나 잘못 했을 경우에는, 잘못된 접속으로 인해 장치나 장비의 기능적인 결함이 생기게 된다.
PCB에 일반적으로 장착되는 상기 언급한 부품들 중에서, IC는 가장 중요한 부품 중의 하나로 간주될 수 있다. IC를 PCB에 장착하는 과정에서, 제조업자는 통 상적으로 와이어 본딩(wire bonding), 테이프 자동 본딩(TAB: tape automated bonding), 및 플립칩 장착 방법이라고 하는 3가지 기술을 사용하게 된다. IC를 장착하는 이들 3가지 기술 중에서는, 와이어 본딩이 가장 보편적으로 사용하고 있는 방법이다. 와이어 본딩에서, PCB(또는 기판)에는 복수개의 본딩 패드(bonding pad)가 미리 정해진 패턴대로 포함되어 있다. 전기 리드(electrical lead)를 갖는 IC는 통상적으로 본딩 패드의 미리 정해진 패턴의 중심에 장착되며, IC의 전기 리드가 본딩 패드에 접속된다. IC와 PCB 간의 전기적 접속은 통상적으로 회로의 요건과 본딩 패드의 크기에 따라 대략 10 미크론 내지 대략 20 미크론 범위의 직경(diameter)을 갖는 구리, 금 또는 알루미늄 와이어 중 하나를 사용하여 이루어진다. 와이어는 일반적으로 장착된 IC의 전기 리드의 한쪽 단부에 부착한 다음, 각각의 본딩 패드 쪽으로 인출한 후에, 적절한 본딩 패드에 부착함으로써, 기판과 IC 간의 전기적 접속을 구축한다.
장착된 IC와 각 기판 간의 전기적 접속은, 앞서 설명한 바와 같이, 본딩 툴(bonding tool)에 의해 이루어진다. 본딩 툴은 미세 와이어(fine wire)를 제공하며, 기판의 본딩 패드에 IC의 전기 리드를 전기적으로 접속하기 위해 볼 본딩(ball bonding)으로 알려진 방법을 사용한다. 본딩 툴은 미세 와이어가 관통하여 지나는 캐필러리(capillary)를 포함한다. 캐필러리는 알루미늄 옥사이드, 텅스텐 카바이드, 및 알루미늄 강화 지르콘(aluminum toughened zircon) 등과 같은 세라믹 재료로 이루어지는 것이 일반적이다. 이러한 종래의 와이어 본딩 툴의 예는 미국특허 US6,910,612호에 개시되어 있다. 이 미국 특허공보에는, 내측의 환형 챔퍼(annular chamfer)를 갖는 작업용 팁(working tip)에 결합된 원통형의 축 통로(axial passage)를 갖는 본딩 툴이 개시되어 있다. 환형 챔퍼는 미리 정해진 각도 및 면 길이를 가지며, 본딩 공정 중에 볼 본드(ball bond)를 형성하여야 한다.
와이어 본딩 공정에는, 와이어를 캐필러리를 관통하여 지나도록 하는 과정과, 와이가 캐필러리의 작업용 팁 부분에서 자유 단부 상태가 되도록 하는 과정을 포함한다. 캐필러리의 작업용 팁 부분에서의 와이어의 자유 단부는 와이어 본딩의 형태인 볼 본딩을 위한 볼(ball)을 형성하는 단부이다. 예시적으로, 금으로 된 미세 와이어를 사용하는 경우에, 이 공정은 금 볼 본딩(gold ball bonding)으로 알려져 있다. 금 볼 본딩 공정에서, 캐필러리의 팁 부분에 있는 와이어의 단부를 전자적 플레임 오프(EFO: electronic flame-off)에 의해 용융(melt)함으로써 금 볼(gold ball)을 형성한다. 이 금 볼은 일반적으로 프리-에어 볼(free-air ball)로 알려져 있으며, 와이어 직경보다 1.5배 내지 2.5배 더 큰 직경을 갖는다. 이 프리-에어 볼의 사이즈는 EFO에 의해 조절된다. 프리-에어 볼은 기판의 본딩 패드 또는 장착된 IC의 전기 리드와 접촉시킨다. 프리-에어 볼이 본딩 패드와 접촉하면, 적절한 압력, 열, 및 초음파 파워가 특정의 시간 동안 볼 본딩에 가해져서, 볼과 본딩 패드 사이에 초기의 금속성 용접이 형성되고, 볼 본딩 자체를 최종적인 형태로 변형시킨다. 이후, 와이어를 본딩 패드에 대응하는 전기 리드까지 이어서, 본딩 패드와 전기 리드 간에 점진적인 아크(gradual arc) 또는 "루프"(loop)를 형성한다. 와이어에 압력과 초음파를 인가하여 전기 리드를 가진 제2 본드(웨지 본드 또는 스티치 본드로 알려져 있음)를 형성함으로써, 하나의 본딩 사이클을 완료하게 된다.
초음파 에너지를 인가하는 것과 관련하여, 이러한 에너지의 영향에 의해, 본딩 툴, 특히 캐필러리의 팁 부분이 진동(oscillate)하게 된다. 이에 따라, 볼 본드가 형성된 후에 본딩 툴에 초음파 에너지를 인가하면, 본딩 툴은 사실상 본딩 패드에 대하여 볼 본드를 제거(scrub)한다. 이러한 스크러빙 작용에 의해, 통상적으로 알루미늄으로 된 본딩 패드로부터 알루미늄 옥사이드와 같은 산화물과 잔재물(debris)을 제거한다. 이러한 스크러빙 작용에 의해 본딩 패드의 깨끗한 표면이 노출된다. 볼 본드와 본딩 패드 간의 금속성의 본드 또는 용접은 초음파 에너지를 계속해서 인가함으로써 더욱 강화되고, 볼 본드와 본딩 패드가 서로에 대해 소형 변형(plastic deformation)된다. 서로에 대한 금속의 변형과 물리적인 접촉 외에, 볼 본드와 본딩 패드의 금속 원자의 동반 확산(inter-diffusion)이 생겨서, 금속성 본드를 더 강화시킨다. 일반적으로, 본드의 신뢰성은 발생되는 동반 확산의 레벨에 따라 증가한다. 동반 확산이 충분하지 못하게 되는 가장 일반적인 이유는, 본딩 패드의 표면상에, 산화물, 에칭되지 않은 유리, 실리콘 절삭 파편, 및 공정 잔류물 등과 같은 이물질 또는 오염물질이 존재하기 때문이다. 신뢰성 있는 본드를 달성하기에 충분한 초음파 에너지를 인가하는 중요성은, 오염물질이 없는 본딩 패드를 제공할 필요성에 의해 더욱 강조된다.
현재, 반도체 산업 분야에서, 예컨대 낮은 절연 상수(낮은 K값을 가짐)를 가진 물질 등과 같은 고감도 금속성(sensitive metallization)의 재료를 사용하고자 하는 경향이 높아지고 있다. 고감도 금속성을 갖는 재료에는 또한 초미세(ultra-thin) 본딩 패드가 포함된다. 일반적으로, 이러한 고감도 금속성을 갖는 재료는 기 계적 특성이 불량하고, 열 전도성이 낮으며, 와이어 본딩 공정 중에 금속의 박리, 크레이터(cratering) 현상이나 산화물의 균열이 생기기 쉽다.
반도체 산업 분야에서 관심을 받는 다른 것으로는 "능동 회로의 본딩"(bonding over active circuitry) 과정을 행하는 것이다. 이러한 과정에는, 안정적인 본딩 공정이 필요하게 되는데, 반도체 칩의 회로 위에 금속 층을 가진 금속성의 본딩 패드를 형성하는 과정이 필수적으로 포함되기 때문이다.
본딩 툴에 인가된 초음파 에너지로부터 조합된 기계적 응력이 가해지면, 본딩 패드에서의 본딩 툴의 임피던스 및 충격 하중에 의해, 고감도 금속성을 가진 본딩 패드에 심각한 손상이 생길 수 있다. 또한, 이러한 종래의 본딩 툴은 "능동 회로에 대한 본딩"을 수행하기에 충분히 신뢰할만한 본드를 형성할 수 없다.
일반적으로, 앞서 설명한 미국특허 US6,910,612호에 개시된 것과 같은 종래의 본딩 툴은, 낮은 K값을 갖는 기판에 사용하며, 종래의 본딩 툴의 작업용 툴 부분에 전달되는 초음파 에너지는, 낮은 K값을 갖는 본딩 패드를 금속화(metallization)를 통해 접착하기에 충분하지 않다. 종래의 캐필러리의 작업용 툴 부분은, 낮은 K값을 갖는 본딩 패드와 충분히 접착될 수 있도록 높은 파워의 초음파 설정을 필요로 한다. 그러나, 높은 초음파 에너지를 공급하면, 앞서 언급한 금속의 박리, 크레이터 현상 및 산화물의 균열 등과 같은 문제가 더 악화될 수 있다.
낮은 K값을 갖는 재료와 관련하여 상기 언급한 문제점에 대응해서, 미국특허 US6,321,969호는 초음파 소스로부터 툴의 작업용 팁 부분까지 초음파 에너지를 더 효율적으로 전달할 수 있는 와이어 본딩 툴을 개시하고 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 본딩 패드의 산화물을 제거하는 것 외에, 작업용 팁 부분의 진동 작용(oscillating action)은, 초음파 에너지가 이 부분에 인가될 때에, 본드와 본딩 패드의 금속 원자의 동반 확산에 도움을 주어, 금속성의 본드를 더 강화시킨다. 이에 따라, 미국특허 US6,321,969호는, 작업용 팁 부분에 대한 초음파 에너지의 전달 효율을 높여서, 더 적은 양의 초음파 에너지를 인가해도, 작업용 팁을 진동시키게 되고, 이에 따라 낮은 K값을 갖는 본딩 재료와 관련된 상기 문제점을 해결한다.
그러나, 고감도 금속성을 갖는 기판으로 신뢰성 있는 와이어 본드를 형성할 수 있으며 "능동 회로의 본딩"을 수행할 수 있는 와이어 본딩 툴 캐필러리가 필요하다. 또한, 기존의 와이어 본딩 장비에 용이하게 통합될 수 있으며 비용 효율이 좋은 본딩 툴도 필요하다. 이러한 점을 감안하여, 이하 상세하게 개시하는 와이어 본딩 툴은 앞서 언급한 과제를 해결한다.
하나의 측면으로서, 본 발명은 미세 와이어를 기판에 접착하기 위한 본딩 툴을 제공한다. 이 본딩 툴은 적어도, 미세 와이어가 관통해서 지나는 동심원의 캐필러리를 갖는 실질적으로 원통형인 부분과, 끝 부분으로 갈수록 테이퍼링된 원통형 부분의 한쪽 단부에 형성된 작업용 팁 부분을 포함한다. 작업용 팁 부분은 끝에 환형의 챔퍼(annular chamfer)를 포함한다. 동심원 캐필러리는 작업용 팁의 환형의 챔퍼 안으로 개방되어 있다. 원통형 부분의 직경은 작업용 팁 부분을 향해 원통형 부분의 길이를 따라 복수개의 이산 간격(discrete interval)에서 연속으로 감소되어 있다.
다른 측면으로서, 본 발명은 미세 와이어를 기판에 접착하기 위한 본딩 툴을 제공한다. 이 본팅 툴은, 미세 와이어가 관통하여 지나는 동심원의 캐필러리(concentric capillary)를 가진 적어도 실질적인 원통형(cylindrical) 부분과, 끝 부분으로 갈수록 테이퍼링되어 있는 원통형 부분의 한쪽 단부에 형성되며, 자신의 끝 부분에 환형의 챔퍼(annular chamfer)를 갖는 작업용 팁 부분을 포함한다. 동심원의 캐필러리는 작업용 팁의 환형의 챔퍼 안으로 개방되어 있고, 원통형 부분의 직경은 작업용 팁 부분 쪽으로 갈수록 원통형 부분의 길이를 따라 형성된 제1 이산 간격 및 제2 이산 간격에서 연속적으로 감소되어 있으며, 이산 간격에는 원통형 부분의 길이방향의 중심 회전 축을 향해 단차(step), 테이퍼링(tapering), 및 이들의 조합이 포함된다.
또 다른 측면으로서, 본 발명은 미세 와이어와 본딩 기판 간의 금속성 본드(metallurgical bond)를 형성하기 위한 본딩 디바이스를 제공한다. 이 본딩 디바이스는, 미세 와이어가 관통하여 지나는 동심원의 캐필러리를 가진 적어도 실질적인 원통형 부분을 포함하며, 미세 와이어를 기판에 접착하기 위한 본딩 툴과, 끝 부분으로 갈수록 테이퍼링되어 있는 원통형 부분의 한쪽 단부에 형성되며 자신의 끝 부분에 환형의 챔퍼를 갖는 작업용 팁 부분을 포함한다. 원통형 부분의 직경은 작업용 팁 부분 쪽으로 갈수록 원통형 부분의 길이를 따라 형성된 복수개의 이산 간격에서 연속적으로 감소되어 있다. 본딩 디바이스는, 본딩 툴에 연결되어, 초음파 에너지를 본딩 툴에 전달할 수 있도록 된 나노스케일(nano-scale)의 초음파 에너지 소스를 포함한다.
본 발명의 이러한 특징과 다른 특징에 대해서는 이하의 도면과 상세한 설명으로부터 더 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 와이어 본딩 툴을 나타낸다.
도 2는 본딩 툴의 제1 실시예를 나타낸다.
도 3은 본딩 툴의 제2 실시예를 나타낸다.
도 4는 본딩 툴의 제3 실시예를 나타낸다.
도 5는 본딩 툴의 제4 실시예를 나타낸다.
도 6의 (a)~(f)는 직경을 여러 이산 간격으로 감소시킨 다양한 실시예를 나타낸다.
도 7은 입력 파워와 이로부터 생긴 트랜스듀서 임피던스 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 다양한 본딩 툴에 의해 생기는 임피던스 간의 관계를 비교하기 위한 막대 차트이다
도 9는 여러 이산 간격을 가진 본딩 툴(도 2~도 4)에 대하여 도 1의 종래의 본딩 툴의 변위를 비교한 막대 차트이다.
도 10은 여러 이산 간격을 가진 본딩 툴(도 2~도 4)에 대하여 종래의 본딩 툴의 진폭 변위 비율을 비교한 표이다.
도 11의 (a)는 종래의 본딩 툴에 의해 생성된 볼 본드의 횡단면도이다.
도 11의 (b)는 2개의 이산 간격을 가진 본딩 툴에 의해 생성된 볼 본드를 나타낸 횡단면도이다.
본 발명의 본딩 툴(bonding tool)은 미세 와이어(fine wire)가 관통해서 지나는 동심원의 캐필러리(concentric capillary)를 갖는 실질적으로 원통형인 부분을 포함한다. 이 원통형 부분의 단부에는 작업용 팁(working tip) 부분이 형성되며, 이 작업용 팁 부분은 끝 부분으로 갈수록 폭이 좁아지게 되어 있다. 작업용 팁 부분은 환형의 챔퍼(annular chamfer)를 포함하며, 그 끝 부분에는 챔퍼의 한쪽 단부가 외부로 개방되어 있고 다른 쪽 단부가 동심원의 캐필러리에 연결되며, 캐필러리가 작업용 팁 부분 내에서 환형의 챔퍼의 다른 쪽 단부의 안쪽으로 개방되어 있다. 원통형 부분의 직경은 작업용 팁 부분을 향해 원통형 부분의 길이를 따라 복수개의 이산 간격(discrete interval)에서 연속으로 감소되어 있다.
일반적으로, 본딩 툴의 길이를 따라 제공될 수 있는 이산 간격의 개수에는 정해진 상한이 없는 것으로 취급될 수 있다. 한가지 예에서, 원통형 부분의 직경은 2개의 이산 간격에서 연속으로 감소된다. 다른 예에서, 원통형 부분의 직경은 3개, 4개, 또는 5개의 이산 간격에서 연속으로 감소되어 있을 수 있다. 상한이 없기 때문에, 요구에 따라 그에 맞는 수의 이산 간격을 가질 수 있다. 예를 들어, 본딩 툴 서포트의 길이가 감당할 수 있는 한, 10개, 25개, 50개 또는 100개의 이산 간격을 구비할 수 있다.
통상적으로, 직경이 연속으로 감소하는 복수개의 이산 간격은, 단차, 테이퍼 링 또는 이들의 임의의 조합에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 단차나 테이퍼링 등은, 일반적으로 원통형 부분의 길이방향의 중심 회전 축을 향해 있다. 이에 따라, 본딩 툴의 길이 전체에서의 실질적인 원통형 부분의 각각의 이산 간격의 직경이 작업용 팁의 방향에서 감소된다.
본 발명의 일실시예에서, 단차는 90도로 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 이 단차는 복수개의 테이퍼로 형성될 수 있다. 복수개의 테이퍼는 중심 축을 향해 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 단차는 이산 간격(큰 직경)의 앞의 지점으로부터 이산 간격(작은 직경)의 지점 또는 그 이후의 지점까지 범위를 가진 아크의 형태로 형성될 수 있다. 아크는 볼록하게 할 수 있고 오목하게 할 수도 있다. 테이퍼링에 의해 직경이 감소되어 있는 경우에, 테이퍼링 각도는 원통형 부분의 길이방향 중심 회전 축을 향해 최대 대략 10도가 될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 다양한 직경 감소에 대해서는 도 6의 (a)~(f)를 참조한 본 명세서의 상세한 설명부분에 개시되어 있다.
일반적으로, 복수개의 이산 간격의 각각에서의 연속하는 직경 감소는 실질적으로 또는 절대적으로 서로에 대해 동심원을 이룬다. 복수개의 이산 간격은 본딩 툴의 전체 길이가 포함된 이산 간격의 수를 수용하기에 충분할 정도이면, 실질적인 원통형의 부분의 길이 전체에 대해 비례적으로 또는 동등하게 분포될 수 있다. 본딩 툴의 통상적인 길이는 대략 11.10mm이며, 어떤 경우에는 대략 9.0mm 내지 대략 20.0mm 범위 내의 임의의 값이 될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 동심원의 캐필러리와 환상 챔버의 길이는 대략 9.00mm 내지 대략 20.00mm의 범위가 된다. 통상 적으로, 동심원의 캐필러리는 대략 5.0mm 이하의 직경을 갖지만, 대략 80.0㎛ 이상의 직경을 가질 수도 있다.
2개의 이산 간격을 갖는 본 발명의 제1 실시예에서, 원통형 부분의 길이에 따른 제1 및 제2 이산 간격은, 작업용 팁으로부터 각각 대략 7.10mm와 대략 2.65mm 이격되어 있다. 이와 관련해서, 설명의 편의를 위해, 첫 번째 이산 간격이 작업용 팁으로부터 가장 멀리 있는 간격이며, 마지막 이산 간격이 작업용 팁에 가장 가까운 것으로 가정한다.
따라서, 제1 실시예에서, 직경은 대략 7.10mm 및 대략 2.65mm의 거리에서 감소된다. 직경의 감소는 작업용 팁의 방향에서 연속으로 이루어지기 때문에, 제1 이산 간격 이전의 직경 D1(대략 1.587mm)은, 직경 D2(대략 1.20mm)보다 크다. 따라서, 그 다음의 제2 이산 간격 이전의 직경 D2는 대략 1.20mm이고, 그 이후의 직경 D3은 대략 0.82mm이다. 따라서, 본 실시예에서, 직경은 각각의 이산 간격에서 일정한 양만큼 감소한다. 즉, 제1 이산 간격에서, 직경은 대략 1.587mm에서 대략 1.20mm로 감소되고, 이어서, 제2 이산 간격에서는 직경이 대략 1.20mm에서 대략 0.82mm로 감소한다. 2개의 이산 간격에 의해, 제1 실시예의 본딩 툴의 전체 길이에 대해 3개의 구분되는 직경이 생긴다.
본딩 툴이 3개의 이산 간격을 갖는 제2 실시예에서, 상기 3개의 이산 간격은 각각 작업용 팁으로부터 대략 2.65mm, 대략 5.375mm 및 대략 8.10mm이다. 실질적으로 원통형인 부분의 직경은 작업용 팁으로부터 대략 8.10mm의 거리에서 가장 크며, 작업용 팁을 향해 후속되는 각각의 이산 간격에서 감소된다. 본 실시예에서, 직경 은 또한 처음에는 대략 1.587mm(즉, 제1 이산 간격의 바로 앞에서 작업용 팁으로부터 대략 8.10mm)이다. 제1, 제2 및 제3 이산 간격 이후에, 대응하는 직경은 대략 1.331mm, 대략 1.076mm, 및 대략 0.82mm이다. 본 실시예에서, 3개의 이산 간격은 제2 실시예의 본딩 툴의 전체 길이에 대해 4개의 구분가능한 직경을 생성한다.
본딩 툴이 4개의 이산 간격을 갖는 제3 실시예에서, 4개의 이산 간격은 각각 작업용 팁으로부터 대략 2.65mm, 대략 4.466mm, 대략 6.282mm, 및 대략 8.098mm이다. 실질적인 원통형의 부분의 직경은 작업용 팁으로부터 대략 8.098mm의 거리에서 가장 크며, 작업용 팁을 향해 후속하는 각각의 이산 간격에서 감소한다. 본 실시예에서, 직경은 처음에는 대략 1.587mm(즉, 제1 이산 간격 바로 앞에서 작업용 팁으로부터 대략 8.098mm)이다. 제1, 제2, 제3 및 제4 이산 간격 이후에, 대응하는 직경은 각각 대략 1.395mm, 대략 1.2035mm, 대략 1.0118mm, 및 대략 0.82mm이다. 본 실시예에서, 4개의 이산 간격은, 제2 실시예의 본딩 툴의 전체 길이에 대해 5개의 구분된 직경을 형성한다.
앞서 설명한 바와 같이, 실질적인 원통형 부분의 길이에 따른 이산 간격의 수는 4개 이상, 즉 5개, 6개, 7개 또는 직경 감소가 생길 수 있는 더 높은 수의 이산 간격의 수가 될 수 있다. 일반적으로, 이산 간격이 많을수록, 본딩 툴(또는 실질적으로 원형의 부분)의 길이를 더 길게 할 수 있다. 다른 예에서, 이산 간격이 "n"개 있다면, 본딩 툴은 작업용 팁을 향해 본딩 툴의 길이를 따라 상이한 직경의 수 "n+1"을 갖는다. 이에 따라, 최대 대략 0.82mm[합의된 산업 표준에 따른 실질적으로 원형인 부분 내에서의 캐필러리의 직경의 하한이지만, 본딩 툴의 임의의 기술 적인 요건에 의하는 것과 같은 것에 제한받지는 않음]의 직경 감소의 수는, 앞서 설명한 관계에 기초하여 산출된 이산 간격의 미리 정해진 필요한 수가 될 수 있다.
직경을 감소시킴으로써, 본딩 툴의 가로방향의 단면 면적도 감소한다. 본딩 툴의 가로방향의 단면 형태는 다각형, 원형 또는 타원형이 될 수 있다. 본딩 툴의 가로방향의 단면 형상이 다각형인 경우, 이 단면 형상은 5각형, 6각형, 또는 8각형이 될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
동작 중에, 본딩 툴은 나노스케일의 초음파 에너지 트랜스듀서에 부착(또는 클램핑)되는 것이 일반적이다. 트랜스듀서는 본딩 툴의 길이의 대략 3.0mm까지 클램핑할 수 있다. 트랜스듀서는, 작동을 시작하면, 본딩 툴에 초음파 에너지를 전달한다. 이와 관련해서, 초음파 에너지를 본딩 툴에 전달할 때에 초음파 변위(ultrasonic displacement)가 생길 수 있도록, 적어도 원통형 부분과 작업용 팁이 구성된다.
동작 중에, 트랜스듀서의 변위에 대한 작업용 팁 부분의 변위의 비율은 변위 증폭률(displacement amplification ratio)로서 알려져 있다. 본 발명에 따른 본딩 툴의 작업용 팁은 일반적으로 초음파 변위가 생길 때에 적어도 대략 3배의 변위 증폭률을 갖도록 구성된다. 적어도 실질적인 원통형 부분과 작업용 팁을 포함하는 본딩 툴 전체의 초음파 변위는 적어도 실질적으로 사인 곡선(sinusoidal) 형태를 갖는다. 이 사인 곡선 형태는 이산 간격이 위치하는 지점과 동일 지점에서 "대략적으로 제로"의 변위의 지점을 갖는다. 대략적으로 제로인 변위가 생기는 지점을 노드 지점(node points)라고 하기도 한다.
상기 언급한 실질적으로 사인 곡선 형태의 변위의 효과는 실제의 본딩 공정에서 나타난다. 본딩 공정 동안, 본딩 툴과 본딩 패드는 정적인 사전 변형(static pre-deformation)을 일으키는 본딩 패드에 대한 정적인 압축력(compressive force)을 인가하는 본딩 툴에 의해 서로 접촉한다. 초음파 발생기는 압전 소자에 신호를 제공한다. 압전 소자는 변위 이동(displacement motion)을 최대로 하기 위해 공진 주파수에서 트랜스듀서를 구동시킨다. 진동(vibration)이 증폭되어 트랜스듀서의 축에 대해 수직으로 부착된 본딩 툴에 전달된다. 진동하는 본딩 툴은 본딩 패드의 표면에 평행한 진동력을 인가한다. 이에 따라, 캐필러리 팁과 본딩 패드 사이에서 스크러빙 움직임이 생기고 본딩 패드의 초음파 변형이 생긴다.
이와 동시에, 캐필러리 내의 미세 와이어는 초음파 에너지를 흡수하면 연화(soften)되고 본딩 패드 상의 표면 산화물을 부수고 본딩 패드의 깨끗한 표면을 노출시키는 하중 하에서 흐른다. 초음파 에너지는 본딩 형성 공정 동안 본딩 패드의 금속과 볼 본드의 금속 간의 동반 확산(inter-diffusion)에 필요한 작동 에너지를 공급한다. 본딩 형성 공정 동안 초음파 에너지를 사용하면, 확산 현상이 강화된다.
본 발명의 본딩 툴은 금속, 세라믹, 또는 세라믹-금속(CerMet) 복합물로부터 제조될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. CerMet는 세라믹(cer)과 금속(met)으로 이루어진 복합 재료이다. 금속은 산화물, 붕소화물, 탄화물 또는 알루미늄에 대한 결합제(binder)로서 사용된다. 일반적으로, 사용되는 금속 소자는 니켈, 티타늄, 몰리브덴, 및 코발트이다. 세라믹의 예에는, 알루미나, 지로코니아 또는 이들의 혼 합물 등과 같은 산화물이 포함되지만, 이에 한정되지 않는다. 세라믹의 다른 예에는, 탄화물, 질화물 및 붕소화물 등과 같은 비산화물이 포함되지만, 이에 한정되지 않는다. 비산화물 재료의 구체적인 예에는, 실리시움 카바이드(silicium carbide), 실리시움 니트라이드(silicium nitride) 및 실리콘 카바이드(silicon carbide) 등이 포함되지만, 이에 한정되지 않는다. CerMet 복합물의 예에는, 코발트가 결합된 텅스텐 카바이드, 티타튬 카보니트라이드, 및 티타튬 니트라이드 등이 포함되며, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 본딩 툴의 특정 실시예에서, 본딩 툴은 미세 와이어가 관통하여 지나는 동심원의 캐필러리를 갖는 적어도 실질적인 원통형의 부분을 포함한다. 적어도 실질적인 원통형 부분의 단부에는 작업용 팁 부분이 형성되며, 이 작업용 팁 부분은 끝 부분으로 갈수록 테이퍼링되도록 되어 있다. 작업용 팁 부분은 끝 부분에 환형의 챔퍼를 포함하고, 이 환형의 챔퍼의 한쪽 단부는 외부로 개방되어 있다. 동심원의 캐필러리는 작업용 팁의 환형의 챔퍼의 다른 쪽 단부 안으로 개방되어 있다. 바람직한 실시예에서, 원통형 부분의 직경은 작업용 팁 부분을 향해 원통형 부분의 길이를 따라 제1 및 제2 이산 간격에서 연속으로 감소되어 있다. 각각의 이산 간격은 원통형 부분의 길이방향 중심 회전 축을 향해, 단차, 테이퍼링 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.
이 특정 실시예에서, 제1 및 제2 이산 간격은 각각 작업용 팁으로부터 대략 7.10mm와 대략 2.65mm 이격되어 있다. 제1 이산 간격에서, 직경은 대략 1.587mm에서 대략 1.20mm로 감소되며, 제2 이산 간격에서 직경은 대략 1.20mm에서 대략 0.82mm로 감소된다. 이에 따라, 앞서 설명한 바와 같이, 2개의 이산 간격에 의해, 본딩 툴의 길이를 따라 다양한 지점에서 3개의 상이한 직경이 생기게 된다.
본 발명의 본딩 툴은 미세 와이어와 본딩 기판 사이에 금속성 본드를 형성하는 와이어 본딩 디바이스에 사용될 수도 있다. 본딩 디바이스는 미세 와이어를 기판에 접착하기 위한 본딩 툴과, 본딩 툴에 연결되어, 초음파 에너지를 본딩 툴에 전달할 수 있는 나노스케일(nano-scale)의 초음파 에너지 소스를 포함한다. 본딩 툴은 상기 언급한 실시예들 중 어느 것에서도 사용될 수 있다. 본 디바이스에 관한 본 실시예에서, 본딩 기판은 본딩 패드 또는 리드프레임이 될 수 있다.
<실시예의 상세한 설명>
도 1은 종래의 본딩 툴 캐필러리(10)를 나타낸다. 본딩 툴(10)은 원통형 부분(11)과, 이 원통형 부분(11)에 결합된 테이퍼된 작업용 팁 부분(12)을 포함한다. 작업용 팁 부분(12)의 끝에는, 작업용 팁(13)이 형성되어 있다. 작업용 팁(13)은, 한쪽 단부가 캐필러리(capillary)(15)에 연결되어 있고 다른 쪽 단부가 외부로 개방되어 있는 챔퍼(도시 안 됨)를 포함하는 것이 일반적이다.
본딩 툴(100)은, 낮은 절연상수(K값)를 갖는 본딩 재료를 사용함에 문제가 있을 수 있는데, 이는 사용하는 재료가 금속의 리프팅, 크레이터 현상 및 금속 박리 현상이 생길 수 있기 때문이다. 종래의 본딩 툴의 작업용 팁(13)에 전달되는 초음파 에너지는 불충분하기 때문에, 낮은 K값을 갖는 본딩 패드(bond pad)의 접착과 그 금속화(metallization)를 수행할 정도로 최적화되지 못한다. 종래의 캐필러리(100)의 작업용 팁(13)은, 일반적으로 요구되는 것보다 높은 파워의 초음파 에너 지를 필요로 한다. 그러나, 정상 레벨보다 높은 초음파 에너지를 사용하게 되면, 금속의 리프팅, 크레이터 현상 및 금속의 박리 현상이 생기는 문제가 악화된다. 또한, 종래의 캐필러리 본딩 툴(100)은, 이러한 초음파 에너지 레벨에서, 변형된 볼 본드(ball bond)와 본딩 패드 사이에서의 높은 레벨의 신뢰할만한 금속간 커버리지(intermetallic coverage)를 제공하지 못한다. 이러한 금속간 커버리지의 부족에 의해, 본딩 패드 금속에 형성된 볼 본드 사이에서 알루미늄의 과도한 돌출이 생긴다.
도 2는 직경을 축소한 2개의 이산 간격을 가진, 본 발명의 제1 실시예(200)의 측면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본딩 툴(200)은 수직의 릴리프(relief)(206, 209)에 의해 형성된 2개의 단차를 포함한다. 작업용 팁으로부터 수직 릴리프(206) 및 수직 릴리프(209)까지의 거리는 각각 7.10mm와 2.65mm이다. 201, 207 및 210에 의해 형성된 외측 직경은 각각 1.587mm, 1.20mm 및 0.82mm이다.
캐필러리의 전체 길이(202)는 대략 11.10mm이다. 그러나, 본딩 툴을 초음파 소스에 체결하면, 캐필러리의 전체 길이(202)만이 이산 간격을 가질 수 있다. 캐필러리(204)는 작업용 팁 부분(209) 쪽으로 가면서 각도(205)가 좁아지게 되어 있다. 일실시예에서, 본딩 툴(200)은 단일의 재료 부품으로 형성된다.
도 3은 캐필러리(302)의 전체 길이를 따라 3개의 이산 간격을 갖는, 본 발명에 따른 본딩 툴(300)의 제2 실시예를 나타낸다. 본딩 툴(300)의 직경은 처음에는 1.587mm(301)이다. 제1 이산 간격(303) 이후에, 본딩 툴(300)의 직경은 1.331mm(304)까지 감소한다. 계속해서, 제2 이산 간격(306) 이후에, 본딩 툴(300) 의 직경은 1.076mm(305)까지 감소한다. 최종적으로, 제3 이산 간격(309) 이후에, 직경은 0.82mm(307)까지 감소한다.
도 4는 본 발명에 따른 본딩 툴의 제3 실시예(400)를 나타낸다. 본딩 툴(400)은 캐필러리의 전체 길이(402)를 따라 4개의 이산 간격(403, 406, 408, 409)을 포함한다. 본딩 툴(400)의 직경은 처음에는 대략 1.587mm(401)이다. 제1 이산 간격(403) 이후에, 본딩 툴(400)의 직경은 대략 1.395mm(404)까지 감소한다. 계속해서, 제2 이산 간격(406) 이후에, 본딩 툴(400)의 직경은 대략 1.2035mm(405)까지 감소한다. 제3 이산 간격(409) 이후에, 직경은 1.0118mm(407)까지 감소한다. 마지막으로, 제4 이산 간격(408) 이후에, 직경은 0.82mm(410)까지 감소한다.
도 5는 본 발명에 따른 본딩 툴의 제4 실시예(500)를 나타낸다. 본 실시예에서, 본딩 툴의 길이(502)는, 여러 개의 연속해서 배치된 이산 간격(501)과 작업용 팁 부분(503)을 포함하여 이루어진다. 각각의 이산 간격(501)은 본딩 툴의 길이방향의 중심 회전 축 쪽으로 가면서 테이퍼링되기 때문에 각각의 직경이 감소하게 된다. 이러한 테이퍼링은 작업용 팁 부분(503) 쪽으로의 방향에서 이루어지며, 테이퍼링 각도는 중심 축 쪽으로 최대 10도로 될 수 있다.
도 6의 (a)~(f)는 2개의 이산 간격에서 감소된 직경을 갖는 다양한 실시예를 나타낸다. 도 6의 (a)는 직경이 단차형으로 감소된 예를 나타낸다. 이러한 단차는 각각의 이산 간격에서 수평에 대해 90도 각도를 이룬다. 도 6의 (b)는 각각의 이산 간격에서 2개의 테이퍼에 의해 직경이 감소된 예를 나타낸다. 테이퍼의 각도는 이루어지는 직경 감소에 따라 변화량이 동일할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 테 이퍼링은 작업용 팁 부분(도시 안 됨)의 방향과 중심 축을 향해 이루어져 있다.
도 6의 (c) 및 (d)는 볼록한 아크와 오목한 아크의 형태로 된 단차에 의해 직경 감소가 각각 달성된 예를 나타낸다. 도 6의 (e)는 도 6의 (a)에 나타낸 단차형 감소와 도 6의 (b)에 나타낸 테이퍼의 조합으로 직경 감소를 달성한 예를 나타낸다. 도 6의 (f)의 실시예는 복수개의 테이퍼를 가짐으로써 직경 감소를 달성한다. 복수개의 테이퍼의 각각은 본딩 툴의 중심 축을 향해 상이한 각도를 갖는다.
도 7은 트랜스듀서에 대한 입력 파워와 이로부터 생기는 임피던스 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 통상적인 본딩 공정에서, 앞서 설명한 바와 같이, 본딩 툴은 초음파 트랜스듀서(ultrsonic transducer)에 클램핑된다. 시작 단계에서, 파워 신호 분석기(power signal analyzer)를 통한 캘리브레이션(calibration)이 수행된다. 이러한 캘리브레이션은 미리 정해진 한계 사이에서 본딩 툴을 진동(oscillate)시키기 위해 트랜스듀서에 공급되는 파워와, 본딩 툴에 의해 생성되는 임피던스 간의 관계를 설정한다. 실제의 임피던스 값은 파워 신호 분석기를 통해 기록된다.
이러한 캘리브레이션 단계로부터, 파워와 임피던스 간의 관계는 일반적으로 다음과 같이 된다.
초음파 트랜스듀서를 통해 본딩 툴에 전달(일정한 전류 하에서)되는 파워가 증가하면, 사용되는 본딩 툴의 유형에 따라, 생성되는 임피던스도 증가한다. 이러한 관계를 도 7의 그래프에 나타낸다.
본딩 툴이 초음파 트랜스듀서에 클램핑될 때에, 본딩 툴에 의해 생기는 임피 던스에 영향을 미칠 수 있는 요인에는 본딩 툴의 설계가 포함된다. 이와 같이, 본딩 툴이 여러 가지 레벨의 임피던스를 생성할 수 있다. 이에 대한 것은 도 8의 비교 막대 차트에 도시되어 있으며, 이에 대해서 이하에 더 상세하게 설명한다.
도 8은 다양한 본딩 툴에 의해 생기는 임피던스 간의 비교를 나타내는 막대 차트이다. 종래의 본딩 툴은 120 kHz 및 138 kHz의 초음파 검사 주파수에서 각각 10 ohm을 약간 넘는 값과 대략 10 ohm을 생성한다. 이에 대하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 본딩 툴은, 앞서 설명한 출력 파워와 임피던스 간의 관계에 의존하며, 중요한 차이점을 보인다. 본딩 툴의 이산 간격은 전체 길이에 대해 제공되며, 이러한 이산 간격을 갖는 본딩 툴은, 이러한 이산 간격을 갖지 않는 종래의 본딩 툴에 비해, 검사 주파수들 중 하나의 주파수에서의 임피던스가 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에서, 본딩 툴의 직경을 작업용 팁 부분을 향해 변경하는 것과 같이 본딩 툴의 설계를 변경함으로써, 상이한(이 경우에서는 높은) 임피던스 값을 얻을 수 있다. 이와 같이, 앞서 설명한 본 발명의 제1, 제2, 제3 및 제4 실시예는, 종래의 본딩 툴, 즉 본딩 툴의 길이에 따른 이산 간격이 없는 본딩 툴에 비해, 통상적으로 더 높은 임피던스 값을 갖는다.
도 9는 도 2, 도 3 및 도 4의 실시예에서의 다수의 이산 간격을 갖는 본딩 툴과 4개의 이산 간격(도시 안 됨)을 갖는 실시예에 대하여, 도 1의 종래의 본딩 툴을 비교한 막대 차트를 나타낸다. 작업용 팁의 변위(displacement)를 측정하기 위해, 레이저 간섭계(laser interferometer)를 사용한다. 도 10의 표는 앞서 언급한 다양한 본딩 툴들 간의 비교를 통한 변위의 실제 값을 나타내며, 이에 대하여 이하 상세하게 설명한다. 도표로 나타낸 바와 같이, 본 발명(도 2, 도 3 및 도 4)에 따른 본딩 툴의 작업용 팁의 변위는 종래의 본딩 툴의 변위보다 훨씬 크다. 종래의 본딩 툴에 의해 받아들여지는 것과 유사한 입력을 제공하면서도 팁의 더 큰 변위를 달성할 수 있다.
도 10은 도 9에서 시험한 것과 같은 본딩 툴의 진폭 변위 측정값을 나타낸 표이다. 이 표는 도 9에서 행한 레이저 간섭계 시험의 상세한 결과를 나타내며, 트랜스듀서로부터의 입력은 대략 200nm이었지만, 본 발명(도 2, 도 3 및 도 4)에 따른 본딩 툴의 작업용 팁에서의 진폭 변위(amplitude displacement)가 대략 600nm인 것을 명확히 나타내고 있다. 일반적으로, 진폭 변위 비율은 대략 3.00~3.70의 범위를 갖지만, 종래의 본딩 툴의 진폭 변위 비율은 대략 2.22이다.
증폭률은 팁의 변위를 트랜스듀서의 변위로 제산(divide)함으로써 산출된다. 본 발명에 따른 본딩 툴의 증폭률은 종래의 본딩 툴의 증폭률보다 적어도 대략 3배가 된다. 팁에서의 높은 진폭 변위(600nm 이상)와 본딩 툴의 3배보다 더 큰 증폭률 값의 조합에 의해, 캐필러리를 구동시키기 위한 초음파 파워를 낮출 수 있어서, 종래의 본딩 툴과 동등한 변위를 달성할 수 있다. 초음파 입력 에너지 레벨을 낮추면, 낮은 K값을 갖는 재료와 같은 고감도의 본딩 패드 금속화를 위한 신뢰성 있는 본드의 형성에 도움이 된다.
높은 증폭률을 갖는 본 발명의 본딩 툴의 중요성은, 종래의 본딩 툴의 값과 동등한 팁의 변위를 달성하기 위해 더 적은 값의 입력 에너지를 필요로 하는 것에 필수적이다. 다시 말해서, 종래의 본딩 툴의 값과 동등한 변위는, 종래의 본딩 툴 에 의해 요구되는 것보다 적은 값의 에너지를 입력함으로써 달성될 수 있다. 이와 관련해서, 낮은 K값을 갖는 본딩 재료를 사용하는 경우, 에너지 파워가 낮으면, 본딩 패드에 대해 금속 리프팅, 금속의 박리 및 크레이터 현상이 덜 생기게 된다.
도 11의 (a)는 도 1의 종래의 본딩 툴을 사용하는, 알루미늄이 과도하게 돌출한 볼 본드의 횡단면도이다. 도면은 종래의 캐필러리(100)를 사용하여 본딩된 볼의 횡단면도를 나타낸다. 도면을 보면, 본딩 패드 내의 볼 본드의 외주 둘레로 알루미늄이 과도하게 돌출한 것을 볼 수 있다. 이에 의해, 금속 리프팅이나 금속의 박리 현상을 생기게 할 수 있는 내부 빈 공간(internal void)이 생길 수 있다. 볼 본드의 과도한 알루미늄 돌출은 175℃에서 5시간 동안 가열해야 하는 알루미늄 재료를 소비하며, Au-Al 금속간 층에 몰드 경화(mold curing) 효과를 생기게 할 수 있다.
도 11의 (b)는 도 2, 도 3 및 도 4의 본딩 툴을 사용해서 과도한 알루미늄 돌출이 없는 볼 본드를 나타내는 횡단면도이다. 종래의 본딩 툴에 비해, 도 2, 도 3 및 도 4의 본딩 툴의 장점을 도 11의 (b)에 나타내고 있는데, 과도한 알루미늄 돌출이 없는 볼 본딩된 요소의 횡단면을 나타낸다. 볼 본드의 외주 둘레에 알루미늄의 과도한 돌출이 없으면, 본드의 리프트오프(lift-off)가 없는 본딩 접착의 신뢰성이 향상됨으로써, 볼 본드가 강화된다. 앞서 설명한 바와 같이, 볼 본드는 175℃에서 5시간 동안 노출시켜야 하기 때문에, Au-Al 금속간 층에 몰드 경화 효과가 생길 수 있다.
이상의 설명은 예시를 위한 것이다. 본 발명에 대하여 여러 실시예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다양한 변형과 변경이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 청구의 범위와 그 등가 범위에 의해 정해지는 보호 범위 내에 속하는 변형 및 변경을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (26)

  1. 미세 와이어(fine wire)를 기판에 접착(bonding)하기 위한 본딩 툴(bonding tool)로서,
    상기 미세 와이어가 관통하여 지나는 동심원의 캐필러리(concentric capillary)를 가진 적어도 실질적인 원통형(cylindrical) 부분; 및
    끝 부분으로 갈수록 테이퍼링되어 있는 상기 원통형 부분의 한쪽 단부에 형성되며, 자신의 끝 부분에 환형의 챔퍼(annular chamfer)를 갖는 작업용 팁 부분
    을 포함하며,
    상기 동심원의 캐필러리는 상기 작업용 팁의 환형의 챔퍼 안으로 개방되어 있고,
    상기 원통형 부분의 직경(diameter)은 상기 작업용 팁 부분 쪽으로 갈수록 상기 원통형 부분의 길이를 따라 형성된 복수개의 이산 간격(discrete interval)에서 연속적으로 감소되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩 툴.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 부분의 직경은 2개의 이산 간격에서 연속적으로 감소되어 있는, 본딩 툴.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원통형 부분의 직경은 3개, 4개 또는 5개의 이산 간격에서 연속적으로 감소되어 있는, 본딩 툴.
  4. 제1항에 있어서,
    연속적으로 직경이 감소하는 상기 복수개의 이산 간격에는, 상기 원통형 부분의 길이방향의 중심 회전 축을 향해 단차(step), 테이퍼링(tapering), 및 이들의 조합이 포함되는, 본딩 툴.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단차는 90도의 단차, 복수개의 테이퍼 또는 아크(arc)에 해당하는 것인, 본딩 툴.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 테이퍼링은 상기 원통형 부분의 길이방향의 중심 회전 축을 향해 최대 10도의 각도를 갖는 것인, 본딩 툴.
  7. 제4항에 있어서,
    연속적으로 직경이 감소하는 상기 복수개의 이산 간격은 서로에 대해 동심원을 이루는 것인, 본딩 툴.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 이산 간격은 상기 원통형 부분의 길이 전체에 대해 비례적으로 분포되거나 동일하게 분포되어 있는, 본딩 툴.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 원통형 부분의 길이에 따른 상기 2개의 이산 간격 중 제1 이산 간격은 상기 작업용 팁으로부터 대략 7.10mm 이격되어 있으며, 제2 이산 간격은 상기 작업용 팁으로부터 대략 2.65mm 이격되어 있는, 본팅 툴.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 원통형 부분의 직경은 상기 2개의 이산 간격 중 제1 이산 간격에서 대략 1.587mm에서 대략 1.20mm로 감소되어 있으며, 제2 이산 간격에서 대략 1.20mm에서 대략 0.82mm로 감소되어 있는 것인, 본딩 툴
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 실질적인 원통형 부분은 가로방향의 단면이 다각형, 원형 또는 타원형인, 본딩 툴.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가로방향의 단면이 다각형인 경우, 5각형, 6각형 또는 8각형의 형태를 갖는, 본딩 툴.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 실질적인 원통형 부분과 상기 작업용 팁은, 초음파 에너지가 상기 본딩 툴로 전달될 때에 초음파 변위(ultrasonic displacement)가 가능하도록 되어 있는, 본딩 툴.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 작업용 팁 부분은, 초음파 변위가 생길 때에 적어도 대략 3배의 변위 증폭률(displacement amplification ratio)을 갖도록 되어 있는. 본딩 툴.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 실질적인 원통형 부분과 상기 작업용 팁의 상기 초음파 변위는 적어도 실질적으로 사인 곡선(sinusoidal)을 이루는, 본딩 툴.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 동심원의 캐필러리의 상기 환형 챔퍼의 길이는 대략 9.00mm 내지 대략 20.00mm의 범위를 갖는, 본딩 툴.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 동심원의 캐필러리는 대략 80㎛ 내지 대략 5.0mm의 범위의 직경을 갖는, 본딩 툴.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 동심원의 캐필러리는 금속, 세라믹 및/또는 세라믹-금속(CerMet) 복합물을 포함하는 그룹에서 선택된 재료로 이루어지는, 본딩 툴.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 금속은 니켈, 티타늄 몰리브덴, 및 코발트를 포함하는 그룹에서 선택되는 것인, 본딩 툴.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 세라믹은 산화물, 탄화물, 질화물, 및 붕소화물을 포함하는 그룹에서 선택되는 것인, 본딩 툴.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 CerMet은 코발트가 결합된 텅스텐 카바이드(cobalt bounded tungsten carbide), 티타늄 카보니트라이드(titanium carbonitride), 및 티타늄 니트라이드(titanium nitride)를 포함하는 그룹에서 선택되는 것인, 본딩 툴.
  22. 미세 와이어(fine wire)를 기판에 접착(bonding)하기 위한 본딩 툴(bonding tool)로서,
    상기 미세 와이어가 관통하여 지나는 동심원의 캐필러리(concentric capillary)를 가진 적어도 실질적인 원통형(cylindrical) 부분; 및
    끝 부분으로 갈수록 테이퍼링되어 있는 상기 원통형 부분의 한쪽 단부에 형성되며, 자신의 끝 부분에 환형의 챔퍼(annular chamfer)를 갖는 작업용 팁 부분
    을 포함하며,
    상기 동심원의 캐필러리는 상기 작업용 팁의 환형의 챔퍼 안으로 개방되어 있고,
    상기 원통형 부분의 직경(diameter)은 상기 작업용 팁 부분 쪽으로 갈수록 상기 원통형 부분의 길이를 따라 형성된 제1 이산 간격 및 제2 이산 간격에서 연속적으로 감소되어 있으며, 상기 이산 간격에는 상기 원통형 부분의 길이방향의 중심 회전 축을 향해 단차(step), 테이퍼링(tapering), 및 이들의 조합이 포함되는 것을 특징으로 하는 본딩 툴.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 이산 간격은 상기 작업용 팁으로부터 대략 7.10mm 이격되어 있으며, 상기 제2 이산 간격은 상기 작업용 팁으로부터 대략 2.65mm 이격되어 있는, 본팅 툴.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 원통형 부분의 직경은 상기 제1 이산 간격에서 대략 1.587mm에서 대략 1.20mm로 감소되어 있으며, 상기 제2 이산 간격에서 대략 1.20mm에서 대략 0.82mm로 감소되어 있는 것인, 본딩 툴
  25. 미세 와이어와 본딩 기판 간의 금속성 본드(metallurgical bond)를 형성하기 위한 본딩 디바이스로서,
    상기 미세 와이어가 관통하여 지나는 동심원의 캐필러리를 가진 적어도 실질적인 원통형 부분을 포함하며, 미세 와이어를 기판에 접착하기 위한 본딩 툴;
    끝 부분으로 갈수록 테이퍼링되어 있는 상기 원통형 부분의 한쪽 단부에 형성되며, 자신의 끝 부분에 환형의 챔퍼를 갖는 작업용 팁 부분; 및
    상기 본딩 툴에 연결되어, 초음파 에너지를 상기 본딩 툴에 전달할 수 있도록 된 나노스케일(nano-scale)의 초음파 에너지 소스
    를 포함하며
    상기 원통형 부분의 직경은 상기 작업용 팁 부분 쪽으로 갈수록 상기 원통형 부분의 길이를 따라 형성된 복수개의 이산 간격에서 연속적으로 감소되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩 디바이스.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 본딩 기판은 본딩 패드 또는 리드 프레임인 것인, 본딩 디바이스.
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