KR20170093101A - 와이어 본딩장치 - Google Patents

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height
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리키 진도
아키오 스기토
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가부시끼가이샤가이죠
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Abstract

(과제) 와이어컷 에러 등에서의 제2 본딩점에서의 본딩 상태나 캐필러리, 와이어 등의 부재의 영향을 잘 받지 않고, 캐필러리 선단으로부터 와이어를 자동으로 돌출시킬 수 있는 와이어 본딩장치를 제공하는 것이다.
(해결 수단) 와이어(40)가 삽입통과되는 관통구멍을 가진 캐필러리(6)와, 캐필러리(6)의 상방에 설치되고, 상기 캐필러리(6)에 삽입통과되는 와이어(40)를 파지하는 파지수단과, 캐필러리(6)를 상하로 진동시키는 진동부가수단을 구비하고, 파지수단에 와이어(40)를 파지시킨 상태에서 진동부가수단에 의해 캐필러리(6)를 상하로 진동시킴으로써 캐필러리 선단으로부터 와이어(40)를 돌출시키도록 한다.

Description

와이어 본딩장치{WIRE BONDING APPARATUS}
본 발명은 와이어를 이용하여 피(被)본딩 부품의 전극과 리드를 접속하는 와이어 본딩장치에 관한 것으로, 특히 캐필러리의 선단에 와이어를 자동으로 돌출시키는 것이 가능한 와이어 본딩장치에 관한 것이다.
종래, 골드 와이어, 구리 등으로 이루어진 와이어를 이용하여 제1 본딩점이 되는 IC 칩 상의 전극(패드)과 제2 본딩점이 되는 리드를 접속하는 와이어 본딩장치가 이용되고 있다.
제1 본딩점으로서의 IC 칩의 패드와 제2 본딩점으로서 예를 들어 금속으로 이루어진 리드 프레임의 리드를 와이어로 접합하는 와이어 본딩장치에 있어서, 제2 본딩점에서의 리드의 표면과 와이어의 접합성이 좋지 않은 경우가 있고, 이에 의해 부착 불양이나 와이어 탈락 등이 발생하는 경우가 있다.
이 때문에 특허 문헌 1, 특허 문헌 2에는 와이어 탈락이나 와이어 구부러짐을 억제하는 와이어 본딩장치가 개시되어 있다. 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 의하면, 캐필러리에 의해 와이어를 본딩한 후, 제1 클램퍼를 닫은 채로 캐필러리와 제1 클램퍼를 상승시켜 와이어를 절단하는 와이어 절단수단과, 캐필러리를 상승시킨 후, 제1 클램퍼를 열고 제2 클램퍼를 닫아, 캐필러리와 제1 클램퍼를 상승시켜 캐필러리 선단에 테일 와이어를 연장하는 와이어 연장수단을 구비한다.
또한, 특허 문헌 3에는 캐필러리의 클리닝 공정 후에 와이어를 피딩하는 공정을 갖는 본딩장치가 개시되어 있다. 특허 문헌 3에 의하면, 제2 클램퍼를 닫고 제1 클램퍼를 열어 캐필러리를 하강시켜, 캐필러리 선단으로부터 소정의 길이만큼 와이어의 선단을 캐필러리의 와이어 삽입통과구멍 안으로 인입하는 와이어 인입(引入)수단과, 캐필러리 선단을 세정시트에 억합하여 캐필러리 선단의 오염을 제거하는 클리닝 수단과, 제2 클램퍼를 닫고 제1 클램퍼를 연 상태에서 캐필러리를 초음파 진동을 부가하여 와이어 선단의 구부러짐을 교정하는 와이어 구부러짐 교정수단과, 캐필러리의 상하방향의 동작과 협동하여 제1 클램퍼와 제2 클램퍼를 개폐동작시키고, 캐필러리 선단에 와이어를 피딩하는 와이어 피딩수단을 구비한다.
또한, 특허 문헌 4에는 와이어 본딩장치의 캐필러리의 클리닝 방법이 개시되어 있다. 특허 문헌 4에 의하면, 본딩 횟수가 규정 횟수 이상이 되었는지를 판단하고, 규정 횟수 이상인 경우에는 제2 본딩 후 와이어를 절단하고, 에어 텐션으로 캐필러리 내측으로 와이어를 인입하도록 한다.
계속해서 클램퍼를 닫아 Z축을 하강시켜 클리닝 테이프 상에서 캐필러리의 하면을 클리닝한다. 클리닝 시에는 초음파 진동의 부가와 XY 스테이지에 의한 왕복동작에 의한 바이브레이션(2축의 수평이동)을 실시한다.
클리닝 후에 와이어를 인출할 때에는 에어 텐션의 에어를 아래를 향해 분출하여 와이어를 인출하도록 한다. 이때, 캐필러리에 초음파 진동을 부가하여 와이어를 인출하기 쉽게 한다.
캐필러리로부터 인출된 와이어의 선단에 스파크에 의해 볼을 형성하고, 별도로 설치된 서브스트레이트 상에 더미 본딩을 실시하고, 작업자가 이상(異常)이 없는지를 확인하여 통상의 본딩동작을 실시한다.
일본 특허 제4467631호 일본 특허 공개 2010-161377호 공보 일본 특허 공개 2011-66278호 공보 한국 등록 특허 제10-1312148호 공보
그러나 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에서는, 제2 본딩점에서의 본딩 상태에 따라, 예를 들어 절단된 와이어가 캐필러리 선단의 내부에 달라붙거나 캐필러리 내부의 엣지에서의 와이어의 결손이 강해짐으로써, 테일 형성을 위한 와이어의 돌출(피딩)을 실시할 수 없는 경우가 있다. 특히 캐필러리 선단의 내경이 작은 경우에는 이 현상이 현저해진다.
또한, 와이어의 테일 형성을 위해서 캐필러리를 상승시키지만, 제2 클램퍼로부터 아래에 위치하는 와이어가 좌굴(挫屈)함으로써 와이어를 돌출시킬 수 없는 경우가 있다. 특히 와이어 직경이 가는 경우에는 이 현상이 현저해진다.
한편, 특허 문헌 3에 개시된 캐필러리의 와이어의 피딩은 초음파 진동을 캐필러리에 인가하면서 단순하게 캐필러리를 상승시키지만, 캐필러리와 제2 클램퍼 사이의 거리가 길기 때문에 와이어가 좌굴하기 쉬워 와이어를 캐필러리로부터 돌출시킬 수 없는 경우가 있다.
또한, 특허 문헌 4에 개시된 에어에 의한 캐필러리 중의 와이어의 피딩에 관해서는, 에어 텐션의 하부측에 위치하는 와이어가 좌굴하는 경우가 있고, 이 때문에 에어의 풍압으로는 캐필러리로부터 와이어를 인출하는 것이 어려워지는 경우가 있다. 또한, 에어에 의한 와이어의 돌출동작에서는, 에어의 배관 등에 의해 에어 텐션의 응답 시간이 늦어져서 동작 개시까지 시간이 필요하기 때문에, 고속가동을 할 수 없을 우려가 있다.
또한, 와이어의 좌굴에 관해서는, 와이어와 캐필러리의 마찰 경감을 위한 초음파 진동 부가나 캐필러리, 클램퍼 및 와이어에 XY 방향의 왕복동작을 가함으로써, 교정하는 것이 가능해진다.
그러나 캐필러리 선단의 내부에 와이어가 달라붙은 경우에는, 초음파 진동 부가나 XY 방향의 왕복동작으로는 와이어를 캐필러리로부터 박리하기 위해서 필요한 힘을 가할 수 없기 때문에, 캐필러리로부터 와이어를 돌출시킬 수 없는 경우가 있다.
이 때문에 제2 본딩점에서의 본딩 상태나 캐필러리, 와이어 등의 부재에 영향을 받지 않고 캐필러리 선단으로부터 와이어를 자동으로 안정되게 돌출시키는 것이 요구되고 있다.
또한, 특허 문헌 3, 특허 문헌 4에 개시된 캐필러리 세정에 관해서는, 초음파 진동 부가만에 의한 캐필러리 세정으로는 캐필러리의 진동 폭이 작기 때문에, 캐필러리 선단의 퇴적물을 벗기는 힘이 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다. 또한, XY 스테이지의 왕복동작에 의해 캐필러리의 진동 폭을 크게 하는 것은 가능하지만, XY 스테이지의 왕복동작은 동일 개소에서의 움직임이 되기 때문에 클리닝 시트의 마모가 진행되기 쉽고, 충분한 세정 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다.
그래서 본 발명은, 와이어컷 에러 등에서의 제2 본딩점에서의 본딩 상태나 캐필러리, 와이어 등의 부재의 영향을 잘 받지 않고 캐필러리 선단으로부터 와이어를 자동으로 돌출시킬 수 있고, 또한 본딩 중의 캐필러리의 세정 및 캐필러리의 세정 후의 와이어의 돌출을 확실하게 실시하는 것이 가능하여, 가동률을 크게 향상시킬 수 있는 와이어 본딩장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목표를 달성하기 위해서, 본 발명의 와이어 본딩장치는 와이어가 삽입통과되는 관통구멍을 갖는 캐필러리와, 상기 캐필러리의 상방에 설치되고, 상기 캐필러리에 삽입통과되는 와이어를 파지하는 파지수단과, 상기 캐필러리를 상하로 진동시키는 진동부가수단을 구비하고, 상기 파지수단에 상기 와이어를 파지시킨 상태에서 상기 진동부가수단에 의해 상기 캐필러리를 상하로 진동시킴으로써 상기 캐필러리 선단으로부터 상기 와이어를 돌출시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 진동부가수단은, 선단에 초음파 혼(ultrasonic horn)을 개재하여 상기 캐필러리가 장착되는 본딩아암을, 상기 본딩아암의 고유 진동수를 포함한 주파수로 상하로 진동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 와이어 본딩장치는, 상기 캐필러리를 상하방향으로 이동시키는 캐필러리 이동수단을 설치하여, 상기 캐필러리를 상기 파지수단에 소정 거리만큼 접근시킨 후에 상기 캐필러리를 상하로 진동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 와이어 본딩장치는, 상기 캐필러리 이동수단에 의해 상기 캐필러리를 상기 파지수단에 접근하도록 상승시키면서 상기 캐필러리를 상하로 진동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 와이어 본딩장치는, 상기 캐필러리에 초음파 진동을 인가하는 초음파 인가수단을 설치하여, 상기 캐필러리를 상하로 진동시킬 때에 상기 캐필러리에 초음파 진동을 중첩하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 와이어 본딩장치는, 상기 캐필러리의 선단으로부터의 상기 와이어의 돌출량을 측정하는 와이어 돌출량 측정수단을 설치하여, 상기 와이어 돌출량 측정수단의 측정 결과에 기초하여 상기 캐필러리를 상하로 진동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 와이어 돌출량 측정수단은, 캐필러리 높이를 검출하는 캐필러리 높이 검출부와, 도전성을 갖는 재질로 구성된 측정체와, 상기 측정체와 상기 캐필러리의 선단 또는 상기 캐필러리의 선단으로부터 돌출하는 와이어의 선단의 접촉을, 양자의 통전상태로부터 검출하는 접촉 검출부를 구비하고 있고, 상기 와이어가 선단으로부터 돌출하지 않은 상태의 캐필러리의 선단이 상기 측정체와 접촉했을 때의 캐필러리 높이와, 상기 캐필러리의 선단으로부터 돌출한 상기 와이어의 선단이 상기 측정체와 접촉했을 때의 캐필러리 높이의 차이로부터 와이어의 돌출량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 와이어 본딩장치는, 캐필러리 높이를 검출하는 캐필러리 높이 검출부와, 상기 와이어와 상기 와이어가 본딩된 본딩점의 통전상태를 검출하는 통전상태 검출부를 갖는 와이어 돌출상태 검출수단을 구비하고, 상기 와이어 돌출상태 검출수단은 상기 본딩점에 상기 와이어를 본딩한 상기 캐필러리가 상승하는 동안에 상기 통전상태의 변화가 생긴 캐필러리 높이에 기초하여 상기 캐필러리의 선단으로부터의 상기 와이어의 돌출상태를 검출하고, 상기 와이어의 돌출상태에 기초하여 상기 캐필러리를 상하로 진동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 와이어 본딩장치는 점착성을 갖는 세정시트를 추가로 구비하고, 상기 진동부가수단에 의해 상기 캐필러리를 상하로 진동시켜 상기 세정시트의 표면에 상기 캐필러리의 선단을 반복해서 접촉시킴으로써 상기 캐필러리의 선단에 부착된 오염물을 제거하는 세정을 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 세정시트는 돌기를 갖는 쿠션층 상에 연마제로 이루어지는 연마층을 형성한 것임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 와이어 본딩장치는 상기 세정시트를 이용한 세정 후에 상기 캐필러리를 상하로 진동시키는 것을 특징으로 한다.
종래에는 와이어컷 에러 등 제2 본딩 후에서 에러가 발생했을 때에는, 와이어 본딩장치를 정지시키고 오퍼레이터에 의해 재차 캐필러리에 와이어를 통과시키는 등의 작업이 필요했다. 본 발명의 와이어 본딩장치는 캐필러리를 상하로 진동시키는 진동부가수단을 갖고, 제2 본딩 후의 캐필러리 상승 중에 캐필러리의 선단에 와이어가 돌출하고 있는지를 판단하고, 캐필러리의 선단에 와이어가 돌출하고 있지 않다고 판단했을 때에 진동부가수단에 의해 캐필러리의 선단에 와이어를 돌출시킨다.
이에 의해, 본딩 중에 캐필러리의 선단에 와이어가 달라붙거나 캐필러리 내부에 와이어가 걸린 상태에서도 와이어 본딩장치를 정지시키지 않고 자동으로 캐필러리 선단에 와이어를 돌출시킬 수 있다. 이 때문에 와이어 본딩장치의 가동률을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 와이어의 돌출 전 또는 와이어의 돌출 후에 캐필러리 선단에 소정 길이의 와이어가 돌출하고 있는지를 자동으로 검출하는 것이 가능하기 때문에 오퍼레이터에 의한 와이어 돌출의 확인 작업이 불필요해진다.
또한, 종래에는 장치 시동시나 와이어컷 에러의 발생시에는, 와이어를 캐필러리에 통과시킨 후, 캐필러리 선단으로부터의 와이어를 볼 형성에 필요한 길이로 할 필요가 있다. 이때, 본딩 워크 상에서 1회 내지 2회 캐필러리 타흔(打痕)을 내서 와이어를 절단하여 필요한 와이어의 테일 양을 확보하고 있다. 이 때문에 워크 상에 남은 와이어를 제거하는 것이 필요해진다.
본 발명의 와이어 본딩장치는, 캐필러리에 와이어를 통과시켜 캐필러리 선단으로 와이어를 절단한 후에 캐필러리 선단에 와이어를 자동으로 돌출시킬 수 있기 때문에 본딩 워크에 불필요한 타흔을 내지 않고 와이어를 용이하게 돌출시킬 수 있다. 또한, 필요 최저한의 와이어 소비량으로 와이어 본딩장치를 가동할 수 있다.
또한, 와이어 본딩장치는 본딩 중에 캐필러리의 선단에 퇴적물이 부착하여 와이어의 돌출이 어려워지기 때문에 캐필러리의 세정이 필요해진다. 본 발명의 와이어 본딩장치는 점착성을 갖는 세정시트의 표면에 캐필러리의 선단이 반복해서 접촉하도록 상하로 고속이동하여 캐필러리의 세정을 실시함으로써 캐필러리 선단의 퇴적물이나 캐필러리 내부에 부착된 먼지를 제거할 수 있다. 이 때문에 캐필러리의 세정 후에는 와이어를 원활하게 돌출시키는 것이 가능해진다.
또한, 캐필러리 선단의 세정을 실시함으로써 캐필러리의 사용기간을 연장시킬 수 있다. 또한, 캐필러리의 교환 횟수를 줄일 수 있기 때문에 캐필러리의 교환에 필요로 하는 시간을 삭감할 수 있고, 와이어 본딩장치의 가동률의 향상, 본딩 부품의 코스트 다운을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 캐필러리 세정과 캐필러리의 선단에서의 와이어의 돌출(와이어의 테일 형성) 동작을 자동으로 실시함으로써, 와이어 본딩장치를 정지시키지 않고 가동하는 것이 가능해지므로 연속 가동시간의 대폭적인 향상이 기대된다.
도 1은 본 발명의 와이어 본딩장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 와이어 본딩장치에서의 와이어 본딩의 동작을 도시한 흐름도이다.
도 3은 도 2에 도시한 와이어 본딩의 동작에서의 제2 본딩 이후의 캐필러리, 제1 클램프 및 제2 클램프의 동작을 도시한 도면이다.
도 4는 본딩 중에서의 제2 본딩 후의 와이어 돌출상태 검출동작을 도시한 흐름도이다.
도 5는 도 4에 도시한 와이어 돌출상태 검출동작에서의 캐필러리, 제1 클램프 및 제2 클램프의 동작을 도시한 도면이다.
도 6은 와이어 본딩에서의 에러 발생 후의 와이어 돌출동작을 도시한 흐름도이다.
도 7은 도 6에 도시한 와이어 돌출동작에서의 캐필러리, 제1 클램프 및 제2 클램프의 동작을 도시한 도면이다.
도 8은 워크 반송부 표면에서의 캐필러리 선단의 와이어 돌출량 측정에 이용하는 기준값을 측정하는 동작의 흐름도이다.
도 9는 캐필러리의 선단에 와이어가 소정의 길이로 돌출되어 있는지의 측정을 실시하는 와이어 돌출량 측정동작의 흐름도이다.
도 10은 캐필러리의 클리닝 동작을 도시한 흐름도이다.
도 11은 캐필러리의 클리닝 동작에서의 캐필러리, 제1 클램프 및 제2 클램프의 동작을 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 의한 와이어 본딩장치를 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명은 제2 본딩점에서의 본딩 상태나 캐필러리, 와이어 등의 부재의 영향을 받지 않고 캐필러리 선단으로부터 와이어를 자동으로 돌출시킬 수 있고, 또한 본딩 중의 캐필러리의 오염을 제거하는 세정 및 캐필러리의 세정 후의 와이어의 돌출을 확실하게 실시하는 것이 가능하고, 이에 의해 와이어 본딩장치의 가동률을 대폭으로 향상시키도록 한 것이다.
[와이어 본딩장치의 구성]
도 1은 본 발명의 와이어 본딩장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이 와이어 본딩장치(1)는 본딩헤드(3)와, 본딩헤드(3)를 탑재하여 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이차원적으로 이동하여 위치 결정하는 위치결정수단으로서의 XY 스테이지(18)와, IC 칩(45) 등을 마운팅한 리드 프레임(44)을 탑재하여 본딩툴(6)에 의해 본딩 작업을 실시하는 본딩 스테이지(20)와, 마이크로 컴퓨터(31)를 포함한 컨트롤 유닛(30)과, 위치제어회로(37)로부터의 지령 신호에 따라 본딩헤드(3) 및 XY 스테이지(18)의 각 모터에 구동 신호를 발하는 구동유닛(39)으로 이루어진다.
본딩헤드(3)는 초음파 진동자(도시 생략)를 구비하고, 선단에 장착된 본딩툴(6)로서의 캐필러리(6)를 갖는 초음파 혼(5)과, 한쪽 선단에 초음파 혼(5)을 구비하고, 다른 쪽이 지지축(9)에 결합되어 있는 본딩아암(4)과, 본딩아암(4)의 선단에 장착된 캐필러리(6)의 위치를 검출하는 위치검출수단으로서의 인코더(11)와, 본딩아암(4)을 지지축(9)을 중심으로 상하로 구동하는 리니어 모터(10)를 갖는다. 또한, 본딩아암(4)을 구동하는 모터는 리니어 모터(10)에 한정하는 것이 아니라 다른 종류의 모터이어도 좋다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이 본딩헤드(3)는 개폐기구에 의해 와이어(40)의 파지를 실시하고, 본딩아암(4)에 고정되어 캐필러리(6)와 연동하여 상하이동을 실시하는 제1 클램프(7)를 구비하고 있다. 또한, 캐필러리(6)와 제1 클램프(7)를 통과하여 수직방향으로 신장한 와이어(40)를 지지하고, 제1 클램프(7) 상에 위치하는 제2 클램프(8)(파지수단)를 갖고 있다. 제2 클램프(8)는 제1 클램프(7)와 달리 캐필러리(6)와 연동하지 않고 본딩헤드(3)에 고정되어 있다. 와이어(40)의 파지를 실시하는 제1 클램프(7) 및 제2 클램프(8)의 개폐기구는 컨트롤 유닛(30)에 의해 구동유닛(39)을 통하여 제어된다.
또한, 본딩헤드(3)에는 와이어의 공급을 실시하는 와이어 공급기구가 설치되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 와이어 공급기구(12)는 와이어가 감긴 와이어 스풀(13)과, 와이어 스풀(13)을 회전하여 와이어를 피딩하는 피드용 모터(14)와, 피딩한 와이어를 제2 클램프(8)에 가이드하는 와이어 가이드(15)를 구비하고 있다. 와이어 공급기구(12)에는 와이어 가이드(15) 간의 와이어의 이완 상태를 검출하는 와이어 공급센서(도시 생략)가 설치되어 있고, 와이어 공급센서의 신호에 의해 와이어 공급의 제어를 실시한다. 와이어 스풀(13)로부터 와이어를 피딩할 때에는 구동유닛(39)으로 피드용 모터(14)를 회전시킨다.
또한, 본딩헤드(3)에는 캐필러리(6)의 선단의 와이어(40)에 볼(41)을 형성하기 위한 방전전극(17)이 설치되어 있다. 방전전극(17)과 와이어를 파지하는 제1 클램프(7)의 사이에 고전압을 발생하는 고전압 발생장치(도시 생략)가 접속되어 있다. 고전압 발생장치는 소정의 타이밍으로 고전압을 발생하여 캐필러리(6)의 선단에 볼(41)을 형성한다.
또한, 와이어 본딩장치(1)는 본딩 스테이지(20)에 리드 프레임 등의 워크를 반송하여 위치결정을 실시하는 워크 반송부(도시 생략)를 구비하고 있다. 또한, 이후의 설명에서는 워크 반송부에는 본딩 스테이지(20)를 포함하는 것으로 한다.
또한, 와이어 본딩장치(1)는 와이어 스풀(13)에서의 와이어의 말단과 리드 프레임(44)의 리드의 사이에서 통전을 실시하여 도통상태를 확인하는 통전상태 확인회로(도시 생략)를 갖고 있다. 통전상태 확인회로는 와이어의 말단과 리드 프레임(44)을 탑재한 워크 반송부의 사이에 저항을 통하여 직류 전압을 인가하여 직류 전압의 인가시에서의 저항에 발생하는 전압값에 의해 와이어의 말단과 리드의 사이의 도통상태를 확인한다. 또한, 리드 프레임(44)의 리드와 워크 반송부는 도통상태가 되도록 구성되어 있다. 통전상태 확인회로는 후술하는 와이어 돌출상태 검출동작 및 와이어 돌출량 측정동작시에 사용된다.
도 1에 도시한 바와 같이 컨트롤 유닛(30)은 도시하지 않는 CPU, 메모리(32), 도시하지 않은 입출력부 등을 갖는 마이크로 컴퓨터(31)를 내장하고 있고, 마이크로 컴퓨터(31)의 CPU는 메모리(32)에 기억되어 있는 프로그램을 실행하여 와이어 본딩장치(1)의 제어를 실시한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(31)의 메모리(32)는 프로그램 외에 데이터 등의 기억을 하는 것도 가능해져 있다.
또한, 마이크로 컴퓨터(31)에는 키보드 등의 외부입력장치(34)가 접속되어 있고, 외부입력장치(34)를 통하여 입력되는 캐필러리(6)의 상하 이동량, 횟수 등의 데이터 등을 메모리(32)에 기억하도록 되어 있다.
본딩에서의 캐필러리(6)의 위치는 캐필러리(6)의 원점 위치로부터의 Z축(수직) 방향에서의 거리로 나타난다. 또한, 캐필러리(6)의 원점 위치란 인코더(11)에 의해 원점이 검출되어 있을 때의 캐필러리(6)의 위치를 말한다. 예를 들어 캐필러리(6)의 선단에 위치하는 볼(41)이 본딩점에 맞닿을 때의 캐필러리(6)의 위치는 맞닿을 시의 캐필러리(6)의 원점 위치로부터의 수직방향의 거리에 상당한다. 또한, 캐필러리(6)의 원점 위치는 미리 설정해 두도록 한다.
캐필러리(6)가 하강하여 본딩점에 맞닿을 때까지의 거리 등의 검출은 캐필러리(6)의 위치를 검출하는 인코더(11)로부터 출력되는 신호를 계수(計數)하여 실시한다. 인코더(11)로부터 출력되는 신호는 펄스발생회로(35)에 입력된다. 펄스발생회로(35)는 인코더(11)의 신호를 계수하여 캐필러리(6)의 상하의 이동방향 및 이동량을 펄스로 Z축 위치 카운터(36)에 출력한다.
Z축 위치 카운터(36)는 펄스발생회로(35)로부터의 펄스를 카운트하여 원점으로부터의 캐필러리(6)의 이동량을 계수한다. 마이크로 컴퓨터(31)는 Z축 위치 카운터(36)의 데이터를 읽어내는 것이 가능하도록 구성되어 있고, Z축 위치 카운터(36)의 데이터를 읽어냄으로써 캐필러리(6)의 원점 위치로부터의 Z축(수직) 방향의 위치, 캐필러리(6)의 이동량을 알 수 있다. 또한, 캐필러리(6)의 위치를 검출하는 위치검출수단은 인코더(11), 펄스발생회로(35) 및 Z축 위치 카운터(36)로 구성되어 있다.
캐필러리(6)의 위치에 관하여 이후의 설명에서는, 스파크 높이란 방전전극(17)으로 캐필러리(6) 선단의 와이어(40)에 방전할 때의 캐필러리(6)의 위치이고, 피드 높이란 캐필러리(6) 선단에 와이어(40)를 필요한 양을 돌출시키기 위한 캐필러리(6)의 위치를 말한다. 또한, 캐필러리 높이란 캐필러리(6)의 현재 위치이고, 원점으로부터의 거리를 말한다.
또한, 본 발명에 관한 와이어 본딩장치(1)는 캐필러리(6)를 상하로 진동시키는 진동부가수단을 갖고 있다. 진동부가수단은 본딩헤드(3)의 리니어 모터(10)에 수 KHz 정도의 주파수의 전류를 인가하여 구동하고, 캐필러리(6)가 상하방향으로 수십 마이크로미터(㎛)의 이동량으로 진동하도록 한 것이다.
또한, 초음파 진동자에 의해 초음파 혼(5)의 선단에 장착된 캐필러리(6)를 진동시키는 초음파 진동은 캐필러리(6)를 수평방향으로 진동하는 것이고, 한편 진동부가수단은 캐필러리(6)를 상하방향으로 진동시키는 것이다.
[와이어 본딩의 동작]
이하에서, 본 발명에 의한 와이어 본딩장치에서의 와이어 본딩의 동작에 대하여 도 1, 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 와이어 본딩장치에서의 와이어 본딩의 동작을 도시한 흐름도, 도 3은 도 2에 도시한 와이어 본딩의 동작에서의 제2 본딩 이후의 캐필러리, 제1 클램프 및 제2 클램프의 동작을 도시한 도면이다. 또한, 제1 본딩점에서의 볼과 패드의 본딩을 제1 본딩, 제2 본딩점에서의 와이어와 리드의 본딩을 제2 본딩이라고 각각 칭한다.
와이어 본딩장치에 의한 IC 칩(45) 상의 패드와 리드를 와이어 본딩할 때에는 우선 와이어(40)가 삽입통과되어 선단에 볼(41)이 형성되어 있는 캐필러리(6)를 XY 스테이지(18)의 작동에 의해 패드의 바로 위로 이동하도록 한다(도 2에서의 스텝 S1). 그 후, 본딩아암(4)을 하방으로 요동시키고, 캐필러리(6)를 하강시켜 IC 칩(45) 상의 패드에 볼(41)을 억압하여 제1 본딩을 실시한다(스텝 S2). 이때, 초음파 혼(5)에 의해 캐필러리(6)를 여진(勵振)시키는 것도 실시한다.
제1 본딩 후에 본딩아암(4)이 상승하고, 캐필러리(6) 선단으로부터 와이어(40)를 인출하여 소정의 루프 컨트롤에 따라 리드(47)측으로 이동하고(스텝 S3), 캐필러리(6)를 하강시켜 제2 본딩이 행해진다(스텝 S4).
도 3(a)에 도시한 바와 같이 제2 본딩 개시시에 제2 클램프(8)를 닫는다(스텝 S5). 제2 본딩 종료 후, 도 3(b)에 도시한 바와 같이 피드 높이까지 캐필러리(6)를 상승시킨다. 이때 제1 클램프(7)는 열린 상태이다(스텝 S6).
도 3(c)에 도시한 바와 같이 캐필러리(6)가 피드 높이에 도달했을 때에 제1 클램프(7)를 닫고, 제2 클램프(8)를 열도록 한다(스텝 S7).
다음에 컨트롤 유닛(30)의 마이크로 컴퓨터(31)는 메모리(32)에 미리 설정되어 있는 와이어 돌출상태 검출동작의 모드가 “ON”인지를 체크한다(스텝 S8). 즉, 캐필러리(6)의 선단에 소정의 와이어 돌출량이 형성되어 있는지를 체크하는 와이어 돌출상태 검출동작을 실행할지를 확인한다. 와이어 돌출상태 검출동작의 모드가 “ON”일 때(스텝 S8에서 '예')에는 와이어 돌출상태 검출동작을 실시한다(스텝 S9). 또한, 와이어 돌출상태 검출동작에 관한 상세한 내용은 후술한다.
와이어 돌출상태 검출동작의 모드가 “OFF”일 때(스텝 S8에서 '아니오')에는 도 3(d)에 도시한 바와 같이 스파크 높이까지 캐필러리(6)를 상승시킨다(스텝 S10). 또한, 와이어 돌출상태 검출동작의 모드가 “OFF”일 때(스텝 S8에서 '아니오')에는 제2 본딩 후부터 방전 직전까지의 동안의 와이어 돌출상태 검출동작은 행해지지 않고, 에러는 발생하지 않는다.
캐필러리(6)가 스파크 높이까지 상승한 후에 방전전극(17)과 와이어의 사이에서 방전을 실시하여(스텝 S11) 도 3(e)에 도시한 바와 같이 캐필러리(6) 선단에 볼(41)을 형성한다.
다음에, 방전 등에서 스파크 미스 에러 등이 발생했는지를 체크한다(스텝 S12). 즉, 와이어 본딩장치는 와이어 돌출상태 검출동작의 모드가 “ON”일 때, 본딩동작 중에서의 제2 본딩 후부터 방전까지의 동안 캐필러리(6)의 선단에 소정의 와이어 돌출량이 형성되어 있는지를 체크한다. 캐필러리(6)의 선단에 소정의 와이어 돌출량이 형성되지 않을 때에는 와이어컷 에러 등이 발생한다.
또한, 방전전극(17)과 와이어(40) 선단 사이의 방전이 이상(異常)일 때에는 스파크 미스 에러 등을 발생한다. 스텝 S12에서는 와이어컷 에러, 스파크 미스 에러 등의 에러가 발생했는지를 체크한다.
스파크 미스 에러 등의 에러가 발생한 경우에는(스텝 S12에서 '예'), 캐필러리(6) 선단에 와이어를 돌출하는 동작인 와이어 돌출동작을 실시하고(스텝 S13), 그 후 캐필러리의 선단에 와이어가 소정의 길이로 돌출되어 있는지를 측정하는 와이어 돌출량 측정동작을 실시한다(스텝 S14). 캐필러리(6) 선단에 와이어를 돌출한 후에 방전전극(17)과 와이어의 사이에서 방전을 실시하여(스텝 S15) 캐필러리(6) 선단에 볼을 형성하고, 스텝 S16으로 이행하여 본딩을 계속한다. 또한, 와이어 돌출동작 및 와이어 돌출량 측정동작에 관한 상세는 후술한다.
한편, 캐필러리(6) 선단에 와이어가 정상적으로 돌출되어 있다고 판단했을 때(스텝 S12에서 '예')에는 본딩을 계속한다(스텝 S16).
이와 같이 통상의 본딩에서는 제2 본딩 후에 캐필러리(6)는 피드 높이까지 상승하여 캐필러리(6)의 선단에 와이어(40)를 소정의 피드 양만큼 인출한 상태에서 제1 클램프(7)를 닫는다. 이 상태에서 캐필러리(6)를 스파크 높이까지 더 상승시키는 과정에서 와이어(40)가 절단된다. 그 후, 스파크 높이에서 방전전극(17)을 이용하여 방전에 의해 와이어(40) 선단에 볼(41)을 형성한다. 볼(41)을 형성 후에 제1 클램프(7)를 연 상태로, 제2 클램프(8)를 닫은 상태로 한다. 이러한 일련의 공정에 의해 와이어 본딩이 행해진다.
이후, IC 칩(45)에 복수 설치된 패드와 이들에 대응하여 배치된 각 리드(47)에 대하여 상기 일련의 동작이 반복되고, IC 칩(45)에 관한 본딩을 완료한다.
또한, 종래의 와이어 본딩장치에서는 와이어컷 에러, 스파크 미스 에러 등이 발생한 경우에는 본딩동작을 정지한다. 본딩동작을 정지한 후에 경보를 발하여 오퍼레이터에게 통지하고, 오퍼레이터가 에러 등의 처리를 실시하여 본딩동작을 재개하였다.
이 때문에 와이어컷 에러, 스파크 미스 에러 등이 발생한 경우에는 본딩동작을 정지하기 때문에 와이어 본딩장치의 가동률이 저하되고 있었다.
그래서 본 발명의 와이어 본딩장치는 와이어컷 에러, 스파크 미스 에러 등이 발생한 경우에도 자동으로 캐필러리(6) 선단에 와이어를 돌출시켜 본딩동작을 정지하지 않고 계속해서 본딩을 실시할 수 있도록 한 것이다.
이하에서, 도 2에 도시한 와이어 돌출상태 검출동작, 와이어 돌출동작 및 와이어 돌출량 측정동작에 대하여 상세하게 기술한다.
[와이어 돌출상태 검출동작]
먼저, 도 2에 도시한 본딩 중에서의 제2 본딩 후의 와이어 돌출상태 검출동작에 대하여 도 4 및 도 5에 도시한 흐름도를 이용하여 설명한다. 도 4는 본딩 중에서의 제2 본딩 후의 와이어 돌출상태 검출동작을 도시한 흐름도, 도 5는 도 4에 도시한 와이어 돌출상태 검출동작에서의 캐필러리, 제1 클램프 및 제2 클램프의 동작을 도시한 도면이다.
또한, 와이어 돌출상태 검출동작은 와이어 단말과 리드(47)의 사이에서 통전을 실시하여 와이어와 리드의 사이의 도통상태를 확인하여 캐필러리(6)의 선단에 소정 길이의 와이어가 돌출하고 있는지를 검출하는 동작이다.
이하의 와이어 돌출상태 검출동작에 관한 설명에서는 와이어 본딩에서의 제2 본딩 이후의 동작에 대하여 설명한다. 컨트롤 유닛(30)의 마이크로 컴퓨터(31)는 제2 본딩 개시시에 도 5(a)에 도시한 바와 같이 제2 클램프(8)를 닫는다(도 2에서의 S5와 동일). 제2 클램프(8)를 닫은 후에 도 5(b)에 도시한 바와 같이 피드 높이까지 캐필러리(6)를 상승시킨다. 이때 제1 클램프(7)는 열린 상태이다(도 2에서의 S6과 동일).
도 5(c)에 도시한 바와 같이 캐필러리(6)가 피드 높이에 도달했을 때에 제1 클램프(7)를 닫고, 제2 클램프(8)를 열도록 한다(도 2에서의 S7과 동일). 그 후, 도 2에 도시한 스텝 S8에서 와이어 돌출상태 검출동작의 모드가 “ON”일 때에 와이어 돌출상태 검출동작을 실시한다(도 4에서의 스텝 S20).
와이어 돌출상태 검출동작은 통전상태 확인회로에 의해 와이어 단말(와이어의 말단을 말함)과 리드(47)의 사이에서 통전을 실시하여(스텝 S21) 와이어와 리드 사이의 도통상태를 확인하는 동작이다(스텝 S22). 이때, 정상적인 본딩 상태에서는 와이어 단말과 리드(47)의 사이는 와이어(40)를 통하여 도통상태가 된다(스텝 S22에서 '예'). 도 5(c)는 와이어 단말과 리드(47)의 사이가 와이어(40)를 통하여 도통상태인 것을 나타낸다.
그러나 도 5(d)에 도시한 바와 같이 캐필러리(6)가 피드 높이에 도달하기 전에 와이어(40)가 리드(47)로부터 절단되어 있을 때에는, 와이어 단말과 리드(47)의 사이는 비도통상태가 되고(스텝 S22에서 '아니오'), 캐필러리(6) 선단으로부터 와이어가 돌출되어 있지 않기 때문에 와이어컷 에러로서 에러의 설정을 실시한다. 또한, 도 5(e)에 도시한 바와 같이 스파크 높이까지 캐필러리(6)를 상승시킨다(스텝 S23). 그 후, 도 2에 도시한 스텝 S12로 이행한다.
와이어 단말과 리드(47)의 사이가 도통상태일 때(스텝 S22에서 '예')에는 도 5(f)에 도시한 바와 같이 스파크 높이까지 캐필러리(6)를 상승시킨다(스텝 S24). 캐필러리(6)가 피드 높이에서 제1 클램프(7)가 닫히고, 제2 클램프(8)를 열어 상승시킴으로써, 도 5(f)에 도시한 바와 같이 제2 본딩에서의 리드(47)와 접합하고 있는 와이어(40)가 잡아당겨 떼어진다.
캐필러리(6)가 피드 높이로부터 스파크 높이로 상승 중에 리드(47) 상의 와이어(40)가 잡아당겨 떼어지고, 와이어 단말과 리드(47)의 사이는 도통상태로부터 비도통상태로 변화된다.
도통상태로부터 비도통상태로 변화시켰을 때의 캐필러리 높이를 Z축 위치 카운터(36)로부터 읽어내어 메모리(32)에 기억한다(스텝 S25).
다음에 캐필러리(6)가 스파크 높이까지 도달했을 때에 스텝 S25에서 메모리(32)에 기억된 캐필러리 높이를 읽어내고, 읽어낸 캐필러리 높이가 미리 설정한 허용치 내인지를 확인한다(스텝 S26). 메모리(32)에 기억된 캐필러리 높이가 허용치 밖일 때(스텝 S26에서 '아니오')에는 와이어 돌출 에러로서 에러의 설정을 실시하고(스텝 S27), 그 후 도 2에서의 스텝 S12로 이행한다.
또한, 메모리(32)에 기억된 캐필러리 높이가 허용치 내일 때(스텝 S26에서 '예')에는, 캐필러리(6)가 스파크 높이까지 도달했을 때에 방전전극(17)과 와이어(40)의 사이에서 방전을 실시한다(스텝 S28). 방전 후, 도 2에서의 스텝 S12로 이행한다.
이와 같이 와이어 돌출상태 검출동작은, 제2 본딩 종료 후에 와이어 단말과 리드(47) 사이에서 통전을 실시하여 와이어와 리드의 사이의 도통상태를 확인하고 캐필러리(6)의 선단에 소정 길이의 와이어가 돌출하고 있는지를 검출하는 동작이다.
또한, 스텝 S25에서 메모리(32)에 기억된 캐필러리 높이를 읽어내고, 읽어낸 캐필러리 높이가 미리 설정한 허용치 내인지를 확인한다. 또한, 방전전극(17)과 와이어(40) 사이의 방전에서는, 캐필러리(6) 선단의 와이어의 돌출량이 불규칙하면 소정의 방전 전압값, 방전 전류값으로 방전을 실시할 수 없으므로, 볼이 형성되지 않거나 하기 때문에 스파크 미스 에러 등이 발생한다. 도 2의 스텝 S12에서 이들 에러를 확인함으로써, 캐필러리(6) 선단에 와이어가 정상적으로 돌출되어 있는지를 체크할 수 있다. 이에 의해 방전전극(17)과 와이어 사이의 방전 동작의 전후에 발생한 에러를 검출할 수 있다.
다음에 도 2에서의 스텝 S12에서 와이어컷 에러, 와이어 돌출 에러 또는 스파크 에러 등이 발생했을 때에는 이하에 나타내는 와이어 돌출동작을 실시한다.
[와이어 돌출동작]
이하에, 도면을 참조하여 도 2의 스텝 S12에서의 와이어 돌출동작에 대하여 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한다. 도 6은 와이어 본딩에서의 와이어 돌출동작을 도시한 흐름도, 도 7은 와이어 돌출동작에서의 캐필러리, 제1 클램프(7) 및 제2 클램프(8)의 동작을 도시한 도면이다.
와이어 돌출동작이란 본딩동작 중에 와이어컷 에러, 스파크 미스 에러 등이 발생하여 캐필러리(6) 선단에 와이어가 정상적으로 돌출되어 있지 않은 상태에서 진동부가수단에 의해 캐필러리(6) 선단에 와이어를 돌출시키는 동작이다. 이에 의해 와이어 본딩장치를 정지시키지 않고 자동으로 캐필러리(6) 선단에 와이어를 돌출시켜 계속해서 본딩을 실시할 수 있다.
캐필러리(6) 선단에 와이어가 돌출되어 있지 않을 때에는, 와이어컷 에러, 스파크 미스 에러 등이 발생하여 캐필러리(6) 선단에 와이어가 정상적으로 돌출되어 있지 않은 상태이고, 예를 들어 와이어의 선단이 캐필러리(6)의 관통구멍 내부에 들어가서 캐필러리(6)의 관통구멍 내면에 걸려 막혀 있거나 캐필러리(6) 선단에 달라붙은 상태 등이다. 테일 길이(캐필러리 선단에서의 와이어의 돌출량)가 필요량으로 되어 있지 않으면, 이니셜 볼 형성에 이상을 초래하기 때문에 캐필러리(6) 선단에 소정 길이의 와이어가 돌출되어 있을 필요가 있다.
이하의 와이어 돌출동작에 관한 설명에서는 와이어 본딩에서의 제2 본딩 종료 후의 동작에 대하여 설명한다.
도 7(a)에 도시한 바와 같이, 스파크 미스 에러 등이 발생한 경우에는(도 2의 스텝 S12에서 '예') 캐필러리(6) 선단에 와이어가 돌출되어 있지 않다. 이 때문에 와이어 돌출동작을 실시하여 캐필러리(6) 선단에 와이어를 돌출하도록 한다. 또한, 캐필러리(6)는 스파크 높이까지 상승하고 있다.
와이어 돌출동작은 도 7(b)에 도시한 바와 같이 우선 캐필러리(6)를 제2 클램프(8)측으로 캐필러리(6)를 와이어가 좌굴하기 어려운 위치까지 가능한 한 가까워지도록 상승시킨다(도 6에서의 스텝 S30). 캐필러리(6)의 상승량은 와이어 돌출량에 상당하는 양의 수배 정도의 크기이다. 예를 들어 와이어 돌출량이 500마이크로미터(㎛)인 경우에는 캐필러리(6)의 상승량은 4밀리미터(mm)이다.
도 7(c)에 도시한 바와 같이, 와이어 돌출동작에서는 계속해서 제2 클램프(8)를 닫고, 제1 클램프(7)를 열도록 한다(스텝 S1).
다음에, 도 7(d)에 도시한 바와 같이, 와이어가 좌굴하기 어려운 캐필러리(6)의 높이에서 진동부가수단에 의해 본딩아암(4), 초음파 혼(5)에 최대 가속을 부여하도록 리니어 모터(10)를 제어하여, 캐필러리(6)에 부착된 와이어를 박리하는 데 필요한 힘을 얻도록 캐필러리(6)의 상하이동을 반복한다(스텝 S32). 이때, 본딩헤드(3)의 본딩아암(4)이 갖는 고유 진동수를 이용하여 공진시킴으로써, 와이어의 박리에 필요한 힘을 증폭시켜 와이어의 돌출을 실시한다.
여기에서, 스텝 S30에서, 캐필러리(6)를 와이어가 좌굴하기 어려운 위치까지 상승시키는 것은, 와이어에 복원력을 발생시켜 진동부가수단에 의한 캐필러리(6)의 상하 진동에서 발생하는 와이어 박리에 필요한 힘을 증가시키기 위함이다.
또한, 스텝 S32에서는 캐필러리(6)의 상하이동을 반복하지만, 이때 캐필러리(6)의 상하이동과 동시에 와이어를 밀어낼 수 있도록 약간씩 캐필러리(6)를 상승시킨다. 이때의 캐필러리(6)의 구동 파형을 도 7(d)에 나타낸다. 이는 와이어 박리를 촉진하여 와이어의 돌출을 확실하게 실시하기 위한 것이다.
캐필러리(6)의 상하이동의 주파수는 예를 들어 0.5 내지 1KHz, 또한 본딩헤드(3)의 고유 진동수는 1 내지 2KHz이고, 캐필러리(6)의 상하 이동량은 캐필러리(6) 내의 홀(관통구멍)의 스트레이트부를 넘어 캐필러리 선단측의 테이퍼부에 와이어의 선단이 위치하지 않는, 예를 들어 100마이크로미터 전후의 동작량을 기준으로 한다.
이와 같이 진동부가수단에 의해 본딩아암(4), 초음파 혼(5)에 장치 가동시에서는 사용하지 않는 최대 가속을 부여하여, 캐필러리(6)에 부착된 와이어(40)를 박리하는 데 필요한 힘을 얻도록 한다.
또한, 도 7(d)에 도시한 바와 같이 캐필러리(6)의 상하의 왕복동작과 동시에 캐필러리(6)에 대한 초음파 진동을 병용하여, 화살표로 나타내는 수평방향으로 진동부가를 실시하는 것은 와이어를 돌출하기 쉽게 하는 데 있어서 유효하다.
다음에 캐필러리(6)의 상하이동이 소정의 횟수 종료인지를 체크한다(스텝 S33). 캐필러리(6)의 상하이동이 소정의 횟수를 종료하고 있지 않을 때(스텝 S33에서 '아니오')에는 스텝 S32로 이행한다. 캐필러리(6)의 상하이동이 소정의 횟수에 도달했을 때(스텝 S33에서 '예')에는 캐필러리(6)의 상하이동을 정지한다(스텝 S34). 도 7(e)에 도시한 바와 같이 진동부가수단에 의해 캐필러리 선단에 와이어가 돌출되어 테일이 형성된다.
그 후, 도 7(f)에 도시한 바와 같이 제1 클램프(7)를 닫고, 제2 클램프(8)를 열도록 한다(스텝 S35).
이와 같이 본딩 중에 캐필러리(6) 선단에 와이어가 돌출되어 있지 않다고 판단했을 때에는, 와이어 본딩장치가 정지하지 않고 자동으로 와이어 돌출동작을 실시하는 것이 가능하다.
또한, 종래에는 와이어컷 에러나 스파크 미스 에러 등의 이상상태에서 정지한 후, 오퍼레이터가 캐필러리(6)로부터 와이어를 돌출시켜 더미 본딩(타흔)을 실시하여 볼 형성에 필요한 와이어의 길이를 확보하고, 볼 형성을 실시하여 정상 상태로 복귀시키고 있었기 때문에 복귀에 시간을 필요로 하였다.
[와이어 돌출량 측정동작]
다음에 도 2의 스텝 S14에서의 와이어 돌출동작 등에 의해 캐필러리의 선단에 와이어가 소정의 길이로 돌출되어 있는지를 측정하는 와이어 돌출량 측정동작에 대하여 도 8 및 도 9를 이용하여 설명한다.
도 8은 워크 반송부 표면에서의 캐필러리(6) 선단의 와이어 돌출량 측정에 이용하는 기준값을 측정하는 동작의 흐름도, 도 9는 캐필러리의 선단에 와이어가 소정의 길이로 돌출되어 있는지의 측정을 실시하는 와이어 돌출량 측정동작의 흐름도이다.
먼저 캐필러리(6) 선단의 와이어 돌출량 측정에 이용하는 워크 반송부 표면에서의 기준값의 측정에 대하여 설명한다. 또한, 와이어 돌출량 측정용 기준값의 측정은 통상 1회만 실시하고, 이후 측정한 값을 기준값으로 하여 메모리(32)에 기억해 둔다. 단, 캐필러리(6)를 교환했을 때, 워크 반송부의 표면의 측정 장소를 변경했을 때에는 재차 측정을 실시하도록 한다.
와이어 돌출량 측정에 사용하는 워크 반송부의 장소는, 가동하지 않는 고정된 위치에서 히터의 열의 영향을 받지 않는 개소가 바람직하다.
도 8에 도시한 바와 같이 와이어 돌출량 측정용 기준값의 측정은 캐필러리(6)를 스파크 높이까지 상승시킨다(스텝 S40). 또한, 스파크 높이의 위치는 미리 설정되어 있다.
이때, 캐필러리(6) 선단에 와이어가 없는 것을 확인한다. 캐필러리(6) 선단에 와이어가 돌출하고 있는 경우에는 캐필러리(6) 선단에 와이어가 없는 상태로 한다(스텝 S41). 예를 들어 도 1에 도시한 와이어 스풀(12)로부터의 와이어의 피딩동작을 실시하는 피드용 모터(13)를 역방향으로 1/4 정도 회전시켜 와이어를 권취하여 캐필러리(6) 선단에 와이어가 없는 상태로 한다. 또한, 제1 클램프(7)를 열어 캐필러리(6)를 하강시켜 캐필러리(6)의 선단의 와이어를 캐필러리의 내부로 인입해도 좋다.
그 후, 제1 클램프(7)를 닫고, 제2 클램프(8)를 열도록 한다(스텝 S42). 캐필러리(6)를 하강시켜 워크 반송부의 표면에서의 소정의 위치에 접촉시킨다(스텝 S43). 캐필러리(6)의 선단이 워크 반송부의 표면에 접촉한 후, 캐필러리(6)의 하강을 정지한다(스텝 S44).
또한, 캐필러리(6)의 하강 정지는 일정한 속도(V1)로 하강 중인 캐필러리(6)가 워크 반송부의 표면에 접촉하여 속도(V1)로부터 속도(V2)(속도 제로)로 변화한 것을 펄스발생회로(35), Z축 위치 카운터(36) 등으로 검지함으로써 행해진다.
캐필러리(6)가 워크 반송부와 접촉하여 정지한 상태에서 Z축 위치 카운터(36)로부터 데이터를 읽어내고, 읽어낸 데이터를 기준값(Hs)으로 하여 메모리(32)에 기억한다(스텝 S45). 이상에 의해 와이어 돌출량 측정용 기준값이 측정되어 메모리(32)에 기억된다.
다음에 도 9를 이용하여 와이어 돌출동작에 의한 캐필러리(6) 선단의 와이어의 돌출이 정상인지의 판단 처리를 실시하는 와이어 돌출량 측정동작에 대하여 설명한다. 또한, 와이어 돌출량 측정동작은 도 2의 스텝 S14에서의 동작이다.
도 9에 도시한 바와 같이 먼저 캐필러리(6)를 스파크 높이에 위치하도록 하강 또는 상승시킨다(스텝 S50). 그 후, 제1 클램프(7)를 닫고, 제2 클램프(8)를 열도록 한다(스텝 S51).
캐필러리(6)를 하강시켜 워크 반송부의 표면에서의 소정의 장소(위치)에 캐필러리(6) 선단의 와이어를 접촉시킨다(스텝 S52). 캐필러리(6) 선단의 와이어가 워크 반송부의 표면에 접촉한 후, 캐필러리(6)의 하강을 정지한다(스텝 S53). 이때, 통전상태 확인회로에 의해 와이어 단말과 워크 반송부 표면이 와이어에 의해 도통이 되어 있는지를 체크해도 좋다.
캐필러리(6)가 워크 반송부와 접촉하여 정지한 상태에서 Z축 위치 카운터(36)로부터 데이터를 읽어내고, 읽어낸 데이터를 캐필러리 높이(ht)로서 메모리(32)에 기억한다(스텝 S54).
이때, 미리 측정하여 기억되어 있는 기준값(Hs)을 읽어내어 캐필러리 높이 변동(h=Hs-ht)을 산출한다(스텝 S55). 또한, 캐필러리 높이 변동(h)은 캐필러리(6) 선단에 돌출되어 있는 와이어의 길이에 상당한다.
산출한 캐필러리 높이 변동(h)이 소정의 범위 내인지를 판정한다(스텝 S56).
산출한 캐필러리 높이 변동(h)이 소정의 범위 내일 때(스텝 S56에서 '예')에는 와이어의 돌출은 정상이라고 판단한다(스텝 S57). 그 후, 캐필러리(6)를 스파크 높이까지 상승시키고(스텝 S60), 도 2의 스텝 S15로 이행한다.
한편, 산출한 캐필러리 높이 변동(h)이 소정의 범위 밖일 때(스텝 S56에서 '아니오')에는 와이어의 돌출이 이상이라고 판단하고(스텝 S58), 재차 와이어 돌출동작을 실시한다(스텝 S59). 그 후, 캐필러리(6)를 스파크 높이까지 상승시켜(스텝 S60) 도 2의 스텝 S15로 이행한다.
이와 같이, 본 발명의 와이어 본딩장치는 캐필러리(6) 선단으로부터 돌출되어 있는 와이어의 길이로부터, 캐필러리(6) 선단에 와이어가 정상적으로 돌출되어 있는지를 판단할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 와이어 본딩장치는 본딩 중의 제2 본딩 후의 통상동작 내에서 와이어 단말과 리드(47)의 사이에서 통전 체크, 방전에 의한 체크, 캐필러리 높이의 체크 중 어느 하나를 실시하여, 캐필러리(6) 선단에 와이어가 정상적으로 돌출되어 있는지를 스파크(방전전극과 와이어 사이의 방전) 전후에서 확인한다. 이 때문에 본딩동작에 영향을 미치지 않고, 캐필러리(6) 선단에서의 와이어 돌출의 검출을 실시할 수 있다.
이에 의해 캐필러리(6) 선단에 소정 길이의 와이어(테일)가 없는 경우에만 와이어의 피딩동작을 실시하기 때문에 본딩 택트의 저하를 필요 최저한으로 억제할 수 있다.
이상, 본딩 중의 동작에 대하여 설명했지만, 와이어 본딩장치는 본딩 중에 캐필러리의 선단에서의 표면에 퇴적물이 부착하여 와이어의 돌출이 어려워지는 경우가 있다. 이 때문에 캐필러리는 소정의 본딩 횟수를 거친 후, 세정이 필요해진다.
[캐필러리의 클리닝 동작]
다음에 캐필러리의 클리닝 동작에 대하여 도 10 및 도 11을 이용하여 설명한다. 도 10은 캐필러리의 클리닝 동작을 도시한 흐름도, 도 11은 캐필러리의 클리닝 동작에서의 캐필러리, 제1 클램프 및 제2 클램프의 동작을 도시한 도면이다.
캐필러리(6)의 클리닝은, 초음파 혼의 고속이동에 의한 상하동작을 실시하여, 세정시트 상에 캐필러리를 내던져서 캐필러리(6)의 페이스면의 퇴적물을 박리하는 힘(충격력)을 발생시킴으로써 캐필러리(6) 선단 부근의 외주 및 내부의 오염물의 제거를 실시하는 것이다.
먼저 도 10에 도시한 바와 같이 제2 본딩 개시시에 제2 클램프(8)를 닫는다(스텝 S70). 그 후, 캐필러리(6)를 피드 높이까지 상승시킨다(스텝 S71). 캐필러리(6)가 피드 높이에 도달했을 때, 제1 클램프(7)를 닫고, 제2 클램프(8)를 연다(스텝 S72). 그 후, 캐필러리(6)를 스파크 높이까지 상승시킨다(스텝 S73). 도 11(a)에 도시한 바와 같이 캐필러리(6)가 스파크 높이에 위치하고 있을 때에는 제1 클램프(7)는 닫힌 상태이고, 제2 클램프(8)은 열린 상태이다.
통상의 본딩에서는 캐필러리가 스파크 높이에 도달한 후, 방전을 실시하여 캐필러리 선단에 볼을 형성하지만, 클리닝 동작에서는 방전하지 않고 도 11(b)에 도시한 바와 같이 제2 클램프(8)를 닫고, 제1 클램프(7)를 연다(스텝 S74). 그 후, 캐필러리에 대한 와이어 인입동작을 실시한다.
캐필러리에 대한 와이어 인입동작은, 캐필러리(6)를 피드 높이까지 하강시켜 캐필러리(6)의 선단의 와이어를 캐필러리의 내부로 인입하도록 한다(스텝 S75). 이때, 캐필러리(6) 선단에는 와이어가 없는 상태이다. 그 후, 캐필러리(6)가 세정시트(50) 바로 위에 위치하도록 XY 스테이지(18)에서 본딩헤드(3)를 이동시킨다(스텝 S76).
도 11(c)에 도시한 바와 같이 캐필러리에 대한 와이어 인입동작 후에 제1 클램프(7)를 닫고, 제2 클램프(8)를 연다(스텝 S77).
캐필러리(6)를 하강시켜 워크 반송부 상에 설치된 세정시트(50)의 표면에 접촉시켜 캐필러리(6)의 선단이 세정시트(50)의 표면에 접촉한 후, 캐필러리(6)의 하강을 정지한다(스텝 S78).
세정시트(50)는 돌기를 갖는 쿠션층 상에 연마제로 이루어지는 연마층이 형성된 것이다.
캐필러리(6)의 하강동작의 정지 후에 캐필러리(6)의 상하이동을 반복한다(스텝 S79). 캐필러리(6)의 상하이동의 주파수는 예를 들어 0.5 내지 1KHz이고, 캐필러리(6)의 상하이동은 수십 마이크로미터이다. 이에 의해 캐필러리(6)를 상하로 고속이동시켜 세정시트(50)에 캐필러리(6)의 선단을 반복해서 접촉시킴(내던짐)으로써 충격력이 발생한다.
이와 같이 세정시트(50)가 돌기 형상으로 되어 있음으로써, 캐필러리(6)의 상하동작에 의해 캐필러리(6) 내부까지 세정시트(50) 표면의 연마제를 들어가게 하는 것이 가능해진다.
캐필러리(6)의 상하이동이 소정의 횟수를 종료했는지를 체크한다(스텝 S80). 캐필러리(6)의 상하이동이 소정의 횟수를 종료하고 있지 않을 때(스텝 S80에서 '아니오')에는 스텝 S79로 이행한다. 캐필러리(6)의 상하이동이 소정의 횟수에 도달했을 때(스텝 S80에서 '예')에는 캐필러리 세정을 완료하고 캐필러리(6)의 상하이동을 정지한다(스텝 S81).
다음에 캐필러리(6)를 스파크 높이까지 상승시킨다(스텝 S82). 그 후, 제2 클램프(8)를 닫고, 제1 클램프(7)를 연다(스텝 S83). 계속해서, 도 6에 도시한 와이어 돌출동작을 실시하여 캐필러리(6) 선단에 와이어를 돌출시키도록 한다(스텝 S84). 와이어를 돌출시킨 후, 제1 클램프(7)를 닫고, 제2 클램프(8)를 열도록 한다.
이에 의해 캐필러리(6)의 표면, 내부의 오염을 세정시트(50)의 연마층에 부착시킬 수 있다. 세정시트(50)는 쿠션층을 갖고 있기 때문에, 캐필러리(6)를 상하동작시켜도 캐필러리(6)에 손상을 주지 않고 효율적으로 클리닝을 실시하는 것이 가능해진다.
종래의 초음파의 인가동작이나 XY 스테이지 이동과 같은 수평동작에서는, 클리닝 시트의 표면이 부드러운 재질인 경우에는 캐필러리(6)와 연마재의 마찰이 적어 높은 세정성을 얻기 어려운 경우가 있다.
본 발명의 와이어 본딩장치는 캐필러리(6)의 홀(관통구멍) 내에서의 이물질에 대해서도 캐필러리(6)의 상하동작에 의해 세정시트 상의 요철이 캐필러리(6) 내부에 들어가기 쉬워져, 연마재와의 마찰이 증가함으로써 캐필러리(6) 내부의 이물질을 제거하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 종래에는 와이어컷 에러 등 제2 본딩 후에서 에러가 발생했을 때에는 장치를 정지시키고 오퍼레이터에 의해 재차 캐필러리에 와이어를 통과시키는 등의 작업이 필요했었다. 본 발명의 와이어 본딩장치는 캐필러리를 상하로 진동시키는 진동부가수단을 갖고, 제2 본딩 후의 캐필러리 상승 중에 캐필러리의 선단에 와이어가 돌출하고 있는지를 판단하고, 캐필러리의 선단에 와이어가 돌출하고 있지 않다고 판단했을 때에 진동부가수단에 의해 캐필러리의 선단에 와이어를 돌출시킨다.
이에 의해 본딩 중에 캐필러리의 선단에 와이어가 달라붙거나 캐필러리 내부에 와이어가 걸린 상태에서도 장치를 정지시키지 않고 자동으로 캐필러리 선단에 와이어를 돌출시킬 수 있다. 이 때문에 와이어 본딩장치의 가동률을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 와이어의 돌출 전 또는 와이어의 돌출 후에 캐필러리 선단에 소정 길이의 와이어가 돌출하고 있는지를 자동으로 검출하는 것이 가능하기 때문에 오퍼레이터에 의한 와이어 돌출의 확인 작업이 불필요해진다.
또한, 종래에는, 장치 시동시나 와이어컷 에러의 발생시에는 와이어를 캐필러리에 통과시킨 후, 캐필러리 선단으로부터의 와이어를 볼 형성에 필요한 길이로 할 필요가 있었다. 이때, 본딩워크 상에서 1회 내지 2회 캐필러리의 타흔을 내서 와이어를 절단하여 필요한 테일 양을 확보하였다. 이 때문에 워크 상에 남은 와이어를 제거하는 것이 필요했었다.
캐필러리에 와이어를 통과시켜 캐필러리 선단에서 와이어를 절단한 후에, 본 발명의 와이어 본딩장치는 캐필러리 선단에 와이어를 자동으로 돌출시킬 수 있기 때문에, 본딩 워크에 불필요한 타흔을 내지 않고 와이어를 용이하게 돌출시킬 수 있다. 또한, 필요 최저한의 와이어 소비량으로 와이어 본딩장치를 가동할 수 있다.
또한, 와이어 본딩장치는 본딩 중에 캐필러리의 선단에서의 표면에 퇴적물이 부착하여 와이어의 돌출이 어려워지기 때문에 캐필러리의 세정이 필요해진다. 본 발명의 와이어 본딩장치는 점착성을 갖는 세정시트의 표면에 캐필러리의 선단이 반복해서 접촉하도록 상하로 고속이동하여 캐필러리의 세정을 실시함으로써 캐필러리 선단의 퇴적물이나 캐필러리 내부에 부착된 먼지를 제거할 수 있다. 이 때문에 캐필러리의 세정 후에는 와이어를 원활하게 돌출시키는 것이 가능해진다.
또한, 캐필러리 선단의 세정을 실시함으로써 캐필러리의 사용기간을 연장시킬 수 있다. 또한, 캐필러리의 교환 횟수를 줄일 수 있기 때문에 캐필러리의 교환에 필요로 하는 시간을 삭감할 수 있어, 와이어 본딩장치의 가동률의 향상, 본딩 부품의 비용절감을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 캐필러리 세정과 캐필러리의 선단에서의 와이어의 돌출(와이어의 테일 형성) 동작을 자동으로 실시함으로써 와이어 본딩장치를 정지하지 않고 가동하는 것이 가능해지므로 연속 가동시간의 대폭적인 향상이 기대된다.
본 발명은 그 본질적 특성으로부터 벗어나지 않고 수많은 형식의 것으로서 구체화될 수 있다. 따라서, 전술한 실시 형태는 오로지 설명을 위한 것이며, 본 발명을 제한하는 것이 아님은 물론이다.
1: 와이어 본딩장치 3: 본딩헤드
4: 본딩아암 5: 초음파 혼
6: 본딩툴(캐필러리) 7: 제1 클램프
8: 제2 클램프(파지수단) 9: 지지축
10: 리니어 모터 11: 인코더
12: 와이어 공급기구 13: 와이어 스풀
14: 피딩용 모터 15: 와이어 가이드
17: 방전전극 18: XY 스테이지
20: 본딩 스테이지(워크 반송부) 30: 컨트롤 유닛
31: 마이크로 컴퓨터 32: 메모리
34: 외부입력장치 35: 펄스발생회로
36: Z축 위치 카운터 37: 위치제어회로
39: 구동유닛 40: 와이어
41: 볼 44: 기판(리드 프레임)
45: 반도체(IC) 칩 47: 리드
50: 세정시트

Claims (11)

  1. 와이어가 삽입통과되는 관통구멍을 가진 캐필러리,
    상기 캐필러리의 상방에 설치되고, 상기 캐필러리에 삽입통과되는 와이어를 파지하는 파지수단, 및
    상기 캐필러리를 상하로 진동시키는 진동부가수단을 구비하고,
    상기 파지수단에 상기 와이어를 파지시킨 상태에서 상기 진동부가수단에 의해 상기 캐필러리를 상하로 진동시킴으로써, 상기 캐필러리 선단으로부터 상기 와이어를 돌출시키는, 와이어 본딩장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동부가수단은 선단에 초음파 혼(ultrasonic horn)을 개재하여 상기 캐필러리가 장착되는 본딩아암을, 상기 본딩아암의 고유 진동수를 포함한 주파수로 상하로 진동시키는, 와이어 본딩장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐필러리를 상하방향으로 이동시키는 캐필러리 이동수단을 설치하고, 상기 캐필러리를 상기 파지수단에 소정 거리만큼 접근시킨 후에 상기 캐필러리를 상하로 진동시키는, 와이어 본딩장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 캐필러리 이동수단에 의해 상기 캐필러리를 상기 파지수단에 접근하도록 상승시키면서 상기 캐필러리를 상하로 진동시키는, 와이어 본딩장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐필러리에 초음파 진동을 인가하는 초음파 인가수단을 설치하고, 상기 캐필러리를 상하로 진동시킬 때에 상기 캐필러리에 초음파 진동을 중첩하는, 와이어 본딩장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐필러리의 선단으로부터의 상기 와이어의 돌출량을 측정하는 와이어 돌출량 측정수단을 설치하고, 상기 와이어 돌출량 측정수단의 측정 결과에 기초하여 상기 캐필러리를 상하로 진동시키는, 와이어 본딩장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 와이어 돌출량 측정수단은 캐필러리 높이를 검출하는 캐필러리 높이 검출부,
    도전성을 갖는 재질로 구성된 측정체, 및
    상기 측정체와 상기 캐필러리의 선단 또는 상기 캐필러리의 선단으로부터 돌출하는 와이어의 선단의 접촉을, 양자의 도통상태로부터 검출하는 접촉 검출부를 구비하고,
    상기 와이어가 선단으로부터 돌출하지 않은 상태의 캐필러리의 선단이 상기 측정체와 접촉했을 때의 캐필러리 높이와, 상기 캐필러리의 선단으로부터 돌출한 상기 와이어의 선단이 상기 측정체와 접촉했을 때의 캐필러리 높이의 차이로부터 와이어의 돌출량을 산출하는, 와이어 본딩장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    캐필러리 높이를 검출하는 캐필러리 높이 검출부와, 상기 와이어와 상기 와이어가 본딩된 본딩점의 통전상태를 검출하는 통전상태 검출부를 갖는 와이어 돌출상태 검출수단을 구비하고,
    상기 와이어 돌출상태 검출수단은 상기 본딩점에 상기 와이어를 본딩한 상기 캐필러리가 상승하는 동안에 상기 통전상태의 변화가 생긴 캐필러리 높이에 기초하여 상기 캐필러리의 선단으로부터의 상기 와이어의 돌출상태를 검출하고,
    상기 와이어의 돌출상태에 기초하여 상기 캐필러리를 상하로 진동시키는, 와이어 본딩장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    점착성을 갖는 세정시트를 추가로 구비하고,
    상기 진동부가수단에 의해 상기 캐필러리를 상하로 진동시켜 상기 세정시트의 표면에 상기 캐필러리의 선단이 반복해서 접촉시킴으로써 상기 캐필러리의 선단에 부착된 오염물을 제거하는 세정을 실시하는, 와이어 본딩장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 세정시트는 돌기를 갖는 쿠션층 상에 연마제로 이루어지는 연마층을 형성한 것인, 와이어 본딩장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 세정시트를 이용한 세정 후에 상기 캐필러리를 상하로 진동시키는, 와이어 본딩장치.
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