KR20210033909A - 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법 - Google Patents

와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 피 접합부와 와이어의 사이의 접합 불량의 발생을 억제할 수 있는 와이어 본딩 장치를 제공한다. 실시 형태에 따른 와이어 본딩 장치는, 피 접합부에 와이어를 압박한 상태에서 초음파 진동을 발생시킴으로써, 상기 피 접합부에 상기 와이어를 접합시키는 와이어 본딩 장치이며, 피 접합부에 와이어를 접촉시켜서 하중을 가하는 본딩 툴과, 초음파 진동을 발생시키는 초음파 혼과, 상기 본딩 툴로부터 상기 피 접합부에 가해지는 하중을 연속적으로 검출하는 하중 센서와, 상기 본딩 툴 및 상기 초음파 혼의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 상기 제어부는, 상기 와이어가 상기 피 접합부에 접촉하고 나서 상기 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 상기 하중 센서로부터 출력된 상기 하중의 데이터를 해석하고, 해석 결과에 기초하여, 상기 본딩 툴 및 상기 초음파 혼의 동작을 제어한다.

Description

와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법{WIRE BONDING DEVICE AND WIRE BONDING METHOD}
본 발명의 실시 형태는, 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법에 관한 것이다.
워크의 피 접합부에 와이어를 접합시키는 와이어 본딩 장치가 알려져 있다(특허문헌 1). 이러한 와이어 본딩 장치에 있어서, 피 접합부와 와이어의 사이의 접합 불량의 발생을 억제할 것이 요구된다.
일본 특허 공개 평10-98064호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 피 접합부와 와이어의 사이의 접합 불량의 발생을 억제할 수 있는 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법을 제공하는 것이다.
실시 형태에 따른 와이어 본딩 장치는, 피 접합부에 와이어를 압박한 상태에서 초음파 진동을 발생시킴으로써, 상기 피 접합부에 상기 와이어를 접합시키는 와이어 본딩 장치이며, 피 접합부에 와이어를 접촉시켜서 하중을 가하는 본딩 툴과, 초음파 진동을 발생시키는 초음파 혼과, 상기 본딩 툴로부터 상기 피 접합부에 가해지는 하중을 연속적으로 검출하는 하중 센서와, 상기 본딩 툴 및 상기 초음파 혼의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고 있다. 상기 제어부는, 상기 와이어가 상기 피 접합부에 접촉하고 나서 상기 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 상기 하중 센서로부터 출력된 상기 하중의 데이터를 해석하고, 해석 결과에 기초하여, 상기 본딩 툴 및 상기 초음파 혼의 동작을 제어한다.
도 1은 실시 형태에 따른 와이어 본딩 장치를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는 실시 형태에 따른 와이어 본딩 장치의 일부를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 3은 와이어 본딩을 행할 때 하중 센서로부터 출력되는 하중 신호 파형의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 4는 와이어 본딩을 행할 때 하중 센서로부터 출력되는 하중 신호 파형의 다른 일례를 나타내는 그래프이다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 판정값의 산출 방법의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 나타낸 판정값의 산출 방법의 변형예를 도시하는 설명도이다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는 판정값의 산출 방법의 다른 일례를 도시하는 설명도이다.
도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는 판정값의 산출 방법의 다른 일례를 도시하는 설명도이다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 판정값의 산출 방법의 다른 일례를 도시하는 설명도이다.
도 10은 실시 형태에 따른 와이어 본딩 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 11은 실시 형태에 따른 와이어 본딩 방법의 다른 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12는 실시 형태에 따른 와이어 본딩 방법의 다른 일례를 나타내는 흐름도이다.
이하에, 본 발명의 각 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
도면은 모식적 또는 개념적인 것이며, 각 부분의 두께와 폭의 관계, 부분간의 크기의 비율 등은, 반드시 현실의 것과 동일하다고는 할 수 없다. 동일한 부분을 나타내는 경우라도, 도면에 의해 서로의 치수나 비율이 다르게 표현되는 경우도 있다.
본원 명세서와 각 도면에 있어서, 기출 도면에 관해서 상술한 것과 마찬가지의 요소에는 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명은 적절히 생략한다.
도 1은, 실시 형태에 따른 와이어 본딩 장치를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 2는, 실시 형태에 따른 와이어 본딩 장치의 일부를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 실시 형태에 따른 와이어 본딩 장치(100)는, 본딩 헤드(10)와, XY 스테이지(20)와, 본딩 스테이지(30)와, 하중 센서(40)와, 제어부(50)를 구비하고 있다.
본딩 헤드(10)는, 본딩 툴(11)과, 초음파 혼(12)과, 본딩 암(13)과, 구동부(14)를 갖고 있다.
본딩 툴(11)은, 접합재가 되는 와이어(3)를 풀어낸다. 본딩 툴(11)은, 예를 들어 본딩 모세관이다. 와이어(3)는, 예를 들어 알루미늄선, 금선, 은선 또는 구리선 등이다. 본딩 툴(11)은, 본딩 스테이지(30)에 적재된 워크(1)의 피 접합부(2)에 와이어(3)를 접촉시켜서, 피 접합부(2)에 하중을 가한다.
초음파 혼(12)은, 초음파 진동을 발생시킨다. 초음파 혼(12)은, 초음파 진동을 발생시키는 초음파 진동자를 갖는다. 초음파 혼(12)은, 본딩 툴(11)을 지지하고 있다. 초음파 혼(12)으로부터 발생한 초음파 진동은, 본딩 툴(11)을 통해서 와이어(3)에 전달된다. 피 접합부(2)에 와이어(3)가 접촉한 상태에서, 와이어(3)에 초음파 진동이 전달됨으로써, 피 접합부(2)에 와이어(3)가 접합된다. 초음파 혼(12)은, 제어부(50)와 전기적으로 접속되어 있다.
본딩 암(13)은, 초음파 혼(12)을 지지하고 있다. 즉, 본딩 암(13)은, 초음파 혼(12)을 통해서, 본딩 툴(11)을 지지하고 있다. 본딩 암(13)은, 축부(13a)를 중심으로 해서 회동 가능하게 마련되어 있다.
구동부(14)는, 축부(13a)를 중심으로 해서 본딩 암(13)을 Z 방향으로 구동시킨다. 구동부(14)는, 예를 들어 리니어 모터이다. 본딩 암(13)이 Z 방향으로 이동함으로써, 본딩 암(13)에 의해 지지된 본딩 툴(11) 및 초음파 혼(12)은 Z 방향으로 이동한다. 본딩 툴(11)이 Z 방향으로 이동함으로써, 피 접합부(2)에 와이어(3)를 접촉시켜서 본딩 툴(11)로부터 하중을 가할 수 있다. 구동부(14)는, 제어부(50)와 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 본원 명세서에서는, 본딩 툴(11)과 워크(1)를 연결하는 방향을 Z 방향으로 한다. Z 방향에 직교하는 방향을 X 방향으로 한다. Z 방향 및 X 방향에 직교하는 방향을 Y 방향으로 한다.
본딩 헤드(10)는, XY 스테이지(20)에 탑재되어 있다. XY 스테이지(20)는, X 방향 및 Y 방향으로 이동 가능하다. XY 스테이지(20)가 X 방향 및 Y 방향으로 이동함으로써, 본딩 헤드(10)는 X 방향 및 Y 방향으로 이동한다. 즉, XY 스테이지(20)는, 본딩 헤드(10)에 마련된 본딩 툴(11) 등의 X 방향 및 Y 방향의 위치 결정을 하는 위치 결정 수단으로서 기능한다. XY 스테이지(20)는, 제어부(50)와 전기적으로 접속되어 있다.
본딩 스테이지(30)는, 와이어 본딩의 대상인 워크(1)를 지지한다. 본딩 스테이지(30)는, 예를 들어 워크(1)를 흡착함으로써 지지한다. 워크(1)는, 예를 들어 IC 칩 등의 반도체 칩 또는 기판이다. 피 접합부(2)에는, 예를 들어 범프(2a)가 마련되어 있다.
하중 센서(40)는, 본딩 툴(11)로부터 워크(1)의 피 접합부(2)에 가해지는 하중을 연속적으로 검출한다. 하중 센서(40)는, 예를 들어 스트레인 게이지를 갖는다. 하중 센서(40)는, 본딩 툴(11)의 워크(1)측의 선단에 가해지는 하중을 검출하는 것이어도 된다. 이 예에서는, 하중 센서(40)는, 본딩 암(13)에 설치되어 있다. 하중 센서(40)는, 제어부(50)와 전기적으로 접속되어 있다. 하중 센서(40)는, 검출한 하중의 데이터를 제어부(50)에 출력한다.
제어부(50)는, 초음파 혼(12), 구동부(14) 및 XY 스테이지(20)의 동작을 제어한다. 제어부(50)는, 초음파 혼(12)을 제어함으로써, 초음파 혼(12)으로부터 발생시키는 초음파 진동의 출력을 제어할 수 있다.
제어부(50)는, 구동부(14)의 동작을 제어함으로써, 본딩 툴(11)의 동작을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는, 제어부(50)는, 구동부(14)를 제어해서 본딩 암(13)을 Z 방향으로 구동시킴으로써, 본딩 툴(11)의 Z 방향의 위치를 제어할 수 있다. 이에 의해, 제어부(50)는, 본딩 툴(11)로부터 피 접합부(2)에 가해지는 하중의 크기를 제어할 수 있다.
제어부(50)는, XY 스테이지(20)의 동작을 제어함으로써, 본딩 툴(11)의 동작을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는, 제어부(50)는, XY 스테이지(20)를 제어해서 본딩 헤드(10)를 X 방향 및 Y 방향으로 구동시킴으로써, 본딩 툴(11)의 X 방향 및 Y 방향의 위치를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(50)는, 하중 센서(40)로부터 출력된 하중의 데이터를 해석하고, 해석 결과에 기초하여, 본딩 툴(11) 및 초음파 혼(12)의 동작을 제어한다. 제어부(50)에서의 하중의 데이터의 해석 및 이것에 기초한 제어에 대해서는 후술한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 와이어 본딩 장치(100)는, 본딩 스테이지(30)에 적재된 워크(1)의 피 접합부(2)에, 본딩 툴(11)로부터 풀어내지는 와이어(3)를 압박한 상태에서, 초음파 혼(12)으로부터 초음파 진동을 발생시킴으로써, 피 접합부(2)에 와이어(3)를 접합시킨다.
도 3은, 와이어 본딩을 행할 때 하중 센서로부터 출력되는 하중 신호 파형의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 와이어 본딩을 행할 때 하중 센서로부터 출력되는 하중 신호 파형의 다른 일례를 나타내는 그래프이다.
도 3 및 도 4에서는, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우의 하중 신호 파형을 실선으로 나타내고 있고, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 불량인 경우의 하중 신호 파형을 파선으로 나타내고 있다. 하중 신호 파형은, 시간에 대한 하중(하중 신호)의 크기의 변화를 나타내고 있다.
본딩 툴(11)을 피 접합부(2)를 향해서 Z 방향으로 이동(강하)시키면, 시점 t1에서, 본딩 툴(11)에 보유 지지된 와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉한다. 와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉하면, 하중 센서(40)에 의해 검출되는 하중이 증가하기 시작한다. 본딩 툴(11)을 더 강하시키면, 하중 센서(40)에서 검출되는 하중은, 증가해 나가, 시점 t2에 달한다. 시점 t2는, 초음파 혼(12)으로부터 초음파 진동을 발생시키면서, 소정의 하중이 피 접합부(2)에 가해지도록 본딩 툴(11)로, 와이어(3)를 피 접합부(2)에 접합시키는 접합 동작을 개시하는 시점이다. 시점 t2는, 예를 들어 하중의 값이 소정값 이상으로 된 시점이다. 시점 t2는, 예를 들어 본딩 툴(11)의 Z 방향의 위치가 소정 위치 이하로 된 시점으로 해도 된다. 시점 t2는, 예를 들어 본딩 툴(11)의 Z 방향의 이동 속도가 소정값 이하로 된 시점으로 해도 된다. 접합 동작이 개시되면, 하중 센서(40)에서 검출되는 하중은, 도 3과 같이 감소해 나가, 시점 t3과 시점 t4의 사이에서 보합 상태가 된다. 또한, 접합 조건에 따라서는, 하중 센서(40)에서 검출되는 하중은, 도 4에 나타낸 바와 같이 증가해 나가, 시점 t3과 시점 t4의 사이에서 보합 상태가 되는 경우도 있다. 시점 t4에 달하면, 본딩 툴(11)을 피 접합부(2)로부터 이격시키도록 Z 방향으로 이동(상승)시켜서, 와이어(3)를 절단한다(와이어 커트). 와이어 커트를 행하면, 하중 센서(40)에서 검출되는 하중은, 제로가 된다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 시점 t1부터 시점 t2까지의 사이에서, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우의 하중 신호 파형(실선)은, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 불량인 경우의 하중 신호 파형(파선)과 다르다. 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우, 하중은, 예를 들어 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 시점 t1부터 시점 t2까지의 사이에서, 변곡하면서 증가한다. 한편, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 불량인 경우, 하중은, 예를 들어 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 시점 t1부터 시점 t2까지의 사이에서, 변곡하지 않고 증가한다.
이러한 시점 t1부터 시점 t2까지의 사이에서의 하중 신호 파형의 차이는, 예를 들어 피 접합부(2)의 상태의 차이에 의해 생긴다고 생각된다. 특히, 피 접합부(2)에 범프(2a)가 형성되어 있는 경우, 시점 t1부터 시점 t2까지의 사이에서의 하중 신호 파형의 차이는, 예를 들어 범프(2a)의 높이나 형상 등에 따라 생긴다고 생각된다.
실시 형태에 있어서, 제어부(50)는, 와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉하고 나서 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안(시점 t1부터 시점 t2까지의 사이)에 하중 센서(40)에 의해 검출된 하중으로부터 판정값을 산출하고, 판정값에 기초하여, 본딩 툴(11) 및 초음파 혼(12)의 동작을 제어한다. 판정값의 산출 방법에 대해서는 후술한다.
보다 구체적으로는, 제어부(50)는, 판정값이 미리 설정된 기준 범위 내인 경우에는, 접합 동작을 행한다. 또한, 제어부(50)는, 예를 들어 판정값이 기준 범위 밖인 경우에는, 접합 동작을 행하지 않고, 본딩 툴(11) 및 초음파 혼(12)의 동작을 정지시킨다. 제어부(50)는, 예를 들어 판정값이 기준 범위 밖인 경우에는, 접합 동작을 행한 후에, 본딩 툴(11) 및 초음파 혼(12)의 동작을 정지시켜도 된다.
또한, 제어부(50)는, 예를 들어 판정값이 기준 범위 내인 경우에는, 접합 동작을 제1 조건에서 행하고, 판정값이 기준 범위 밖인 경우에는, 접합 동작을 제1 조건과 다른 제2 조건에서 행해도 된다. 이 경우, 제1 조건과 제2 조건은, 초음파 혼(12)으로부터 발생시키는 초음파 진동의 출력, 접합 동작을 행하는 시간, 및 본딩 툴(11)로부터 피 접합부(2)에 가해진 하중의 적어도 어느 것에 있어서 다르다. 즉, 제어부(50)는, 예를 들어 판정값이 기준 범위 밖인 경우에는, 접합 동작을 행할 때, 초음파 혼(12)으로부터 발생시키는 초음파 진동의 출력, 접합 동작을 행하는 시간, 및 본딩 툴(11)로부터 피 접합부(2)에 가해지는 하중의 적어도 어느 것을 판정값이 기준 범위 내인 경우로부터 변화시켜도 된다.
또한, 제어부(50)에서, 판정값의 산출을 행하는 부분은, 각 부의 동작의 제어를 행하는 부분과는 별도로 마련되어 있어도 된다. 즉, 제어부(50)는, 각 부의 동작의 제어를 행하는 제어 영역과, 판정값의 산출을 행하는 해석 영역을 갖고 있어도 된다.
또한, 제어부(50)는, 예를 들어 판정값에 기초하여, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태의 양부를 추정해도 된다. 이 경우, 제어부(50)는, 접합 상태의 양부의 추정 결과를 제어부(50)에 전기적으로 접속된 표시부 등에 표시해도 된다.
이하, 판정값의 산출 방법의 예에 대해서 설명한다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 판정값의 산출 방법의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 5의 (a)는, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우의 하중 신호 파형을 나타내고 있다. 한편, 도 5의 (b)는, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 불량인 경우의 하중 신호 파형을 나타내고 있다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 판정값은, 예를 들어 와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉하고 나서 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 하중 센서(40)에 의해 검출되는 하중 신호 파형의 임의의 시간 구간에서의 하중의 시간 적분값이다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)의 예에서는, 임의의 시간 구간은, 시점 ta부터 시점 tb까지의 사이이다. 시점 ta 및 시점 tb는, 시점 t1부터 시점 t2까지의 사이의 임의의 시점이다. 시점 ta는, 시점 t1과 동일해도 된다. 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에서, 시점 ta부터 시점 tb까지의 사이에서의 하중의 시간 적분값은, 사선으로 나타낸 영역의 면적으로서 표현된다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우의 시간 적분값(S1)은, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 불량인 경우의 시간 적분값(S2)보다도 크다. 이 경우에는, 기준 범위의 하한은, 시간 적분값(S2)보다도 크고, 시간 적분값(S1)보다도 작은 값으로 설정된다. 또한, 기준 범위의 상한은, 시간 적분값(S1)보다도 큰 값으로 설정된다.
도 6의 (a) 및 도 6의 (b)는, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에 나타낸 판정값의 산출 방법의 변형예를 도시하는 설명도이다. 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)에서는, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우의 하중 신호 파형을 나타내고 있다.
도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 판정값은, 와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉하고 나서 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 하중 센서(40)에 의해 검출되는 하중 신호 파형의 임의의 시간 구간에서의 하중의 시간 적분값의 일부이어도 된다.
도 6의 (a)의 예에서는, 판정값은, 예를 들어 S-Fmin×(tb-ta)로 표현된다. S는, 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에서 나타낸 시점 ta부터 시점 tb까지의 사이에서의 하중의 시간 적분값(S1 또는 S2)이다. Fmin은, 시점 ta에서의 하중의 크기이다. 도 6의 (a)에서, S-Fmin×(tb-ta)는 사선으로 나타낸 영역의 면적으로서 표현된다.
도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 판정값은, 와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉하고 나서 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 하중 센서(40)에 의해 검출되는 하중 신호 파형의 임의의 시간 구간에서의 시간 적분값의 비율(면적비)이어도 된다.
도 6의 (b)의 예에서는, 판정값은, 예를 들어 Sm/Sn으로 표현된다. Sm은, 예를 들어 도 6의 (a)에 나타낸 S-Fmin×(tb-ta)이다. Sm은, 예를 들어 도 5의 (a) 및 도 5의 (b)에서 나타낸 시점 ta부터 시점 tb까지의 사이에서의 하중의 시간 적분값(S1 또는 S2)이어도 된다. 도 6의 (b)에서, Sm은, 사선으로 나타낸 영역의 면적으로서 표현된다. Sn은, 하중 신호 파형 상의 시점 ta에서의 점(P)과 시점 tb에서의 점(Q)을 대각으로 갖는 직사각형(SQ)에서 Sm을 제외한 영역의 면적으로서 표현된다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)는 판정값의 산출 방법의 다른 일례를 도시하는 설명도이다.
도 7의 (a)는 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우의 하중 신호 파형을 나타내고 있다. 한편, 도 7의 (b)는 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 불량인 경우의 하중 신호 파형을 나타내고 있다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 판정값은, 예를 들어 와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉하고 나서 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 하중 센서(40)에 의해 검출되는 하중 신호 파형 상의 임의의 2점을 연결하는 직선과, 2점간에서의 하중 신호 파형의 사이의 최대 거리이어도 된다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)의 예에서는, 임의의 2점은, 점(p1) 및 점(p2)이다. 점(p1) 및 점(p2)은, 시점 t1부터 시점 t2까지의 사이의 하중 신호 파형 상의 임의의 점이다. 임의의 2점을 연결하는 직선은, 직선(A)이다. 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에서, 판정값은, 직선(A)과, 점(p1)과 점(p2)의 사이에서 직선(A)으로부터 가장 떨어진 하중 신호 파형 상의 점(X)의 사이의 거리(D)로 표현된다. 또한, 직선(A)에 대하여 점(X)이 위에 있을 경우에는, 거리(D)는 양의 값이며, 직선(A)에 대하여 점(X)이 아래에 있을 경우에는, 거리(D)는 음의 값이다. 즉, 도 7의 (a)의 거리(D1)는, 양의 값이며, 도 7의 (b)의 거리(D2)는, 음의 값이다.
도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우의 거리(D1)는, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 불량인 경우의 거리(D2)보다도 크다. 이 경우에는, 기준 범위의 하한은, 거리(D2)보다도 크고, 거리(D1)보다도 작은 값으로 설정된다. 또한, 기준 범위의 상한은, 거리(D1)보다도 큰 값으로 설정된다.
도 8의 (a) 및 도 8의 (b)는 판정값의 산출 방법의 다른 일례를 도시하는 설명도이다.
도 8의 (a)는 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우의 하중 신호 파형을 나타내고 있다. 한편, 도 8의 (b)는 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 불량인 경우의 하중 신호 파형을 나타내고 있다.
도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 판정값은, 예를 들어 와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉하고 나서 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 하중 센서(40)에 의해 검출되는 하중 신호 파형의 임의의 시점에서의 하중의 크기이어도 된다.
도 8의 (a) 및 도 8의 (b)의 예에서는, 임의의 시점 tc는, 시점 t1부터 시점 t2까지의 사이의 임의의 시점이다.
도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우의 시점 tc에서의 하중의 크기(L1)는, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 불량인 경우의 시점 tc에서의 하중의 크기(L2)보다도 크다. 이 경우에는, 기준 범위의 하한은, 하중의 크기(L2)보다도 크고, 하중의 크기(L1)보다도 작은 값으로 설정된다. 또한, 기준 범위의 상한은, 하중의 크기(L1)보다도 큰 값으로 설정된다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 판정값의 산출 방법의 다른 일례를 도시하는 설명도이다.
도 9의 (a)는 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우의 하중 신호 파형을 나타내고 있다. 한편, 도 9의 (b)는 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 불량인 경우의 하중 신호 파형을 나타내고 있다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 판정값은, 예를 들어 와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉하고 나서 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 하중 센서(40)에 의해 검출되는 하중 신호 파형의 임의의 시점에서의 하중의 시간 미분값이어도 된다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)의 예에서는, 임의의 시점 td는, 시점 t1부터 시점 t2까지의 사이의 임의의 시점이다. 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에서, 시점 td에서의 하중의 시간 미분값은, 2점 쇄선으로 나타낸 시점 td에서의 하중 신호 파형에 대한 접선(B)의 기울기로서 표현된다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 양호한 경우의 시간 미분값(접선(B1)의 기울기)은, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 불량인 경우의 시간 미분값(접선(B2)의 기울기)보다도 크다. 이 경우에는, 기준 범위의 하한은, 시간 미분값(접선(B2)의 기울기)보다도 크고, 시간 미분값(접선(B1)의 기울기)보다도 작은 값으로 설정된다. 또한, 기준 범위의 상한은, 시간 미분값(접선(B1)의 기울기)보다도 큰 값으로 설정된다.
이하, 실시 형태에 따른 와이어 본딩 방법에 대해서 설명한다.
실시 형태에 따른 와이어 본딩 방법은, 서치 공정과, 해석 공정과, 동작 공정을 갖는다. 실시 형태에 따른 와이어 본딩 방법에서는, 예를 들어 서치 공정과, 해석 공정과, 동작 공정을 반복해서 행한다.
서치 공정에서는, 피 접합부(2)에 와이어(3)를 접촉시켜서 하중을 가하면서, 피 접합부(2)에 가해지는 하중을 연속적으로 검출한다. 해석 공정에서는, 서치 공정에서 검출된 하중으로부터 판정값을 산출한다. 동작 공정에서는, 해석 공정에서 산출된 판정값이 미리 설정된 기준 범위 내인 경우에는, 피 접합부(2)에 하중을 가한 상태에서, 초음파 진동을 발생시켜서 피 접합부(2)에 와이어(3)를 접합시키는 접합 동작을 행하고, 해석 공정에서 산출된 판정값이 기준 범위 밖인 경우에는, 판정값이 기준 범위 내인 경우와는 다른 동작을 행한다. 여기서, 「판정값이 기준 범위 내인 경우와는 다른 동작」이란, 예를 들어 접합 동작을 행하지 않는 것, 접합 동작을 행한 후에 장치를 정지하는 것, 및 판정값이 기준 범위 내인 경우와는 다른 조건에서 접합 동작을 행하는 것 등을 포함한다. 이하, 각각의 경우의 흐름에 대해서 설명한다.
도 10은, 실시 형태에 따른 와이어 본딩 방법의 일례를 도시하는 흐름도이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 제어부(50)는, 본딩 툴(11)을 워크(1)의 피 접합부(2)를 향해서 강하시킨다(스텝 S101). 제어부(50)는, 본딩 툴(11)에 의해 보유 지지된 와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉할 때까지 본딩 툴(11)을 강하시킨다(스텝 S102).
와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉하면, 제어부(50)는, 하중 센서(40)에 의해 검출된 하중으로부터 판정값을 산출한다(스텝 S103). 판정값을 산출하면, 제어부(50)는 판정값이 미리 설정된 기준 범위 내인지를 판정한다(스텝 S104).
판정값이 기준 범위 내인 경우(스텝 S104: "예"), 제어부(50)는, 본딩 툴(11)로부터 피 접합부(2)에 미리 설정된 하중이 가해지도록 본딩 툴(11)의 Z 방향의 위치를 제어하면서, 초음파 혼(12)으로부터 초음파 진동을 발생시켜서, 피 접합부(2)에 와이어(3)를 접합시키는 접합 동작을 행한다(스텝 S105).
소정의 시간이 경과하면, 제어부(50)는, 본딩 툴(11)을 상승시키고, 와이어(3)를 절단(와이어 커트)한다(스텝 S106). 전체 와이어의 본딩이 종료되었을 경우에는(스텝 S107: "예"), 제어부(50)는, 본딩 툴(11)을 원점으로 이동시키고, 본딩을 종료한다. 전체 와이어의 본딩이 종료되지 않은 경우에는(스텝 S107: "아니오"), 제어부(50)는, 본딩 툴(11)을 다음의 피 접합부(2)에 이동시키고, 스텝 S101로 돌아가서, 다음의 와이어 본딩을 개시한다.
판정값이 기준 범위 밖인 경우(스텝 S104: "아니오"), 제어부(50)는, 접합 동작을 행하지 않고, 본딩 툴(11) 및 초음파 혼(12)의 동작을 정지시킨다(스텝 S108). 또한, 이때, 제어부(50)는, 예를 들어 이상 발생 램프를 점등시키는 것 등에 의해, 이상이 발생한 것을 통보해도 된다. 스텝 S108을 행한 후, 제어부(50)는, 어떠한 처치를 한 후에, 동작을 재개시켜(스텝 S107을 향해서)도 된다.
또한, 이 흐름에서는, 스텝 S101 및 S102가 서치 공정이며, 스텝 S103 및 S104가 해석 공정이며, 스텝 S105 내지 S108이 동작 공정이다.
도 11은, 실시 형태에 따른 와이어 본딩 방법의 다른 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 11에 나타낸 흐름도의 스텝 S201 내지 S207은, 도 10에 나타낸 흐름도의 스텝 S101 내지 S107과 실질적으로 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.
도 11에 나타낸 흐름도에서는, 판정값이 기준 범위 밖인 경우(스텝 S204: "아니오"), 제어부(50)는, 스텝 S205와 마찬가지로 해서 접합 동작을 행하고(스텝 S208), 스텝 S206과 마찬가지로 해서 와이어 커트를 행한다(스텝 S209). 와이어 커트를 행한 후, 제어부(50)는, 본딩 툴(11) 및 초음파 혼(12)의 동작을 정지시킨다(스텝 S210). 또한, 이때, 제어부(50)는, 예를 들어 이상 발생 램프를 점등시키는 것 등에 의해, 이상이 발생한 것을 통보해도 된다. 스텝 S210을 행한 후, 제어부(50)는, 어떠한 처치를 한 후에, 동작을 재개시켜(스텝 S207을 향해서)도 된다.
또한, 이 흐름에서는, 스텝 S201 및 S202가 서치 공정이며, 스텝 S203 및 S204가 해석 공정이며, 스텝 S205 내지 S210이 동작 공정이다.
도 12는, 실시 형태에 따른 와이어 본딩 방법의 다른 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 12에 나타낸 흐름도의 스텝 S301 내지 S307은, 도 10에 나타낸 흐름도의 스텝 S101 내지 S107과 실질적으로 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 스텝 S305에서, 제어부(50)는 제1 조건에서 접합 동작을 행한다.
도 12에 나타낸 흐름도에서는, 판정값이 기준 범위 밖인 경우(스텝 S304: "아니오"), 제어부(50)는, 스텝 S305의 접합 동작에서의 제1 조건과는 다른 제2 조건에서 접합 동작을 행한다(스텝 S308). 접합 동작을 행한 후, 제어부(50)는, 스텝 S306과 마찬가지로 해서 와이어 커트를 행한다(스텝 S309). 와이어 커트를 행한 후, 제어부(50)는, 전체 와이어의 본딩이 종료되었는지 여부의 판단(스텝 S307)을 행한다.
실시 형태에서는, 와이어 커트(스텝 S309)를 행한 후, 제어부(50)는, 스텝 S307을 행하지 않고, 본딩 툴(11) 및 초음파 혼(12)의 동작을 정지시켜도 된다. 또한, 이때, 제어부(50)는, 예를 들어 이상 발생 램프를 점등시키는 것 등에 의해, 이상이 발생한 것을 통보해도 된다.
또한, 이 흐름에서는, 스텝 S301 및 S302가 서치 공정이며, 스텝 S303 및 S304가 해석 공정이며, 스텝 S305 내지 S309가 동작 공정이다.
이하, 실시 형태에 따른 와이어 본딩 장치 및 실시 형태에 따른 와이어 본딩 방법의 작용 효과에 대해서 설명한다.
반도체 장치의 제조 공정에서, 반도체 칩의 전극인 패드와 리드 프레임이나 기판의 전극인 리드의 사이를 금속 세선인 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치가 많이 사용되고 있다. 이러한 와이어 본딩 장치를 사용한 와이어 본딩은, 통상, 본딩 툴을 패드나 리드 등의 피 접합부에 대하여 Z 방향으로 이동시켜서, 본딩 툴의 선단에서 보유 지지되는 와이어를 피 접합부에 가압해서 압착함과 함께, 초음파 혼에 의해 와이어에 초음파 진동을 인가함으로써 행하여진다.
이러한 방법으로 와이어 본딩을 행하는 경우에, 피 접합부의 상태 등에 따라서는, 피 접합부와 와이어의 사이에서 충분한 접합 강도가 얻어지지 않아, 와이어가 피 접합부로부터 박리되는 등의 접합 불량이 발생하는 경우가 있다. 특히, 피 접합부에 형성된 범프에 대하여 와이어를 접합시킬 경우에는, 범프의 높이나 형상 등의 요인에 의해, 범프와 와이어의 사이에서 충분한 접합 강도가 얻어지지 않아, 와이어가 범프로부터 박리되는 등의 접합 불량이 발생하는 경우가 있다. 이것은, 범프의 높이나 형상 등이 정상적이지 않을 경우에는, 와이어와 범프의 접합 면적이 저하되거나, 접합 시의 범프의 변형에 의해 접합 부분에 충분한 하중이 가해지지 않게 되거나 하기 때문이라고 생각된다.
이 때문에, 통전이나 용량 검출 등에 의해 피 접합부와 와이어의 사이의 접합 불량을 검지하는 방법이나, 접합 시의 하중이나 본딩 툴의 Z 방향의 위치를 검출해서 와이어와 피 접합부의 사이의 접합 상태의 양부를 판정하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이들 종래 접합 불량의 검지 방법에서는, 피 접합부에 와이어를 접합시키는 접합 동작의 도중, 또는, 접합 동작의 완료 후에 접합 불량의 발생을 검지하기 때문에, 접합 후에 접합 불량이 발생한 제품을 찾을 수는 있지만, 접합 불량의 발생 자체를 억제할 수 없다. 그 때문에, 제품의 수율이 저하되어 버린다는 문제가 있다.
그래서, 실시 형태에서는, 본딩 툴(11)로부터 피 접합부(2)에 가해지는 하중을 연속적으로 검출하는 하중 센서(40)를 마련하고, 제어부에 의해, 와이어(3)가 피 접합부(2)에 접촉하고 나서 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 하중 센서(40)에 의해 검출된 하중으로부터 판정값을 산출하고, 판정값에 기초하여, 본딩 툴(11) 및 초음파 혼(12)의 동작을 제어한다.
이에 의해, 예를 들어 접합 동작을 행하기 전에, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태의 양부를 추정할 수 있다. 즉, 실제로 접합 동작을 행하기 전에, 접합 동작을 행한 경우에 접합 불량이 생길지 여부를 추정할 수 있다. 따라서, 와이어(3)의 피 접합부(2)에의 접합 상태가 나쁘다고 추정된 경우에는, 접합 상태가 좋다고 추정된 경우와는 다른 동작을 행함(예를 들어, 접합 동작을 행하지 않거나, 접합 동작을 행한 후에 장치를 정지하거나, 혹은 다른 조건에서 접합 동작을 행하는 등)으로써, 접합 불량이 생기는 것을 미연에 방지할 수 있다.
보다 구체적으로는, 제어부(50)는, 예를 들어 판정값이 기준 범위 내인 경우에는, 접합 동작을 행하고, 판정값이 기준 범위 밖인 경우에는, 접합 동작을 행하지 않고, 본딩 툴(11) 및 초음파 혼(12)의 동작을 정지시킨다. 이에 의해, 접합 불량이 생기는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있어, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
혹은, 제어부(50)는, 예를 들어 판정값이 기준 범위 내인 경우에는, 접합 동작을 행하고, 판정값이 기준 범위 밖인 경우에는, 접합 동작을 행한 후에, 본딩 툴(11) 및 초음파 혼(12)의 동작을 정지시킨다. 이에 의해, 접합 불량이 생기는 것을 억제하면서, 제품의 수율을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 접합 불량의 발생 징조로서, 판정값의 변화가 접합 양품에서 발생하는 경우에는, 이러한 제어에 의해, 접합 불량의 발생을 미연에 방지할 수 있다.
혹은, 제어부(50)는, 예를 들어 판정값이 기준 범위 내인 경우에는, 접합 동작을 제1 조건에서 행하고, 판정값이 기준 범위 밖인 경우에는, 접합 동작을 제1 조건과 다른 제2 조건에서 행한다. 이에 의해, 접합 불량이 생기는 것을 억제하면서, 제품의 수율을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이, 실시 형태에 따르면, 피 접합부와 와이어의 사이의 접합 불량의 발생을 억제할 수 있는 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 방법이 제공된다.
이상, 본 발명의 몇 가지의 실시 형태를 예시했지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이러한 신규 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경 등을 행할 수 있다. 이러한 실시 형태나 그 변형예는, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다. 또한, 상술한 각 실시 형태는, 서로 조합하여 실시할 수 있다.
1: 워크
2: 피 접합부
2a: 범프
3: 와이어
10: 본딩 헤드
11: 본딩 툴
12: 초음파 혼
13: 본딩 암
13a: 축부
14: 구동부
20: XY 스테이지
30: 본딩 스테이지
40: 하중 센서
50: 제어부
100: 와이어 본딩 장치

Claims (13)

  1. 피 접합부에 와이어를 압박한 상태에서 초음파 진동을 발생시킴으로써, 상기 피 접합부에 상기 와이어를 접합시키는 와이어 본딩 장치이며,
    피 접합부에 와이어를 접촉시켜서 하중을 가하는 본딩 툴과,
    초음파 진동을 발생시키는 초음파 혼과,
    상기 본딩 툴로부터 상기 피 접합부에 가해지는 하중을 연속적으로 검출하는 하중 센서와,
    상기 본딩 툴 및 상기 초음파 혼의 동작을 제어하는 제어부
    를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 와이어가 상기 피 접합부에 접촉하고 나서 상기 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 상기 하중 센서로부터 출력된 상기 하중의 데이터를 해석하고, 해석 결과에 기초하여, 상기 본딩 툴 및 상기 초음파 혼의 동작을 제어하는, 와이어 본딩 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 와이어가 상기 피 접합부에 접촉하고 나서 상기 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 상기 하중 센서에 의해 검출된 상기 하중으로부터 판정값을 산출하고, 상기 판정값에 기초하여, 상기 본딩 툴 및 상기 초음파 혼의 동작을 제어하는, 와이어 본딩 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 판정값이 미리 설정된 기준 범위 내인 경우에는, 상기 본딩 툴로부터 상기 피 접합부에 하중을 가한 상태에서, 상기 초음파 혼으로부터 상기 초음파 진동을 발생시킴으로써 상기 피 접합부에 상기 와이어를 접합시키는 접합 동작을 행하고,
    상기 판정값이 상기 기준 범위 밖인 경우에는, 상기 접합 동작을 행하지 않고, 상기 본딩 툴 및 상기 초음파 혼의 동작을 정지시키는, 와이어 본딩 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 판정값이 미리 설정된 기준 범위 내인 경우에는, 상기 본딩 툴로부터 상기 피 접합부에 하중을 가한 상태에서, 상기 초음파 혼으로부터 상기 초음파 진동을 발생시킴으로써 상기 피 접합부에 상기 와이어를 접합시키는 접합 동작을 행하고,
    상기 판정값이 상기 기준 범위 밖인 경우에는, 상기 접합 동작을 행한 후에, 상기 본딩 툴 및 상기 초음파 혼의 동작을 정지시키는, 와이어 본딩 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 판정값이 미리 설정된 기준 범위 내인 경우에는, 상기 본딩 툴로부터 상기 피 접합부에 하중을 가한 상태에서, 상기 초음파 혼으로부터 상기 초음파 진동을 발생시킴으로써 상기 피 접합부에 상기 와이어를 접합시키는 접합 동작을 제1 조건에서 행하고,
    상기 판정값이 상기 기준 범위 밖인 경우에는, 상기 접합 동작을 상기 제1 조건과 다른 제2 조건에서 행하는, 와이어 본딩 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 조건과 상기 제2 조건은, 상기 초음파 혼으로부터 발생시키는 상기 초음파 진동의 출력, 상기 접합 동작을 행하는 시간, 및 상기 본딩 툴로부터 상기 피 접합부에 가해지는 하중의 적어도 어느 것에 있어서 다른, 와이어 본딩 장치.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판정값은, 상기 와이어가 상기 피 접합부에 접촉하고 나서 상기 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 상기 하중 센서에 의해 검출되는 하중 신호 파형의 임의의 시간 구간에서의 하중의 시간 적분값인, 와이어 본딩 장치.
  8. 피 접합부에 와이어를 접촉시켜서 하중을 가하면서, 상기 피 접합부에 가해지는 하중을 연속적으로 검출하는 서치 공정과,
    상기 서치 공정에서 검출된 상기 하중으로부터 판정값을 산출하는 해석 공정과,
    상기 해석 공정에서 산출된 상기 판정값이 미리 설정된 기준 범위 내인 경우에는, 상기 피 접합부에 하중을 가한 상태에서, 초음파 진동을 발생시켜서 상기 피 접합부에 상기 와이어를 접합시키는 접합 동작을 행하고, 상기 판정값이 상기 기준 범위 밖인 경우에는, 상기 해석 공정에서 산출된 상기 판정값이 상기 기준 범위 내인 경우와는 다른 동작을 행하는 동작 공정
    을 구비한, 와이어 본딩 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 판정값이 상기 기준 범위 밖인 경우에는, 상기 동작 공정에서, 상기 접합 동작을 행하지 않는, 와이어 본딩 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 서치 공정과, 상기 해석 공정과, 상기 동작 공정을 반복해서 행하고,
    상기 판정값이 상기 기준 범위 밖인 경우에는, 상기 동작 공정에서, 상기 접합 동작을 행한 후에, 다음 번의 상기 서치 공정을 금지하는, 와이어 본딩 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 판정값이 상기 기준 범위 내인 경우에는, 상기 동작 공정에서, 상기 접합 동작을 제1 조건에서 행하고,
    상기 판정값이 상기 기준 범위 밖인 경우에는, 상기 동작 공정에서, 상기 접합 동작을 상기 제1 조건과 다른 제2 조건에서 행하는, 와이어 본딩 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 조건과 상기 제2 조건은, 초음파 혼으로부터 발생시키는 상기 초음파 진동의 출력, 상기 접합 동작을 행하는 시간, 및 상기 피 접합부에 가해지는 하중의 적어도 어느 것에 있어서 다른, 와이어 본딩 방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판정값은, 상기 와이어가 상기 피 접합부에 접촉하고 나서 상기 초음파 진동을 발생시킬 때까지의 동안에 하중 센서에 의해 검출되는 하중 신호 파형의 임의의 시간 구간에서의 하중의 시간 적분값인, 와이어 본딩 방법.
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