KR960002769B1 - 와이어 본딩방법 및 장치 - Google Patents

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bond point
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요시미쓰 데라도
가즈오 스기우라
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가부시끼가이샤 신가와
아라이 가즈오
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Abstract

내용 없음.

Description

와이어 본딩방법 및 장치
제1도는 본 발명의 와이어 본딩방법의 1실시예를 도시하는 타이밍도.
제2도는 본 발명의 방법을 사용한 와이어 본딩장치의 개략 구성도.
제3도는 제2도의 와이어 본딩장치를 사용하는 제어장치의 블록도.
제4도는 본 발명의 방법에 의한 압착볼직경 및 그 산포를 도시하는 설명도.
제5a 내지 g도는 일반적인 와이어 본딩방법의 공정도.
제6도는 종래의 와이어 본딩방법을 도시하는 타이밍도.
제7도는 종래의 방법에 의한 압착볼직경 및 그 산포를 도시하고 7(a)도는 하중이 큰 경우의 설명도, 7(b)도는 하중이 작은 경우의 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1a : 제1본드점 3 : 와이어
3a : 볼 12 : 초음파 출력
15,16 : 인가하중
[산업상의 이용분야]
본 발명은 제1본드점과 제2본드점과의 사이를 와이어로 접속하는 와이어 본딩방법 및 장치에 관한 것이다.
[종래의 기술]
와이어 본딩방법은, 주지하는 바와 같이, 제5도에 도시하는 방법에 의하여 행해진다. 우선 제5a도에 도시하는 바와 같이 캐필레리(4)의 하단에서 연재(延在)하는 와이어(3)에 전기토오치(5)에 의한 불꽃방전에 의하여 볼(3a)을 만든다. 그후 전기토오치(5)는 화살표 방향으로 이동한다.
다음에 제5b도에 도시하는 바와 같이, 캐필레리(4)는 제1본드점(1a)의 상방으로 이동한다. 계속하여 제5c도에 도시하는 바와 같이, 캐필레리(4)가 하강하여, 와이어(3)의 선단의 볼(3a)을 제1본드점(1a)에 접속한다.
그후, 제5d도에 도시하는 바와 같이 캐필레리(4)는 상승한다.
계속하여 제5e도에 도시하는 바와 같이, 캐필레리(4)는 제2본드점(2a)의 상방으로 이동한다. 다음에 제5f도에 도시하는 바와 같이 캐필레리(4)가 하강하여 제2본드점(2a)에 와이어(3)를 접속한다. 그후, 캐필레리(4)가 일정한 위치로 상승한 후 클램퍼(6)가 닫히고 캐필레리(4)와 클램퍼(6)가 같이 상승하여 제5g도에 도시하는 바와 같이 와이어(3)을 절단한다. 이로서, 1개의 와이어 접속이 완료한다. 더욱이, 이 종류의 와이어 본딩방법에 관련하는 것으로서 예를들면 일본 특개소 57-87143호 공보, 일본 특공평 1-26531호 공보, 일본 특공평 2-13818호 공보 등을 들 수 있다.
그런데, 이와 같은 와이어 본딩방법에 있어서는, 특히 제1본드점(1a)으로의 본딩은, 볼(3a)을 압착시키기 위하여, 압착볼 형상(압착된 볼 형상)과 본드면으로의 접합성이 문제로 된다. 여기서 종래는, 제6도에 도시하는 바와 같이, 캐필레리(4)에 일정한 인가하중(10)을 가하여 두고, 캐필레리(4)가 제1본드면(1)의 제1본드점(1a)에 접촉하고 있을 때에 제1본드면(1)에 인가하중(11)이 가해지도록 하여 이 인가하중(11)이 가해진 상태에서 초음파 출력(12)을 인가하고 있다.
[발명이 해결하려고 하는 과제]
상기 종래기술은, 인가하중(11)이 압착볼직경에 미치는 영향에 대하여 하등 배려되어 있지 않다. 본 발명자는, 상기 종래기술과 같이 일정한 인가하중(11)을 가한 경우에 있어서 여러가지 실험을 행하고, 접합성이 합격레벨로 될때의 압착볼직경에 대하여 조사한 결과, 다음과 같은 것이 판명되었다. 인가하중(11)이 크면, 제7a도에 도시하는 바와 같이 압착볼직경의 산포는 작고 안정하여 있지만, 접합성이 합격 레벨시의 압착볼직경은 크게된다. 이에 대하여 인가하중(11)을 작게하면 제7b도에 도시하는 바와 같이, 접합성이 합격레벨시의 압착볼직경은 비교적 작아지지만 압착볼직경의 산포는 크게된다.
이와 같이 큰 인가하중(11)이면, 초음파 인가전의 큰 인가하중(11)으로 볼(3a)를 적당히 변경시키게 되므로, 압착볼직경은 안정하지만, 초음파 인가시의 인가하중(11)이 지나치게 커져서, 압착볼직경이 크게된다. 또 작은 인가하중(11)이면, 초음파 인가전의 볼(3a) 변형이 지나치게 적어서 볼형상이 안정하지 않지만 비교적 작은 압착볼직경이 얻어진다.
즉 종래기술에서는 압착볼직경 및 압착볼직경의 산포의 양쪽을 만족시키는 것은 곤란하였다. 특히, 최근 반도체 조립장치의 미세피치화 등에 의하여, 제1본드점(1a)의 패드사이즈는 점점 작아져가는 경향이 있고, 압착볼직경이 작고, 그리고 압착볼직경의 산포를 작게하는 것을 큰 과제로 되어 있다.
본 발명의 목적은 압착볼직경이 작고, 그리고 압착볼직경의 산포가 작고 접합성이 합격 레벨로 되는 와이어 본딩방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 와이어 선단에 형성한 볼을 하중을 가하면서 초음파를 인가하여 제1본드점에 본딩하는 와이어 본딩방법에 있어서 상기 볼이 제1본드점에 접속할때의 하중을 초음파 인가시의 하중보다 크게한 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 와이어의 선단에 형성한 볼을 하중을 가하면서 초음파를 가압하여 제1본드점에 본딩하는 와이어 본딩장치에 있어서 상기 볼이 상기 제1본드점에 접촉하는 위치를 검출하는 검출수단과 본딩하중을 설정하는 본딩설정수단과, 상기 볼이 제1본드점에 접촉할때의 하중을 초음파 가압시의 하중보다 크게 되도록 상기 본딩설정수단에 신호를 출력하는 중앙제어회로와를 구비한 것을 특징으로 한다.
[작용]
상기 수단은, 여러가지 실험을 반복하여 행한 결과 얻어진 것이다. 즉, 초음파 인가전은, 큰 하중을 인가함으로, 압착볼직경은, 산포가 적고 안정하고, 또 초음파 인가시는 작은 하중을 인가함으로 압착볼직경은 크게 되지 않고 비교적 작게된 것이라고 생각된다.
[실시예]
이하, 본 발명의 1실시예를 제1도 내지 제4도에 의하여 설명한다. 제2도에 도시하는 바와 같이 XY테이블(20)상에는, 본딩헤드(21)가 탑재되어 있다. 본딩헤드(21)에는 지지축(22)이 회전이 자유로이 지지되어 있고, 지지축(22)에는 호온홀더(23)가 고정되어 있다.
호온홀더(23)에는 호온(24)이 고정되고, 호온(24)의 선단부에는 제5도에 도시하는 캐필레리(4)가 고정되어 있다. 캐필레리(4)에는, 도시하지 않는 스푸울에 감겨진 와이어(3)의 선단이 끼워져 있다.
또 본딩헤드(21)에는 정역회전 가능한 상하 구동용 모우터(25)가 고정되어 있고, 상하 구동용 모우터(25)의 출력축에는 캠축(26)이 고정되고, 캠축(26)에는 캠(27)이 고정되어 있다. 그리고 호온홀더(23)에 회전이 자유로이 설치된 로울러로 이루어지는 캠폴로워(28)가 캠(27)에 압접하도록 호온홀더(23)는 스프링(29)으로 가압되고 있다. 또 호온홀더(23)에는, 지지축(23)을 중심으로 캐필레리(4)와 반대측의 하면에 검출판(30)이 호온홀더(23)의 측면에서 돌출하도록 고정되어 있고, 이 검출판(30)의 상면에 대향하여 본딩헤드(21)에는 선형센서(31)가 고정되어 있다. 또 본딩헤드(21)에는 본딩하중 설정용의 리니어 모우터(32)의 마그네트(33) 측이 고정되고 선형모우터(32)의 코일(34)측은 상기 호온홀더(23)에 고정되어 있다.
상가 캠(27)은 리니어 또는 편심캠으로 이루어지고 제2도의 상태로부터 화살표(A)방향으로 180도 정회전하는 범위는 하강프로필로 되어 있다.
따라서 캠(27)은 180도의 범위를 정역회전하여 사용한다.
즉, 캠(27)은 정회전하면 하강프로필로 되고 역회전하면 상승프로필로 된다.
따라서 캠(27)이 화살표(A)방향으로 정회전 되어지면, 캠(27)의 하강프로필에 의하여 호온홀더(23)는 지축(22)을 중심으로 화살표(B)방향으로 회전운동되어지고, 캐필레리(4)는 하강한다.
이 경우, 호온홀더(23)의 회동량에 따라 검출판(30)과 리니어센서(31)와의 갭(G)은 크게 변화하고, 리니어센서(31)로부터는 갭(G)에 비례한 전압 또는 전류가 출력된다. 상기와 같이 캐필레리(4)가 하강하여 본드면(11)에 접촉한 후는 갭(G)은 일정한 갭으로 되어 변화하지 않고, 리니어센서(31)로부터는 일정한 전압 또는 전류가 출력된다. 일정한 출력이 리니어센서(31)로부터 출력되면, 이 출력은 아래에 설명하는 중앙제어회로(40)(제3도 참조)에 의하여 본드면 레벨로 판단되고, 검출점이 중앙제어회로(40)의 메모리에 기억된다.
제3도는 제어장치를 도시한다. 상하 구동용 모우터(25)는, 중앙제어회로(40)에 미리 기억된 데이터에 따라 펄스 출력제어회로(41), 서어보 제어회로(42), 모우터 구동회로(43)를 통하여 구동되고, 정회전량 및 역회전량이 제어된다. 또 이 경우에 있어서 상하 구동용 모우터(25)의 회전위치는, 중앙제어회로(40) 및 서어보 제어회로(42)에 판독된다.
그리고 상기한 바와 같이 상하 구동용 모우터(25)가 회전하여 캐필레리(4)가 하강하여 있을때의 검출판(30)과 리니어센서(31)와의 갭(G)에 의한 리니어센서(31)의 출력은, 순차센서 앰프(44)에 의하여 증폭되고, A/D 변환기(45)에 의하여 디지틀 데이터로 변환되어 중앙제어회로(40)에 입력된다.
또 리니어 모우터(32)는, 중앙제어회로(40)로부터의 데이터에 따라 펄스출력제어회로(46), 모우터 구동회로(47)를 통하여 구동된다.
여기서 중앙제어회로(40)로부터는 제1도에 도시하는 바와 같이, 초음파 출력(12)의 발진전은 큰 인가하중(13)이 캐필레리(4)에 가압되고 초음파 출력(12)의 발진후는 작은 인가하중(14)이 캐필레리(4)에 인가되도록 되어 있다.
또 호온(24)에는, 초음파 출력제어회로(48), 초음파 발진기(49)를 통하여 초음파 출력(12)이 인가되도록 되어 있다.
더욱, 중앙제어회로(40), 펄스출력 제어회로(41,46) 및 초음파 출력제어회로(48)는 마이크로 컴퓨터(50)로 치환하여도 좋다.
다음 작용에 대하여 설명한다. 본딩동작은, 제5도에 도시하는 동작에 의하여 행해진다. 본 실시예는 제1본드점(1a)으로의 본딩방법을 특징으로 하는 것이므로, 제1본드점(1a)으로의 본딩동작만에 대하여 설명한다.
와이어(3)의 선단에 볼(3a)가 형성된 후, 제2도에 도시하는 상하 구동용 모우터(25)가 정회전 한다. 이 경우 리니어 모우터(32)에는, 제1도에 도시하는 바와 같이 캐필레리(4)에 큰 인가하중(13)이 인가되도록 중앙제어회로(40)로부터 출력되어 있다. 즉, 리니어 모우터(32)에 어떤 일정치의 전류가 인가되면, 코일(34)이 마그네트(33)에 의하여 반발되어 호온홀더(23)는 압상되고, 캠폴로워(28)는 캠(27)에 압접케된다. 이로서, 캐필레리(4)에는 큰 인가하중(13)이 인가된 상태로 된다.
상기와 같이 상하 구동용 모우터(25)가 정회전하면, 제1도에 도시하는 바와 같이 캐필레리(4)는 하강하고, 볼(3a)은 본드면(1)의 제1본드점(1a)에 접촉한다. 이로서 리니어센서(31)의 출력은 일정하게 되고, 중앙제어회로(40)는 본드면(1)의 레벨을 기억한다. 상기 본드면(1)의 레벨의 검출점을 기준으로하여 상하 구동용 모우터(25)는 일정량 회전케 되어, 캠(27)과 캠폴로워(28) 사이에 일정한 갭이 생기고, 캐필레리(4)에는 상기 인가하중(13)에 의한 큰 인가하중(15)이 가해지고, 볼(3a)은 캐필레리(4)에 의하여 눌려진다. 다음에 초음발진기(49)가 발진케되어 초음파 출력(12)이 호온(24)을 사이에 두고 캐필레리(4)에 전달되고 볼(3a)은 제1본드점(1a)에 본딩된다. 또 초음파 출력(12)의 발진과 동시 또는 전후에 상기 인가하중(13)보다 작은 인가하중(14)이 캐필레리(4)에 인가되도록 리니어 모우터(32)에는 상기 전류보다 작은 전류가 인가된다.
이로서 볼(3a)은 작은 인가하중(16)이 가해진 상태에서 초음파 출력(12)에 의하여 제1본드점(1a)에 본딩된다. 그후, 상하 구동용 모우터(25)는 역회전되고, 캠(27)의 상승 프로필에 의하여 캐필레리(4)는 상승한다.
이와 같이, 볼(3a)이 제1본드점(1a)에 접촉할때의 인가하중(15)을 초음파 출력(12)의 가압시의 인가하중(16)보다 크게하였으므로, 제4도에 도시하는 바와 같이 접합성이 합격 레벨시에서는 압착볼직경은 작고, 또 압착볼직경의 산포가 적고 안정하였다. 이는, 초음파 인가는, 큰 인가하중(15)을 인가함으로 압착볼직경은 산포가 적고 안정하고, 또 초음파 인가시는, 작은 인가하중(16)을 인가함으로, 압착볼직경은 크게되지 않고 비교적 작게 되었다고 생각된다.
그런데, 인가하중(15), 인가하중(16)의 크기는, 와이어(3)의 재질 및 직경, 초음파 출력(12)의 크기 등에 의하여 다르지만 일례를 표시하면, 와이어(3)의 재질이 금이고, 직경이 30㎛, 초음파 출력(12)이 60mV, 제1도에 도시하는 인가하중(15)의 인가시간이 7ms, 인가하중(16) 및 초음파 출력(12)의 시간이 15ms의 경우, 인가하중(15)을 60gr, 인가하중(16)을 20gr로 하였을때, 접합성이 합격레벨시의 압착볼직경은 80㎛, 압착볼직경의 산포는 ±3㎛로, 매우 양호한 결과가 얻어졌다.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면, 볼이 제1본드점에 접촉할때의 하중을 초음파 인가시의 하중보다 크게하였으므로, 압착볼직경이 작고, 그리고 압착볼직경의 산포가 작고, 접합성이 합격레벨로 되었다.

Claims (2)

  1. 와이어의 선단에 형성한 볼을 하중을 가하면서 초음파를 인가하여 제1본드점에 본딩하는 와이어 본딩방법에 있어서, 상기 볼이 상기 제1본드점에 접속할 때의 하중을 초음파 가압시의 하중보다 크게한 것을 특징으로 하는 와이어 본딩방법.
  2. 와이어의 선단에 형성한 볼을 하중을 가하면서 초음파를 인가하여 제1본드점에 본딩하는 와이어 본딩장치에 있어서, 상기 볼이 상기 제1본드점에 접속하는 위치를 검출하는 검출수단과, 본딩하중을 설정하는 본딩설정수단과, 상기 볼이 1본드점에 접촉할때의 하중을 초음파 인가시의 하중보다 커지도록 상기 본딩 설정수단에 신호를 출력하는 중앙제어회로와를 구비한 것을 특징으로 하는 와이어 본딩장치.
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