KR960005549B1 - 볼 본딩 방법 및 그 장치 - Google Patents

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디나페르트 델포텍 게젤샤프트미트베슈
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Description

볼 본딩 방법 및 그 장치
마이크로 전자공학에서, 본딩은 접속이 납땜(주로, 주석-납 합금)의 수단에 의해 행하여지는 통상적인 납땜과는 구별되는 바와같이 일반적으로 접착 또는 용접에 의한 부품간의 상호 접속을 말한다.
지지기판상에 부품을 장착하는 칩(다이)본딩 방법과 지지기판상으로 부품 리이드를 접속하거나 또는 부품과 상기 기판의 각 접속 패드를 세선의 와이어로 접속하는 와이어 본딩 방법은 구별되며, 본 발명은 부품과 상기 기판의 각 접속패드를 세선의 와이어로 접속하는 상기 최종의 와이어 본딩 방법에 관한 것으로, 특히, 소위 볼 본딩에 관한 것이다. 그리고, 볼 본딩의 여러가지 공정은 다음과 같다.
즉, -본드헤드 또는 이에 결합되고 플레임 스카프 본드 볼(flame scarfed bond ball)을 포함하는 본드 캐필러리(capillary)를 상방향으로 끌어당겨진 출발위치로부터 제1본딩 장소로 위치시켜서 하강시키는 단계,
-열의 공급, 소정의 본딩 압착 또는 초음파 보조장치로 본드와이어 볼을 용접시키는 공정.
-상기 본드 캐필러리를 위쪽으로 끌어당기는 공정.
-루우프(loop)를 형성하는 공정.
-열의 공급, 소정의 본딩 압착 또는 초음파 보조장치에 의한 본드와이어의 용접공정.
-기 설정 테일길이(Tail-length) 위치까지 본드 캐필러리를 끌어당겨 올리고, 상기 본드와이어를 맞물리고 있는 크램프의 수단에 의한 견인력으로 본드와이어를 절단한 후 출발위치로 상기 본드 캐필러리를 끌어당겨 올리는 공정 및 본드와이어 볼을 형성하도록 본드와이어의 자유단을 플레임 스카핑하는 공정으로 되어 있다.
부품이 계속적으로 최소화되고 이에 따라 본딩 또는 접촉 패드의 계속적인 최소화되는 견지에서, 그에 상응하여 이웃간의 본딩 또는 접촉 패드 사이의 단락을 방지하도록 볼(ball)의 사이즈는 그에 상응하여 감소되어야 한다.
또한, 이 "미니-볼(mini-ball)"은 그 칫수가 정확하게 되어야 한다.
이와 같은 두가지의 요구사항은 전술한 종래의 방법으로서는, 만족하게 달성될 수 없다. 이것은 종래의 볼 본딩이 다음과 같은 사항을 전혀 고려하지 않은 사실 때문이다.
1. 매우 가느다란 라(裸)금선(Gold wire)의 10%까지의 신장,
2. 단선의 원인이 되는 본드와이어와 크램프 사이의 슬립,
3. 내부 스트레스에 기인되는 제2본딩 패드로의 용접후 비부하 상태에서, 본딩와이어의 변형, 특히, 이 와이어의 횡방향으로의 편향,
상술된 바와 같은 현상이 고려되지 않는 사실로 인하여, 종래 볼 본딩 방법으로는 테일(tail)길이가 매우 일정하지 않게 되고 이에 따라 볼의 사이즈도 일정하게 않게 된다.
따라서, 본 발명의 볼의 사이즈 특히, 소위 미니볼(mini-ball)의 사이즈 역시 매우 정확하게 제어될 수 있는 수단에 의해 전술한 종류의 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 장치를 제공함을 목적으로 하고 있다.
이러한 목적은 특허청구범위 제1항 또는 제3항에 기재된 특정의 방법에 의하여 아주 놀라울 만큼 간단한 방법에 의해 해결되며, 한편 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치는 특허청구범위 제6항에 기재된 내용에 의해 특정 지어진다.
전술한 목적을 해결하기 위한 것 이외에도 본 발명에 의한 방법은 부가적으로 또하나의 정보를 제공하여 준다. 와이어 크램크가 와이어 크램프 위치에 있게 되는 즉시, 와이어 크램프와 본딩 패드 또는 리이드 프레임 사이의 전기접속이 형성되지 않을 때에는 이는 제2본딩 패드로의 테일(tail)의 접속이 이루어져 있기 않거나, 또는 와이어 크램프가 작동됨이 없이 이미 본드와이어가 절단되어 있음을 의미한다. 이러한 경우에, 바람직스럽게는 본딩 장치의 에너지부세가 제거되고 고장이 조사되어 제거된 후 본딩 장치가 리세트 된다.
특허청구 제4항에 특정된 방법에 있어서는, 본드헤드가 기 설정된 만큼 하강한 후에도 본드와이어의 자유단과 플레임-스카핑(flame-scarfing) 수단 사이에 접촉이 수 없을 때에는 이것은 테일(tail)길이가 너무 짧아 충분한 크기의 볼(ball)이 형성될 수 없는 것을 의미한다. 이 경우에도 역시, 바람직스럽게로는 본딩장치의 에너지부세가 제거되고 고장이 조사되어 제거된 후 본딩장치가 리세트된다.
그래서, 본 발명에 의한 방법은 종래 방법에 따라 작동될 때 달성될 수 없었던 부가적인 고장신호가 얻어진다.
특허청구범위 제1항에 특정된 세부사항은 특허청구범위 제2항 및 제3항에 기술된다.
다음에 본 발명에 의한 방법을 기본 도면, 즉 본 발명에 의한 볼 본딩 방법의 기본적인 시컨스를 표시하는 제1도 내지 제7도를 참조하여 상세히 설명한다.
첨부도면은 본드 캐필러리(10), 와이어 하측 자유단에 미니볼(12)를 가진 금의 본드와이어(11), 이 본드와이어(11)를 맞물리고 있는 와이어 크램프(13), 제1본딩패드(17), 리이드 프레임(15), 리이드 프레임 또는 기판상의 제2본딩패드(16)를 각각 가지고 있는 부품(14), 및 플레임-스카핑 랜스(flame-scarfing lance)(18)를 나타내고 있다.
상세히 도시되지는 않았지만, 플레임 스카프된 본드와이어 볼(12)을 가진 본드 캐필러리(10)를 포함하는 본드헤드가 상방향으로 끌어올려진 출발위치로부터 출발하여, 본드 캐필러리(10)는 제1도에서 화살표(19)로 나타내는 바와 같이, 부품(14)상에 형성되어 있는 제1본딩패드(17)로 하강된다.
본드 캐필러리(10)가 하강하면 볼(12)도 하강하고 이에 따라 본드와이어(11)도 하강된다. 그후, 볼(12)은 열의 공급, 소정의 본딩 압착 보조장치 또는 초음파 보조장치에 의해 부품(14)상의 제1본딩패드(17)에 용접된다.
그리고, 본드헤드나 또는 본드 캐필러리(10)는 상측으로 끌어당겨지고(제3도 화살표 20 참고) 제4도에 표시된 기 설정 루우프 위치로 이동되어 소위 본드와이어 루우프(loop)(21)가 형성된다. 이 루우프 위치에서, 본드 캐필러리는 제2본딩패드(16) 위치된다. 그후 본드 캐필러리는 다시 이 루우프 위치로부터 본드와이어(11)와 같이 다시 하강된다(제4도 화살표 22 참조). 제5도에서 도시된 하강된 위치에서 본드와 이어(11)는 다시 열공급, 소정 본딩 압착 또는 초음파 보조장치의 수단에 의해 제2본딩패드(16)에 용접된다.
그후, 본드헤드 또는 본드 캐필러리(10)는 제6도에 도시된 테일길이(tail-length)위치(28)로 이동되고 그 다음 와이어 크램프(13)가 작동되어 제6도에서 화살표(23)로 표시하는 바와 같이 와이어 크램프 위치로 이동된다. 그후 전압이 리이드 프레임(15)를 통하여, 와이어 크램프와 제2본딩패드(16) 사이에 인가된다. 이 전압이 인가되면 즉시 와이어 크램프(13)는 제7도에서 화살표(24)에 의해 나타나지는 바와 같이, 상측으로 이동되며, 한편 이에 상응되는 견인력이 와이어가 절단될 때까지 본드와이어 상에 작용하게 된다. 본드와이어(11)가 절단되면 바로 와이어 크램프(13)와 제2본딩패드(16) 사이의 전기접속이 끊어지게 되며, 와이어 크램프(13)의 견인 또는 절단동작이 중지된다.
동시에 본드와이어(11)의 절단시까지 화살표(24) 방향에서 와이어 크램프(13)의 이동거리가 감지된다. 이와 같은 방법으로 실제의 테일길이(25)(제7도)나 또는 제2본딩패드(16) 위의 본드와이어 자유단의 정확한 위치를 결정하는 것이 가능하므로, 새로운 볼(12)를 형성하도록 본드와이어의 자유단을 프레임 스카프하기 위한 수단을 위치시키는 것이 가능하다. 다시말하면, 프레임 스카핑 랜스(18)가 본드와이어 팁으로부터 항상 기 설정된 거리를 유지하도록(제7도 2중화살표(26) 참조) 본드와이어 자유단이나 또는 와이어 팁의 반대측에 위치시키는 것이 가능하다. 그리고나서 플레임 스카핑 랜스(18)는 부세되므로(플레임 스카핑 스파크(27)) 테일(25)는 변형되어 새로운 볼(12)가 만들어진다.
그후, 와이어 크램프(13)가 다시 열려지고 제1도에 도시된 출발위치로 하강된다. 그리고나서 전술한 바와 같은 새로운 본딩 사이클이 시작되어진다.
와이어 크램프(13)는 스텝모터에 의해 구동되는 것이 바람직스럽다. 따라서 본드와이어(11)가 절단될 때까지 와이어 크램프(13)에 의한 이동거리는 스텝(클럭)으로 결정된다. 또한, 2중화살표(26)에 따라서의 플레임 스카핑 랜스(18)의 상·하 운동은 동양으로 스텝모터의 수단과 컴퓨터 장치에 결합된 양 스텝모터의 카운터에 의해 수행됨으로써 와이어 팁으로의 플레임 스카핑 랜스(18)의 소정의 배치가 충분히 자동적으로 이루어질 수 있도록 함이 바람직스럽다.
와이어 크램프(13)가 다시 제1도에 도시되어 있는 출발위치에 있게 되는 즉시 와이어 크램프(13)와 결합되어 있는 카운터는 제로로 리셋트된다. 플레임 스카핑 랜스(18)는 또한 테일(25)를 플레임 스카프한 후에 제로 위치로 복귀된다. 상기 제로 위치에 도달하게 되면 즉시 플레임 스카핑 랜스(18)의 구동수단에 결합되어 있는 카운터 또한 제로로 리셋트된다. 그리고 양 와이어 크램프(13)와 플레임 스카핑 랜스(18)가 출발위치에 놓여지게 되고 이것으로부터 와이어 팁과 플레임 스카핑 랜스(18)의 상호 위치가 결정되고 조절된다.
기술된 방법에 의하면, 신장이나 와이어 변형 (무 부하상태에서 횡방향 편향)과 같은 전술한 바의 고장원인 현상이나 또는 매개변수 등이 제거되어서 볼은 그 칫수가 정확하게 될 수 있는 것이 가능하다.
본드와이어(11)가 절단된 후에, 와이어 자유단이 그 사이에 플레임 스카핑 위치 또는 상응하는 접합점에 복귀되거나 선회되어 있는 어느 하나의 플레임 스카핑 랜스와 접촉할 때까지, 상측으로 끌어당겨 올려진 본드 캘필러리(10)가 다시 하강할 때에도 동일한 결과가 얻어지게 된다.
그후에 본드헤드는 다만 와이어 자유단과 플레임 스카핑 랜스(18) 사이의 기 설정된 거리가 도달될 때까지 들어올리면 된다. 이 방법으로도 동양으로 항상 볼의 정확한 크기를 결정하는 것이 가능하다. 이 마지막 방법으로는 플레임 스카핑 랜스(18)은 단지 제7도의 2중화살표(27)의 방향에서 움직인다.
또한 상기 최종의 방법에 있어서는, 종래의 전기(비접촉)센서, 기계적 센서 또는 초음파센서는 접촉센서로 사용하여도 좋다.
최종방법으로도 충분한 길이의 테일(25)가 나타나 있는가의 여부를 결정하는 것이 또한 가능하다. 본드헤드가 기 설정된 만큼 하강한 후에도 플레임 스카핑 랜스(18)와 아무런 접촉이 없게 되면 이것은 테일길이가 충분한 크기의 볼(12)을 형성하기에는 너무도 짧다는 것을 나타내는 것이다.
그리고 첫번째 기술된 방법의 잇점은 와이어 크램프(13)가 닿혀진 후에도 이 크램프와 제2본딩패드(16) 사이의 전기적 접속이 이루어질 수 없게 되면 와이어 크램프(13)의 작동없이 본드와이어가 이미 절단되어 있음을 결정할 수 있는 점이다.
본 발명에서 개시된 모든 특징은 개별적으로나 또는 결합하여 종래기술에 대하여 신규한 범위에까지 본 발명의 필수적인 것으로 청구된다.

Claims (6)

  1. a) 플레임 스카프된 본드와이어 볼을 가지는 본드 캐필러리를 위치시켜서 상측으로 끌어당겨 올려진 출발위치로부터 제1본딩패드로 하강시키는 공정, b) 열의 공급, 소정 본딩 압착 또는 초음파 보조장치에 의해 본드와이어 볼을 용접하는 공정, c) 본드 캐필러리를 다시 상측으로 끌어당겨 올리는 공정, d) 루우프를 형성하는 공정, e) 열의 공급, 소정 본딩 압착 또는 초음파 보조장치에 의해 제2본딩패드에 본드와이어를 용접하는 공정, f) 기 설정된 테일길이 위치까지 본드 캐필러리를 상측으로 다시 끌어당겨 올려서 본드와이어를 맞물리고 있는 크램프 수단에 의한 견인력으로 본드와이어를 절단한 후, 출발위치로 본드 캐필러리를 다시 상측으로 끌러당겨 올리는 공정, g) 본드와이어 자유단을 플레임 스카프하여 새로운 본드와이어 볼을 형성하는 공정을 구비하는 볼 본딩 방법, 특히 금선의 본딩 방법에 있어서, h) 제2본딩패드에 본드와이어를 용접한 후에 크램프가 와이어 크램프 위치에 있게 되면 즉시 상기 제2본딩패드와 본드와이어에 상기 견인력을 발휘하는 크램프 사이에 전압이 인가되는 공정, i) 그후, 본드와이어가 절단되어서 제2본딩패드와 크램프 사이의 전기접속의 차단시까지 크램프에의 이동거리를 측정하는 공정 및, j) 플레임 스카핑 장치, 특히 플레임 스카핑 랜스가 본드와이어의 자유단 또는 와이어 팁으로부터 기 설정된 거리를 가지도록 측정된 크램프의 이동거리를 고려하여, 본드와이어의 자유단을 플레임 스카프하기 위한 장치(플레임 스카핑 장치), 특히 플레임 스카핑 랜스를 본드와이어의 자유단 또는 와이어 팁에 배치하는 공정을 구비함을 특징으로 하는 방법.
  2. 제2본딩패드에 용접된 본드와이어를 절단시키는 크램프는 본드와이어가 절단될 때까지 이동스텝이 계수되는 동안 스텝 방식 또는 클럭 방식으로 끌어당겨지도록 함을 특징으로 하는 특허청구범위 제1항 기재의 방법.
  3. 본드와이어가 절단된 후에 상기 크램프의 이동스텝을 계수하기 위한 계수기는 제로로 리셋트 됨을 특징으로 하는 특허청구범위 제2항 기재의 방법.
  4. a) 플레임 스카프된 본드와이어 볼을 가지는 본드 캐필러리를 위치시켜서 상측으로 끌어당겨 올려진 출발위치로부터 제1본딩패드로 하강시키는 공정, b) 열의 공급, 소정 본딩 압착 또는 초음파 보조장치에 의해 본드와이어 볼을 용접하는 공정, c) 본드 캐필러리를 다시 상측으로 끌어당겨 올리는 공정, d) 루우프를 형성하는 공정, e) 열의 공급, 소정 본딩 압착 또는 초음파 보조장치에 의해 제2본딩패드에 본드와이어를 용접하는 공정, f) 본드 캐필러리를 기 설정 테일길이 위치까지 상측으로 끌어당겨 올려서, 본드와이러를 맞물리고 있는 크램프 수단에 의한 견인력으로 본드와이어를 절단한 후 다시 출발위치로 끌어당겨 올리는 공정, g) 본드와이어의 자유단을 플레임 스카프하여 새로운 본드와이어 볼을 형성하는 공정을 구비한 볼 본딩방법에 있어서, h) 본드와이어의 자유단을 플레임 스카프하기 전해 이를 위해 사용되는 플레임 스카핑 장치, 특히 플레임 스카핑 랜스는 플레임 스카핑 위치에 재치되는 공정 및, i) 본드와이어의 자유단 또는 와이어 팁이 플레임 스카핑 랜스 또는 변위제한부재(접합점)에 접촉할 때까지 본드 캐필러리를 가지는 본드헤드가 하강되고, 그후 본드와이어 자유단 또는 와이어 팁이 플레임 스카핑 장치, 특히 플레임 스카핑 랜스로부터 기 설정된 거리를 유지하도록 기 설정거리까지 다시 본드헤드를 상측으로 이동시키는 공정을 구비함을 특징으로 하는 방법.
  5. 상기 본드와이어의 자유단 또는 와이어 팁의 접촉은 전기적, 기계적 또는 초음파적 및 이들 결합의 센서의 수단에 의해 검출됨을 특징으로 하는 특허청구범위 제4항 기재의 방법.
  6. 본드와이어(11)을 절단시키기 위한 와이어 크램프(13)는 기 설정된 제로위치로부터의 이와이어 크램프(13)에 의한 이동거리가 세트되거나 또는 디지탈적으로 결정될 수 있도록, 카운터에 연결된 스텝구동 수단이 구비되어 있는 것을 특징으로 하여 특허청구범위 제1항 내지 제5항에 기재된 방법을 수행하기 위한 장치.
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