TANAKA의 기술

Bonding Lab 와이어 본딩 사이클 편

본딩 동작을 중심으로 와이어가 어떻게 변형되어 연결되어 가는지를 동영상을 통해 해설하고 있습니다.

2009년 9월

본딩 사이클 편 첫회의 본딩-연구실에서는 본딩 동작을 중심으로 설명합니다。 대략 4단계로 나누어지는 본딩에서 와이어가 어떻게 변형되어 연결되어 가는지를 동영상을 통해 해설하고 있습니다.

はな先生電子ちゃんDr.山

①본딩 와이어란?

하나 선생님 :
덴코양, 본딩 와이어가 어떻게 사용되는지 알아?
덴코양 :
저도 조금 공부해서 알고 있어요. 그림1과 같이 금색선이 본딩 와이어로, 반도체에 사용되는 IC 칩의 알루미늄 전극과 리드 전극을 연결하는 선이잖아요. TV에서 동영상1과 같은 영상을 본 적이 있어요.
야마 선생님 :
하나 선생님! 좋은 기회잖아요. 덴코양에게 와이어 본딩의 일련의 사이클을 설명하는 건 어떨까요?

Fig.1Video.1

하나 선생님 :
그럼 설명하지! 본딩 와이어를 연결하는 작업을 와이어 본딩이라고 부르는 거야. 이 작업은 와이어 본더라고 불리는 전용 장치를 이용하여 실행하는데, 고속 장치 또는 조건에 따라 초당 20개 정도까지 본딩이 가능해. 그리고 그림2와 같이 와이어 본딩에서는 다양한 이름의 도구나 부품이 사용되고 있단다. 예를 들어, 캐필러리라는 이름의 원통형 본딩 툴은 그 안으로 와이어를 통과시켜서 사용하지. 그리고 캐필러리를 움직여서 와이어 본딩을 하는 거야.

Fig.2

②볼 본딩(1차 본딩)

덴코양:
하나 선생님! 그림3을 보니 캐필러리 밑에서 나오는 와이어의 끝 부분이 동그랗네요?
하나 선생님:
슬로모션 동영상2를 보렴. 둥근 부분은 FAB(Free Air Ball)라고 하는 볼인데, 방전에 의해 와이어 끝이 녹아서 표면장력으로 둥글게 되어 그대로 굳어지는 거야. 볼을 만들 때, 볼 지름을 캐필러리의 내경(홀 직경)보다 크게 만들어야 와이어가 빠지는 것을 방지 할 수 있단다.

Fig.3 Video.2

하나 선생님:
볼이 형성된 후에는 캐필러리가 IC의 패드로 이동하여 볼을 알루미늄 전극에 접합하는데, 이것을 볼 본딩이라고 부르는 거야. 처음 실행되는 본딩이라서 일반적으로는 「1차 본딩」이라고도 하지.
덴코양:
그런데, 볼은 녹은 후에 굳었잖아요. 어떻게 해서 접합이 되는 거죠?
하나 선생님:
이 접합은 캐필러리로 누르는 하중, 캐필러리에서 발진되는 초음파, 본딩 스테이지에서의 열, 이들 세 가지 요소에 의해 볼과 알루미늄 전극이 접합 되는 거야. 슬로모션 동영상4에서는 볼 본딩 접합을 확인할 수 있어.

電子ちゃん Video.3 Video.4

③루프 형성

덴코양:
하나 선생님! 1차 본딩 후에는 2차 본딩이죠?
하나 선생님:
덴코양. 너무 급하구나! 슬로모션 동영상5에서는 접합된 와이어를 옆에서 보면 삼각형 모양을 하고 있지? 이처럼 두 전극 사이에 접합된 와이어 부분을 「루프」라고 하는데, 1차 본딩과 2차 본딩 사이에는 루프를 형성하는 중요한 작업이 있단다. 루프 형태는 캐필러리의 움직임과 본딩 와이어의 성질에 따라 달라지지. 동영상5는 1차 본딩이 끝나고 2차 본딩 지점으로 이동할 때, 본딩 와이어를 연속적으로 계속 보내면서, 캐필러리의 움직임으로 본딩 와이어에 형태를 만드는 모습을 확인할 수 있어.

Video.5

덴코양:
루프 형상에는 의미가 있나요? 또 삼각형으로 정해져 있나요?
하나 선생님:
물론 의미가 있지. 와이어에 형태를 만들어서 루프가 늘어져 IC에 닿지 않도록 하거나, 정교한 모양을 만드는 것으로 서로 인접한 루프가 접촉해서 쇼트되지 않도록 한다는 의미가 있어. 모양은 삼각형이나 사다리꼴, 그 외에도 패키지의 종류에 따라 다양한 형상이 고안되어 사용되고 있어.
야마 선생님:
그럼그럼. 또 그림4와 같이 와이어 본딩의 다음 공정은 IC 전체에 수지를 흘려 넣어 굳히는 수지 밀봉 공정이 있어요. 와이어에 형태를 만들어 놓지 않으면 루프가 수지에 쓸려서 구부러지니까 모양이 중요한 거예요. 하나 선생님! IC 제조 공정은 다음에 다시 설명 부탁 드릴께요!

Fig.4

④스티치와 테일 본딩(2차 본딩)

하나 선생님:
리드 전극과의 연결은 볼을 형성하지 않고 캐필러리로 와이어를 눌러서 접합하지. 이 접합을 「스티치 본딩」이라고 부르는데, 두번째로 실시되는 본딩이라서 일반적으로 「2차 본딩」이라고도 불리고 있어. 접합은 볼 본딩과 동일하게 캐필러리의 하중과 초음파, 그리고 본딩 스테이지의 열로 이루어져.
덴코양:
슬로모션 동영상6에서는 2차 본딩을 확인 할 수 있군요. 2차 본딩이 끝난 직후에 순간이지만 본딩 와이어가 리드 전극과 연결된 채로 캐필러리 만이 상승하는데, 실패한 건가요?

Video.6

하나 선생님:
용케도 알아차렸네! 사실 그림5처럼 2차 본딩은 스티치 본딩과 동시에 「테일 본딩」도 하고 있어. 스티치 본딩은 와이어와 리드 전극과의 접합이 이루어지고 있고, 동시에 테일 본딩은 다음의 본딩 사이클을 위한 준비, 즉 볼 형성 준비를 하고 있는 거야.
덴코양:
볼 형성의 준비라니…. 아직 끝나지 않았군요. 본딩 사이클이.

Fig.5

하나 선생님:
방전에 의해 볼을 형성하려면 와이어가 캐필러리의 끝에서 어느 정도 나와 있어야지. 이 캐필러리에서 나와 있는 부분을 테일이라고 하고, 테일을 형성할 때의 접합이 테일 본딩이란다.
덴코양:
어떤 식으로 테일을 만드나요?
하나 선생님:
우선 와이어와 리드 전극을 테일 본딩으로 일시적으로 접합하는 거야. 다음에 캐필러리 만이 테일에 필요한 길이 만큼 상승하고, 이후 일시적으로 접합된 부분을 당겨서 끊는 거야. 동영상3을 보면 캐필러리 상단의 와이어 클램퍼가 열렸다 닫히는 모습을 확인할 수 있어. 이 와이어 클램퍼의 개폐 동작에 의해 캐필러리 만이 상승하거나 와이어를 당겨 끊는 것이 가능해지는 거야.
덴코양:

이걸로 본딩 사이클이 끝나는군요. 감사합니다!

야마 선생님:
좋은 설명이에요. 하나선생님, 앞으로도 잘 부탁 드려요!