(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で精密かつ均一な形状のボールを速やかに形成し、ワイヤのループ高を最小化すると共に、ワイヤボンディング用の各種消耗部品の取替え費用及び取替え時間を節約可能にする半導体パッケージのワイヤボンディングシステムを提供する。【解決手段】ワイヤをボール形成位置に供給するワイヤ供給装置１００と、二酸化炭素レーザビームを少なくとも１本以上出力するレーザビーム出力装置１０と、レーザビーム出力装置から出力されるレーザビームをボール形成位置に案内するレーザビーム案内装置２０と、を含む。これにより、ボールの成形性と生産性とを向上し、ワイヤの物性変性を最小化して、ワイヤのループ高を最小化し、消耗部品の取替え費用及び取替え時間を節約する。【選択図】図１
2013058752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤをボール形成位置に供給するワイヤ供給装置と、
二酸化炭素レーザビームを少なくとも１本以上出力するレーザビーム出力装置と、
前記レーザビーム出力装置から出力されるレーザビームを前記ボール形成位置に案内するレーザビーム案内装置と、
を含むことを特徴とする半導体パッケージのワイヤボンディングシステム。
【請求項２】
前記レーザビーム出力装置は、
密閉型共振管と、
前記共振管内部に注入される少なくとも二酸化炭素成分を含む共振ガスと、
前記共振管の内部一側に設けられる全反射体と、
前記共振管の内部他側に設けられる部分反射体と、
前記共振管の内部に閃光エネルギを印加する電極対と、
前記電極対に電源を供給する電源装置と、を含んでなる第１二酸化炭素レーザ共振装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージのワイヤボンディングシステム。
【請求項３】
前記レーザビーム出力装置は、
密閉型共振管と、
前記共振管内部に注入される少なくとも二酸化炭素成分を含む共振ガスと、
前記共振管の内部一側に設けられる全反射鏡と、
前記共振管の内部他側に設けられる部分反射鏡と、
前記共振管の内部に閃光エネルギを印加する電極対と、
前記電極対に電源を供給する電源装置と、を含んでなる第２二酸化炭素レーザ共振装置を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体パッケージのワイヤボンディングシステム。
【請求項４】
前記第１二酸化炭素レーザ共振装置から発射された第１レーザビームと前記第２二酸化炭素レーザ共振装置から発射された第２レーザビームとを合射する少なくとも１つ以上の高出力化装置をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体パッケージのワイヤボンディングシステム。
【請求項５】
前記レーザビーム案内装置に設けられ、前記レーザビーム案内装置から前記ボール形成位置に発射されるレーザビームの照射角度を調整する角度調整装置をさらに含んでなることを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージのワイヤボンディングシステム。
【請求項６】
前記角度調整装置は、ヒンジ軸を有する関節部を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体パッケージのワイヤボンディングシステム。
【請求項７】
前記照射角度は、ワイヤの軸方向を基準に４０°乃至５０°であることを特徴とする請求項６に記載の半導体パッケージのワイヤボンディングシステム。
【請求項８】
前記レーザビーム案内装置は、
前記レーザビーム出力装置から延設される光ファイバラインと、
前記光ファイバラインの先端に設けられて、少なくとも１つの光ファイバ、レンズ及びそれらの組合わせのうち、いずれか１つ以上を含むレーザビーム発射部と、
前記光ファイバラインに設けられ、前記レーザビーム発射部の垂直位置を調整する垂直位置調整部と、
前記光ファイバラインに設けられ、前記レーザビーム発射部の水平位置を調整する水平位置調整部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体パッケージのワイヤボンディングシステム。
【請求項９】
前記レーザビーム発射部は、ワイヤの軸方向を基準に４０°乃至５０°の照射角度を有する第１レーザビーム発射部を含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体パッケージのワイヤボンディングシステム。
【請求項１０】
前記レーザビーム発射部は、ワイヤの軸方向を基準に８５°乃至９５°の照射角度を有する第３レーザビーム発射部を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体パッケージのワイヤボンディングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体パッケージのワイヤボンディングシステムに係り、より詳しくは、ワイヤの先端部にボールを形成する半導体パッケージのワイヤボンディングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体パッケージは、リードフレーム又は印刷回路基板などの部材表面に少なくとも１つ以上の半導体チップをダイボンディング（Ｄｉｅ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）し、リードフレームのリード又は印刷回路基板の端子を前記半導体チップと電気的に連結させるために、ワイヤボンディング（Ｗｉｒｅ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）やソルダリング（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）した後、前記半導体チップを絶縁性封止材で覆って密封する工程を通じて完成される。
【０００３】
一方、半導体パッケージのワイヤボンディング時には、電気的接続を得るために、導電性ワイヤの先端部にトーチチップ（ｔｏｒｃｈ  ｔｉｐ）を用いて電気的放電を起こして球状のボールを形成し、形成された前記ボールを半導体チップのボンディングパッド上にボンディングする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、このようなトーチチップを用いた電気的放電によるよりも、小型で精密かつ均一な形状のボールを速やかに形成し、その結果、ワイヤのループ高を最小化すると共に、ワイヤボンディング用の各種消耗部品の取替え費用及び取替え時間を節約可能にする半導体パッケージのワイヤボンディングシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するための本発明の一側面による半導体パッケージのワイヤボンディングシステムは、ワイヤをボール形成位置に供給するワイヤ供給装置と、二酸化炭素レーザビームを出力するレーザビーム出力装置と、前記レーザビーム出力装置から出力されるレーザビームを前記ボール形成位置に案内するレーザビーム案内装置と、を含む。
【０００６】
また、一実施例によれば、前記レーザビーム出力装置は、高出力レーザビーム出力装置である。
また、一実施例によれば、前記レーザビーム出力装置は、密閉型共振管と、前記共振管内部に注入される少なくとも二酸化炭素成分を含む共振ガスと、前記共振管の内部一側に設けられる全反射体と、前記共振管の内部他側に設けられる部分反射体と、前記共振管の内部に閃光エネルギを印加する電極対と、前記電極対に電源を供給する電源装置と、を含んでなる第１二酸化炭素レーザ共振装置を含む。
また、一実施例によれば、前記レーザビーム出力装置は、密閉型共振管と、前記共振管内部に注入される少なくとも二酸化炭素成分を含む共振ガスと、前記共振管の内部一側に設けられる全反射鏡と、前記共振管の内部他側に設けられる部分反射鏡と、前記共振管の内部に閃光エネルギを印加する電極対と、前記電極対に電源を供給する電源装置と、を含んでなる第２二酸化炭素レーザ共振装置を含む。
また、一実施例によれば、前記レーザビーム出力装置は、前記第１二酸化炭素レーザ共振装置から発射された第１レーザビームと前記第２二酸化炭素レーザ共振装置から発射された第２レーザビームとを合射する少なくとも１つ以上の高出力化装置と、をさらに含む。
【０００７】
また、一実施例によれば、前記高出力化装置は、傾斜全反射体及び傾斜部分反射体を含む。
また、本発明の思想による半導体パッケージのワイヤボンディングシステムは、前記レーザビーム案内装置に設けられ、前記レーザビーム案内装置から前記ボール形成位置に発射されるレーザビームの照射角度を調整する角度調整装置をさらに含む。
また、一実施例によれば、前記角度調整装置は、ヒンジ軸を有する関節部を含む。
また、一実施例によれば、前記照射角度は、ワイヤの軸方向を基準に４０°乃至５０°である。
また、一実施例によれば、前記レーザビーム案内装置は、前記レーザビーム出力装置から延設される光ファイバラインと、前記光ファイバラインの先端に設けられて少なくとも１つの光ファイバ、レンズ及びそれらの組合わせのうち、いずれか１つ以上を含むレーザビーム発射部と、前記光ファイバラインに設けられ、前記レーザビーム発射部の垂直位置を調整する垂直位置調整部と、前記光ファイバラインに設けられ、前記レーザビーム発射部の水平位置を調整する水平位置調整部と、を含む。
また、一実施例によれば、前記レーザビーム発射部は、ワイヤの軸方向を基準に４０°乃至５０°の照射角度を有する第１レーザビーム発射部を含む。
【０００８】
また、本一実施例によれば、前記レーザビーム発射部は、ワイヤの軸方向を基準に４０°乃至５０°の照射角度を有する第２レーザビーム発射部をさらに含む。
また、一実施例によれば、前記レーザビーム発射部は、ワイヤの軸方向を基準に８５°乃至９５°の照射角度を有する第３レーザビーム発射部を含む。
【０００９】
また、一実施例によれば、前記ワイヤ供給装置は、ワイヤが巻き取られたワイヤスプールと、前記ワイヤスプールから放出されたワイヤを垂直状態に保持させるワイヤテンション装置と、垂直状態の前記ワイヤを選択的に把持するワイヤクランプと、前記ワイヤに微細振動を印加するトランスデューサと、前記ワイヤの先端部位置を固定させてワイヤのボンディングを行うキャピラリと、を含む。
一方、前記課題を解決するための本発明の他の一側面による半導体パッケージのワイヤボンディングシステムは、ワイヤをボール形成位置に供給するワイヤ供給装置と、二酸化炭素レーザビームを出力するレーザビーム出力装置と、前記レーザビーム出力装置から出力されるレーザビームを、ワイヤ軸方向を基準に４０°〜５０°傾斜して前記ボール形成位置に案内するレーザビーム案内装置と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の思想による半導体パッケージのワイヤボンディングシステムは、高出力二酸化炭素レーザビームを、好ましくは傾斜した照射角度を有する高出力二酸化炭素レーザビームを、ワイヤ先端部に向かって発射するので、トーチチップを用いた電気的放電による従来技術の場合よりも、さらに小型であり、精密かつ均一な形状の球状のボールを速やかにワイヤの先端部に形成してボールの成形性を向上し、従来のトーチチップの電気衝撃によって発生したワイヤの電気的物性変形区間を除去して、ワイヤの軟性をそのまま保持させることによって、ワイヤのループ高を最小化すると共に、従来技術による電気スパーク時に発生したすすや異物の吸着などによる不良形状のボールの形成と、該スパークの発生に伴う各種の誤動作とを防止でき、長時間の使用時にも、従来技術によるトーチチップの取替えなどの不都合を防止して、各種消耗部品の取替え費用及び取替え時間を節約できる。また、レーザビーム発射部とボールとの距離を十分に保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の思想の一部実施例による半導体パッケージのワイヤボンディングシステムを示す概略図である。
【図２】図１のレーザビーム発射部の一部実施例を拡大して示す拡大図である。
【図３】図１のレーザビーム発射部の他の実施例を示す拡大図である。
【図４】図１のレーザビーム発射部のさらに他の実施例を示す拡大図である。
【図５】図１のレーザビーム発射部のさらに他の実施例を示す拡大図である。
【図６】図１のレーザビーム発射部のさらに他の実施例を示す拡大図である。
【図７】図１のレーザビーム案内装置の一部実施例を拡大して示す拡大図である。
【図８】図１のレーザビーム出力装置の一部実施例を示す概略図である。
【図９】図１のレーザビーム出力装置の他の実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して本発明の望ましい多様な実施例を詳細に説明する。
本発明の実施例は、当該技術分野で通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、下記実施例は、多様な他の形態に変形可能であって、本発明の範囲が下記実施例に限定されるものではない。むしろ、それらの実施例は本開示をさらに充実かつ完全にし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供される。また、図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張される場合がある。
【００１３】
明細書全体にわたって、膜、領域、又は基板のような１つの構成要素が、他の構成要素“上に”、“連結され”、“積層され”、又は“カップリングされて”位置すると言及される場合は、前記１つの構成要素が直接、前記他の構成要素“上に”、“連結され”、“積層され”、又は“カップリングされて”接触するか、若しくは、その間に第３の構成要素が介在すると解釈されうる。一方、１つの構成要素が他の構成要素“直接上に”、“直接連結され”、又は“直接カップリングされて”位置すると言及される場合は、その間に第３の構成要素が介在しないと解釈される。
また、同じ符号は、同じ要素を指し、本明細書で使われる用語“及び／又は”は、当該列挙された項目のうち、いずれか１つ又は２つ以上のあらゆる組合わせを含む。
【００１４】
本明細書において、第１、第２などの用語が多様な部材、部品、領域、層、及び／又は、部分を説明するために使われる場合、それら部材、部品、領域、層、及び／又は、部分は、これらの用語により限定されてはならないということは自明である。これらの用語は、１つの部材、部品、領域、層、又は部分を、他の領域、層、又は部分と区別するためにのみ使われる。従って、以下、後述する第１部材、部品、領域、層、又は部分は、本発明の開示内において、第２部材、部品、領域、層、又は部分と各々交換できる。
【００１５】
また、“上の”及び“下の”のような相対的な用語は、他の要素に対する、ある要素の関係を参照している図面上の表示に従って記述するために使われうる。これらの相対的な用語は、図面で描写される方向の他に、さらに素子の他の方向を含む場合を意図すると理解される。例えば、図面において、素子が裏返されれば（ｔｕｒｎｅｄ  ｏｖｅｒ）、他の要素の上面上に存在すると描写される要素は、前記他の要素の下面上に存在するようになる。従って、ここで例として挙げた、“上の”という用語は、図面の特定の方向に依存して“下の”及び“上の”方向をいずれも含むことができる。素子が異なる方向に向かう（例えば、図面上で９０°回転）場合も、本明細書に用いられる相対的な用語は、これに準じて解釈される。
【００１６】
本明細書で用いられた用語は、特定の実施例を説明するために使われ、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使われたように、単数形態は、文脈上、他の場合、即ち、複数形態の場合を明確に排除するものでなければ、複数の形態を含む。また、本明細書で使われる場合、“包含する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）”、及び／又は、“包含している（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）”は、言及した形状、数、段階、動作、部材、要素、及び／又は、これらからなるグループの存在を特定するものであり、１つ以上の他の形状、段階、数、動作、部材、要素、及び／又は、これらからなるグループの存在又は付加を排除するものではない。
【００１７】
以下、本発明の理想的な実施例を、本発明の実施例を概略的に示す図面を参照して説明する。図面において、例えば、製造技術、及び／又は、公差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）によって、図示された形状の変形が予想される。従って、本発明の思想の実施例が本明細書に示された領域の特定形状に制限されるものと解釈されてはならず、例えば、製造時に生じうる形状の変化を含めなければならない。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例による半導体パッケージのワイヤボンディングシステムを示す概略図であり、図２は、図１のレーザビーム発射部２２とワイヤＷの先端とを含む部分の拡大図である。
まず、図１及び図２に示したように、本実施例による半導体パッケージのワイヤボンディングシステムは大きく見て、ワイヤ供給装置１００と、レーザビーム出力装置１０と、レーザビーム案内装置２０と、を含む。
【００１９】
ここで、図１に示したように、ワイヤ供給装置１００は、ワイヤＷをボール形成位置ＢＰに供給するものであって、スプール１と、ワイヤテンション装置２と、ワイヤクランプ３と、トランスデューサ４及びキャピラリ５を含む。
【００２０】
スプール１は、伝導性材質のワイヤＷを巻き取って一時的に保存する所であって、モータ（図示せず）により回転すると、ワイヤＷを適当な長さにリリースして、ボール形成位置ＢＰに供給する。
【００２１】
また、ワイヤテンション装置２は、ワイヤスプール１から巻き戻されたワイヤＷにバネなど弾性装置又は錘などを利用して張力を印加することによって、ワイヤを垂直状態に保持する。
【００２２】
また、ワイヤクランプ３は、開動作と閉動作とを繰り返しつつ、垂直状態のワイヤＷを選択的に把持して、ボール形成位置ＢＰにワイヤＷを選択的に供給可能にする。
【００２３】
また、トランスデューサ４は、超音波振動子など（図示せず）をワイヤ供給装置１００に連結して超音波振動などの微細振動エネルギをワイヤＷに印加して、ワイヤボンディング時にワイヤの接合性を向上する。
【００２４】
また、キャピラリ５は、ワイヤＷの供給経路となる微細な貫通ホールがその内部に形成されており、該貫通ホールの終端にワイヤＷが引き出されるようにして、ワイヤＷの先端部位置を確定することによって、ワイヤボンディング前にワイヤＷ及びボールＢを整列し、また、ボンディングの後、ワイヤＷを切断する。
【００２５】
また、ワイヤＷの先端部に形成されるボールＢは、半導体チップＣのボンディングパッドＰにボンディングされるものであって、上述のワイヤボンディング作業により、図１に破線で示すように、半導体チップＣのボンディングパッドＰと、基板ＳのリードＬ又は基板パッドとを電気的に互いに連結する。また、ワイヤボンディング作業時、ボールＢは、後述するようにトランスデューサ４から超音波微細振動エネルギを伝達されると同時に、ヒートブロックＨ上に搭載された基板Ｓから熱エネルギを伝達されてボンディングが円滑になされる。
【００２６】
ここで、ワイヤＷは、半導体チップＣのボンディングパッドＰと、基板ＳのリードＬ又は基板パッドとを電気的に連結する信号伝達媒体の一種であって、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）などの伝導性材質からなり、ワイヤ製造装置によって製造される。しかし、ワイヤＷは、このような材質や方法に限定されるものではない。
【００２７】
また、半導体チップＣは、各種の、単数又は複数の、メモリチップ、コントロールチップ、ドライバチップ、及びマイクロプロセッサチップなどはもとより、ＬＣＤ素子、ＬＥＤ素子などのディスプレイ素子を含み、半導体工程が必要なあらゆる種類の半導体工程を用いて製作される。
基板Ｓは、通常のメモリ基板、コントロール基板はもとより、メモリスティックカード（ｍｅｍｏｒｙ  ｓｔｉｃｋ  ｃａｒｄ）、スマートメディアカード（ｓｍａｒｔ  ｍｅｄｉａ  ｃａｒｄ、ＳＭ）、セキュアデジタルカード（ｓｅｃｕｒｅ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｃａｒｄ、ＳＤ）、ミニセキュアデジタルカード（ｍｉｎｉｓｅｃｕｒｅ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｃａｒｄ、ｍｉｎｉ  ＳＤ）、又はマルチメディアカード（ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  ｃａｒｄ、ＭＭＣ）のようなメモリ装置に用いられる基板に適用される。また、本発明に係るワイヤボンディングは、各種制御器、入／出力装置、メモリ及びインタフェース装置などの電子システムの製作に適用可能であって、ここでいう電子システムは、ＰＤＡ、携帯用コンピュータ（ｐｏｒｔａｂｌｅ  ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、ウェブタブレット（ｗｅｂ  ｔａｂｌｅｔ）、無線フォン（ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ｐｈｏｎｅ）、モバイルフォン（ｍｏｂｉｌｅ  ｐｈｏｎｅ）、デジタルミュージックプレーヤ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｕｓｉｃ  ｐｌａｙｅｒ）、又はメモリカード（ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）などのモバイル装置を含み、それ以外にも、この電子システムは、ＭＰ３プレーヤ、ナビゲーション（ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）、携帯用マルチメディア再生器（ｐｏｒｔａｂｌｅ  ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ  ｐｌａｙｅｒ、ＰＭＰ）、ソリッドステートディスク（ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  ｄｉｓｋ、ＳＳＤ）、又は家電製品（ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ  ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ）に用いられる。
【００２８】
ここで、本発明による半導体パッケージのワイヤボンディングシステムは、レーザビーム出力装置１０及びレーザビーム案内装置２０を用いて、ワイヤの電気的物性変性を発生しないか、又は、その発生を最小限の区間（例えば、２５０μｍ以下）に抑制して、残りの区間におけるでワイヤの延性（ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ）をそのまま保たせて、図１に示すワイヤＷのループ高ＬＨを最小化できる。かようなレーザビーム出力装置１０及びレーザビーム案内装置２０について、以下でさらに詳細に説明する。
【００２９】
図８は、図１のレーザビーム出力装置１０の一実施例を示す概略図であり、図９は、図１のレーザビーム出力装置１０の他の実施例を示す概略図である。
【００３０】
図１及び図８に示すように、レーザビーム出力装置１０は、二酸化炭素レーザビームＬＢを出力する装置であって、略３０Ｗ（ｗａｔｔ）以上の高出力レーザビーム出力装置に適用しうる。
【００３１】
ここで、図８に示すように、レーザビーム出力装置１０は、第１二酸化炭素レーザ共振装置１１を含み、第１二酸化炭素レーザ共振装置１１は、内部に収容空間が形成される密閉型共振管１１１と、共振管１１１内に注入される少なくとも二酸化炭素成分を含む共振ガス１１２と、共振管１１１の内部一側に設けられる全反射体１１３と、共振管１１１の内部他側に設けられる部分反射体１１４と、共振管１１１の内部に閃光エネルギ（ｆｌａｓｈ＿ｌｉｇｈｔ＿ｅｎｅｒｇｙ）を印加する電極対１１５、１１６と、電極対１１５、１１６に電源を供給する電源装置１１７と、共振管１１１で発生した二酸化炭素レーザビームＬＢ１の波長を変換する波長変換装置１１８と、二酸化炭素レーザビームＬＢ１を案内する光ファイバ（ｏｐｔｉｃａｌ＿ｆｉｂｅｒ）１１９と、レーザビームＬＢ１を選択的に断続するレーザシャッタ１３と、を含む。
【００３２】
ここで、レーザシャッタ１３の開放時間を調節して、ワイヤＷに形成されるボールＢの大きさを決定できる。即ち、ワイヤＷに、比較的短時間レーザビームＬＢ１が照射されるように、レーザシャッタ１３の開放時間を短くすれば、ボールＢの大きさを小さくでき、逆に、ワイヤＷに、長時間レーザビームＬＢ１が照射されるように、レーザシャッタ１３の開放時間を長くすれば、ボールＢの大きさを大きくできる。
【００３３】
また、図示していないが、レーザビーム出力装置１０は、加熱された共振管１１１を冷却させる冷却装置をさらに含みうる。
【００３４】
従って、電極対１１５、１１６に直流電源を印加すると、電極対１１５、１１６の間でアーク放電が発生し、該アーク放電によって内部の共振ガス１１２（二酸化炭素、ヘリウム、窒素などが一定割合で混合されたガス）は、エネルギ転移及び励起と遷移で、例えば、波長１０．６μｍの光を作り、電子同士の衝突によって、光が共振管１１１内にさらに充満すると、全反射体１１３と部分反射体１１４との間で、反射と再反射をくり返して、共振現象により一部の電磁波が出射され、かような現象が反復されつつ、レーザビームの出力が得られる。
ここで、かようなレーザビームの出力を、略３０Ｗ以上の高出力に増大するためには、電極対１１５、１１６に電源を供給する電源装置１１７の出力を高めるか、共振管１１１を大きくするか、若しくは、電極対１１５、１１６及び全反射体１１３と、部分反射体１１４の大きさと性能及び位置を最適化する。
【００３５】
図９に示したのは、レーザビーム出力装置の他の実施例であって、レーザビーム出力装置３０は、高出力レーザビーム出力装置を得るために、第１二酸化炭素レーザ共振装置１１と、第２二酸化炭素レーザ共振装置１２及び高出力化装置４０を含む。
【００３６】
ここで、第１二酸化炭素レーザ共振装置１１は、図８に示したのと同様に、内部に収容空間が形成される密閉型共振管１１１と、共振管１１１内の収容空間に注入される少なくとも二酸化炭素成分を含む共振ガス１１２と、共振管１１１の内部一側に設けられる全反射体１１３と、共振管１１１の内部他側に設けられる部分反射体１１４と、共振管１１１の内部に閃光エネルギを印加する電極対１１５、１１６と、電極対１１５、１１６に電源を供給する電源装置１１７と、共振管１１１で発生した二酸化炭素レーザビームＬＢ１の波長を変換する波長変換装置１１８と、二酸化炭素レーザビームＬＢ１を案内する光ファイバ１１９と、を含む。
【００３７】
また、第２二酸化炭素レーザ共振装置１２は第１二酸化炭素レーザ共振装置１１と同様に、内部に収容空間が形成される密閉型共振管１２１と、共振管１２１内の収容空間に注入される少なくとも二酸化炭素成分を含む共振ガス１２２と、共振管１２１の内部一側に設けられる全反射体１２３と、共振管１２１の内部他側に設けられる部分反射体１２４と、共振管１２１の内部に閃光エネルギを印加する電極対１２５、１２６と、電極対１２５、１２６に電源を供給する電源装置１２７と、共振管１２１で発生した二酸化炭素レーザビームＬＢ２の波長を変換する波長変換装置１２８と、二酸化炭素レーザビームＬＢ２を案内する光ファイバ１２９と、を含む。
【００３８】
また、高出力化装置４０は、第１二酸化炭素レーザ共振装置１１から発射された第１レーザビームＬＢ１と、第２二酸化炭素レーザ共振装置１２から発射された第２レーザビームＬＢ２とを合射（ｃｏｍｂｉｎｅ）する装置であって、高出力化装置４０は、第１レーザビームＬＢ１を反射してシャッタ１３への合射経路に向かわせるように傾斜した（ｉｎｃｌｉｎｅｄ）全反射体４１、及び前記合射経路に設けられて、第１レーザビームＬＢ１は通過させ、第２レーザビームＬＢ２を反射して前記合射経路に向かわせるように傾斜した部分反射体４２を含む。
【００３９】
従って、第１二酸化炭素レーザ共振装置１１から発射された第１レーザビームＬＢ１は、傾斜した全反射体４１により反射されて合射経路を進行し、第２二酸化炭素レーザ共振装置１２から発射された第２レーザビームＬＢ２は、傾斜した部分反射体４２により反射されて前記合射経路を進行し、結果的に、前記合射経路に第１レーザビームＬＢ１と第２レーザビームＬＢ２とが合射されて、高出力のレーザビームＬＢが出力される。
【００４０】
一方、レーザビーム出力装置３０は、かように合射されたレーザビームＬＢを選択的に断続するレーザシャッタ１３をさらに含みうる。ここで、レーザシャッタ１３の開放時間を調節して、ワイヤＷに形成されるボールＢの大きさを決定できる。即ち、合射されたレーザビームＬＢがワイヤＷに比較的短時間照射されるように、レーザシャッタ１３の開放時間を短くすれば、ボールＢを小さくでき、逆に、合射されたレーザビームＬＢがワイヤＷに比較的長時間照射されるように、レーザシャッタ１３の開放時間を長くすれば、ボールＢを大きくできる。
【００４１】
図７は、図１のレーザビーム案内装置２０の拡大図である。
【００４２】
図１及び図７に示したように、レーザビーム案内装置２０は、レーザビーム出力装置１０から出力されるレーザビームＬＢをボール形成位置ＢＰに案内する装置であって、光ファイバライン２１と、レーザビーム発射部２２と、垂直位置調整部２３と、水平位置調整部２４と、角度調整装置２５と、を含む。
【００４３】
ここで、光ファイバライン２１は、レーザビーム出力装置１０からレーザビーム発射部２２まで延設され、レーザビームＬＢの経路を形成する。
【００４４】
また、レーザビーム発射部２２は、光ファイバライン２１の先端に設けられて少なくとも１つの光ファイバ、レンズ及びそれらの組合わせのうち、いずれか１つ以上を含むものであって、レーザビームＬＢの照射方向を決定する一種の光学的ノズルの役割を果たせる。
【００４５】
また、垂直位置調整部２３は、光ファイバライン２１に設けられて、レーザビーム発射部２２の垂直位置を調整するものであって、各種調節ねじやボルトなどを用いて、レーザビーム発射部２２組立体の位置又は長さを調節できる手動調節式構造体を含む。該手動調節式構造体の代わりにモータ、空圧／油圧シリンダなどを用いて、自動的に垂直位置を調整する自動調整式アクチュエータなどを適用できる。
【００４６】
また、水平位置調整部２４は、光ファイバライン２１に設けられて、レーザビーム発射部２２の水平位置を調整するものであって、各種調節ねじやボルトなどを用いてレーザビーム発射部２２組立体の位置又は長さを調節できる手動調節式構造体を含む。該手動調節式構造体の代わりにモータ、空圧／油圧シリンダなどを用いて自動的に水平位置を調整する自動調整式アクチュエータなどを適用できる。
【００４７】
ここで、レーザビーム案内装置２０は、垂直位置調整部２３と水平位置調整部２４とのいずれにも自動調整式アクチュエータを適用するレーザビーム案内ロボットを含みうる。
【００４８】
また、角度調整装置２５は、レーザビーム案内装置２０に設けられて、レーザビーム案内装置２０から、ボール形成位置ＢＰに発射されるレーザビームＬＢの照射角度Ｋ１を調整するものであって、図１、図７及び図２に示したように、角度調整装置２５は、レーザビーム発射部２２の照射角度Ｋ１（図２を参照）を調整するヒンジ軸２５１を有する関節部２５２を含むことができる。
ここで、図２に示したように、照射角度Ｋ１は、ワイヤＷの軸方向を基準に４０°〜５０°でありうる。
即ち、レーザビーム発射部２２は、ワイヤＷの軸方向を基準に例えば４０°〜５０°の照射角度Ｋ１を有する第１レーザビーム発射部２２１を含む。
【００４９】
従って、第１レーザビーム発射部２２１から発射されたレーザビームＬＢは、ワイヤＷに傾斜して照射されてワイヤＷの側面とワイヤＷの下面とを同時に照射し、これによってワイヤＷの側面と下面とが均一に加熱されてボールＢの形成を迅速にし、形成されたボールＢが一方に偏って形成されず、さらに完全に球状をなすようにする。
【００５０】
図３は、図１のレーザビーム発射部２２の他の、第２の実施例であり、図４は、図１のレーザビーム発射部２２のさらに他の、第３の実施例であり、図５は、図１のレーザビーム発射部２２のさらに他の、第４の実施例であり、図６は、図１のレーザビーム発射部２２のさらに他、第５実施例である。
【００５１】
図３に示したように第２の実施例では、レーザビーム発射部２２は、ワイヤＷの軸方向を基準に４０°〜５０°の照射角度Ｋ１を有する第１レーザビーム発射部２２１及びワイヤＷの軸方向を基準に第１レーザビーム発射部２２１と反対側から４０°〜５０°の照射角度Ｋ２を有する第２レーザビーム発射部２２２を含む。
【００５２】
従って、第１レーザビーム発射部２２１及び第２レーザビーム発射部２２２から各々発射されたレーザビームＬＢは、ワイヤＷの両側に傾斜して照射されて、ワイヤＷの両側面とワイヤＷの下面とを同時に照射し、これによってワイヤＷの両側面と下面とが均一に加熱されてボールＢの形成を速かにし、形成されたボールＢが一方に偏って形成されず、さらに完全に球状をなすようにする。また、２本のレーザビームＬＢ、ＬＢによってさらに速かにボールＢが形成される。
【００５３】
一方、図４に示したように第３の実施例では、レーザビーム発射部２２は、ワイヤＷの軸方向を基準に８５°〜９５°の照射角度Ｋ３を有する第３レーザビーム発射部２２３を含む。
【００５４】
従って、第３レーザビーム発射部２２３から発射されたレーザビームＬＢが、ワイヤＷに傾斜して照射されてワイヤＷの側面を照射し、これによってワイヤＷの側面が加熱されてボールＢの形成を速かにしうる。
【００５５】
一方、図５に示したように第４の実施例では、レーザビーム発射部２２は、ワイヤＷの軸方向を基準に４０°〜５０°の照射角度Ｋ１を有する第１レーザビーム発射部２２１及びワイヤＷの軸方向を基準に８５°〜９５°の照射角度Ｋ３を有する第３レーザビーム発射部２２３を含む。
【００５６】
従って、第１レーザビーム発射部２２１及び第３レーザビーム発射部２２３から各々発射されたレーザビームＬＢが、ワイヤＷの一側に傾斜して照射されて、ワイヤＷの一側面とワイヤＷの下面とを同時に照射し、これによってワイヤＷの一側面と下面とが均一に加熱されてボールＢの形成を速かにし、形成されたボールＢが一方に偏って形成されず、さらに完全に球状をなすようにする。また、２本のレーザビームＬＢ、ＬＢによってさらに速かにボールＢを形成できる。
【００５７】
一方、図６に示したように第５の実施例では、レーザビーム発射部２２は、ワイヤＷの軸方向を基準に４０°〜５０°の照射角度Ｋ２を有する第２レーザビーム発射部２２２及びワイヤＷの軸方向を基準に８５°〜９５°の照射角度Ｋ３を有する第３レーザビーム発射部２２３を含む。
【００５８】
従って、第２レーザビーム発射部２２２及び第３レーザビーム発射部２２３から各々発射されたレーザビームＬＢが、ワイヤＷの両側に傾斜して照射されて、ワイヤＷの両側面とワイヤＷの下面とを同時に照射し、これによってワイヤＷの両側面と下面とが均一に加熱されてボールＢの形成を速かにし、形成されたボールＢが一方に偏って形成されず、さらに完全に球状をなすようにする。また、２本のレーザビームＬＢ、ＬＢによってさらに速かにボールＢを形成できる。
【００５９】
ここで、上述したような第１レーザビーム発射部２２１、第２レーザビーム発射部２２２、及び第３レーザビーム発射部２２３を含むレーザビーム発射部２２の設置数、及び設置位置は、経済性とボールＢの成形性及び空間上の制約などを考慮して最適化できるものであって、上述した図面に限定されるものではない。
【００６０】
従って、本発明の思想による半導体パッケージのワイヤボンディングシステムは、ワイヤの先端部に、例えば、ワイヤＷの側面と下面とを同時に照射できるように、略４５°傾斜した照射角度を有する略３０Ｗ以上の高出力二酸化炭素レーザビームを少なくとも１本以上発射して、ワイヤＷの先端部により小さく、精密かつ均一な形状で球状のボールＢを速かに形成することにより、ボールＢの成形性を大きく向上できる。即ち、ボールＢの形成時間を短縮させて生産性を向上し、さらに球状に近いボールＢを均一に形成し、さらにレーザシャッタ１３の開放時間を調節してボールＢの大きさを精密に調整できる。特に、本発明の半導体パッケージのワイヤボンディングシステムは、３０Ｗ以上の高出力二酸化炭素レーザビームを使用する場合、レーザシャッタ１３の開放時間を、例えば、１００ｍｓ以下にでき、ここで、レーザシャッタ１３の開放時間は、出力が高いほど短くなって、生産性をさらに向上できる。
【００６１】
また、従来既存のトーチチップの場合に生じうる、電気スパーク時に発生したすすや異物の吸着などによって不良な形態のボールが形成されるか、又は、スパークが発生しないなどの各種の誤動作を防止し、長時間の使用時にも既存のトーチチップの場合に必要な取替えの煩わしさを防止して、各種消耗部品の取替え費用及び取替え時間を節約できる。即ち、レーザビーム発射部２２は、単にレーザビームを照射するだけであるので、すす、変色、及び摩耗現象が起こらず、永久的又は半永久的に使用でき、これによって、不要な部品取替え時間及び取替え費用の発生を基本的に防止できる。
【００６２】
一方、既存のトーチチップの場合、その電気スパーク衝撃により、ワイヤＷに電気的物性変性（例えば、２５０μｍ〜３００μｍの区間）が発生して、ワイヤが硬化し、これによって、硬化したワイヤ部分がワイヤのループの高さの下限を決定したが、本発明による半導体パッケージのワイヤボンディングシステムは、かような電気的物性変性が発生しないか、発生しても最小限の区間（例えば、２５０μｍ以下）に限られ、残りの区間におけるワイヤの延性をそのまま保持させることによって、図１に示すワイヤＷのループ高ＬＨを最小化できる。
【００６３】
また、既存のトーチチップは、ワイヤＷと近いほど、電気スパークがよくなされるために、前記トーチチップとワイヤとの距離に余裕がなく、互いに衝突するか、過放電、又は未放電現象が頻繁に発生したが、本発明のレーザビーム発射部２２とボールＢとの距離は、必ずしも近い必要はないので、十分な余裕度（１００〜１５０μｍ以上）を保持しうる。
【００６４】
本発明は、前述した実施例に限定されず、本発明の思想を外れない範囲内で当業者による変形が可能であることはいうまでもない。
従って、本発明で権利を請求する範囲は、詳細な説明の範囲内で決まるものではなく、後述する特許請求の範囲とその技術的思想によって限定されるものである。
【符号の説明】
【００６５】
１    スプール
２    ワイヤテンション装置
３    ワイヤクランプ
４    トランスデューサ
５    キャピラリ
１０、３０    レーザビーム出力装置
１１    第１二酸化炭素レーザ共振装置
１２    第２二酸化炭素レーザ共振装置
１３    レーザシャッタ
２０    レーザビーム案内装置
２１    光ファイバライン
２２    レーザビーム発射部
２３    垂直位置調整部
２４    水平位置調整部
２５    角度調整装置
４０    高出力化装置
４１    傾斜全反射体
４２    傾斜部分反射体
１００    ワイヤ供給装置
１１１、１２１    密閉型共振管
１１２、１２２    共振ガス
１１３、１２３    全反射体
１１４、１２４    部分反射体
１１５、１１６、１２５、１２６    電極対
１１７、１２７    電源装置
１１８、１２８    波長変換装置
１１９、１２９    光ファイバ
２２１    第１レーザビーム発射部
２２２    第２レーザビーム発射部
２２３    第３レーザビーム発射部
２５１    ヒンジ軸
２５２    関節部
Ｂ    ボール
ＢＰ    ボール形成位置
Ｃ    半導体チップ
Ｈ    ヒートブロック
Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３    照射角度
Ｌ    リード
ＬＢ    レーザビーム
ＬＢ１    第１レーザビーム
ＬＢ２    第２レーザビーム
ＬＨ    ループ高
Ｐ    ボンディングパッド
Ｓ    基板
Ｗ    ワイヤ
【図１】
2013058752.tif 000003
【図２】
2013058752.tif 000004
【図３】
2013058752.tif 000005
【図４】
2013058752.tif 000006
【図５】
2013058752.tif 000007
【図６】
2013058752.tif 000008
【図７】
2013058752.tif 000009
【図８】
2013058752.tif 000010
【図９】
2013058752.tif 000011