몰딩 때 와이어가 휘는 문제는 본딩 위치 오차와 다르다
와이어 본딩 직후에는 이웃 와이어 사이에 충분한 간격이 있었는데, 몰딩 뒤에만 short가 생긴다고 하자. Bonding 위치의 정밀도를 더 높여도 불량이 남는다. 이런 경우 처음 위치가 틀린 것인지, 맞게 놓인 와이어가 mold flow에 의해 움직인 것인지부터 나누어 보아야 한다.
Mold wire sweep은 봉지재가 채워지는 동안 와이어가 휘거나 밀리는 현상이다. Transfer molding에서는 유동 가능한 mold compound가 cavity로 들어가 die와 와이어를 감싼다. 이때 와이어는 고정된 시작 위치만 가진 것이 아니라, 흐름으로부터 하중을 받는 유연한 구조다. TI의 Semiconductor Packaging Assembly Technology, Transfer Molding과 Figure 5는 wire sweep이 내부 short를 만들 수 있으며, transfer rate·온도·압력과 mold tool의 흐름 설계를 함께 다룬다.
한 가닥의 최대 이동량보다 두 가닥 사이의 상대 이동이 short와 직접 연결된다. 가상으로 두 와이어의 중심 간격이 60 μm이고 둘 다 지름이 25 μm라면, 처음 표면 간격은 35 μm다. 같은 방향으로 첫 와이어가 20 μm, 두 번째가 5 μm 움직이고 그 방향이 간격을 좁히는 쪽이라면 중심 간격은 45 μm, 표면 간격은 20 μm가 된다.
반대로 첫 와이어가 이웃 쪽으로 20 μm, 두 번째가 첫 와이어 쪽으로 10 μm 움직이면 중심 간격은 30 μm, 표면 간격은 5 μm만 남는다. 두 와이어가 같은 방향으로 똑같이 20 μm 움직였을 때는 두 가닥 사이 간격이 변하지 않는다. 따라서 sweep을 한 가닥의 좌표 변화로만 보고 판단하면, 실제로 간격을 줄이는 상대 변형을 놓칠 수 있다. 다른 die나 주변 구조와의 간격은 별도로 줄어들 수 있다.
긴 span이 왜 불리해질 수 있는지 단순 탄성 모델로 비교해 보자. 실제 본딩 loop 대신, 한쪽이 고정된 곧은 원형 cantilever에 동일한 끝 하중을 가하는 사고실험을 사용한다. MIT의 Elastic Properties of Materials §26.7에서 이 구조의 끝 변위 크기는 δ = FL³/(3EI_A)다. 실제 wirebond의 두 접합과 곡률을 표현하는 식은 아니며, 길이 민감도를 분리하기 위한 비교다.
가정한 E는 80 GPa, 지름은 25 μm, 끝 하중은 10 μN이다. 원형 단면의 I_A = πd⁴/64를 쓰면 길이 1 mm의 변위는 약 2.17 μm다. 같은 조건에서 길이를 2 mm로 늘리면 약 17.4 μm로 여덟 배가 된다. 동일한 총 힘에서도 길이가 큰 영향을 준다. 흐름이 가하는 하중까지 길이에 따라 커진다면 그 효과도 따로 더해진다.
이 숫자를 실제 몰딩 변위의 예측값으로 쓰면 안 된다. 실제 loop는 양쪽이 접합되어 있고, 처음부터 휘어 있으며, 높이와 방향이 다르다. resin flow는 위치와 시간에 따라 변하고, 재료의 소성 변형과 접합부 구속도 영향을 준다. 짧은 straight beam의 탄성식은 긴 wire span을 조심해야 하는 이유를 보여 줄 뿐, 장치의 최종 clearance를 보증하지 않는다.
그래서 short 원인을 조사할 때는 본딩 전후의 좌표와 몰딩 후의 형상을 같은 위치에서 비교해야 한다. 처음부터 배치가 틀렸다면 bonding placement와 loop 형성을 봐야 한다. 처음 형상이 맞았는데 mold flow 방향에 따라 변형이 나타난다면 mold gate·runner와 filling 조건, 와이어 span·높이·배치를 같이 보아야 한다. 처음 간격을 넓히는 조정은 여유를 주지만, 큰 상대 sweep이 계속되면 그 여유를 다시 소모한다.
최대 이동의 평균만 보는 것도 부족하다. 특정 위치의 긴 와이어가 반복해서 큰 변형을 보일 수 있고, flow front에서 받는 하중이 다른 위치와 같지 않을 수 있다. 필요한 것은 전체 평균 sweep보다 short에 가까워지는 위치의 최종 표면 간격과 그 변동이다. 처음 간격 35 μm라는 수치에 placement 오차와 몰딩 중 상대 변형을 따로 연결하면, 어느 단계에서 여유가 사라지는지 알 수 있다.
Mold wire sweep을 해결하려면 정밀하게 놓는 일과 놓인 뒤 움직이지 않게 만드는 일을 함께 해야 한다. 처음 위치가 정확하다는 결과는 출발점이다. 실제 filling 조건을 통과한 뒤에도 와이어 표면 사이와 주변 구조에 필요한 여유가 남는지가 조립의 최종 판정이다.