CH698828B1

CH698828B1 - Drahtklammer für einen Wire Bonder.

Info

Publication number: CH698828B1
Application number: CH00946/07A
Authority: CH
Inventors: Armin Felber
Original assignee: Esec Ag
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2009-11-13
Also published as: TW200849435A; WO2008151952A1; US20080302857A1

Abstract

Eine Drahtklammer (1) für einen Wire Bonder umfasst einen ersten Arm (2) und einen zweiten Arm (3), der um eine vorbestimmte Achse (4) drehbar am ersten Arm (2) gelagert ist. Der erste Arm (2) und der zweite Arm (3) weisen an einem von der Achse (4) entfernten Ende eine Klemmbacke (5 bzw. 6) auf. Die Drahtklammer (1) umfasst weiter ein Piezo-Biegeelement (8) zum Öffnen und Schliessen der Drahtklammer (1). Ein Ende des Piezo-Biegeelementes (8) ist am beweglichen Arm (3) befestigt und ein gegenüberliegendes Ende des Piezo-Biegeelementes (8) ist in einer am ersten Arm (2) befestigten Halterung (7) gelagert.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Drahtklammer für einen Wire Bonder der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

[0002] Ein Wire Bonder ist eine Maschine zur Herstellung von Drahtverbindungen zwischen einem Halbleiterchip und einem Substrat. Der Wire Bonder enthält einen Bondkopf, der eine in einer horizontalen xy-Ebene bewegliche Plattform aufweist, auf der eine um eine horizontale Achse drehbare Wippe gelagert ist. An der Wippe ist ein Ultraschall Transducer befestigt, an dessen einen Ende eine Kapillare eingespannt ist. Die Wippe enthält einen etwa parallel zum Ultraschall Transducer verlaufenden Arm, an dem eine Drahtklammer befestigt ist, die sich oberhalb der Kapillare befindet. Die Kapillare dient zum Befestigen des Drahtes auf einem Anschlusspunkt des Halbleiterchips und auf einem Anschlusspunkt des Substrates sowie zur Drahtführung zwischen den beiden Anschlusspunkten.

Der Draht ist auf eine Drahtrolle aufgewickelt und wird der Kapillare zugeführt von einer Drahtzuführungsvorrichtung, wobei der Draht durch die Drahtklammer und eine Längsbohrung der Kapillare verläuft.

[0003] Solche Drahtklammern sind aus dem Stand der Technik bekannt. Aus der US 4 653 681 ist eine Drahtklammer bekannt, die von einem Linearmotor betätigt wird, der an dem von der Kapillare entfernten Ende des Arms befestigt ist. Der Linearmotor hat mehrere Nachteile: er hat eine grosse bewegte Masse, erzeugt viel Verlustwärme und ist relativ langsam. Aus der US 5 435 477 und der US 5 746 422 ist eine Drahtklammer bekannt, die einen aus mehreren einzelnen, in Reihe angeordneten piezoelektrischen Elementen aufgebauten Motor ("Multilayer Stack piezo motor") und mehrere Filmlager aufweist. Die Anordnung der Filmlager ist kompliziert. Nachteilig ist zudem die begrenzte Lebensdauer eines solchen Motors. Aus der US 5 901 896 ist eine Drahtklammer bekannt, die von einem piezoelektrischen Biegeelement betätigt wird, das direkt auf eine Klemmbacke der Drahtklammer einwirkt.

Das piezoelektrische Biegeelement ist ein relativ schweres Bauteil, das bei dieser Lösung zur Folge hat, dass sie das Trägheitsmoment der Wippe stark erhöht.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drahtklammer zu entwickeln, deren Beitrag zum Trägheitsmoment der Wippe des Bondkopfs möglichst klein ist.

[0005] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.

[0006] Eine Drahtklammer für einen Wire Bonder umfasst einen ersten Arm und einen zweiten Arm, der um eine vorbestimmte Achse drehbar am ersten Arm gelagert ist. Der erste Arm und der zweite Arm weisen an einem von der Achse entfernten Ende eine Klemmbacke auf. Die Drahtklammer umfasst weiter ein Piezo-Biegeelement zum Öffnen und Schliessen der Drahtklammer. Ein Ende des Piezo-Biegeelementes ist am beweglichen Arm befestigt und ein gegenüberliegendes Ende des Piezo-Biegeelementes ist in einer am ersten Arm befestigten Halterung gelagert. Die Lage der Halterung ist mit Vorteil verstellbar, damit der im offenen Zustand der Drahtklammer einzunehmende Abstand zwischen den Klemmbacken eingestellt werden kann. Mit Vorteil ist eine mechanische oder elektrische Dämpfung vorgesehen, um Schwingungen beim Schliessen der Drahtklammer zu unterdrücken oder zumindest zu reduzieren.

[0007] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind schematisch und nicht massstäblich gezeichnet.
<tb>Fig. 1<sep>zeigt in Aufsicht eine erfindungsgemässe Drahtklammer im geöffneten Zustand, und

<tb>Fig. 2<sep>zeigt in seitlicher Ansicht die Wippe des Bondkopfs eines Wire Bonders, die mit der erfindungsgemässen Drahtklammer ausgerüstet ist.

[0008] Die Fig. 1 zeigt in Aufsicht eine erfindungsgemässe Drahtklammer 1 im geöffneten Zustand. Die Drahtklammer 1 umfasst einen ersten Arm 2, der an der Wippe des Bondkopfs eines Wire Bonders befestigt wird, und einen zweiten Arm 3, der gegenüber dem ersten Arm 2 beweglich ist: Der zweite Arm 3 ist um eine zur Zeichenebene senkrecht verlaufende Achse 4 drehbar am ersten Arm 2 gelagert. An jedem der Arme 2 und 3 ist an einem von der Achse 4 entfernten Ende eine Klemmbacke 5 bzw. 6 befestigt. Am ersten Arm 2 ist am gegenüberliegenden Ende eine Halterung 7 angeordnet. Die Halterung 7 besteht vorzugsweise aus Plastik. Der Betrieb der Drahtklammer 1 erfolgt mittels eines Piezo-Biegeelementes 8, dessen eines Ende 9 am zweiten, beweglichen Arm 3 befestigt und dessen anderes Ende 10 in der Halterung 7 gelagert ist.

[0009] Die Halterung 7 ist so am ersten Arm 2 befestigt, dass sie in der mit einem Pfeil 11 dargestellten Richtung verschiebbar ist. Eine einfache Lösung ist in der Fig. 1dargestellt. Am ersten Arm 2 ist ein Winkel mit zwei Armen 12 und 13 befestigt. Auf den Arm 13 ist ein Stück 14 aus elastischem Material, beispielsweise aus Gummi, geklebt. Die Halterung 7 befindet sich zwischen dem ersten Arm 2 der Drahtklammer 1 und dem Stück 14 aus elastischem Material. Eine in einem im ersten Arm 2 angebrachten Gewinde gelagerte Schraube 15 drückt die Halterung 7 gegen das Stück 14 aus elastischem Material. Die Halterung 7 ist zwischen der Schraube 15 und dem Stück 14 aus elastischem Material eingeklemmt.

Durch Drehen der Schraube 15 kann die Lage der Halterung 7 in der Richtung 11 verschoben und damit der Abstand zwischen den beiden Klemmbacken 5 und 6 im geöffneten Zustand eingestellt werden.

[0010] Die Fig. 2 zeigt schematisch in seitlicher Ansicht den Bondkopf 17 eines Wire Bonders. Der Bondkopf 17 umfasst eine in einer horizontalen Ebene bewegliche Plattform 18, auf der eine um eine horizontal verlaufende Drehachse 19 drehbare Wippe 20 und ein Motor 21 für die Drehung der Wippe 20 um die Drehachse 19 angeordnet sind. An der Wippe 20 ist ein Ultraschall Transducer 22 befestigt. Der Ultraschall Transducer 22 umfasst ein Horn 23, an dessen einem Ende eine Kapillare 24 eingespannt ist, und mindestens einen piezoelektrischen Antrieb 25, um den Ultraschall Transducer 22 zu Ultraschall-Schwingungen anzuregen. In der Fig. 2 sind von der Drahtklammer 1 der zweite Arm 3 mit seiner Klemmbacke 6, das Piezo-Biegeelement 8 und der Arm 13 des Winkels sichtbar. Der erste Arm 2 befindet sich hinter dem zweiten Arm 3 und wurde aus Gründen der zeichnerischen Klarheit weggelassen.

[0011] Die Lösung mit dieser Drahtklammer bietet folgende Vorteile:
Das Piezo-Biegeelement 8 befindet sich in der Nähe des von den Klemmbacken 5 und 6 entfernten Endes der Drahtklammer 1 und somit relativ nahe bei der Drehachse 19 der Wippe 20. Der Beitrag der erfindungsgemässen Drahtklammer 1 zum Trägheitsmoment der Wippe 20 ist daher viel geringer als bei der Lösung gemäss der US 5 901 896, was grössere Beschleunigungen der Wippe 20 bei kleineren Lagekräften ermöglicht.
Die Klemmbacken 5 und 6, die aus speziellem Material gefertigt sind, können in konventioneller Art an den Armen 2 und 3 befestigt werden.

Insbesondere muss keine der Klemmbacken 5 und 6 direkt am Piezo-Biegeelement 8 befestigt werden, was schwierig ist.
Die Lebensdauer des Piezo-Biegeelementes 8 ist bedeutend länger als die Lebensdauer eines "Multilayer stack piezo" Motors.
Die Zeit zum Öffnen oder Schliessen der Drahtklammer 1 beträgt typischerweise weniger als 1 ms.

[0012] Das Piezo-Biegeelement 8 der Drahtklammer 1 weist drei Elektroden auf. Im Betrieb wird an die beiden äusseren Elektroden je eine konstante Spannung V1 bzw. V2angelegt, beispielsweise V1 = 0 V und V2= 450 V. An die mittlere Elektrode wird eine variable Spannung V3 angelegt, die zwischen den Spannungen V1und V2 liegt. Wenn die Spannung V3grösser als die Spannung [1/2] (V2-V1) ist, dann wird das Piezo-Biegeelement 8 so auf eine Seite gewölbt, dass die Drahtklammer 1 geschlossen ist. Wenn die Spannung V3 kleiner als die Spannung [1/2] (V2-V1) ist, dann wird das Piezo-Biegeelement 8 auf die andere Seite gewölbt, so dass die Drahtklammer 1 offen ist. Die Wölbung des Piezo-Biegeelementes 8 ist mit dem menschlichen Auge nicht erkennbar. Die von den beiden Klemmbacken 5 und 6 (Fig. 1) auf den Draht ausgeübte Kraft ist proportional zur Differenz V3 - [1/2] (V2-V1).

Weil das Piezo-Biegeelement 8 im Betrieb auf die eine oder andere Seite gewölbt wird, verschiebt sich der Lagerpunkt des Piezo-Biegeelementes 8 in der Halterung 7, allerdings nur um eine Distanz in der Grössenordnung eines Mikrometers.

[0013] Um unerwünschte Schwingungen des beweglichen Arms 3 der Drahtklammer 1 beim Schliessen zu unterdrücken oder zumindest auf ein erträgliches Mass zu reduzieren, ist es vorteilhaft, eine mechanische oder elektrische Dämpfung vorzusehen. Um eine mechanische Dämpfung zu erreichen, wird ein Dämpfungselement, nämlich ein Stück 16 (Fig. 1) aus elastischem Material wie beispielsweise Rubasorb, zwischen dem Piezo-Biegeelement 8 und dem ersten Arm 2 eingeklemmt, mit Vorteil im Bereich des Bauches der Piezoschwingung. Alternativ ist eine elektrische Dämpfung des Piezo-Biegeelementes 8 möglich, bei der die elektrische Schaltung für die Steuerung des Piezo-Biegeelementes 8 durch Messen der am Piezo-Biegeelement 8 anliegenden Spannung und/oder des durch das Piezo-Biegeelement 8 fliessenden Stroms Schwingungsneigungen erkennt und aktiv dämpft.

Claims

1. Drahtklammer für einen Wire Bonder, umfassend einen ersten Arm (2) und einen zweiten Arm (3), der um eine vorbestimmte Achse (4) drehbar am ersten Arm (2) gelagert ist, wobei der erste Arm (2) und der zweite Arm (3) an einem von der Achse (4) entfernten Ende eine Klemmbacke (5; 6) aufweisen, gekennzeichnet durch eine am ersten Arm (2) angeordnete Halterung (7) und ein Piezo-Biegeelement (8) zum Öffnen und Schliessen der Drahtklammer (1), wobei ein Ende des Piezo-Biegeelementes (8) am beweglichen zweiten Arm (3) befestigt ist und ein gegenüberliegendes Ende des Piezo-Biegeelementes (8) in der am ersten Arm (2) befestigten Halterung (7) gelagert ist.

2. Drahtklammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Halterung (7) verstellbar ist.

3. Drahtklammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stück (16) aus elastischem Material zwischen dem Piezo-Biegeelement (8) und dem ersten Arm (2) eingeklemmt ist.