DE4326478A1 - Bondkopf, insbesondere für Ultraschall-Bonden - Google Patents

Bondkopf, insbesondere für Ultraschall-Bonden

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Description

Die Erfindung betrifft einen Bondkopf, insbesondere für Ul­ traschall-Bonden, mit an einem Ultraschall-Transducer ange­ ordneten Stempel (wedge), mittels dem ein elektrisch leiten­ der Draht, insbesondere Aluminiumdraht, unter Ultraschall-Er­ regung gegen eine Kontaktfläche eines elektrischen oder elek­ tronischen Bauteils drückbar ist, und mit einer dem Stempel (wedge) vorgeordneten, in Drahtrichtung hin- und herbewegba­ ren Drahtklemme, wobei der Stempel samt Drahtklemme und deren Antriebe in Richtung etwa senkrecht zur Kontaktfläche auf- und abbewegbar sowie der Bondkopf insgesamt um eine Achse senkrecht zur Kontaktfläche schwenkbar gelagert ist.
Ein derartiger Bondkopf ist allgemein bekannt, z. B. aus der US-A-4 202 482. Dieser bekannte Bondkopf zeichnet sich da­ durch aus, daß die den Stempel bzw. wedge vorgeordnete Draht­ klemme um eine Horizontalachse schwenkbar gelagert ist mit der Folge, daß beim Drahtvorschub auf den Draht sowohl Biege­ momente als auch Querkräfte einwirken. Der von der Draht­ klemme erfaßte Drahtabschnitt muß nämlich der Kreisbewegung der Drahtklemme bzw. der Klemmbacken folgen. Dies führt zu nicht unerheblichem Drahtabrieb in der wedge-Bohrung, durch die hindurch der Draht zur Kontaktfläche geführt wird. Nach relativ kurzer Betriebszeit tritt durch den erwähnten Drahtabrieb innerhalb der wedge-Bohrung erhöhte Reibung auf mit der Folge, daß sich kein guter Draht-loop mehr erzielen läßt.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu­ grunde, das vorgenannte Problem zu beheben, d. h. eine Kon­ struktion zu schaffen, bei der Drahtabrieb in der wedge-Boh­ rung weitgehend vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antrieb für die Hin- und Herbewegung der Drahtklemme ein Translationsantrieb ist, der die Drahtklemme exakt parallel zum Bonddraht bewegt. Dementsprechend führt der Bonddraht keine Kreisbewegung mehr aus. Der Draht wird exakt parallel zur Längsrichtung der wedge-Bohrung in diese eingeführt. Der Drahtabrieb wird auf diese Weise auf ein Minimum beschränkt mit der Folge, daß auch nach längerer Betriebszeit keine er­ höhte Reibung zwischen Bonddraht und wedge-Bohrung auftritt, und daß sich ein unverändert guter Draht-loop herstellen läßt. Auch wird durch diese Maßnahme eine konstante "tail­ length" über eine lange Betriebszeit gewährleistet.
Zur weiteren Drahtschonung ist vorgesehen, den Bonddraht bis hin zum Drahtdurchgang der Drahtklemme innerhalb eines flexi­ blen Schlauches zu führen. Damit wird auch erreicht, daß der Draht vor der Drahtklemme weder nach oben noch nach unten ausweicht und eine Lage einnimmt, in der er von der Draht­ klemme nicht mehr richtig oder überhaupt nicht mehr erfaßt werden kann. Die vorgenannte Maßnahme kann auch bei herkömm­ lichen Bondköpfen getroffen werden; insofern wird für diese Maßnahme unabhängig Schutz begehrt.
Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter konstruktiver De­ tails des erfindungsgemäßen Bondkopfes auf die Ansprüche 2 bis 5 verwiesen.
Für die Maßnahmen nach Anspruch 7 wird ebenfalls sowohl in Kombination als auch unabhängig von dem vorbeschriebenen Bondkopf Schutz begehrt, da auch diese Maßnahmen sich bei herkömmlichen Bondköpfen anwenden lassen. Anspruch 7 bezieht sich auf die Einstellung des sogenannten Bondgewichtes mit einfachen konstruktiven Mitteln. Unter "Bondgewicht" versteht man die Anpreßkraft des Stempels bzw. wedge, d. h. die Kraft, mit der der Stempel bzw. wedge den Bonddraht auf die Kontakt­ fläche des elektrischen oder elektronischen Bauteiles preßt.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäß ausgebildeten Bondkopfes anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäß aus gebildeten Bondkopf in Seitenansicht; und
Fig. 2 den Bondkopf gemäß Fig. 1 in Vorderansicht.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Bondkopf für Ultraschall- Bonden mit an einem Ultraschall-Transducer 10 angeordneten Stempel bzw. wedge 11, mittels dem ein elektrisch leitender Draht, insbesondere Aluminiumdraht, unter Ultraschall-Erre­ gung gegen eine Kontaktfläche 25 eines nicht näher darge­ stellten elektrischen oder elektronischen Bauteils drückbar ist. Des weiteren umfaßt der Bondkopf gemäß den Fig. 1 und 2, welcher mit der Bezugsziffer 26 gekennzeichnet ist, eine dem Stempel bzw. wedge 11 vorgeordnete, in Drahtrichtung hin- und herbewegbare Drahtklemme 13. Die Hin- und Herbewegung der Drahtklemme 13 in Drahtrichtung ist mit dem Doppelpfeil 27 in Fig. 1 angedeutet. Der Bondkopf 27 ist als Ganzes um eine Achse 17 senkrecht zur Kontaktfläche 25 schwenkbar gelagert. Die Schwenkbewegung ist in Fig. 1 mit dem Doppelpfeil 28 ge­ kennzeichnet. Des weiteren ist der Stempel 11 in Richtung etwa senkrecht zur Kontaktfläche 25 auf- und abbewegbar. Zu diesem Zweck sind der Stempel 11 und der Transducer 10 um eine sich parallel zur Kontaktfläche 25 sowie senkrecht zu der durch Stempel bzw. wedge 11 und Transducer 10 bzw. Draht 12 aufgespannten Fläche erstreckende Achse 22 verschwenkbar. Diese Schwenkbewegung ist in Fig. 1 durch den Doppelpfeil 31 gekennzeichnet.
Der Antrieb 14 für die Hin- und Herbewegung der Drahtklemme in Drahtrichtung bzw. parallel zum Draht 12 ist ein Transla­ tionsantrieb 16 in Form eines Soleonids, durch den die Draht­ klemme 13 exakt parallel zum Draht 12 bewegt wird. Der Soleo­ nid 16 bewegt dabei die Drahtklemme 13 in Drahtzuführungs­ richtung Z entgegen der Wirkung eines elastischen Elements in Form einer Rückzugsfeder 18 (siehe Fig. 2). Parallel zum Translationsantrieb 16 für die Hin- und Herbewegung der Drahtklemme 13 ist ein gesonderter, ebenfalls mit der Draht­ klemme 13 verbundener Translationsantrieb 19 geschaltet, des­ sen maximale Vorschubstellung die Drahtabrißposition der Drahtklemme 13 definiert. Auch der Translationsantrieb 19 wird durch einen Soleonid gebildet, dessen Anker ebenso wie der Anker des Translationsantriebs 16 für die Hin- und Herbe­ wegung der Drahtklemme 13 mit dieser verbunden ist, und zwar über ein gemeinsames Verbindungsjoch 20. Bei Bewegung der Drahtklemme 13 in Drahtzuführungsrichtung Z durch den dafür bestimmten Soleonid 16 wird der Anker des die Drahtabrißposi­ tion der Drahtklemme 13 definierenden Soleonids 19 über sei­ ne, die Drahtabrißposition definierende, maximale Vorschub­ stellung hinaus mitbewegt. Den Klemmbacken 29, 30 der Draht­ klemme 13 ist noch ein gesonderter Antrieb 15, vorzugsweise ebenfalls in Form eines Soleonids, zugeordnet (siehe Fig. 2). Die Aktivierung der vorgenannten Antriebe und die dadurch bewirkten Bewegungen der Drahtklemme 13 sind demnach wie folgt:
  • 1. Aktivierung des Soleonids 15 mit der Folge, daß die Klemm­ backen 29, 30 in Klemmstellung bewegt werden unter klem­ mender Erfassung des Bonddrahtes 12.
  • 2. Aktivierung der Soleonide 16 und 19 mit der Folge, daß die Drahtklemme unter Mitnahme des Bonddrahtes 12 in Drahtzu­ führungsrichtung Z bewegt wird, bis die sogenannte "feed- Position" erreicht ist.
  • 3. Absenken des Stempels bzw. wedge 11 unter Anpressung des Bonddrahtes an die Kontaktfläche 25 und Verschweißung mit dieser.
  • 4. Deaktivierung des Soleonids 15 unter Öffnung der Klemmbac­ ken 29, 30.
  • 5. loop-Bildung in herkömmlicher Weise durch Relativbewegung zwischen Stempel bzw. wedge 11 und elektronischem Bauteil so, daß eine benachbarte Kontaktfläche 25 dem Stempel bzw. wedge 11 zugeordnet ist, wobei bei der loop-Bewegung der Soleonid 16 deaktiviert wird, mit der Folge, daß die Drahtklemme 13 in eine Stellung zurückfährt, die durch die maximale Vorschubstellung des Soleonids 19 bestimmt ist.
  • 6. Absenken des Stempels bzw. wedge 11 auf die neue Kontakt­ fläche 25 unter Anpressung des Bonddrahtes an dieser und Verschweißung mit dieser, wobei beim Absenken des Stempels bzw. wedge 11 der Soleonid 15 aktiviert wird, so daß der Bonddraht 12 zwischen den Klemmbacken 29, 30 festgeklemmt wird.
  • 7. Deaktivierung des Soleonids 19 mit der Folge, daß unter der Wirkung der Rückzugsfeder 18 die Drahtklemme 13 ruck­ artig noch weiter zurückbewegt wird in die Null- bzw. Aus­ gangsposition unter gleichzeitigem Abriß des Bonddrahtes 12 unmittelbar an der Bondstelle, wobei der dabei erfol­ gende Drahtrückzug so eingestellt ist, daß sich das freie Drahtende nach dem Drahtabriß noch innerhalb der wedge- Bohrung befindet. Dieser Rückzugsweg wird auch als Abriß­ länge bezeichnet. Die Abrißlänge muß also kleiner sein als die Länge der wedge-Bohrung.
  • 8. Deaktivierung des Soleonids 15 unter Freigabe des Bond­ drahtes 12 durch die Klemmbacken 29, 30 der Drahtklemme 13. Die Drahtklemme 13 befindet sich wieder in Null- bzw. Ausgangsposition. Es kann ein erneuter Drahtvorschub mit eingestellter "tail-length" erfolgen. Die Translationsbe­ wegung der Antriebe 16 und 19 und damit die sogenannte "tail-length" einerseits und "Abrißlänge" andererseits lassen sich individuell einstellen. Die entsprechenden Einstellschrauben sind in Fig. 1 mit den Bezugsziffern 32, 33 gekennzeichnet.
Wie Fig. 1 des weiteren erkennen läßt, ist der die Drahtab­ rißposition der Drahtklemme 13 definierende Solenoid 19 re­ lativ zu den für die Drahtzuführung bestimmten Solenoid 16 in Drahtzuführungsrichtung Z versetzt angeordnet.
Wie bereits eingangs erwähnt, ist der Bonddraht innerhalb ei­ nes flexiblen Schlauches bis hin zum Drahtdurchgang der Drahtklemme 13 geführt. Dadurch wird der Bonddraht vor Be­ schädigungen geschützt. Darüber hinaus wird vermieden, daß der Bonddraht sich aus dem Bereich der Klemmbacken 29, 30 der Drahtklemme 13 herausbewegt.
Die Schwenkbewegung des Stempels bzw. wedge 11 am Transducer 10 und Drahtklemme 13 um die Achse 22 wird durch eine Zugfe­ der 23 einerseits und ein durch einen Solenoid 24 erzeugtes Magnetfeld andererseits bestimmt, wobei die Zugfeder 23 und der Solenoid 24 zwischen einem die vorgenannten Bauteile ent­ haltenden Schwenkteil 34 und dem nicht verschwenkbaren Teil 35 des Bondkopfes 26 wirksam sind. Durch die Zugfeder 23 so­ wie das durch den Solenoid 24 erzeugte Magnetfeld wird die Anpreßkraft des Stempels bzw. wedge 11, d. h. das sogenannte "Bondgewicht" eingestellt.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie ein­ zeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Claims (7)

1. Bondkopf, insbesondere für Ultraschall-Bonden, mit an einem Ultraschall-Transducer (10) angeordneten Stempel (wedge 11), mittels dem ein elektrisch leitender Draht, insbesondere Aluminiumdraht (12), unter Ultraschall-Erre­ gung gegen eine Kontaktfläche (25) eines elektrischen oder elektronischen Bauteils drückbar ist, und mit einer dem Stempel (wedge 11) vorgeordneten, in Drahtrichtung hin- und herbewegbaren (Doppelpfeil 27) Drahtklemme (13), wobei der Stempel (wedge 11) samt Drahtklemme (13) und deren An­ triebe (14; 15) in Richtung etwa senkrecht zur Kontaktflä­ che (25) auf- und abbewegbar sowie der Bondkopf (26) ins­ gesamt um eine Achse (17) senkrecht zur Kontaktfläche (25) schwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (14) für die Hin- und Herbewegung der Draht­ klemme (13) ein Translationsantrieb (16) ist, der die Drahtklemme (13) exakt parallel zum Draht (12) bewegt.
2. Bondkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Translationsantrieb (16) für die Hin- und Herbewegung der Drahtklemme (13) durch einen Soleonid gebildet ist, der die Drahtklemme (13) in Drahtzuführungsrichtung (Z) entgegen der Wirkung eines elastischen Elements, insbeson­ dere einer Rückzugsfeder (18), bewegt.
3. Bondkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Translationsantrieb (16) für die Hin- und Herbewegung der Drahtklemme (13) ein gesonderter, eben­ falls mit der Drahtklemme (13) verbundener Translationsan­ trieb (19) geschaltet ist, dessen maximale Vorschubstel­ lung die Drahtabrißposition der Drahtklemme (13) defi­ niert.
4. Bondkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der gesonderte Translationsantrieb (19) ebenfalls ein So­ leonid ist, dessen Anker ebenso wie der Anker des Transla­ tionsantriebes (16) für die Hin- und Herbewegung der Drahtklemme (13) mit dieser verbunden ist, insbesondere über ein gemeinsames Verbindungsjoch (20), wobei bei Bewe­ gung der Drahtklemme (13) in Drahtzuführungsrichtung (Z) durch den dafür bestimmten Soleonid (16) der Anker des die Drahtabrißposition der Drahtklemme (13) definierenden So­ leonids (19) über seine die Drahtabrißposition definie­ rende maximale Vorschubstellung hinaus mitbewegbar ist.
5. Bondkopf nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Drahtabrißposition der Drahtklemme (13) definie­ rende Soleonid (19) relativ zu dem für die Drahtzuführung bestimmten Soleonid (16) in Drahtzuführungsrichtung (Z) versetzt angeordnet ist.
6. Bondkopf, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bonddraht (12) bis hin zum Drahtdurchgang der Draht­ klemme (13) innerhalb eines flexiblen Schlauches (21) ge­ führt ist.
7. Bondkopf, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Transducer (10) samt Stempel (wedge 11) um eine sich parallel zur Kontaktfläche (25) sowie senkrecht zu der durch Stempel (wedge 11) und Transducer (10) bzw. Bond­ draht (12) aufgespannten Fläche erstreckende Achse (22) verschwenkbar gelagert ist derart, daß der Stempel (11) entgegen der Wirkung einer Zugfeder (23) von der Kon­ taktfläche (25) abhebbar ist, wobei die Wirkung der Zugfe­ der (23) und damit die Antriebskraft (Bondgewicht) des Stempel (wedge 11) durch ein der Zugfeder (23) entgegen­ wirkendes Magnetfeld (z. B. Soleonid 24) einstellbar ist.
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