DE69706134T2

DE69706134T2 - Bondkopf

Info

Publication number: DE69706134T2
Application number: DE69706134T
Authority: DE
Inventors: Farhad Farassat
Original assignee: F&K Delvotec Bondtechnik GmbH
Current assignee: F&K Delvotec Bondtechnik GmbH
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2017-03-14
Also published as: ATE204219T1; DE69706134D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bondkopf für eine Drahtbondmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 (siehe US-A-4 598 853) von dem Typ, der in der Elektronikindustrie zur Fertigung vieler verschiedener elektronischer Einrichtungen verwendet wird.
Solche Drahtbondmaschinen führen im allgemeinen einen Aluminium- oder Bonddraht einem Keil zu, der den Draht zu einer Stelle auf einem Substrat einer elektronische Komponente führt, an der eine Bondverbindung benötigt wird. Der Keil ist mit einem Wandler verbunden, der Ultraschallenergie durch den Keil zu dem Draht überträgt, um das Bonden zu bewirken. Herkömmlich ist der Wandler schwenkbar an einem Rahmen des Bondkopfs angebracht und zu dem Substrat hin durch eine ein Drängen bewirkende Rotation des Wandlers vorbelastet. Die Vorbelastung erzeugt eine vorbestimmte Kraft, die von dem Keil auf den Draht aufgebracht wird, wenn er mit dem Substrat in Berührung ist.
Bei solchen herkömmlichen Einrichtungen ist es schwierig, die gewünschte Bondkraft aufrechtzuerhalten, und eine Nachkalibrierung ist nach einer gegebenen Zeit erforderlich. Dies bedingt eine Unterbrechung des Bondvorgangs und erfordert Bedienungspersonal beim Überwachen der Bondmaschine.
Außerdem führt die schwenkbare Anbringung des Wandlers zu einer gewissen Ungenauigkeit beim Anbringen der Bondverbindung an einer präzisen Stelle. Der Bogen, der von dem Keil am Ende des schwenkbaren Wandlers beschrieben wird, verursacht eine geringfügige Ungenauigkeit bei der Positionierung der Bondverbindung auf der zweidimensionalen Oberfläche des Substrats. In der modernen Bondtechnik sind selbst Positionierungsabweichungen von Zehnteln eines Mikrometers von Bedeutung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Bondkopf bereitzustellen, bei dem die Bondkraft besser eingestellt und aufrechterhalten werden kann und bei dem die positionsmäßige Ausfluchtungsgenauigkeit des Keils in bezug auf das Substrat erhöht werden kann. Außerdem sollte der Bondkopf mechanisch einfach und zuverlässig sein, um die Unterhaltungs- und Kundendienstkosten zu senken.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Bondkopf nach Anspruch 1 bereitgestellt. Eine Führung wie etwa ein Keil führt einen Draht in Berührung mit einem Substrat, auf dem eine Bondverbindung herzustellen ist. Ein Wandler bringt Druck und Ultraschallenergie auf die Führung auf. Abstützeinrichtungen mit Vielfachfunktionen sind vorgesehen. Die Abstützeinrichtungen befestigen den Wandler an dem Bondkopfrahmen und sind gleichzeitig veränderbar und automatisch einstellbar, um die Bondkraft einzustellen.
Bevorzugt weisen die Abstützeinrichtungen Federmittel auf, die an dem einen Ende an dem Bondkopfrahmen und an dem anderen Ende an einem Wandlerhalter befestigt sind, an dem der Wandler befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine lineare Betätigungseinrichtung so angeordnet, daß sie die Federn veränderbar spannt, so daß die Führung oder der Keil gemeinsam mit dem Draht durch eine veränderbare Kraft, die vorbestimmt sein kann, zu dem Substrat hin gedrängt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Federmittel als Blattfedern ausgebildet, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei sie im wesentlichen ein Parallelogramm bilden. Bei Ablenkung der Federn ändert sich nur der Winkel des Parallelogramms, während die Beziehung zwischen den Federn aufrechterhalten bleibt. Infolgedessen bewegen sich der Wandler sowie der daran angebracht Keil im wesentlichen senkrecht, wobei die winkelmäßige oder Querverlagerung minimal ist.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den Zeichnungen; diese zeigen in:
Fig. 1 eine Ansicht eines Bondkopfs nach einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Ablenkung der Blattfedern;
Fig. 3 eine Ansicht des Bondkopf nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Wie in der Bondtechnik wohl bekannt ist, gibt es viele verschiedene Bondvorgänge und ihnen zugeordnete Maschinen. Die Komponenten der Maschine können in Abhängigkeit von dem zu bondenden Drahttyp (Gold oder Aluminium) sowie von dessen Dicke variieren. Außerdem kann die Konfiguration des Bondkopfs von dem Bondvorgang abhängen, beispielsweise davon, ob es sich um Nagelkopfbonden, Keilbonden usw. handelt. Die hier gezeigten Ausführungsformen beziehen sich auf eine Keilbondmaschine; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Konfiguration beschränkt.
Fig. 1 zeigt einen Bondkopf für dünnen oder dicken Draht nach einer ersten Ausführungsform, wobei 12 einen Rahmen bezeichnet, an dem die Komponenten angebracht sind. Es versteht sich, daß sich der gesamte Bondkopf innerhalb der (nicht gezeigten) Bondmaschine senkrecht bewegt, um sich dem Substrat zu nähern und davon zurückzuweichen. Der Keil ist vorgesehen, um einen Draht 1 zu einer Stelle auf dem Substrat zu führen, an der eine Bondverbindung herzustellen ist. Der Draht 1 wird durch die Drahtzuführeinrichtung 13, die eine Drahtklemmeinrichtung 11 aufweist, zugeführt. Der Betrieb der Drahtzuführeinrichtung 13 wird nachstehend im einzelnen erläutert.
Der Keil 2 ist an einem Wandler 3 befestigt, der die erforderliche Ultraschallenergie für das Bonden liefert. Der Wandler 3 ist an einem Wandlerhalter 7 befestigt, der durch Abstützeinrichtungen 8, 9 an dem Rahmen 12 befestigt ist. Die Abstützeinrichtungen weisen Federmittel 9a, 9b sowie eine lineare Betätigungseinrichtung 8 auf, die so angebracht ist, daß sie die Federmittel 9a, 9b veränderbar spannt.
Die Federmittel weisen bevorzugt mindestens zwei Blattfedern 9a, 9b auf. Wie aus der schematischen Darstellung in Fig. 2 ersichtlich ist, ist das eine Ende A, B jeder Blattfeder an dem Rahmen 12 befestigt. Wie aus der Ausführungsform von Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Federn 9a, 9b an ihrem rechten Ende durch Bolzen an dem Rahmen 12 befestigt. Außerdem ist das andere Ende der Blattfedern an dem Wandlerhalter 7 befestigt. Die Befestigung der Blattfedern 9a, 9b an dem Bondkopfrahmen 12 und dem Halter 7 ist in Fig. 3 noch deutlicher gezeigt.
Die Anbringung der Federn des Wandlerhalters 7 kann in verschiedenen Konfigurationen erfolgen. Bevorzugt sind zwei oder vier Blattfedern im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, so daß sie ein Parallelogramm bilden, wie Fig. 2 zeigt. Bei der Ausführungsform von Fig. 1 sind vier Blattfedern vorgesehen, wobei nur zwei Federn 9a, 9b in Seitenansicht sichtbar sind. Zwei weitere Blattfedern sind hinter diesen beiden vorhanden, wobei alle vier Federn parallel sind und ein Parallelepiped bilden.
Wie aus der Darstellung von Fig. 2 ersichtlich ist, werden dann, wenn die lineare Betätigungseinrichtung 8 den Wandlerhalter 7 senkrecht nach oben ablenkt, die Federn 9a, 9b abgelenkt, wobei die parallele Beziehung zwischen den Federn aufrechterhalten wird. Diese Wirkung ist vorhanden, gleichgültig, ob zwei oder vier Blattfedern verwendet werden. Bei den Ausführungsformen der Fig. 1 und 3 sind die Blattfedern mit einem Versteifungselement versehen, das in der Figur eine Rippe ist, die in einer Ebene mit dem Papier und senkrecht zu der Ablenkungsrichtung der Blattfedern angeordnet ist. Bei dieser Anordnung biegen sich die Federn in ihrem Mittelabschnitt nicht durch, sondern sind nur frei, sich an Bereichen auf jeder Seite des Mittelabschnitts benachbart den Stellen, an denen das erste und das zweite Ende festgelegt sind, durchzubiegen. Diese Bereiche, an denen ein Biegen erfolgt, sind in der Ausführungsform von Fig. 3 mit dem Buchstaben M bezeichnet.
Gemäß Fig. 1 weist die lineare Betätigungseinrichtung 8 ein feststehendes Element 8b, das an dem Rahmen 12 befestigt ist, und ein zusammenwirkendes Element 8a auf, das an dem Wandlerhalter 7 befestigt ist. Die Betätigungseinrichtung 8 ist bevorzugt vom Linearmotortyp, so daß das zusammenwirkende Element 8a durch Anlegen eines Magnetfelds in bezug auf das feststehende Element 8b linear bewegt wird. Durch Aktivierung der linearen Betätigungseinrichtung 8 erfährt das zusammenwirkende Element 8a eine lineare Verlagerung, so daß dadurch eine Ablenkung der Federmittel 9a, 9b in der Richtung zu dem Substrat oder davon weg, nämlich im wesentlichen in Vertikalrichtung bewirkt wird.
Im Betrieb kann die auf den Draht zum Bonden aufzubringende Kraft eingestellt werden, indem die Verlagerung der Blattfedern 9a, 9b durch die lineare Betätigungseinrichtung 8 eingestellt wird. Vor der Berührung des Drahts mit dem Substrat werden die Federn 9a, 9b gegen die Rückstellkraft der Federn abgelenkt, wie Fig. 2 zeigt. Die Ruheposition der Federn ist durch die ausgezogene Linie gezeigt, wogegen die abgelenkte Position durch Strichlinien gezeigt ist. Wenn die Blattfedern 9a, 9b abgelenkt sind, wie Fig. 2 zeigt, entsteht eine Rückstellkraft in Richtung der Ruheposition, wobei die Größe der Kraft von der Größe der Ablenkung abhängt. Bei Berührung des Drahts mit dem Substrat wird diese Kraft durch den Wandlerhalter, den Wandler und schließlich zu dem die Bondkraft liefernden Draht übertragen. Auf diese Weise kann die Größe der Bondkraft auf einen gewünschten Wert voreingestellt und durch das Ausmaß der Bewegung der linearen Betätigungseinrichtung eingestellt werden, wenn die Federn gespannt werden.
Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist auch eine Detektiereinrichtung 6, bevorzugt in Form eines Piezodetektors, vorgesehen. Der Wandlerhalter 7 ist im Querschnitt in Fig. 1 gezeigt und hat ein Verlängerungsstück, das rechts in der Figur über dem Piezoelement 6 gezeigt ist. Wenn der Halter 7 durch die Federn 9a, 9b vorgespannt wird, gelangt das Verlängerungsstück mit dem Piezoelement 6 in Eingriff, so daß dadurch die Vorspannkraft der Federn gemessen werden kann. Der Ausgang des Piezodetektors 6 ist mit einer (nicht gezeigten) Steuerungseinrichtung zum automatischen Einstellen der Vorspannkraft, die unmittelbar auf die durch den Keil aufgebrachte Bondkraft bezogen ist, verbunden. Deshalb weist die Steuerungseinrichtung eine elektrische Steuerschleife auf, die mit dem Antriebsmechanismus der linearen Betätigungseinrichtung 8 verbunden ist. Die Steuerungseinrichtung mißt die vorhandene Bondkraft und vergleicht diese mit einer vorher gespeicherten gewünschten Kraft. Wenn die Abweichung größer als ein akzeptabler Betrag ist, wird die lineare Betätigungseinrichtung aktiviert, die richtige Verlagerung der Federn vorzusehen, so daß dadurch die gewünschte Bondkraft erhalten wird.
Der Bondkopf von Fig. 3 ist für dicken Draht und Golddraht geeignet. Bei dieser Ausführungsform ist das Piezoelement 6 an der anderen Seite des Keils 2 angeordnet. Der Wandlerhalter 7 ist mit einem Gestänge 15 versehen, das einen mechanische Koppler 16 berührt. Der Koppler 16 gelangt mit dem Piezoelement 6 in Eingriff. Bei dieser Anordnung kann die von den Federn 9a, 9b auf den Wandlerhalter 7 aufgebrachte nach unten gerichtete Kraft gemessen und in der Steuerungseinrichtung verarbeitet werden.
Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist der Bondkopf mit einer Drahtzuführeinrichtung 13 versehen, die an einer linear bewegbaren Führung mit einem Exzenterantrieb 14 angebracht ist. Die Bewegung des Antriebs 14 wird von einem Schrittmotor gesteuert. Die Zuführeinrichtung 13 rückt den Draht 1 zu dem Keil 2 vor. Wie Fig. 1 zeigt, wird der Draht 1 während des Bondvorgangs von der Klemmeinrichtung 11 festgeklemmt. Die Zuführeinrichtung 13 kann um die Achse 14 geschwenkt werden, so daß dadurch die Klemmeinrichtung ebenfalls geschwenkt wird. Auf diese Weise kann der Draht 1 dem Keil 2 unter vielerlei verschiedenen Winkeln in bezug auf die Vertikalrichtung des Keils zugeführt werden, wie durch die Strichpunktlinien in Fig. 1 gezeigt ist. Bevorzugt sind die Zuführeinrichtungen so einstellbar, daß Zuführwinkel von 30º, 45º und 60º möglich sind.

Claims

1. Bondkopf für eine Drahtbondmaschine, der folgendes aufweist: eine Führung (2), die mit einem Wandler (3) verbunden ist, um Druck und Ultraschallenergie auf einen Draht aufzubringen, der in Berührung mit einem Substrat, auf dem eine Bondverbindung herzustellen ist, geführt wird, und eine Abstützeinrichtung (7, 8, 9), um den Wandler (3) gleichzeitig an dem Bondkopfrahmen (12) zu befestigen und den Druck veränderbar einzustellen, wobei

die Abstützeinrichtung eine Einrichtung (7) zum Anbringen des Wandlers an dem Bondkopfrahmen mit einer veränderbaren Federkraft aufweist,

gekennzeichnet durch

eine Betätigungseinrichtung zum automatischen Einstellen (8) der Federkraft der Anbringeinrichtung.

2. Bondkopf nach Anspruch 1, wobei die Abstützeinrichtung (7, 8, 9) folgendes aufweist: Federmittel (9a, 9b), die einen Wandlerhalter (7), an dem der Wandler (3) befestigt ist, abstützen, und eine lineare Betätigungseinrichtung (8), die so angeordnet ist, daß sie die Federmittel (9a, 9b) veränderbar spannt, wobei der Wandler (3) gemeinsam mit der Führung (2) durch die resultierende veränderbare Kraft der Federmittel (9a, 9b) zu dem Substrat hin gedrängt wird.

3. Bondkopf nach Anspruch 2, wobei die Federmittel wenigstens zwei Blattfedern (9a, 9b) aufweisen, wobei das erste Ende (A, B) jeder Feder an dem Bondkopfrahmen (12) und das zweite Ende (C, D) an dem Wandlerhalter (7) befestigt ist.

4. Bondkopf nach Anspruch 3, wobei die Federmittel (9a, 9b) zwei oder vier Blattfedern aufweisen, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, so daß sie ein Parallelogramm bzw. ein Parallelepiped bilden, wobei die Parallelbeziehung aufrechterhalten bleibt, wenn die Blattfedern von der linearen Betätigungseinrichtung (8) aus ihrer Ruheposition abgelenkt werden.

5. Bondkopf nach Anspruch 3 oder 4, wobei jede Blattfeder (9a, 9b) mit einem Versteifungselement versehen ist, damit sie sich in ihrem Mittelabschnitt nicht durchbiegt, während sie gleichzeitig frei ist, sich an Abschnitten auf jeder Seite des Mittelabschnitts dem ersten (A, B) und zweiten (C, D) Ende benachbart durchzubiegen.

6. Bondkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die lineare Betätigungseinrichtung (8) folgendes aufweist: ein feststehendes Element (8b), das an dem Rahmen (12) befestigt ist, und ein zusammenwirkendes Element (8a), das an dem Wandlerhalter (7) befestigt ist, wobei das feststehende und das zusammenwirkende Element (8a, 8b) so angeordnet sind, daß eine lineare Verlagerung zwischen ihnen eine Ablenkung der Federmittel (9a, 9b) in Richtung zu dem Substrat hin oder davon weg bewirkt.

7. Bondkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 6, der ferner folgendes aufweist: eine Detektiereinrichtung (6), insbesondere einen Piezodetektor, zum Messen der auf den Draht aufgebrachten veränderbaren Kraft und eine Steuerungseinrichtung zum automatischen Einstellen der Kraft auf einen vorbestimmten Wert.

8. Bondkopf nach Anspruch 7, wobei die Steuerungseinrichtung eine elektrische Steuerungsschleife aufweist, die mit der Detektiereinrichtung (6) und dem Antrieb der linearen Betätigungseinrichtung (8) verbunden ist, wobei die lineare Betätigungseinrichtung (8) so angetrieben wird, daß sie die mechanische Spannung in den Federmitteln (9a, 9b) erhöht oder verringert, wodurch die auf den Wandler (3) aufgebrachte Druckkraft so eingestellt wird, daß der gewünschte vorbestimmte Wert erhalten wird.

9. Bondkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der ferner eine Drahtzuführeinrichtung (13) aufweist, die so ausgebildet ist, daß sie den Draht (1) zu der Führung (2) vorwärtsbewegt und den Draht (1) zum Bonden mit einer Klemmeinrichtung (11) festklemmt, wobei die Drahtzuführeinrichtung (13) mit einem Exzenterantrieb (14) so verbunden ist, daß sie den Draht (1) unter verschiedenen Winkeln in bezug auf die Vertikalrichtung der Führung (2) zuführt.