JP2005353839A - ボンディング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ボンディング装置において、より高速、より高精度を可能にすることである。
【解決手段】ボンディング装置10は、ほぼ同じ構成のXモータ部20及びYモータ部50と、これらにXY平面で移動可能な移動テーブル60を含む。移動テーブル60には、回転可能なジョイント機構42,52でXモータ部20及びYモータ部50が接続される。Xモータ部20及びYモータ部50において、可動子24の可動コイル30は軸支機構36によりZ軸周りに回転可能に軸支され、軸支機構36はガイドレール38とリニアガイド37からなる案内機構により、軸方向に直動可能に案内される。
【選択図】図1

Description

本発明はボンディング装置に係り、特に、XモータとYモータとによって駆動される移動テーブルにボンディングヘッド部が搭載されるボンディング装置に関する。
ワイヤボンディング装置やダイボンディング装置等では、ボンディング作業を行うボンディングヘッド部を任意の位置に移動させる機構が必要である。従来のボンディング装置におけるボンディングヘッド部の移動機構として、特許文献1に述べられているいわゆる積層型XYテーブル機構が知られている。積層型XYテーブル機構は、XモータによってX方向に駆動されるXテーブルと、YモータによってY方向に駆動されるYテーブルとが積層して配置される。例えば、X方向に移動するXテーブルの上にY方向に移動するYテーブルが積み重ねて配置され、そのYテーブルの上にボンディングヘッド部が搭載され、この構成により、XモータとYモータを駆動することで、ボンディングヘッド部をXY平面内の任意の位置に移動できる。
特開2002−329772号公報
このように積層型XYテーブル機構を用いることでボンディングヘッド部を任意の位置に移動でき、ボンディング作業を行うことができるが、積層構造のために次のような課題がある。
例えば、Xテーブルの上をYテーブル及びボンディングヘッド部がY方向に移動する場合では、Yテーブルが移動するにつれ、Xテーブル上でのYテーブル及びボンディングヘッド部の重心位置が移動する。このように、Yテーブルの位置によってテーブル全体の重心位置と駆動力の作用点の距離が変動する。
また、XY平面上における重心位置と駆動力の作用点のずれの問題とは別に、積層構造のために、Z方向の重心位置に駆動力を働かせることが困難となる。
このように、従来技術の積層型XYテーブル機構を用いるボンディング装置においては、ボンディングヘッドを搭載する移動テーブルの重心位置と駆動モータの駆動力の作用点とがずれ、あるいは変動する。これに起因して、駆動力の伝達が不十分となり、また、余計な振動や過渡的な変形を生じ、ボンディングヘッドの高速移動や、高精度の位置決めに対して妨げとなることがある。
本発明の目的は、ボンディングヘッド部の移動速度のより高速化を可能にするボンディング装置を提供することである。他の目的は、ボンディングヘッド部の位置決め精度をより向上させるボンディング装置を提供することである。
本発明に係るボンディング装置は、Xモータの駆動とYモータの駆動とによってベース上でXY平面内を任意に移動可能な移動テーブルと、移動テーブルに搭載されるボンディングヘッド部とを含むボンディング装置であって、Xモータは、ベースに配置されるX固定子と、先端が移動テーブルに設けられるXジョイント部に軸支され、X固定子と協働しX方向へ駆動されるX可動子と、X可動子をZ軸周りに回転可能に軸支するX軸支部と、X軸支部をX軸方向に直動可能に案内することで、X軸支部を介しX可動子を回転可能に軸支しつつ直動可能に案内するX案内部と、を有し、Yモータは、ベースに配置されるY固定子と、先端が移動テーブルに設けられYジョイント部に軸支され、Y固定子と協働しY方向へ駆動されるX可動子と、Y可動子をZ軸周りに回転可能に軸支するY軸支部と、Y軸支部をY軸方向に直動可能に案内することで、Y軸支部を介しY可動子を回転可能に軸支しつつ直動可能に案内するY案内部と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係るボンディング装置において、Xジョイント部、Yジョイント部、X軸支部、Y軸支部の中の少なくとも1つは、2枚の板ばねを互いに略直交方向に配置し、回転方向のみに自由度を与えるように、各板ばねの両端部を軸支対象の2つの対象物にそれぞれ接続する軸支機構を有することが好ましい。
また、本発明に係るボンディング装置において、ベースに対する移動テーブルの回転を規制する回転規制機構を含むことが好ましい。
また、本発明に係るボンディング装置において、ベースに対し、移動テーブルを流体支持する流体支持機構を含むことが好ましい。
また、Xジョイント部及びYジョイント部は、ボンディングヘッド部を含む移動テーブルの略重心位置に設けられることが好ましい。
また、本発明に係るボンディング装置において、XY平面内におけるボンディングヘッド部の中立位置の軸方向に対し、Xモータの軸方向は略+45度の傾きを有し、Yモータの軸方向は略−45度の傾きを有することが好ましい。
上記構成により、XモータのX可動子は、Z軸周りに回転可能に軸支されつつX軸方向に直動でき、その先端は移動テーブルに回転可能に軸支される。また、YモータのY可動子は、Z軸周りに回転可能に軸支されつつY軸方向に直動でき、その先端は移動テーブルに回転可能に軸支される。この構造では、移動テーブルは1つであり、その1つの移動テーブルに、X可動子の先端とY可動子の先端とがそれぞれ軸支される。例えば、X可動子がX方向に駆動されると、その先端が移動テーブルをX方向に移動し、そのとき、Y可動子は、移動テーブルに軸支されるYジョイント部と、Y軸支部との回転機能により回転して移動テーブルの移動に追従できる。Y可動子がY方向に駆動されるときも同様である。
したがって、従来技術のように、Xモータに駆動されるXテーブルと、Yモータに駆動されるYテーブルとを積層することなく、1つの移動テーブルをXモータとYモータとで駆動してXY平面の任意の位置に移動させることができる。移動テーブルは1つであるので、その上に搭載されるボンディングヘッド部も含めたテーブルの重心位置は固定的であり、Xモータの駆動力の作用点、Yモータの駆動力の作用点との間の距離が変動することがない。したがって、駆動を常に安定して行うことができ、ボンディングヘッド部の移動速度のより高速化が可能となり、位置決め精度をより向上させることができる。
また、軸支部を2枚の板ばねを略直交方向に配置させ、回転方向のみに自由度を与える軸支部を用いることで、簡単な構成で軸支を行うことができる。
また、回転規制機構を設けるので、ベースに対し移動テーブルの回転が規制される。
また、流体支持機構を設けるので、ベースに対し移動テーブルが流体支持され、移動テーブルの移動負荷を軽減でき、ボンディングヘッド部の移動速度の高速化と、位置決め精度の向上を図ることができる。
また、Xモータが移動テーブルに軸支ジョイントされるところ、Xモータが移動テーブルに軸支ジョイントされるところは、ボンディングヘッド部を含む移動テーブルの略重心位置とされるので、駆動力の作用点と重心位置とが略一致し、余計な振動や過渡的な変形を生ずることを抑制できる。
また、ボンディングヘッド部の中立位置の軸方向に対し、Xモータの軸方向とYモータの軸方向はそれぞれ反対方向に略45度の傾きを有するので、ボンディングヘッド部に対し、XモータもYモータも対称的に駆動力を作用させることができ、ボンディングヘッド部に対する見かけ上の推力がXモータとYモータの合力となって、1つのモータの推力の約1.4倍にすることができる。ここで、ボンディングヘッド部の中立位置の軸方向とは、通常ボンディングヘッド部は長手軸を有するが、Xモータ及びYモータから駆動力を受けずに中立的な状態におけるボンディングヘッド部の長手軸方向をいう。
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下において、ボンディング装置はワイヤボンディング装置として説明するが、ダイボンディング装置、フェイスダウンボンディング装置等のボンディング装置であってもよい。
図1はワイヤボンディング装置10の構成図である。ワイヤボンディング装置10は、ボンディング作業を行う機構部12と、機構部12を構成する各要素の動作を全体として制御し、移動テーブル60に搭載されるボンディングヘッド部70を用いて所定のボンディング作業を行わせる制御部14を含む。図2は、機構部12についての平面図である。
図1、図2において、機構部12は、Xモータ部20と、Yモータ部50と、Xモータ部20及びYモータ部50により駆動され、XY平面で移動可能な移動テーブル60と、流体を介して移動テーブル60を支持するベース部90を含んで構成される。
Xモータ部20とYモータ部50は、ともにほぼ同じ構成要素を有するリニアモータで、その可動子の先端がそれぞれ移動テーブル60に接続され、Xモータ部20とYモータ部50の駆動を制御することで、移動テーブル60及びボンディングヘッド部70を図1に示されるXY平面の任意の位置に移動させる機能を有する。Xモータ部20とYモータ部50とは先端の移動テーブル60との接続位置が異なることを除けばほぼ同じであるので、同様の構成要素には同一の符号を付す。以下では、Xモータ部20の構成について主に述べるが、説明におけるX方向等をY方向等と読み替えることで、Yモータ部50の構成となる。
Xモータ部20は、固定子22と可動子24を備え、固定子22は、ヨーク部26と永久磁石28を含む。可動子24は、固定子22ヨーク部26と永久磁石28とで形成される磁束を横切るように配置される可動コイル30と、可動コイルに接続される先端部32とを含む。可動コイル30には、図示されていない駆動回路に接続され、制御部14からの駆動信号に応じて駆動電流が流されることで、固定子22の形成する磁束と相互作用し、図1に示すX方向への駆動力が与えられる。
可動コイル30の外側には、可動リング34が接続される。可動リング34は、固定子22のヨーク部26の長手軸方向に垂直な面内、すなわち図1に示すYZ平面内で、ヨーク部26外周を周回する形のリング材で、可動コイル30の外周に適当な接着材等の固定手段で取り付けられる。したがって、可動リング34は、可動コイル30とともに移動する。
固定子22の外側に設けられるガイドレール台40は、X方向に延びるガイドレール38を支持する部材である。ガイドレール台40は、固定子22と一定の固定した配置関係で配置される。ガイドレール38は、固定子22の上側及び図1では現れていない下側に配置され(参考のため、後述の図4に一部示されている)、リニアガイド37をX方向に移動可能に案内する機能を有する。
リニアガイド37と可動リング34との間に設けられる軸支機構36は、可動リング34を図1に示すZ軸周りに回転可能に支持しつつ、リニアガイド37に接続する機能を有する回転接続部である。したがって、可動リング34は、軸支機構36の作用により、リニアガイド37に沿ってX方向に直進運動しながら、Z軸周りに回転することができる。可動リング34の動きは可動コイル30、すなわち可動子22の動きと同じであるので、可動子24は、X方向に直進運動しながら、Z軸周りに回転することができることになる。
可動子24の先端部32は、可動コイル30の動きを移動テーブル60に伝達する機能を有するもので、可動コイル30に接続され、固定子22の前面部の開口を通って移動テーブル60側に延びる板材等で構成することができる。可動子24と移動テーブル60とは、ジョイント機構42によって図1に示すZ軸周りに回転可能に接続される。すなわち、ジョイント機構42は、軸支機構と同じである。なお、図1、図2では、Xモータ部20の可動子24の先端部32と移動テーブル60との接続部をジョイント機構42として示し、Yモータ部20の可動子24の先端部32と移動テーブル60との接続部をジョイント機構52として示してある。
ジョイント機構42,52は、ボンディングヘッド部70を含む移動テーブル全体の重心位置にできるだけ近接して設けられることが好ましい。また、図2に示されるように、ボンディングヘッド部70が中立的な位置にあるとき、ボンディングヘッド部70の軸方向は、Xモータ部20の軸方向と、Yモータ部50の軸方向とほぼ同じ傾きとなるようにすることが好ましい。通常ボンディングヘッド部は、図1、図2に示すように、先端にキャピラリを取り付けた細長いアームを有し、そのアームの長手軸を基準にボンディングヘッド部の位置座標系を考えることが多い。ボンディングヘッド部の中立位置の軸方向とは、Xモータ及びYモータから駆動力を受けずに中立的な状態におけるボンディングヘッド部の長手軸方向、すなわちアーム部の長手軸方向のことである。換言すれば、ボンディングヘッド部70の細長いアーム部の長手軸方向に対し、Xモータ部20の軸方向は+45度の傾きを有し、Yモータ部50の軸方向は−45度の傾きを有することが好ましい。このようにすることで、Xモータ部20の駆動力の作用点、及びYモータ部50の駆動力の作用点とを、移動させたいボンディングヘッド部70を含む移動テーブル60全体の重心位置と略一致させることができる。また、ボンディング動作は、ボンディングヘッド部70の長手軸方向及びそれと直角方向のワイヤ配線が主体的なため、Xモータ部20、Yモータ部50の駆動力の方向をボンディングヘッド部70の長手軸方向に対しそれぞれ45度回転させて配置することで、ボンディングヘッド部への推力がXモータ部20の駆動力とYモータ部50の駆動力の合力となり、1つのモータ部による推力の約1.4倍にすることができる。
軸支機構36、ジョイント機構42,52は、軸と穴の組合せ機構等の一般的な回転支持機構を用いることができる。図3は、2枚の板ばねを互いに略直交方向に配置し、回転方向にのみ自由度を与えるように、各板ばねの両端部を軸支対象の2つの対象物にそれぞれ固定する軸支機構100を用いる例を示す図である。このような機構は、クロスピボット機構と呼ばれることがある。
図3の軸支機構100は、相互に回転のみの自由度で動かしたい2つの対象物102,104について、2枚の板ばね106,108を用いて接続するものである。2枚の板ばね106,108は、相互に略90度の角度をなすように配置したいので、2つの対象物102,104には、略直交する板ばね106,108のそれぞれの両端部に接続するように、直交関係を有する接続面110,111,112,113が形成される。すなわち、第1の対象物102において、一方側の接続面110と他方側の接続面111とは直交し、第2の対象物104において一方側の接続面112と他方側の接続面113とは直交するように形成される。そして、第1の対象物102の一方側の接続面110と、第2の対象物104の一方側の接続面112とは平行となるように、第1の対象物102の他方側の接続面111と、第2の対象物104の他方側の接続面113とは平行となるように配置される。その配置関係で、第1の板ばね106は、一方端を第1の対象物102の一方側の接続面110に、他方端を第2の対象物104の一方側の接続面112に接続される。同様に第2の板ばね108は、一方端を第1の対象物102の他方側の接続面111に、他方端を第2の対象物104の他方側の接続面113に接続される。
このような構成とすることで、第1の対象物102と第2の対象物104とは、2枚の板ばね106,108が直交する面に垂直な軸120の周りの回転のみの自由度が与えられる。かかる構成の軸支機構100において、第1の対象物102を可動リング34とし、第2の対象物104をリニアガイド37とすれば、簡単な構成で、図1、図2に示す軸支機構36に用いることができる。また、第1の対象物102を可動子24の先端部32とし、第2の対象物104を移動テーブル60とすれば、簡単な構成で、図1、図2に示すジョイント機構42,52に用いることができる。
図1、図2に戻り、移動テーブル60は、ボンディングヘッド部70を搭載し、ベース部90上でXY平面内を任意に移動できるテーブルで、より具体的には、Xモータ部20の可動子24の先端部32、Yモータ部50の可動子24の先端部32により駆動されるテーブルである。図4は、図2のA−A線に沿った断面図、すなわちXモータ部20の長手方向の断面と移動テーブル60周りの断面を示す図である。
移動テーブル60は、スタンド62が板状テーブル64の上に略垂直に立てられている構造を有している。スタンド62は、その一部の面でXモータ部20の可動子24の先端部32とジョイント機構42により接続される部材である。スタンド62はまた、先端にボンディング作業のためのキャピラリ72を有するボンディングヘッド部70が取り付けられる部材でもある。ジョイント機構42は、ボンディングヘッド部70を含む移動テーブル60全体の3次元の重心位置の近傍に設けられることが好ましい。すなわち、XY平面内の重心位置のみならず、Z方向の重心位置の近傍に設けられることが好ましい。こうすることで、Xモータ部20の駆動力の作用点、及びYモータ部50の駆動力の作用点とを、移動させたいボンディングヘッド部70を含む移動テーブル60全体の3次元の重心位置と略一致させることができる。これにより、ボンディングヘッド部70の高速移動、高精度位置決めが可能となる。
板状テーブル64は、ベース部90との間で、流体支持機構66により浮上しながらXY平面内で移動することができる部材である。流体支持機構66を形成する板状テーブル64の下面と、ベース部90の上面は、ともに平坦に加工されることが好ましい。そして、流体支持機構66は、図示されていない気体圧発生部からの加圧気体がベース部90と板状テーブル64の隙間に供給されて、板状テーブル64がベース部90に対し浮上し、一方で図示されていない真空装置により、ベース部90と板状テーブル64の隙間を吸引することで、適当な隙間を維持することができる。流体支持機構66を用いることで、移動テーブルの負荷を軽減でき、高精度の位置決めが可能となる。
回転規制機構80は、移動テーブル60がXY平面内で回転しないように規制する機能を有する。回転規制機構80の具体的構成を図5に示す。ここで、Xモータ部20の軸方向とYモータ部50の軸方向は、ボンディングヘッド部70の軸方向と略45度傾いているので、図5では、図1に示すX方向、Y方向と45度傾いているX'方向及びY'方向を用いて、移動テーブル60の回転規制について説明する。回転規制機構80は、規制上板82と規制下板84とを有し、移動テーブル60の板状テーブル64と規制上板82との間で図5に示すX'方向の移動のみを可能とし、規制上板82と規制下板84との間で図5に示すY'方向の移動のみを可能として、全体として、移動テーブルの板状テーブル64の動きをX'方向及びY'方向にのみ可能とし、余計な回転を起こさないように規制する機構である。規制下板84は、ベース部90に対し固定した位置関係に配置される。
具体的には、板状テーブル64の上面にX'方向に沿ってガイドレール85が配置され、これに対応して、規制上板82の下面にX'方向の案内方向を有するリニアガイド86が設けられる。また、規制下板84の上面にY'方向に沿ってガイドレール87が配置され、これに対応して、規制上板82の下面にY'方向の案内方向を有するリニアガイド88が設けられる。このようにして、移動テーブル60の回転を規制することができる。
再び図1に戻り、制御部14は、Xモータ部20と、Yモータ部50と、ボンディングヘッド部70の図示されていないZモータとに指示を与え、ボンディング作業のために、ボンディングヘッド部70の先端のキャピラリ72を、任意のXYZの位置に移動させる移動制御機能と、ボンディングヘッド部70に指示を与え、図示されていないトランスデューサからボンディングのためのエネルギをキャピラリに与える機能と、これらを所定のシーケンスに従って処理し、連続したボンディング作業を行わせるシーケンス処理機能等を有する。移動制御機能を実行するとき、図示されていない位置センサからの位置情報をフィードバックすることが好ましい。
かかる構成のボンディング装置10の作用を以下に説明する。一例として、ボンディングヘッド部70を、図1に示す+X方向に任意の量ΔXだけ移動する場合を取り上げる。このとき、まず制御部14より、ΔXに対応する駆動信号が図示されていない駆動回路に出され、駆動回路からΔXに対応する駆動電流がXモータ部20に供給される。具体的には、可動コイル30に駆動電流が供給され、これに応じ、可動子24は固定子22に対し+ΔXだけ移動する。すなわち、可動子24の先端部32は、ジョイント機構42を介して、移動テーブル60のスタンド62を+ΔXだけ移動させる。このとき、スタンド62とともに板状テーブル64は、回転規制機構80の規制の下で、流体支持機構66に流体支持されて、ベース部90上を浮上しつつ滑らかに+ΔXだけ移動する。
このとき、スタンド62にジョイント機構52により回転可能に接続されるYモータ部50の可動子24の先端部32もまた、+ΔXだけ移動しようとする。しかし、Yモータ部50には制御部14から移動指令が出ていないので、単に、Yモータ部50の軸支機構36を中心に回転できるだけである。すなわち、スタンド62が+X方向に押されるのに対応し、Yモータ部50の可動子24は、軸支機構36を中心として、図1の紙面上で時計方向に回転する。したがって、わずかにY方向の位置がずれることになるが、実際には、位置センサにより、位置指令値と、移動テーブル60の実際の位置とは常にフィードバックされるので、このようなずれは直ちに補正され、所望の(+ΔX,0)の移動が達成される。
ボンディングヘッド部70を、図1に示す+Y方向に任意の量ΔYだけ移動する場合も同様である。また、Xモータ部20とYモータ部50とを同時に移動制御することもできる。このようにして、ボンディングヘッド部70をXY平面の任意の位置に移動させることができる。
上記のように、XモータとYモータとを用い、各モータの可動子をZ軸周りに回転可能に軸支しつつ軸方向に移動可能とし、各モータの可動子の先端をそれぞれ回転可能なジョイントで移動テーブルに接続することで、1つの移動テーブルを積層構造とせずに、XY平面内の任意の位置に移動させることができる。また、また、各モータ部の駆動力の作用点を移動テーブル全体の重心位置の近傍にできる。したがって、駆動力の伝達が効率的に行われ、余分な振動や変形を抑制でき、ボンディングヘッド部の高速移動、高精度の位置決めを可能にする。
本発明に係る実施の形態におけるボンディング装置の構成図である。 本発明に係る実施の形態におけるボンディング装置の機構部の平面図である。 2枚の板ばねを互いに略直交方向に配置し、回転方向にのみ自由度を与える軸支機構を示す図である。 図2のA−A線に沿った断面図である。 本発明に係る実施の形態における回転規制機構の構成を示す図である。
符号の説明
10 ワイヤボンディング装置、12 機構部、14 制御部、20 Xモータ部、22 固定子、24 可動子、26 ヨーク部、28 永久磁石、30 可動コイル、32 先端部、34 可動リング、36,100 軸支機構、37,86,88 リニアガイド、38,85,87 ガイドレール、40 ガイドレール台、42,52 ジョイント機構、50 Yモータ部、60 移動テーブル、62 スタンド、64 板状テーブル、66 流体支持機構、70 ボンディングヘッド部、72 キャピラリ、80 回転規制機構、82 規制上板、84 規制下板、90 ベース部、102,104 対象物、106,108 板ばね、110,111,112,113 接続面、120 回転軸。

Claims (6)

  1. Xモータの駆動とYモータの駆動とによってベース上でXY平面内を任意に移動可能な移動テーブルと、移動テーブルに搭載されるボンディングヘッド部とを含むボンディング装置であって、
    Xモータは、
    ベースに配置されるX固定子と、
    先端が移動テーブルに設けられるXジョイント部に軸支され、X固定子と協働しX方向へ駆動されるX可動子と、
    X可動子をZ軸周りに回転可能に軸支するX軸支部と、
    X軸支部をX軸方向に直動可能に案内することで、X軸支部を介しX可動子を回転可能に軸支しつつ直動可能に案内するX案内部と、
    を有し、
    Yモータは、
    ベースに配置されるY固定子と、
    先端が移動テーブルに設けられYジョイント部に軸支され、Y固定子と協働しY方向へ駆動されるX可動子と、
    Y可動子をZ軸周りに回転可能に軸支するY軸支部と、
    Y軸支部をY軸方向に直動可能に案内することで、Y軸支部を介しY可動子を回転可能に軸支しつつ直動可能に案内するY案内部と、
    を有することを特徴とするボンディング装置。
  2. 請求項1に記載のボンディング装置において、
    Xジョイント部、Yジョイント部、X軸支部、Y軸支部の中の少なくとも1つは、
    2枚の板ばねを互いに略直交方向に配置し、回転方向のみに自由度を与えるように、各板ばねの両端部を軸支対象の2つの対象物にそれぞれ接続する軸支機構を有することを特徴とするボンディング装置。
  3. 請求項1に記載のボンディング装置において、
    ベースに対する移動テーブルの回転を規制する回転規制機構を含むことを特徴とするボンディング装置。
  4. 請求項1に記載のボンディング装置において、
    ベースに対し、移動テーブルを流体支持する流体支持機構を含むことを特徴とするボンディング装置。
  5. 請求項1に記載のボンディング装置において、
    Xジョイント部及びYジョイント部は、ボンディングヘッド部を含む移動テーブルの略重心位置に設けられることを特徴とするボンディング装置。
  6. 請求項1に記載のボンディング装置において、
    XY平面内におけるボンディングヘッド部の中立位置の軸方向に対し、Xモータの軸方向は略+45度の傾きを有し、Yモータの軸方向は略−45度の傾きを有することを特徴とするボンディング装置。

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