JP2007251215A - ボンディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボンディングエリアが広い場合においてもボンディングアームのイナーシャを高くすることなく、かつ、品質のよいボンディングを行う。
【解決手段】 ボンディングヘッドベース１０２の転がり軸受１０６にその支軸１０３Ａにより取り付ける。ボンディングヘッドベース１０２にボンディングアーム１０３を取り付けている円弧状の転がり軸受１０６の円弧の中心が、ボンディングヘッド１０１の下方に存在するため、ボンディングヘッド１０１をボンディング面１０７の上方に配置してボンディングを行うことが可能であり、ボンディングアームのイナーシャを高くすることがない。また、転がり軸受１０６の円弧の中心をボンディング面１０７内に位置するようにし、ボンディングヘッド１０１の先端がボンディング面１０７に垂直に接触・加圧するようにすることによって、品質のよいボンディングが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワイヤボンダなどのボンディング装置に関し、特にボンディング時におけるボンディングアームの揺動中心がボンディング面上に固定可能であるボンディング装置に関するものである。

ワイヤボンダ、シングルポイント型のＴＡＢ（Tape Automated Bonding）リードボンダなどは、その動作機構によって、直動型と揺動型に分類される。図５は、直動型のボンディング装置のボンディングヘッドを、ワイヤボンダを例として、示している。図５に示すように、直動型ボンディング装置のボンディングヘッド５０１のボンディングヘッドベース５０２に取り付けられたガイド５２０によって支持されたボンディングアーム５０３が、ボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭ）５０４の働きによってガイド５２０に沿って上下運動し、ボンディングアーム５０３に取りつけられたボンディングツール５０５が、搬送ユニット５２１上のワークのボンディング面５０７の電極に対してボンディングを行う。このような直動型ボンディング装置は、一般に、ボンディングアーム５０３の上下動のイナーシャが大きく、高速動作が困難であるとともに、ボンディング時の衝撃荷重が大きいという欠点を有する。

一方、揺動型ボンディング装置は、一般に、ボンディングアームのイナーシャを小さく構成でき、したがって高速化を図ることが可能であり、同時にボンディング時の衝撃荷重を抑制できることが知られている。図６は、十字板ばねを揺動の支点とした揺動型ボンディング装置のボンディングヘッドの側面図である。図６に示すように、ボンディングヘッド６０１のボンディングヘッドベース６０２に取り付けられた十字板ばね６２２によって支持されたボンディングアーム６０３が、ＶＣＭ６０４の働きによって揺動中心６２３を中心として揺動し、ボンディングアーム６０３に取りつけられ、ボンディングワイヤが挿通されたボンディングツール６０５が、搬送ユニット６２１上のワークのボンディング面６０７の電極に対してボンディングを行う。なお、６２４は板ばね押さえである。ここで、品質のよいボンディングをするために、揺動中心６２３がワークのボンディング面６０７内に位置するようにボンディングヘッド６０１を配置し、ボンディングツール６０５が、ワークのボンディング面６０７に垂直に接触・加圧するようにする。

上述した従来の揺動型のボンディング装置では、ボンディングヘッドベース６０２は、搬送ユニット６２１の上面よりも下に配置されるため、ボンディングヘッドベース６０２が搬送ユニット６２１を避けるように構成されなければならない。したがって、ボンディングエリアが広い場合には、ボンディングアーム６０３が長くなって、ボンディングアーム６０３のイナーシャが増大して高速化を制限する要因となる。

本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ボンディングヘッドをワーク平面よりも高い位置に維持できるようにして、ボンディングエリアが広い場合にもボンディングアームを長くしなくて済むようにし、もってボンディングアームのイナーシャの増大を抑制して高速化動作が可能な揺動型ボンディング装置を提供することである。

上述の課題を解決するため、本発明によれば、ボンディングヘッドベースと、前記ボンディングヘッドベースに設けられた支持手段にその被支持部が支持されることによって前記ボンディングヘッドベースに取り付けられたボンディングアームと、前記ボンディングアームに取り付けられた、ボンディング面へのボンディングを行うボンディング手段と、前記ボンディングアームを駆動する駆動手段とを有するボンディングヘッドを備えたボンディング装置であって、前記被支持部は円弧形状に倣って移動するように前記支持手段に支持されていることを特徴とするボンディング装置、が提供される。
また、上述の課題を解決するため、本発明によれば、ボンディングヘッドベースと、前記ボンディングヘッドベースに設けられた支持手段にその被支持部が支持されることによって前記ボンディングヘッドベースに取り付けられたボンディングアームと、前記ボンディングアームに取り付けられた、ボンディング面へのボンディングを行うボンディング手段と、前記ボンディングアームを駆動する駆動手段とを有するボンディングヘッドを備えたボンディング装置であって、前記支持手段と前記被支持部との少なくとも一方は円弧形状を有し、該円弧形状に束縛されて移動するように前記被支持部は前記支持手段に支持されていることを特徴とするボンディング装置、が提供される。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図である。図１に示すように、本実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッド１０１は、ボンディングヘッドベース１０２、ボンディングアーム１０３、ボンディングアーム１０３の支軸１０３Ａ、ＶＣＭ１０４、キャピラリよりなるボンディングツール１０５、転がり軸受１０６、を有している。ボンディングヘッドベース１０２は、図示が省略されたＸ−Ｙテーブルにより上方から支持されている。ボンディングアーム１０３は、その支軸１０３Ａを、転がり軸受１０６を成す上下２つの同心円弧状の金属ボールアレイ１０６ａ、１０６ｂの間に挟持されながら、ボンディングヘッドベース１０２に直接に取り付けられている。支軸１０３Ａの断面は、同心円弧状の金属ボールアレイ１０６ａ、１０６ｂの一部に沿う円弧状を成している。図１において、転がり軸受は、ボンディングヘッドベース１０２の片側側面にのみしか示されていないが、実際には、逆側の側面にも形成されており、その転がり軸受を成す上下２つの同心円弧状の金属ボールアレイの間に、ボンディングアーム１０３のもう１つの支軸が、挟持されている。

ボンディングヘッド１０１は、全体として、搬送ユニット（図示せず）の上に載置されたワークのボンディング面１０７の図１紙面上方に配置されている。このとき、ボンディングヘッドベース１０２の両側面にある転がり軸受の円弧の中心が、ボンディング面１０７内に位置するように、ボンディングヘッド１０１が配置される。ボンディングアーム１０３には、その駆動源となるＶＣＭ１０４が取り付けられている。ＶＣＭ１０４を有するボンディングアーム１０３は、ＶＣＭドライバ（図示せず）からの操作電流（ＶＣＭ電流）がＶＣＭ１０４に供給されることにより、ボンディング面１０７に平行な推力を受けて駆動され、ボンディングヘッドベース１０２の両側面にある転がり軸受をガイドとして、それら２個の転がり軸受の円弧の中心を結ぶ線分である、ボンディングアーム１０３の揺動軸１０９を中心として揺動する。転がり軸受１０６がガイドとして利用されているため、ボンディングアーム１０３の揺動が、スムーズに行われる。

ボンディングアーム１０３の先端には、ボンディングツール１０５が取り付けられている。ボンディングツール１０５の先端にはボンディングワイヤが挿通されており、ボンディングアーム１０３の揺動によって、ボンディングツール１０５の先端がボンディング面１０７上の電極に断続的に接触することによって、ボンディングが行われる。
以上説明したように、ボンディングアーム１０３が、ボンディング面１０７に揺動中心を持つ、ボンディングヘッドベース１０２の両側面にある円弧状の転がり軸受けに支持されて揺動軸１０９の回りに揺動するため、ボンディングツール１０５の先端が、揺動方向１０８に揺動動作を行う。このとき、揺動軸１０９がボンディング面１０７内にあり、ボンディングツール１０５の先端がボンディング面１０７に接触してボンディングを行うときに、ボンディングツール１０５の先端が、ボンディング面１０７に対しほぼ垂直に降下し、すなわち水平方向の動きを伴うことなく降下し、そしてボンディング面１０７に垂直に接触・加圧するため、品質のよいボンディングが可能になる。また、ボンディングヘッドベース１０２、ボンディングアーム１０３、ＶＣＭ１０４、ボンディングツール１０５を含むボンディングヘッド１０１全体が、ワークのボンディング面よりも高い位置にあるため、ボンディングエリアが広い場合にも、ボンディングアーム１０３を長くする必要がなく、したがって、ボンディングアーム１０３のイナーシャが増大して高速化が制限されるということがない。

〔第２の実施の形態〕
図２は、本発明の第２の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図である。図２において、図１に示す第１の実施の形態の部分と同等の部分には、下２桁が共通する参照番号を付し、重複する説明は省略する。本実施の形態においては、ボンディングアーム２０３の各側面に２本ずつの断面が円形の支軸２０３Ａが固着されている。動作は第１の実施の形態の場合と同様である。すなわち、ボンディングアーム２０３は、操作電流がＶＣＭ２０４に供給されることにより、ボンディング面２０７に平行な推力を受けて駆動され、ボンディングアーム２０３の支軸２０３Ａは、ボンディングヘッドベース２０２の両側面にある転がり軸受２０６をガイドとして、ボンディングアーム２０３の揺動軸２０９を中心に円弧状に揺動する。

図示された第２の実施の形態では、片側に断面円形の２個の支軸２０３Ａを設けたものであったが、その断面は角型であっても良くまたその本数も３以上であってもよい。また、断面円形の複数の支軸２０３Ａが回転自在にボンディングアームに取り付けられるようにしてもよい。支軸２０３Ａが回転ローラによって構成されるときには、ボンディングヘッドベース２０２側には転がり軸受２０６を設けることなく、単に円弧形状の窓を開けておくだけにしてもよい。

〔第３の実施の形態〕
図３は、本発明の第３の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図である。図３に示すように、本実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッド３０１は、ボンディングヘッドベース３０２、ボンディングアーム３０３、ボンディングアーム３０３の支軸３０３Ａ、ＶＣＭ３０４、キャピラリよりなるボンディングツール３０５、円弧状のエアー軸受３１０、を有している。

ボンディングアーム３０３は、その支軸３０３Ａを、エアー軸受３１０のエアー空間に挿入しながら、ボンディングヘッドベース３０２に直接に取り付けられている。支軸３０３Ａの断面は、円弧状のエアー軸受３１０の一部に沿う円弧状を形成している。図３において、エアー軸受は、ボンディングヘッドベース３０２の片側側面にのみしか示されていないが、実際には、逆側の側面にも形成されており、そのエアー軸受のエアー空間に、ボンディングアーム３０３のもう１つの支軸が、挿入されている。ボンディング装置が動作中には、ボンディングアーム３０３の両支軸が、両エアー軸受のエアー空間内に浮上している。したがって、両支軸が固定されているボンディングアーム３０３、ボンディングアーム３０３に固定されているＶＣＭ３０４およびボンディングツール３０５も空中に浮上している。

ボンディングヘッド３０１は、全体として、搬送ユニット（図示せず）の上に載置されたワークのボンディング面３０７の紙面上方に配置されている。このとき、ボンディングヘッドベース３０２の両側面にあるエアー軸受の円弧の中心が、ボンディング面３０７内に位置するように、ボンディングヘッド３０１が配置される。ボンディングアーム３０３には、その駆動源となるＶＣＭ３０４が取り付けられている。ＶＣＭ３０４を有するボンディングアーム３０３は、ＶＣＭドライバ（図示せず）から供給される操作電流（ＶＣＭ電流）をＶＣＭ３０４に印加することにより駆動され、ボンディングヘッドベース３０２の両側面にあるエアー軸受をガイドとして、それら２個のエアー軸受の円弧の中心を結ぶ線分である、ボンディングアーム３０３の揺動軸３０９を中心として揺動する。エアー軸受３０６がガイドとして利用されているため、ボンディングアーム３０３の揺動が、スムーズに行われる。

ボンディングアーム３０３の先端には、ボンディングツール３０５が取り付けられている。ボンディングツール３０５の先端にはボンディングワイヤ（図示せず）が挿通されており、ボンディングアーム３０３の揺動によって、ボンディングツール３０５の先端がボンディング面３０７上の電極(図示せず)に断続的に接触することによって、ボンディングが行われる。

以上説明したように、ボンディングアーム３０３が、ボンディング平面３０７に揺動中心を持つ、ボンディングヘッドベース３０２の両側面にある円弧状のエアー軸受に支持されて揺動軸３０９の回りに揺動するため、ボンディングツール３０５の先端が、揺動方向３０８に揺動動作を行う。このとき、揺動軸３０９がボンディング面３０７内にあり、ボンディングツール３０５の先端がボンディング面３０７に接触してボンディングを行うときに、ボンディングツール３０５の先端が、ボンディング面３０７に垂直に接触・加圧するため、品質のよいボンディングが可能になる。また、ボンディングヘッドベース３０２、ボンディングアーム３０３、ＶＣＭ３０４、ボンディングツール３０５を含むボンディングヘッド３０１全体が、ワークのボンディング面よりも高い位置にあるため、ボンディングエリアが広い場合にも、ボンディングアーム３０３を長くする必要がなく、したがって、ボンディングアーム３０３のイナーシャが増大して高速化が制限されることがない。
なお、本実施の形態において、ボンディングアームの支軸のガイドとして、円弧状のエアー軸受が使用されたが、エアー軸受に限定されることなく、円弧状の磁気軸受など、ボンディングアームの支軸を空気中に浮上させて支持する構造のものはいずれも用いられ得る。

〔第４の実施の形態〕
図４は、本発明の第４の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図である。図４に示すように、本実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッド４０１は、ボンディングヘッドベース４０２、ボンディングアーム４０３、ボンディングアーム４０３の円弧状の支軸４０３Ａ、ＶＣＭ４０４、キャピラリよりなるボンディングツール４０５、ローラフォロア４１１、を有している。図４において、図１あるいは図３と同様または同一の機能を有する構成要素には、下２桁が等しい参照符号が付されており、その詳しい説明を省略する。

ローラフォロア４１１は、ボンディングヘッドベース４０２の両側面に回転可能に取り付けられており、それぞれ、ボンディングアーム４０３の円弧状の支軸４０３Ａを支持している。ボンディングヘッド４０１は、全体として、搬送ユニット（図示せず）の上に載置されたワークのボンディング面４０７の紙面上方に配置されている。このとき、ボンディングアーム４０３の円弧状の支軸４０３Ａの円弧の中心が、ボンディング面４０７内に位置するように、ボンディングヘッド４０１が配置される。

第１の実施の形態ないし第３の実施の形態と同様に、ボンディングアーム４０３が、ボンディング平面４０７に揺動中心を持つ円弧状の支軸４０３Ａを、ボンディングヘッドベース４０２の両側面にあるローラフォロア４１１に支持されて、揺動軸４０９の回りに揺動するため、ボンディングツール４０５の先端が、揺動方向４０８に揺動動作を行う。このとき、揺動軸４０９がボンディング面４０７内にあり、ボンディングワイヤ（図示せず）が挿通されているボンディングツール４０５の先端がボンディング面４０７の電極（図示せず）に接触してボンディングを行うときに、ボンディングツール４０５の先端が、ボンディング面４０７に垂直に接触・加圧するため、品質のよいボンディングが可能になる。また、ボンディングヘッドベース４０２、ボンディングアーム４０３、ＶＣＭ４０４、ボンディングツール４０５を含むボンディングヘッド４０１全体が、ワークのボンディング面よりも高い位置にあるため、ボンディングエリアが広い場合にも、ボンディングアーム４０３を長くする必要がなく、したがって、ボンディングアーム４０３のイナーシャが増大して高速化が制限されることがない。
なお、本実施の形態において、ボンディングアームの支軸のガイドとして、ローラフォロアが使用されたが、ローラフォロアに限定されることなく、玉軸受あるいは固定軸など、ボンディングアームの支軸を支持しつつボンディングアームの支軸の移動を容易にする構造のものはいずれも用いられ得る。

以上、本発明をその好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明のボンディング装置は、上述した実施の形態のみに制限されるものではなく、本願発明の要旨を変更しない範囲で種々の変化を施したボンディング装置も、本発明の範囲に含まれる。例えば、ボンディングアームは超音波エネルギーを伝達するホーンであってもよい。また、ボンディングツールは、ウエッジボンディングを行うウエッジであってもよい。さらに、ＴＡＢリードをシングルポイント方式でボンディングするツールであってもよい。

以上説明したように、本発明に係るボンディング装置は、ボンディングヘッドをボンディング面よりも高い位置に支持しながら動作可能であるため、広いボンディングエリアのボンディングにおいても、搬送ユニット等の影響を受けずに、ボンディングアームのイナーシャを低くして、高速動作を可能にする。また、ボンディングツールの先端がボンディング面に接触する際に、ボンディングツールの先端が、ボンディング面に対しほぼ垂直に降下するため、高品質のボンディングを行うことができる。
また、本発明に係るボンディング装置は、上述したように簡素な構成で上記の効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図。 本発明の第２の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図。 本発明の第３の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図。 本発明の第４の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図。 従来のボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図。 従来の別のボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図。

符号の説明

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１ ボンディングヘッド
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２ ボンディングヘッドべース
１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３ ボンディングアーム
１０３Ａ、２０３Ａ、３０３Ａ、４０３Ａ 支軸
１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４ ＶＣＭ
１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５ ボンディングツール
１０６、２０６ 転がり軸受
１０６ａ、１０６ｂ、２０６ａ、２０６ｂ 金属ボールアレイ
１０７、２０７、３０７、４０７、５０７、６０７ ボンディング面
１０８、２０８、３０８、４０８ 揺動方向
１０９、２０９、３０９、４０９ 揺動軸
３１０ エアー軸受
４１１ ローラフォロア
５２０ ガイド
５２１、６２１ 搬送ユニット
６２２ 十字板ばね
６２３ 揺動中心
６２４ 板ばね押さえ

Claims (6)

1. ボンディングヘッドベースと、前記ボンディングヘッドベースに設けられた支持手段にその被支持部が支持されることによって前記ボンディングヘッドベースに取り付けられたボンディングアームと、前記ボンディングアームに取り付けられた、ボンディング面へのボンディングを行うボンディング手段と、前記ボンディングアームを駆動する駆動手段とを有するボンディングヘッドを備えたボンディング装置であって、前記被支持部は円弧形状に倣って移動するように前記支持手段に支持されていることを特徴とするボンディング装置。
2. ボンディングヘッドベースと、前記ボンディングヘッドベースに設けられた支持手段にその被支持部が支持されることによって前記ボンディングヘッドベースに取り付けられたボンディングアームと、前記ボンディングアームに取り付けられた、ボンディング面へのボンディングを行うボンディング手段と、前記ボンディングアームを駆動する駆動手段とを有するボンディングヘッドを備えたボンディング装置であって、前記支持手段と前記被支持部との少なくとも一方は円弧形状を有し、該円弧形状に束縛されて移動するように前記被支持部は前記支持手段に支持されていることを特徴とするボンディング装置。
3. 前記円弧の中心が、前記ボンディング面が存在している平面上に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載のボンディング装置。
4. 前記ボンディングアームが、超音波エネルギーを前記ボンディング手段へ伝達するホーンであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のボンディング装置。
5. 前記ボンディング手段が、キャピラリ、ウエッジまたはＴＡＢリードをボンディングするツールであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のボンディング装置。
6. 前記ボンディングヘッドベースは、上方から支持されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のボンディング装置。

Images