JP2885753B2 - ワイヤクランプ機構およびこれを用いたワイヤボンディング装置 - Google Patents

ワイヤクランプ機構およびこれを用いたワイヤボンディング装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤボンディン
グ装置のためのワイヤクランプ機構と、このワイヤクラ
ンプ機構を用いたワイヤボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ワイヤボンディング装置における
ワイヤクランプ機構としては、ボイスコイルモータによ
り一対のアームの片側アームを開閉させることにより金
線を任意の荷重でクランプするボイスコイルモータ駆動
方式のものや、図２および図３に示す圧電素子駆動方式
のものが知られている。
【０００３】図２は常閉タイプの圧電素子駆動方式のワ
イヤクランプ機構、図３は常開タイプの圧電素子駆動方
式のワイヤクランプ機構を示すものである。図２の常閉
タイプの場合、図示を略した電極間に駆動電圧を供給す
ると、圧電素子２１が電歪効果によって伸び、一対のア
ーム部２２ａ，２２ｂを上方へ押す。アーム部２２ａ，
２２ｂが上方へ押されると、アーム部２２ａ，２２ｂは
力拡大機構部２３のくびれ部２４ａ，２４ｂ部分を支点
としてそれぞれ矢印で示すように左側と右側へ回動し、
アーム先端のクランプ部２５ａ，２５ｂが開いた状態と
なってクランプしていた金線２６を開放する。また、圧
電素子に印加していた駆動電圧をオフすると、一対のア
ーム部２２ａ，２２ｂは元の位置に戻り、金線２６をク
ランプするものである。
【０００４】また、図３の常開タイプの場合、図示を略
した電極間に駆動電圧を供給すると、圧電素子２１が電
歪効果によって伸び、その先端部で一方のアーム部２２
ａを上方へ押す。アーム部２２ａは、上方へ押される
と、力拡大機構部２３のくびれ部２４部分を支点として
右側へ回動し、アーム先端のクランプ部２５ａ，２５ｂ
が閉じた状態となって、金線２６をクランプする。ま
た、圧電素子に印加していた駆動電圧をオフすると、ア
ーム部２２ａは元の位置に戻り、クランプしていた金線
２６を開放する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たボイスコイルモータ駆動方式の場合、 マグネットを使用しているためにアクチュエータの重
量が重くなる。 応答が遅い。 金線のクランプ荷重を１００ｇ以上と、かなり大きく
しないと、ＸＹステージが高速移動したときにふらつい
てクランプ荷重が安定しなくなる。などの問題があっ
た。
【０００６】一方、圧電素子駆動方式の場合、上記ボイ
スコイルモータ駆動方式における〜の問題は改善さ
れるが、それとは別に次のような問題を生ずる。 圧電素子は基本的に伸びる方向にしか使用できないた
め、荷重制御の調整が困難であり、図２および図３に示
したように、常閉タイプと常開タイプでアームの構造自
体を変えなければならず、設計の自由度が小さい。 印加電圧として、ＤＣ１００〜１５０Ｖという高い電
圧を必要とし、制御上好ましくない。 金線のクランプ荷重をフィードバックするには、外部
にセンサを別に設ける必要がある。
【０００７】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたもので、設計の自由度が大きく、クランプ
荷重のコントロールが容易で、しかも、制御に高電圧を
必要としない、取り扱い性に優れたワイヤクランプ機構
とこれを用いたワイヤボンディング装置を提供すること
を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載のワイヤクランプ機構は、開閉する一
対のアーム部によってワイヤをクランプするようにした
ワイヤボンディング装置のワイヤクランプ機構におい
て、超磁歪素子からなるアクチュエータによって前記ア
ーム部を開閉するように構成するとともに、前記超磁歪
素子の周囲にセンサコイルを巻回し、超磁歪素子の駆動
電流をフィードバック制御するために超磁歪素子の磁歪
量を前記センサコイルによって電気信号として取り出す
ようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
【００１０】また、請求項２記載のワイヤボンディング
装置は、請求項１記載のワイヤクランプ機構と、該ワイ
ヤクランプ機構のセンサコイルの出力信号に基づいてク
ランプ荷重を検出する力検出部と、該力検出部の出力と
設定クランプ荷重とを比較することによって設定クラン
プ荷重を与えるように前記超磁歪素子の駆動電流を可変
制御する駆動電流制御部とを備えたことを特徴とするも
のである。
【００１１】
【作用】請求項１記載のワイヤクランプ機構の場合、超
磁歪素子は低電圧で作動するとともに、その磁歪変位量
が大きいため、制御が容易となり、確実なワイヤクラン
プを実現できる。また、超磁歪素子は伸縮両方向に磁歪
変位させることができるので、印加する直流電流の方向
を正負切り換えるだけで、同じ構造のアームを用いて常
閉タイプと常開タイプのいずれのタイプのワイヤクラン
プ機構でも得ることができる。
【００１２】さらに、センサコイルによってアクチュエ
ータの磁歪量を電気信号として取り出すことができるの
で、この電気信号を用いてクランプ荷重をフィードバッ
ク制御することが可能となる。
【００１３】請求項２記載のワイヤボンディング装置の
場合、ワイヤのクランプ荷重が設定荷重になるようにフ
ィードバック制御できるので、正確なクランプ荷重の制
御ができる。また、超磁歪素子の作動電圧に高電圧を必
要としないので、フィードバック制御回路の設計が容易
となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明に係るワイ
ヤクランプ機構の一実施形態である。一対のアーム部１
ａと１ｂおよび力拡大機構部２は、例えばＳＵＳなどの
バネ材からなり、アーム部１ａ，１ｂと力拡大機構部２
の境界に形成した左右一対のくびれ部３ａ，３ｂによっ
てこれらを連結することにより一体に構成している。ア
ーム部１ａ，１ｂの先端対向面には、金線２６をクラン
プするための、例えば導電性セラミックなどからなるク
ランプ部４ａ，４ｂが貼設されている。また、この一対
のアーム部１ａ，１ｂの基端部は力作用部５によって連
結されており、この力作用部５と力拡大機構部２の基底
部２ａとの間に、超磁歪アクチュエータ６がボルト７と
ナット８によって取り付けられている。
【００１５】前記超磁歪アクチュエータ６は、アーム部
１ａ，１ｂを開閉するための駆動機構であって、この例
の場合、アーム部１ａ，１ｂを開閉するための超磁歪素
子９と、これに巻回された駆動コイル１１とから構成さ
れている。
【００１６】ここにいう超磁歪素子とは、テルビウム、
ジスプロシウム、鉄からなる単結晶磁歪合金からなる磁
歪素子を指すもので、このような単結晶磁歪合金からな
る磁歪素子は、従来の磁歪素子に比べて４０倍程度も大
きな磁歪変位量を有するとともに、１０Ｖ以下の低電圧
で作動するものである。また、超磁歪アクチュエータと
は、この超磁歪素子を用いて作られたアクチュエータを
指すものである。
【００１７】上記超磁歪素子９に巻回された駆動コイル
１１は、駆動電流制御部１２に接続されている。駆動電
流制御部１２は、直流電流供給回路１２ａから正または
負の所望の直流電流を駆動コイル１１に供給することに
よって、その電流の正負と大小に応じた方向と強さの直
流磁界を発生し、超磁歪素子９を伸縮両方向に磁歪変位
させるものである。
【００１８】なお、後述する常閉タイプの場合のよう
に、超磁歪素子９を伸縮両方向に動作させるような使い
方をする場合には、予め超磁歪素子９に磁気バイアス
（例えば、４００Ｏｅ程度）をかけておく必要がある。
この磁気バイアスは、直流電流供給回路１２ａから駆動
コイル１１に常時バイアス用の直流電流を流すことによ
って与えることができるし、また、超磁歪素子９に沿わ
せて永久磁石を配置し、この永久磁石の磁束によって与
えることもできる。いずれを採用するかは、設計仕様よ
って決定すればよい。
【００１９】また、超磁歪素子９にはセンサコイル１３
が巻回されており、力検出部１４に接続されている。こ
のセンサコイル１３は、超磁歪素子９の磁気特性の変化
を外部へ取り出すものである。力検出部１４は、超磁歪
素子９が磁歪変位したときに生じる磁気特性の変化に基
づいた電流の変化から超磁歪素子９の磁歪量、すなわ
ち、金線２６のクランプ荷重を検出するものである。こ
の力検出部１４と上記駆動電流制御部１２は、金線２６
のクランプ荷重が常に設定値となるように自動制御する
いわゆるフィードバック制御手段を構成している。
【００２０】次に、上記ワイヤクランプ機構の動作を説
明する。まず最初に、一対のアーム部１ａ，１ｂが常時
二点鎖線で示すように開いた状態になっている、いわゆ
る常開タイプのワイヤクランプ機構の場合について説明
する。
【００２１】二点鎖線で示す常開状態において、駆動電
流制御部１２の制御回路１２ｂの制御の下に直流電流供
給回路１２ａから設定クランプ荷重に対応した値の正の
直流電流（これをクランプする方向の電流とする）を駆
動コイル１１に印加する。この正の直流電流が印加され
ると、駆動コイル１１は超磁歪素子９が縮む向きの直流
磁界を発生する。超磁歪素子９は、この直流磁界による
磁歪作用によって下方（図において）に向かって縮む。
【００２２】超磁歪素子９が下方へ向かって縮むと、ア
ーム部１ａ，１ｂの力作用部５も下方へ引かれ、一対の
アーム１ａ，１ｂは力拡大機構部２のくびれ部３ａ，３
ｂを支点として、矢印で示すように内側に向かって実線
の位置まで回動する。これによって、一対のアーム部１
ａ，１ｂが閉じ、その先端のクランプ部４ａ，４ｂで金
線２６をクランプする。
【００２３】上記のように超磁歪素子９が下方へ向かっ
て縮むと、ボルト７とナット８によって所定の力で押さ
え付けられている超磁歪素子９に作用する押圧力がその
分だけ小さくなり、それに応じて超磁歪素子９の磁気特
性が変化し、センサコイル１３に発生する電流値が変化
する。力検出部１４は、この電流変化量をその時のクラ
ンプ荷重を示す検出信号として取り出し、駆動電流制御
部１２の制御回路１２ｂに送る。
【００２４】制御回路１２ｂは、この送られてきた検出
信号と設定されたクランプ荷重とを比較して直流電流供
給回路１２ａを制御し、超磁歪素子９に印加される直流
電流を可変することにより、クランプ荷重が設定値に一
致するようにフィードバック制御する。これによって、
金線２６は設定荷重でクランプされる。
【００２５】次に、一対のアーム部１ａ，１ｂが常時実
線で示すように閉じた状態になっている、いわゆる常閉
タイプのワイヤクランプ機構の場合について説明する。
この常閉タイプの場合、一対のアーム部１ａ，１ｂは常
閉時に金線２６をクランプする。したがって、従来の圧
電素子駆動方式のものは圧電素子が伸長だけしかできな
いので、圧電素子の伸縮によってクランプ荷重を正確に
制御することができない。このため、クランプ荷重は一
対のアーム部１ａ，１ｂの有するバネ力自体によって与
えるしかなく、正確なクランプ荷重の設定が極めて困難
である。また、たとえ正確に設定できたとしても、経時
変化などによって狂ってしまうため、クランプ荷重が適
正であるか否かを常に監視する必要がある。
【００２６】これに対して、本発明のワイヤクランプ機
構の場合、常閉タイプの場合でもあっても、駆動電流制
御部１２と力検出部１４の電源を入れておけば、前述し
た常開タイプの場合において説明したと同様に、力検出
部１４においてそのときのクランプ荷重を検出し、駆動
電流制御部１２によって超磁歪素子９を伸縮両方向に自
在に制御できるので、クランプ荷重が設定値に一致する
ようにフィードバック制御することができる。このた
め、金線２６を設定荷重によって正確にクランプするこ
とが可能となる。
【００２７】この常閉タイプの場合においてクランプ部
４ａ，４ｂを開くには、直流電流供給回路１２ａから所
定値の負の直流電流（これをクランプを開放する方向の
電流とする）を駆動コイル１１に印加すればよい。この
負の直流電流が印加されると、駆動コイル１１は超磁歪
素子９が伸びる向きの直流磁界を発生する。超磁歪素子
９は、この直流磁界による磁歪作用によって上方（図に
おいて）に向かって伸びる。超磁歪素子９が伸びると、
アーム部１ａ，１ｂの力作用部５が上方へ押され、一対
のアーム１ａ，１ｂは力拡大機構部２のくびれ部３ａ，
３ｂを支点として、二点鎖線で示した位置まで回動す
る。これによって、アーム部１ａ，１ｂの先端のクラン
プ部４ａ，４ｂが開き、金線２６のクランプを解除す
る。
【００２８】このように、本発明の場合、常開タイプ・
常閉タイプのいずれのタイプのワイヤクランプ機構であ
っても、同じアーム構造を用いて作ることができる。な
お、フィードバック制御を必要としない場合には、セン
サコイル１３は省略することができる。また、上記の例
では、ボンディングワイヤとして金線を用いた場合を例
に採ったが、アルミ線、銅線などの他のワイヤであって
もよいことは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載のワ
イヤクランプ機構によれば、超磁歪素子からなるアクチ
ュエータによって一対のアーム部を開閉するようにした
ので、低電圧で作動させることができ、制御が容易とな
る。また、超磁歪素子は磁歪変位量が大きいため、確実
なワイヤクランプを実現できる。また、伸縮両方向に磁
歪変位させることができるので、印加する直流電流の方
向を正負切り換えるだけで、同じ構造のアームを用いて
常閉タイプと常開タイプのいずれのタイプのワイヤクラ
ンプ機構でも作ることができる。このため、力拡大機構
部などの設計の自由度が向上し、設計が容易となる。ま
た、機構自体の剛性が高いため、大きな加速度でユニッ
トを移動した場合でも、クランプ面が振られることがな
く、クランプ荷重も安定する。
【００３０】さらに、超磁歪素子の周囲にセンサコイル
を巻回し、該センサコイルによって超磁歪素子の磁歪量
を電気信号として取り出すようにしたので、電気信号を
用いてフィードバック制御を行なうことが可能となる。
このため、クランプ荷重の制御が容易となる。
【００３１】請求項２記載のワイヤボンディング装置に
よれば、前記請求項２記載のワイヤクランプ機構と、該
ワイヤクランプ機構のセンサコイルの出力信号に基づい
てクランプ荷重を検出する力検出部と、該力検出部の出
力と設定クランプ荷重とを比較することによって設定ク
ランプ荷重を与えるように駆動電流を可変制御する駆動
電流制御部とを備えることにより構成したので、フィー
ドバック制御を行なうために外部に改めてクランプ荷重
検出用のセンサを設ける必要がなくなる。このため、装
置を簡潔に構成できるとともに、正確なクランプ荷重の
制御が可能となる。また、超磁歪素子の作動に高電圧を
必要としないので、フィードバック制御回路の設計も容
易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るワイヤクランプ機構の一実施形態
の一部切断平面図である。
【図２】従来の圧電素子駆動方式になる常閉タイプのワ
イヤクランプ機構の構造を示す平面図である。
【図３】従来の圧電素子駆動方式になる常開タイプのワ
イヤクランプ機構の構造を示す平面図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ アーム部 ２ 力拡大機構部 ２ａ 力拡大機構部の基底部 ３ａ，３ｂ くびれ部 ４ａ，４ｂ クランプ部 ５ 力作用部 ６ 超磁歪アクチュエータ ７ ボルト ８ ナット ９ 超磁歪素子 １１ 駆動コイル １２ 駆動電流制御部 １２ａ 直流電流供給回路 １２ｂ 制御回路 １３ センサコイル １４ 力検出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/60 301

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 開閉する一対のアーム部によってワイヤ
    をクランプするようにしたワイヤボンディング装置のワ
    イヤクランプ機構において、 超磁歪素子からなるアクチュエータによって前記アーム
    部を開閉するように構成するとともに、前記超磁歪素子
    の周囲にセンサコイルを巻回し、超磁歪素子の駆動電流
    をフィードバック制御するために超磁歪素子の磁歪量を
    前記センサコイルによって電気信号として取り出すよう
    にしたことを特徴とするワイヤクランプ機構。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のワイヤクランプ機構と、
    該ワイヤクランプ機構のセンサコイルの出力信号に基づ
    いてクランプ荷重を検出する力検出部と、該力検出部の
    出力と設定クランプ荷重とを比較することによって設定
    クランプ荷重を与えるように前記超磁歪素子の駆動電流
    を可変制御する駆動電流制御部とを備えたことを特徴と
    するワイヤボンディング装置。
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