JP2946007B2 - ボンディング装置 - Google Patents
ボンディング装置Info
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- H01L24/78—Apparatus for connecting with wire connectors
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- H01L2224/788—Means for moving parts
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- Power Engineering (AREA)
- Wire Bonding (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、回転機構を有するボ
ンディング装置に係り、特にボンディングヘッド回転方
式のボンディング装置に関する。ワイヤボンダでは、ボ
ールボンダのように回転機構を有しないボンディング装
置と、ウェッジボンダのように回転機構を有するボンデ
ィング装置がある。ウェッジボンダでは、ワイヤを張る
方向と平行な振動方向の超音波振動をワイヤに加えるこ
とによりボンディングが安定して行われることから、ワ
イヤを張る方向にツールを回転させるか、ツールに合わ
せてワークを回転させてワイヤの張る方向を回転させる
かのいずれかの方法がとられる。本発明は前者の方法に
よるボンディング装置に関する。シングルポイントタブ
ボンダでは、ウェッジボンダと同様に、リードの方向と
平行な振動方向の超音波振動によりボンディングが安定
して行われることが知られており、回転機構を有するボ
ンディング装置が望ましい。ダイボンダでは、フレーム
あるいは基板の配線に合わせて、ダイを回転させてボン
ディングすることが必要になる場合がある。特にハイブ
リッドＩＣでは、一つの基板に複数のダイをさまざまな
回転方向にボンディングすることがあり、ボンディング
ヘッド回転方式のボンディング装置が望ましい。 【０００２】 【従来の技術】ボンディングヘッド回転方式のボンディ
ング装置では、ボンディング・ツールの作業面をヘッド
の回転中心に位置する構造をとる。このため、回転して
ボンディングを行うときにワーク回転方式のボンディン
グ装置に較べ、回転誤差による影響を受けず高い位置精
度が得られる。ワーク回転方式では、ボンディングする
場所が回転中心から離れた位置にある場合、回転中心ま
での距離と回転誤差に比例して位置精度が悪くなるから
である。ヘッド回転方式のボンディング装置は、高精度
なボンディング装置として、生産能力の高い高速な機械
が期待されてきた。ボンディングヘッド回転方式のボン
ディング装置では、ボンディングヘッドがＸＹ平面上で
回転するθ回転動作と、ＸＹ平面に対し垂直方向に動く
Ｚ軸動作が必要である。 【０００３】ボンディングヘッドにＺ軸動作とθ回転動
作を互いに独立に、かつ▲高▼速に行わせるためのさま
ざまな工夫がこれまでになされてきた。▲高▼速動作の
ためには、動かす物（可動部）の質量を軽くすること、
および／または動かす力（駆動力）を大きくすることが
必要である。一般的に駆動力を大きくしようとすると、
駆動モータが重くなる。そこで先行技術では駆動モータ
をフレームに固定し、Ｚ軸動作機構及びθ回転動作機構
に動力を伝える工夫をして、可動部を軽くする手法がと
られてきた。例えば、特許昭６３−５２７７７号公報で
は、フレームに回転可能に装着された中空円筒スリーブ
にＺ軸動作可能にボンディングヘッドを取付けた構造と
し、フレームに固定したθ駆動モータと中空円筒スリー
ブとは、プーリ・ギアとコックド・ベルトでθ回転の動
力を伝え、一方Ｚ軸については、フレームに固定された
Ｚ軸駆動モータとボンディングヘッドとは、回転中心を
通るシャフトとユニバーサルジョイントとでつなぎＺ軸
動作の動力を伝えていて、θ回転動作がボンディングヘ
ッドにＺ軸動作を与えないことが説明されている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】従来のボンディングヘ
ッド回転方式のボンディング装置では、θ回転の動力の
伝達機構にギアあるいはベルトを使用しているため、長
期間使用しているとバックラッシュやロストモーション
が起こり、回転位置決め精度の維持が困難であった。ま
た、フレームに固定された駆動モータの動力をＺ軸動作
機構及びθ軸動作機構に伝えるために、軸受けおよびガ
イド機構が多くなりフレームがささえる重量は重くな
り、フレームをＸＹテーブルに乗せて▲高▼速に動かす
ことは困難であった。本発明の目的は、小型・軽量なボ
ンディングヘッドで▲高▼速動作可能なボンディング装
置を提供することにある。また他の一つの目的は、機構
が簡単で長期間安定して▲高▼い精度で使用できるボン
ディング装置を提供することにある。また他の一つの目
的は、塵埃の発生のないクリーンなボンディング装置を
提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的は、ボンディン
グヘッドをロータのシャフトに固定し、ロータを回転可
能にささえる回転軸受けブロックをＺスライダに固定
し、フレームに固定されたＺ軸駆動モータにより、Ｚス
ライダを動かすことにより回転軸受けブロックと共にボ
ンディングヘッドをＺ軸動作可能になし、一方ステータ
部はロータとその中心が同軸になるようフレームに固定
し、ロータとステータ部が１組のθ回転駆動モータを構
成するようにし、同θ回転駆動モータによりボンディン
グヘッドをθ回転動作可能とすることにより達成され
る。 【０００６】 【作用】Ｚ軸駆動モータによりＺスライダをＺ軸動作さ
せると、Ｚスライダに固定された回転軸受けブロック、
軸受けブロックに支えられたロータ及びロータのシャフ
トの下方の端に固定されたボンディングヘッドがＺ軸動
作する。一方、ステータ部はフレームに固定されている
ので、ロータはステータ部に対し軸方向に移動する。ロ
ータはステータ部から受ける回転方向の力が左右バラン
スされた中立点に停止しているので、ロータが軸方向に
移動したときには、この中立点が変化してロータが回転
することがある。この場合には、ロータにロータリエン
コーダを結合させて、ロータリエンコーダからの信号を
受けてサーボアンプがθ回転駆動モータを制御してロー
タが回転しないようにしている。したがって、Ｚ軸駆動
モータによるボンディングヘッドのＺ軸動作は、ボンデ
ィングヘッドのθ回転動作を与えない。また逆に、θ回
転駆動モータによるボンディングヘッドのθ回転動作
は、回転軸受けブロックがＺ軸動作しないことから、ボ
ンディングヘッドのＺ軸動作を与えない。つまり、Ｚ軸
とθ軸が独立に動作し、一方の軸の動作が互いに他方の
軸の動作に影響を与えない。 【０００７】また、ロータがステータ部に対し軸方向に
動いたとき、ステータ部がロータにおよぼす回転力の大
きさが変化するおそれがある。そこで本発明では、例え
ばロータのマグネットヨークをステータコイルに較べ軸
方向にＺ軸動作ストローク以上に長くするか、あるいは
その逆の方法をとることにより、回転トルクの変化しな
いθ回転駆動モータを実現している。以上のように、θ
回転については機構が簡単であり、非接触で動力を伝え
てボンディングヘッドを回転させることができ、摺動部
が無いためギアやベルトのような発塵のおそれが無い。
また、ロータリエンコーダで回転を直接検出することが
できるため、▲高▼精度な回転位置決めができる。また
Ｚ軸動作については、θ回転駆動モータのステータ部を
動かさないため、Ｚ軸動作する部分の質量が小さくな
り、▲高▼速動作が可能となった。 【０００８】 【実施例】以下、本発明のワイヤボンディング装置とし
ての一実施例について、図１を参照して説明する。ステ
ータコイル４はブラケット３に固定され、ブラケット３
はフレーム１２に固定されている。マグネットヨーク２
の付いた回転シャフト１はローダを構成し、回転軸受け
ブロック５ａ、５ｂに回転可能にかつステータコイル４
とその中心が同軸に位置するように取付けられている。
回転シャフト１の下方の端にはボンディングヘッド７が
固定され、上方の端は、回転軸受けブロック５に取付け
られたロータリエンコーダ８と結合している。回転軸受
けブロック５はＺスライダ６に固定され、Ｚスライダ６
にはナット１１が固定されている。フレーム１２に固定
されたＺ軸駆動モータ９にはボールネジ１０が付いてい
て、Ｚ軸駆動モータ９を回転させることにより、ボール
ネジ１０、ナット１１を介してＺスライダ６をＺ軸方向
に動かすことができる。Ｚスライダ６がＺ軸方向に動く
と、回転軸受けブロック５、回転シャフト１と共にボン
ディングヘッド７がＺ軸方向に動く。一方、同軸位置関
係にあるマグネットヨーク２とステータコイル４とは、
ＡＣモータの１組の駆動源となっており、ステータコイ
ル４に交番電流を流すことによりマグネットヨーク２、
回転シャフト１と共にボンディングヘッド７がθ回転す
る。回転シャフト１の回転はロータリエンコーダ８によ
り検出される。検出された信号は、図示しないＡＣサー
ボアンプに入力される。ＡＣサーボアンプの出力はステ
ータコイル４に接続されていて、１つの閉ループを形成
している。ボンディングヘッド７のθ回転位置はロータ
リエンコーダ８で検出される角度が指令された角度と一
致するようにＡＣサーボアンプにより制御されている。 【０００９】ワイヤボンディング装置では、半導体素子
のパッド（電極）と外部リードとの間を導体の細いワイ
ヤで電気的かつ物理的に接続することを行う。パッドと
リードのＸＹ平面上の位置からワイヤの張る方向（θ回
転角度）を求め、ボンディングヘッド７をθ回転させ
る。ワイヤをパッドないしリードにボンディングすると
きには、Ｚ軸駆動モータを動かしてボンディングヘッド
７を下降させる。パッドとリードのＸＹ平面上の位置を
求める手段、ワイヤの張る角度を求める手段、ボンディ
ングヘッドをパッドないしリードの位置へＸＹテーブル
を使って動かす手段、Ｚ軸駆動モータを動かす手段、θ
回転を指令する手段およびワイヤボンディングのシーケ
ンスをコントロールする手段については、先行技術にお
いてよく知られており、ここではその説明を省略する。
なお、前述のθモータの種類はロータ部にマグネットヨ
ークを用いるものに限定されるものではなく、たとえば
誘導形巻線を持つものも本発明の目的に合致するもので
ある。 【００１０】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば長期間安定して▲高▼い精度でボンディングが
行え、▲高▼速に動作可能なボンディング装置が実現で
き、信頼性と生産性を▲高▼めることができた。また、
Ｚ軸駆動モータに摺動部の無いモータ（たとえばＡＣモ
ータ）を使うことにより、半導体組立工程上必要不可欠
な、塵埃の発生の無いクリーンなボンディング装置を提
供することができた。
ンディング装置に係り、特にボンディングヘッド回転方
式のボンディング装置に関する。ワイヤボンダでは、ボ
ールボンダのように回転機構を有しないボンディング装
置と、ウェッジボンダのように回転機構を有するボンデ
ィング装置がある。ウェッジボンダでは、ワイヤを張る
方向と平行な振動方向の超音波振動をワイヤに加えるこ
とによりボンディングが安定して行われることから、ワ
イヤを張る方向にツールを回転させるか、ツールに合わ
せてワークを回転させてワイヤの張る方向を回転させる
かのいずれかの方法がとられる。本発明は前者の方法に
よるボンディング装置に関する。シングルポイントタブ
ボンダでは、ウェッジボンダと同様に、リードの方向と
平行な振動方向の超音波振動によりボンディングが安定
して行われることが知られており、回転機構を有するボ
ンディング装置が望ましい。ダイボンダでは、フレーム
あるいは基板の配線に合わせて、ダイを回転させてボン
ディングすることが必要になる場合がある。特にハイブ
リッドＩＣでは、一つの基板に複数のダイをさまざまな
回転方向にボンディングすることがあり、ボンディング
ヘッド回転方式のボンディング装置が望ましい。 【０００２】 【従来の技術】ボンディングヘッド回転方式のボンディ
ング装置では、ボンディング・ツールの作業面をヘッド
の回転中心に位置する構造をとる。このため、回転して
ボンディングを行うときにワーク回転方式のボンディン
グ装置に較べ、回転誤差による影響を受けず高い位置精
度が得られる。ワーク回転方式では、ボンディングする
場所が回転中心から離れた位置にある場合、回転中心ま
での距離と回転誤差に比例して位置精度が悪くなるから
である。ヘッド回転方式のボンディング装置は、高精度
なボンディング装置として、生産能力の高い高速な機械
が期待されてきた。ボンディングヘッド回転方式のボン
ディング装置では、ボンディングヘッドがＸＹ平面上で
回転するθ回転動作と、ＸＹ平面に対し垂直方向に動く
Ｚ軸動作が必要である。 【０００３】ボンディングヘッドにＺ軸動作とθ回転動
作を互いに独立に、かつ▲高▼速に行わせるためのさま
ざまな工夫がこれまでになされてきた。▲高▼速動作の
ためには、動かす物（可動部）の質量を軽くすること、
および／または動かす力（駆動力）を大きくすることが
必要である。一般的に駆動力を大きくしようとすると、
駆動モータが重くなる。そこで先行技術では駆動モータ
をフレームに固定し、Ｚ軸動作機構及びθ回転動作機構
に動力を伝える工夫をして、可動部を軽くする手法がと
られてきた。例えば、特許昭６３−５２７７７号公報で
は、フレームに回転可能に装着された中空円筒スリーブ
にＺ軸動作可能にボンディングヘッドを取付けた構造と
し、フレームに固定したθ駆動モータと中空円筒スリー
ブとは、プーリ・ギアとコックド・ベルトでθ回転の動
力を伝え、一方Ｚ軸については、フレームに固定された
Ｚ軸駆動モータとボンディングヘッドとは、回転中心を
通るシャフトとユニバーサルジョイントとでつなぎＺ軸
動作の動力を伝えていて、θ回転動作がボンディングヘ
ッドにＺ軸動作を与えないことが説明されている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】従来のボンディングヘ
ッド回転方式のボンディング装置では、θ回転の動力の
伝達機構にギアあるいはベルトを使用しているため、長
期間使用しているとバックラッシュやロストモーション
が起こり、回転位置決め精度の維持が困難であった。ま
た、フレームに固定された駆動モータの動力をＺ軸動作
機構及びθ軸動作機構に伝えるために、軸受けおよびガ
イド機構が多くなりフレームがささえる重量は重くな
り、フレームをＸＹテーブルに乗せて▲高▼速に動かす
ことは困難であった。本発明の目的は、小型・軽量なボ
ンディングヘッドで▲高▼速動作可能なボンディング装
置を提供することにある。また他の一つの目的は、機構
が簡単で長期間安定して▲高▼い精度で使用できるボン
ディング装置を提供することにある。また他の一つの目
的は、塵埃の発生のないクリーンなボンディング装置を
提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的は、ボンディン
グヘッドをロータのシャフトに固定し、ロータを回転可
能にささえる回転軸受けブロックをＺスライダに固定
し、フレームに固定されたＺ軸駆動モータにより、Ｚス
ライダを動かすことにより回転軸受けブロックと共にボ
ンディングヘッドをＺ軸動作可能になし、一方ステータ
部はロータとその中心が同軸になるようフレームに固定
し、ロータとステータ部が１組のθ回転駆動モータを構
成するようにし、同θ回転駆動モータによりボンディン
グヘッドをθ回転動作可能とすることにより達成され
る。 【０００６】 【作用】Ｚ軸駆動モータによりＺスライダをＺ軸動作さ
せると、Ｚスライダに固定された回転軸受けブロック、
軸受けブロックに支えられたロータ及びロータのシャフ
トの下方の端に固定されたボンディングヘッドがＺ軸動
作する。一方、ステータ部はフレームに固定されている
ので、ロータはステータ部に対し軸方向に移動する。ロ
ータはステータ部から受ける回転方向の力が左右バラン
スされた中立点に停止しているので、ロータが軸方向に
移動したときには、この中立点が変化してロータが回転
することがある。この場合には、ロータにロータリエン
コーダを結合させて、ロータリエンコーダからの信号を
受けてサーボアンプがθ回転駆動モータを制御してロー
タが回転しないようにしている。したがって、Ｚ軸駆動
モータによるボンディングヘッドのＺ軸動作は、ボンデ
ィングヘッドのθ回転動作を与えない。また逆に、θ回
転駆動モータによるボンディングヘッドのθ回転動作
は、回転軸受けブロックがＺ軸動作しないことから、ボ
ンディングヘッドのＺ軸動作を与えない。つまり、Ｚ軸
とθ軸が独立に動作し、一方の軸の動作が互いに他方の
軸の動作に影響を与えない。 【０００７】また、ロータがステータ部に対し軸方向に
動いたとき、ステータ部がロータにおよぼす回転力の大
きさが変化するおそれがある。そこで本発明では、例え
ばロータのマグネットヨークをステータコイルに較べ軸
方向にＺ軸動作ストローク以上に長くするか、あるいは
その逆の方法をとることにより、回転トルクの変化しな
いθ回転駆動モータを実現している。以上のように、θ
回転については機構が簡単であり、非接触で動力を伝え
てボンディングヘッドを回転させることができ、摺動部
が無いためギアやベルトのような発塵のおそれが無い。
また、ロータリエンコーダで回転を直接検出することが
できるため、▲高▼精度な回転位置決めができる。また
Ｚ軸動作については、θ回転駆動モータのステータ部を
動かさないため、Ｚ軸動作する部分の質量が小さくな
り、▲高▼速動作が可能となった。 【０００８】 【実施例】以下、本発明のワイヤボンディング装置とし
ての一実施例について、図１を参照して説明する。ステ
ータコイル４はブラケット３に固定され、ブラケット３
はフレーム１２に固定されている。マグネットヨーク２
の付いた回転シャフト１はローダを構成し、回転軸受け
ブロック５ａ、５ｂに回転可能にかつステータコイル４
とその中心が同軸に位置するように取付けられている。
回転シャフト１の下方の端にはボンディングヘッド７が
固定され、上方の端は、回転軸受けブロック５に取付け
られたロータリエンコーダ８と結合している。回転軸受
けブロック５はＺスライダ６に固定され、Ｚスライダ６
にはナット１１が固定されている。フレーム１２に固定
されたＺ軸駆動モータ９にはボールネジ１０が付いてい
て、Ｚ軸駆動モータ９を回転させることにより、ボール
ネジ１０、ナット１１を介してＺスライダ６をＺ軸方向
に動かすことができる。Ｚスライダ６がＺ軸方向に動く
と、回転軸受けブロック５、回転シャフト１と共にボン
ディングヘッド７がＺ軸方向に動く。一方、同軸位置関
係にあるマグネットヨーク２とステータコイル４とは、
ＡＣモータの１組の駆動源となっており、ステータコイ
ル４に交番電流を流すことによりマグネットヨーク２、
回転シャフト１と共にボンディングヘッド７がθ回転す
る。回転シャフト１の回転はロータリエンコーダ８によ
り検出される。検出された信号は、図示しないＡＣサー
ボアンプに入力される。ＡＣサーボアンプの出力はステ
ータコイル４に接続されていて、１つの閉ループを形成
している。ボンディングヘッド７のθ回転位置はロータ
リエンコーダ８で検出される角度が指令された角度と一
致するようにＡＣサーボアンプにより制御されている。 【０００９】ワイヤボンディング装置では、半導体素子
のパッド（電極）と外部リードとの間を導体の細いワイ
ヤで電気的かつ物理的に接続することを行う。パッドと
リードのＸＹ平面上の位置からワイヤの張る方向（θ回
転角度）を求め、ボンディングヘッド７をθ回転させ
る。ワイヤをパッドないしリードにボンディングすると
きには、Ｚ軸駆動モータを動かしてボンディングヘッド
７を下降させる。パッドとリードのＸＹ平面上の位置を
求める手段、ワイヤの張る角度を求める手段、ボンディ
ングヘッドをパッドないしリードの位置へＸＹテーブル
を使って動かす手段、Ｚ軸駆動モータを動かす手段、θ
回転を指令する手段およびワイヤボンディングのシーケ
ンスをコントロールする手段については、先行技術にお
いてよく知られており、ここではその説明を省略する。
なお、前述のθモータの種類はロータ部にマグネットヨ
ークを用いるものに限定されるものではなく、たとえば
誘導形巻線を持つものも本発明の目的に合致するもので
ある。 【００１０】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば長期間安定して▲高▼い精度でボンディングが
行え、▲高▼速に動作可能なボンディング装置が実現で
き、信頼性と生産性を▲高▼めることができた。また、
Ｚ軸駆動モータに摺動部の無いモータ（たとえばＡＣモ
ータ）を使うことにより、半導体組立工程上必要不可欠
な、塵埃の発生の無いクリーンなボンディング装置を提
供することができた。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
３・・・・・・・・・・・・・ブラケット
４・・・・・・・・・・・・・ステータコイル
５ａ、５ｂ・・・・・・回転軸受けブロック
６・・・・・・・・・・・・・・Ｚスライダ
７・・・・・・・・・・・・・・ボンディングヘッド
８・・・・・・・・・・・・・・ロータリエンコーダ
９・・・・・・・・・・・・・・Ｚ軸駆動モータ
１０・・・・・・・・・・・・・・ボールネジ
１１・・・・・・・・・・・・・・ナット
１２・・・・・・・・・・・・・・フレーム
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 フレームに取付けられたブラケットと同ブラケットに固
定されたステータコイル、フレームに取付けられたスラ
イドと同スライドにより垂直に運動するように取付けら
れたＺスライダ、前記フレームに取付けられ前記Ｚスラ
イダをＺ軸動作させるＺ軸駆動モータ、前記Ｚスライダ
に固定された回転軸受けブロックと同回転軸受けブロッ
クに回転可能に取付けられたロータ、前記ロータの回転
を検出すべく前記ロータの端に結合し、前記回転軸受け
ブロックに取付けられたロータリエンコーダおよび前記
ロータの他の一方の端に取付けられたボンディングヘッ
ドにより構成され、Ｚ軸駆動モータによりＺスライダ、
回転軸受けブロックおよびロータと共にボンディングヘ
ッドをＺ軸動作可能とし、一方ステータコイルとロータ
はそれぞれの中心を同軸上に配置することにより、前記
ロータおよび前記回転軸受けブロックとともに１組のモ
ータを構成し、このモータにより前記ボンディングヘッ
ドをＺ軸動作とは全く独立に、θ回転動作が可能となる
ようにしたことを特徴とするボンディング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3284259A JP2946007B2 (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | ボンディング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3284259A JP2946007B2 (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | ボンディング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05136194A JPH05136194A (ja) | 1993-06-01 |
| JP2946007B2 true JP2946007B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=17676212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3284259A Expired - Lifetime JP2946007B2 (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | ボンディング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2946007B2 (ja) |
-
1991
- 1991-08-06 JP JP3284259A patent/JP2946007B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05136194A (ja) | 1993-06-01 |
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