JP4018057B2 - ボンディング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ボンディング装置に係り、特にボンディング作業を行うボンディング部を任意の位置に移動させる移動機構を備えるボンディング装置に関する。
ワイヤボンダーは、半導体チップ等のダイに設けられた複数のボンディングパッドと、回路基板等に設けられたボンディングリードとの間を細い金ワイヤ等で接続するために用いられる装置である。ボンディングパッド及びボンディングリードの所定の位置に金ワイヤ等を正しく位置決めしてボンディングするために、金ワイヤを挿通し保持したボンディングツールや位置決めカメラを搭載した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。
図１５は、従来のワイヤボンダー１０におけるボンディングヘッド部２０の移動機構の平面図である。この機構は、特許文献１に記載されているように、いわゆるＸＹテーブル機構として知られている機構であって、ワイヤボンダー１０の架台１２の上に設けられたテーブル保持台１４の上にＸテーブル１６と、Ｙテーブル１８とが積み重ねられ、ボンディングヘッド部２０は、Ｙテーブル１８の上に固定される構成となっている。ボンディングヘッド部２０には、金ワイヤを挿通し保持するキャピラリを先端に有するボンディングツール２２と、位置検出カメラ２４が取付けられている。架台１２には、回路基板の搬送路５０が設けられ、回路基板がおおよそボンディングツール２２の真下のボンディング作業領域５２に来るように搬送される。したがってＸテーブル１６を図に示すＸ方向に移動させ、そのＸテーブル１６の上でＹテーブル１８をＹ方向に移動させることで、ボンディングヘッド部２０をＸＹ平面内で任意の位置に移動させ、位置検出カメラ２４を用いて位置検出し、それに基づいて所望の位置にボンディングツール２２を移動させることができる。そして図示されていないＺ方向移動機構によりボンディングツールをＺ方向に移動させることで、ボンディング作業を行うことができる。
ここでＸテーブル１６は、Ｘ方向リニアモータ３０によって駆動され、図に示されていないリニアガイドに案内されてテーブル保持台１４上をＸ方向に移動することができる。すなわちＸ方向リニアモータ３０は、コイルに垂直な方向の駆動磁界を発生する駆動部３２と、コイル電流を流し駆動磁界からＸ方向の駆動力を受ける可動コイル３４とを備え、可動コイル３４がアーム３６を介してＸテーブル１６に接続される。また、Ｙテーブル１８は、Ｙ方向リニアモータ４０によって駆動され、図示されていないリニアガイドに案内されてＸテーブル１６上を図に示すＹ方向に移動することができる。Ｙ方向リニアモータ４０も、ＸＹ平面に垂直な方向の駆動磁界を発生する駆動部４２と、コイルに電流を流しそのＸ方向成分電流により駆動磁界からＹ方向の駆動力を受ける可動コイル４４とを備え、可動コイル４４がアーム４６を介してＹテーブル１８に接続される。
特開２００２−３２９７７２号公報
このように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、この機構には以下に述べる幾つかの課題がある。
１．ボンディングヘッド部が、２段に重ねられたＸテーブルとＹテーブルの上に搭載され るため、移動のために駆動すべき質量がボンディングヘッド部の質量のみならずＸテ ーブルやＹテーブルの質量も加算される。したがって、重い質量を駆動することにな り、ボンディングヘッド部の移動速度をより高速化することが困難である。
２．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方向に移動するので、Ｘ 方向駆動モータの駆動方向と、Ｙテーブル及びボンディングヘッド部の重心位置との 間に偏心が生ずる。このためＸ方向の駆動力によりボンディングヘッド部に対する回 転力が生じ、これを防止するため、リニアガイド等の案内機構の剛性を高める必要が あり、そのための質量がさらに増加する。したがって、ボンディングヘッド部の移動 速度の高速化を阻害する。
３．Ｘ方向の移動精度及びＹ方向の移動精度をきめるリニアガイドの真直精度の向上に限 度があり、位置決め精度をより高めることが困難である。
４．Ｘテーブルの移動に伴い、その上のＹテーブルもＸ方向に移動する。つまり、Ｙ方向 アクチュエータの可動コイルは、Ｙ方向に移動するのみならずＸ方向にも移動する。 したがって、Ｙ方向アクチュエータの駆動磁界発生用磁石は、この可動コイルの移動 範囲をカバーするために大型化し、コストアップになる。
これらの課題に対し、例えば、駆動力の方向と重心との偏心を減らすために、コイルの形状をボンディングヘッドの重心を中心とする円弧状に形成する工夫が提案されているが、構造が複雑になる。また、磁石を小型化するために、Ｙ方向アクチュエータとＹテーブルとの接続をアームでなくジョイント接続にする構造を用いることができるが、その分駆動すべき質量が増加し、Ｙ方向の駆動力を増やすためＹ方向モータが大型化する。また、ジョイント接続にするので、その部分の剛性が高くとれない。さらにＸテーブルが動くのでＹアクチュエータの推力中心と負荷の中心とが偏心し、高速化しにくい。
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、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。
上記目的を達成するため、本発明に係るボンディング装置は、ボンディング対象に対しボンディング作業を行うボンディングヘッド部と、ボンディングヘッド部を任意の位置に移動させる移動機構とを含むボンディング装置であって、移動機構は、架台に回転自在に支持されるリニアガイドに沿って移動可能な第１可動子と、第１可動子を駆動する駆動部とを有する第１アクチュエータと、架台に回転自在に支持されるリニアガイドに沿って移動可能な第２可動子と、第２可動子を駆動する駆動部とを有する第２アクチュエータと、を含み、ボンディングヘッド部に第１可動子が固定され、第２可動子が軸支されることを特徴とする。
また、第１アクチュエータは、駆動部と第１可動子を案内するリニアガイドとが一体として架台に対し回転自在に支持され、第２アクチュエータは、駆動部と第２可動子を案内するリニアガイドとが一体として架台に対し回転自在に支持されてもよい。
また、第１アクチュエータは、第１可動子としての第１可動コイルと、第１可動コイルに鎖交磁束を与える磁石を含み架台に固定される駆動部とを有し、第１可動コイルの大きさは、第１可動コイルの回転及び直線移動によって第１可動コイルに与えられる鎖交磁束量が変化しない条件に基づいて設定され、第２アクチュエータは、第２可動子としての第２可動コイルと、第２可動コイルに鎖交磁束を与える磁石を含み架台に固定される駆動部とを有し、第２可動コイルの大きさが、第２可動コイルの回転及び直線移動によって第２可動コイルに与えられる鎖交磁束量が変化しない条件に基づいて設定さ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は、ボンディング対象に対しボンディング作業を行うボンディングヘッド部と、ボンディングヘッド部を任意の位置に移動させる移動機構とを含むボンディング装置であって、移動機構は、架台に固定されるリニアガイドに沿って移動可能なスライド台に回転自在に支持される第１可動子である第１可動コイルと、第１可動コイルに鎖交磁束を与える磁石を含み架台に固定される駆動部とを有し、第１可動コイルの大きさが、第１可動コイルの回転及び直線移動によって第１可動コイルに与えられる鎖交磁束量が変化しない条件に基づいて設定される第１アクチュエータと、架台に固定されるリニアガイドに沿って移動可能なスライド台に回転自在に支持される第２可動子である第２可動コイルと、第２可動コイルに鎖交磁束を与える磁石を含み架台に固定される駆動部とを有し、第２可動コイルの大きさが、第２可動コイルの回転及び直線移動によって第２可動コイルに与えられる鎖交磁束量が変化しない条件に基づいて設定される第２アクチュエータと、を含み、ボンディングヘッド部に第１可動子が固定され、第２可動子が軸支され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、第１可動子の回転中心と第１可動子がボンディングヘッド部に固定される固定点とを結ぶ直線と、第２可動子の回転中心と第２可動子がボンディングヘッド部に軸支される軸支点とを結ぶ直線との交点が、ボンディングヘッド部の重心位置に略一致することが好ましい。
また、ボンディングヘッド部は架台に対し流体圧により支持されることが好ましい。また、架台は、流体圧によりボンディングヘッド部を支持する流体圧支持架台であることが好ましい。
また、架台は、ボンディングヘッド部を吊り下げて支持する吊り下げ架台であることが好ましい。
また、本発明に係るボンディング装置において、第１可動子の位置を検出する第１センサと、第２可動子の位置を検出する第２センサと、第１センサの検出データ及び第２センサの検出データに基づき、ボンディングヘッド部の位置を架台に対する直交座標系の位置として算出する位置算出手段と、算出された直交座標系の位置に基づいてボンディングヘッド部の位置制御を行う制御手段と、を備えることが好ましい。
上記構成の少なくとも１つにより、ボンディングヘッド部に直接第１可動子と第２可動子とが接続される。ボンディングヘッド部は、第１可動子の運動を案内するリニアガイドの案内軸と、第２可動子の運動を案内するリニアガイドの案内軸とを含む平面内でボンディングヘッド部の移動が案内されることになる。つまり、ボンディングヘッド部は、２つのアクチュエータにより直接駆動され、平面内で任意に移動できる。したがって、従来技術のようなＸテーブルやＹテーブルの質量が駆動すべき質量に含まれず、ボンディングヘッド部の移動速度のより高速化を図ることができる。
また、上記構成の少なくとも１つによれば、ボンディングヘッド部の移動は、第１可動子の回転中心及び第２可動子の回転中心周りの回転移動によって行われる。この場合のボンディングヘッド部の位置決め精度は、回転中心の位置精度と、アクチュエータの送り精度で主に支配され、リニアガイドの真直精度の影響が少ない。したがって、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ことができる。
また、上記構成の少なくとも１つにより、アクチュエータの駆動部を回転自在に支持し、駆動部と一体に構成されたリニアガイドに沿って可動子を進退させる。したがって従来から用いられるガイド付きリニアモータをそのまま用いて回転自在に架台に支持し、ボンディングヘッド部に一方の可動子を固定し、他方の可動子を軸支することで、ボンディングヘッド部を直接駆動して平面内で任意に移動させることができる。ガイド付きリニアモータとしては、可動コイル型リニアモータの他、ステッピングモータまたは直流モータとボールネジ軸の組み合わせ型のものを用いることができる。
ここで、架台に回転自在に支持されるリニアガイドに沿って移動可能な可動コイルと、架台に固定された駆動部とを有するアクチュエータを用いるときは、駆動部に対し、可動コイルは斜めに移動することになる。上記構成の少なくとも１つにより、可動コイルの大きさは、可動コイルの回転及び直線移動によって可動コイルに与えられる鎖交磁束量が変化しない条件に基づいて設定される。例えば、可動コイルの移動範囲における最大傾きにおいても鎖交磁束量が変化しないように、駆動部の磁石の幅に比べて可動コイルの幅を十分大きくとる。したがって、駆動部の磁石の大きさを小さく抑えて、コストを抑制することができる。
上記構成の少なくとも１つにおいて、架台に固定されるリニアガイドに沿って移動可能なスライド台に回転自在に支持される可動子コイルと、架台に固定される駆動部とを有するアクチュエータを２個用い、ボンディングヘッド部に直接一方の第１可動子と他方の第２可動子とが接続される。ボンディングヘッド部は、第１可動子の運動を案内するリニアガイドの案内軸と、第２可動子の運動を案内するリニアガイドの案内軸とを含む平面内でボンディングヘッド部の移動が案内されることになる。つまり、ボンディングヘッド部は、２つのアクチュエータにより直接駆動され、平面内で任意に移動できる。したがって、従来技術のようなＸテーブルやＹテーブルの質量が駆動すべき質量に含まれず、ボンディングヘッド部の移動速度のより高速化を図ることができる。
また、上記構成の少なくとも１つによれば、ボンディングヘッド部の移動は、第１可動子の回転中心及び第２可動子の回転中心周りの回転移動によって行われる。したがって、ボンディングヘッド部の位置決め精度に及ぼすリニアガイドの真直精度の影響を少なくでき、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ことができる。
また、駆動部に対し可動コイルが斜めに移動することに対して、上記構成の少なくとも１つにより、可動コイルの大きさは、可動コイルの回転及び直線移動によって可動コイルに与えられる鎖交磁束量が変化しない条件に基づき設定され、例えば駆動部の磁石の幅に比べて可動コイルの幅が十分大きくとられる。したがって、駆動部の磁石の大きさを小さく抑えて、コストを抑制することができる。
上記構成の少なくとも１つにより、駆動力の方向とボンディングヘッド部の重心との間の偏心を少なくすることができ、精度確保のために案内機構の剛性を必要以上に高めることを要しないので、可動子やリニアガイド等の案内機構の軽量化を図ることができる。したがって、ボンディングヘッド部の移動速度のより高速化を図ることができる。
また、上記構成の少なくとも１つにより、ボンディングヘッド部は架台に対し流体圧により支持されるので、摩擦摺動や転がり摩擦等に比し、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ことができる。ここで、流体圧支持のためのエアー吹出口及び真空吸引口は、ボンディングヘッド部側に設けてもよく、架台側に設けてもよい。
上記構成の少なくとも１つにより、回路基板の搬送機構を含むボンディング作業面と、ボンディングヘッド部の移動面とを分離でき、ボンディング装置全体のレイアウトの自由度が増し、より利便性の高いボンディング装置とすることができる。
上記構成の少なくとも１つにより、可動子の回転中心周りについてのボンディングヘッド部の移動を、利用しやすい直交座標系の移動に変換する。したがって、その変換データを用いることで、従来の直交座標系における位置決め制御プログラム等をそのまま利用できる。
上記のように、本発明に係るボンディング装置によれば、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。本発明に係るボンディング装置によれば、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ことができる。
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ダーとして説明するが、ダイボンダー、フェイスダウンボンダー等のボンディング装置であってもよい。図１はワイヤボンダー１００の平面図で、特にボンディングヘッド部１２０の移動機構を示した図である。図２は、ワイヤボンダー１００の側面図である。図１５と同様の要素については同一の符号を付した。
ワイヤボンダー１００は、架台１２の上に、２個のリニアモータ１３０，１４０と、ボンディングヘッド部１２０を流体圧により平面内で移動可能に支持するヘッド部支持ステージ１１４と、回路基板の搬送路５０を備える。
ボンディングヘッド部１２０は、金ワイヤを挿通し保持するキャピラリを先端に有するボンディングツール２２と、位置検出カメラ２４を備え、底面が平坦な部材である。２個のリニアモータ１３０，１４０は、後に詳述するように、それぞれの可動子がボンディングヘッド部１２０に接続される。また、ボンディングツール２２のほぼ真下にボンディング作業領域５２が設定され、そこに搬送路５０により回路基板が搬送されて来る。ボンディングツール２２は、図示されていないＺ方向移動機構により、図に示すＸＹ平面に垂直のＺ方向に移動可能である。
図２に示すように、ワイヤボンダー１００には、制御部１５０と操作盤１６０が設けられる。操作盤１６０は、ワイヤボンディング作業に必要な条件の設定を行うパネル盤で、例えば手入力やボタン設定等により必要な条件を入力することができる。制御部１５０は、ワイヤボンダー１００全体の動作を制御する電子回路ブロックで、例えば設定された条件に従い動作ソフトウエアを実行してリニアモータ１３０，１４０やヘッド部支持ステージ１１４の流体圧支持を制御し、ボンディングヘッド部１２０の位置決め制御を行うことができる。制御部１５０の機能は、その一部または全部をハードウエアで行ってもよい。
２個のリニアモータ１３０，１４０のうち第１リニアモータ１３０は、ＸＹ平面に垂直な方向の駆動磁界を発生する駆動部１３２と、コイル電流を流し駆動磁界から駆動力を受ける可動コイル部１３４とを備え、可動コイル部１３４に固定されたアーム１３６の一端は、ボンディングヘッド部１２０の固定端１３８でボンディングヘッド部１２０に接続される。第２リニアモータ１４０も、ＸＹ平面に垂直な方向の駆動磁界を発生する駆動部１４２と、可動コイル部１４４とを備えるが、可動コイル部１４４に固定されたアーム１４６の一端は、ボンディングヘッド部１２０の軸支端１４８でボンディングヘッド部１２０に接続される。
固定端１３８におけるアーム１３６の一端とボンディングヘッド部１２０の固定は、ボルト止めやねじ締めを用いることができる。また、接着等の接合技術を用いてもよい。また、ボンディングヘッド部１２０とアーム１３６とを一体化構造としてもよい。軸支端１４８におけるアーム１４６の一端とボンディングヘッド部１２０の軸支は、回転軸受構造を用いることができる。また、いわゆるクロスピボット板ばねを用いてもよい。クロスピボット板ばねは、中心支点の周りに互いに直交する４本の板ばね状取付部を有する部材で、４本の板ばね状取付部の中で同じ軸方向（例えばこれをＸ方向として）に延びる２本をアーム１４６の一端に、これと直交する方向（Ｙ方向）に延びる他の２本をボンディングヘッド部１２０に取付けることで、クロスピボット板ばねの中心支点を軸支端とすることができる。
第１リニアモータ１３０，１４０の配置は、駆動が行われない初期状態において、アーム１３６とアーム１４６との交点がボンディングヘッド部１２０の重心Ｇを通るように設定される。したがって、ボンディングヘッド部１２０には、アーム１３６，１４６を介してその重心Ｇを目指して駆動力が加えられ、アーム１３６，１４６の運動に規制されて、その位置移動が行われることになる。
ボンディングヘッド部１２０は架台１２に対し流体圧により支持される。すなわち、架台１２のヘッド部支持ステージ１１４の上面とボンディングヘッド部１２０の底面との間でエアー吹き出しと真空吸引が行われ、ボンディングヘッド部１２０はヘッド部支持ステージ１１４の平面上を流体圧により支持されながら移動することができる。
図３は、ボンディングヘッド部１２０の底面に対向するヘッド部支持ステージ１１４の平面図である。ヘッド部支持ステージ１１４は、平坦加工処理された支持領域１７０のほぼ中央に真空吸引口１７４と、その周囲に４個配置されたエアー吹出口１７６を備え、ボンディングヘッド部１２０との間にいわゆるエアーベアリング構造を構成する。真空吸引口１７４及びエアー吹出口１７６は、アーム１３６，１４６の運動に規制されるボンディングヘッド部１２０の移動領域１７２の内部に設けられる。真空吸引口１７４は図示されていない真空装置に接続され、エアー吹出口１７６は図示されていないエアー加圧装置に接続される。エアー加圧装置は、空気を加圧して供給する他に、窒素ガス等の他の気体を加圧して供給するものでもよい。真空圧力とエアー圧力とは、ボンディングヘッド部を支持領域１７０の表面から浮上させ、アーム１３６，１４６の運動によりボンディングヘッド部が滑らかに移動できる適当な値に制御部により制御される。例えば、ボンディングヘッド部の全質量を１６００グラムとすると、（真空圧力×真空吸引口面積）を−５０Ｎ、（エアー圧力×エアー吹出口面積）を＋６６Ｎに制御する。
このように、流体圧支持のためのエアー吹出口及び真空吸引口を架台１２のヘッド部支持ステージ１１４側に設けることで、ボンディングヘッド部１２０は架台１２に対し流体圧により支持することができる。この例の他に、流体圧支持のためのエアー吹出口及び真空吸引口をボンディングヘッド部１２０の底面側に設けてもよく、エアー吹出口を細かい穴としてもよい。
図４は、ボンディングヘッド部１２０の底面側に真空吸引口１７３と細かい穴のエアー吹出口１７５を設けたときの、ボンディングヘッド部１２０とヘッド部支持ステージ１１４との間の流体圧支持の様子を説明する図である。ヘッド部支持ステージ１１４は、その中央部が平坦加工処理されたヘッド支持領域１７０となっている。ボンディングヘッド部１２０の底面も平坦加工処理され、そのほぼ中央に真空吸引口１７３と、その周囲に複数個配置されたエアー吹出口１７５を備え、ヘッド部支持ステージ１１４との間にいわゆるエアーベアリング構造を構成する。エアー吹出口１７５は、例えば直径０．５ｍｍの穴を複数個配置してもよく、また、焼結金属や発泡金属のように細かい穴が無数にあいている材料をこの部分に用いて、これらの細かい穴からエアーを吹き出すようにしてもよい。真空吸引口１７３は図示されていない真空装置に接続され、エアー吹出口１７５は図示されていないエアー加圧装置に接続される。エアー加圧装置は、空気を加圧して供給する他に、窒素ガス等の他の気体を加圧して供給するものでもよい。真空圧力とエアー圧力とは、ボンディングヘッド部を支持領域１７０の表面から浮上させ、第１可動アーム１３６と第２可動アームの運動によりボンディングヘッド部が滑らかに移動できる適当な値に設定される。このようにボンディングヘッド部１２０に真空吸引口１７３とエアー吹出口１７５とを備えるので、ボンディングヘッド部１２０は図４に破線で示すようにヘッド支持領域１７０全域において流体圧により支持されつつ滑らかに移動することができる。
図５は、ヘッド部支持ステージ１１４側に真空吸引口１７４と細かい穴のエアー吹出口１７６とを設ける例を示す図である。この例では、真空配管やエアー配管が架台側に固定して設けられるメリットがある。その一方で、ボンディングヘッド部１２０の底面が真空吸引口１７４やエアー吹出口１７６から外れないように、その移動範囲が制限される。すなわち図５に示すように、ボンディングヘッド部１２０の底面の大きさに比べ真空吸引口１７４とエアー吹出口１７６の配置領域が狭く設定され、ボンディングヘッド部１２０の移動範囲が図５に示す破線のように制限される。
図６は、第１リニアモータ１３０及び第２リニアモータ１４０において、共通部分２００、すなわち駆動部と可動コイルの部分について、この部分を構成する各要素を分解して示した図である。リニアモータの共通部分２００において、駆動部２０２は、架台１２の駆動部固定部２０６に固定され、可動コイル部２０４は、架台１２の回転穴２０８に取付けられる。駆動部固定部２０６における駆動部２０２と架台１２との間の固定は、ボルト止めやねじ締めあるいは接着等の固定手段を用いることができる。また、駆動部２０２と架台１２との間を別の直線案内として、無反動化しつつ駆動部２０２を架台に対して支持してもよい。
駆動部２０２は、可動コイルに供給する駆動磁界を発生させる機能を有する部材で、駆動部固定部２０６に固定される柱状の部材である脚部２１０と、脚部２１０の上部に固定して取付けられたヨーク部２１２とからなる。ヨーク部２１２は、上部ヨーク２１４と下部ヨーク２１６と中央ヨーク２１８とがＥ字型となるように形成された磁性体部材で、上部ヨーク２１４の下面部に上部磁石２２０が取付けられ、下部ヨーク２１６の上面部に下部磁石２２２が取付けられる。上部磁石２２０と下部磁石２２２とを除いて、脚部２１０とヨーク部２１２とを同一材料を用い、一体として形成してもよい。
可動コイル部２０４は、中空コイル２３０と、中空コイル２３０を支持する支持部材２３２と、支持部材２３２に固定されるガイド２３４と、ガイド２３４と摺動可能な溝を有するガイド溝部材２３６と、ガイド溝部材２３６に固定され架台１２の回転穴２０８と遊合する回転軸２３８とを含む組立体である。ガイド２３４と、ガイド溝部材２３６とは、架台１２に対し回転自在に支持されるリニアガイドを構成する。したがって、中空コイル２３０は、リニアガイドに案内されて直線運動をするとともに、架台１２に設けられた回転穴２０８を回転中心として、リニアガイドごと回転運動をすることができる。なお、ボンディングヘッド部と接続されるアームは、支持部材２３２に固定して取付けられる。
回転穴と回転軸との組み合わせによる回転機構においては、回転軸受構造を用いることができる。また、エアーベアリング構造を用いてもよく、クロスピボット板ばねを用いた構造としてもよい。
また、ガイド溝部材２３６に、位置検出センサ２４０が設けられ、リニアガイドに沿った中空コイル２３０の位置を検出する。リニアガイドに沿った中空コイル２３０の移動は、リニアガイドに沿ったアームの移動を表すので、位置検出センサ２４０の検出データに基づき、アームに接続されたボンディングヘッド部の移動を制御できる。位置検出センサ２４０は、ガイド２３４側に設けガイド溝部材２３６の位置検出をしてもよい。
中空コイル２３０は、銅線等の導線が複数回巻回された空心コイルで、その大きさは、駆動部２０２の上部磁石２２０と中央ヨーク２１８との隙間と、中央ヨーク２１８と下部磁石２２２との間の隙間に、巻回したコイルが収まる大きさに形成される。したがって、中空コイル２３０に駆動部２０２が発生する駆動磁界が鎖交し、制御部の制御の下で導線に電流を流すことで、中空コイル２３０をその軸方向に駆動することができる。
上記のように、可動コイル部２０４は架台１２に対して回転自在に支持されるリニアガイドに沿って移動可能なので、駆動部２０２に対し斜めに移動することがある。可動コイル部２０４の移動範囲における最大傾きにおいても鎖交磁束量が変化しないようにするため、空心コイルの幅Ｗは、駆動部２０２の磁石の幅ｗに比べて十分大きく設定される。このことで、可動コイル部２０４の傾き移動にかかわらず、磁石の大きさを駆動力に必要な最小のものとすることができる。
図７、図８は、図６に示す共通部分２００を有する第１リニアモータ１３０と第２リニアモータ１４０とを用いた場合におけるボンディングヘッド部１２０の移動の様子を説明する図である。これらの図において図１と同様な要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、これらの図においては、可動コイル部１３４，１４４と、アーム１３６，１４６とボンディングヘッド部１２０周りの部分のみを示し、可動コイル部１３４の回転中心をＲＥで、可動コイル部１４４の回転中心をＲＳで示した。これらの図において実線が第１リニアモータ及び第２リニアモータを駆動する前の初期状態を示し、図７の破線が第１リニアモータのみを駆動した後の状態を示し、図８の破線が第２リニアモータのみを駆動した後の状態を示す。駆動後の各要素の符号にはａまたはｂを付して区別した。
図７において、第２リニアモータを駆動せず、第１リニアモータのみ駆動したときは、第２可動コイル部１４４とアーム１４６は、回転中心ＲＳを中心に回転のみが許される。いま、第１可動コイル部１３４がボンディングヘッド部１２０を押す方向に駆動力を受けたとすると、ボンディングヘッド部１２０の固定端１３８と軸支端１４８との相対位置関係は不変なのでこの関係を維持しつつ、ボンディングヘッド部１２０の固定端１３８は回転中心ＲＥを中心とする円弧上を移動し、軸支端１４８は回転中心ＲＳを中心とする円弧上を移動することになる。この状態を示したのが破線の状態で、アーム１３６も若干回転するが、アーム１３６の長さがボンディングヘッド部１２０の長さに比べ十分長いときはその量は僅かで、ボンディングヘッド部１２０上の各点、例えば重心は、ほぼ回転中心ＲＳの周りに回転移動する。
図８において、第１リニアモータを駆動せず、第２リニアモータのみ駆動したときは、第１可動コイル部１３４とアーム１３６は、回転中心ＲＥを中心に回転のみが許される。いま、第２可動コイル部１４４がボンディングヘッド部１２０を押す方向に駆動力を受けたとすると、ボンディングヘッド部１２０の固定端１３８と軸支端１４８との相対位置関係は不変なのでこの関係を維持しつつ、ボンディングヘッド部１２０の固定端１３８は回転中心ＲＥを中心とする円弧上を移動し、軸支端１４８は回転中心ＲＳを中心とする円弧上を移動することになる。この状態を示したのが破線の状態で、アーム１４６も若干回転するが、アーム１４６の長さがボンディングヘッド部１２０の長さに比べ十分長いときはその量は僅かで、ボンディングヘッド部１２０上の各点、例えば重心は、回転中心ＲＥの周りに回転移動する。
図９は、第１リニアモータの駆動によるボンディングヘッド部の重心移動軌跡と、第２リニアモータの駆動によるボンディングヘッド部の重心移動軌跡とを重ねて示した図である。前者の軌跡は、ほぼ回転中心ＲＳの周りの円弧であり、後者の軌跡は、ほぼ回転中心ＲＥ周りの円弧である。第１リニアモータ及び第２リニアモータの駆動範囲においてこれらの軌跡の重なる部分（図９において斜線を付して示した部分）が、ボンディングヘッド部の重心の移動が制御できる範囲となる。
ここで、第１リニアモータによる駆動力の方向と第２リニアモータによる駆動力の方向との交点の軌跡をみると、ほぼボンディングヘッド部の重心に一致することがわかった。すなわち、図９の例のように、ボンディングヘッド部の移動範囲に比べて、回転中心ＲＳ，ＲＥからボンディングヘッド部までの距離、すなわちアームの長さを十分大きく取るときには、第１可動コイル部の回転中心ＲＥとボンディングヘッド部における固定点とを結ぶ直線と、第２可動コイル部の回転中心ＲＳとボンディングヘッド部における軸支点とを結ぶ直線との交点の軌跡を、ボンディングヘッド部の重心位置に略一致させることができる。
図１０は、第１リニアモータ１３０及び第２リニアモータ１４０共通部分の他の構成例を示す図である。図６と同様の要素については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。図１０における共通部分３００において、駆動部２０２は図６における構成と全く同一で、可動コイル部３０４の架台１２に対する関係が図６のものと異なる。
すなわち可動コイル部３０４は、中空コイル２３０と、中空コイル２３０を支持し、回転穴３０８を有する支持部材３３２と、回転穴３０８に遊合する回転軸２３８が上向きに取付けられ、下向きのガイド溝を有するガイド溝部材２３６と、ガイド溝と摺動可能で架台１２に固定されるガイド２３４とを含む組立体である。
つまり、これらの要素が、中空コイル２３０−支持部材３３２−回転穴３０８−回転軸２３８−ガイド溝部材２３６−ガイド２３４・架台１２の順に組み立てられ、図６の場合に比べ、中空コイルと架台との間の要素の組立順序が逆になっている。なお、位置検出センサ２４０は、ガイド２３４またはガイド溝部材２３６に設けられる。回転穴と回転軸との組み合わせによる回転機構においては、回転軸受構造を用いることができ、また、エアーベアリング構造あるいはクロスピボット板ばねを用いた構造としてもよい。
したがって、ガイド２３４と、ガイド溝部材２３６とは、架台１２に対し固定されたリニアガイドを構成し、中空コイル２３０は、ガイド溝部材に対し回転自在に支持されている。言い換えれば、中空コイル２３０は、固定されたリニアガイドに案内されて直線運動をするとともに、リニアガイドに沿って移動したガイド溝部材２３６に設けられた回転軸２３８を回転中心として、回転運動をすることができる。つまり可動コイル部の回転中心がリニアモータの駆動に伴って移動するところが図６の共通部分２００と相違する点である。
図１０に示す共通部分の構成においては、可動コイル部の回転中心の位置は、空心コイルに対し一定の位置に設けることができるので、可動コイル部の回転中心と、アームを含めた可動コイル部全体の重心位置とを一致させるように設定できる。こうすることで、アームを含めた可動コイル部の重心が回転中心に一致せず偏心がある場合に比べ、アームを含めた可動コイル部全体をスムーズに回転させることができる。
図１１、図１２は、図１０に示す共通部分３００を有する第１リニアモータ１３０と第２リニアモータ１４０とを用いた場合におけるボンディングヘッド部１２０の移動の様子を説明する図である。図における各要素の表し方、符号の付し方は図７、図８と同様であるので説明の重複を避ける。
図１１において、第２リニアモータを駆動せず、第１リニアモータのみ駆動したときは、第２可動コイル部１４４とアーム１４６は、回転中心ＲＳを中心に回転のみが許される。いま、第１可動コイル部１３４がボンディングヘッド部１２０を押す方向に駆動力を受けたとすると、その駆動により第１可動コイル部１３４が１３４ａに、その回転中心ＲＥがＲＥａに移動する。ボンディングヘッド部１２０の固定端１３８と軸支端１４８との相対位置関係は不変なのでこの関係を維持しつつ、ボンディングヘッド部１２０の固定端１３８は、移動した回転中心ＲＥａを中心とする円弧上を移動し、軸支端１４８は回転中心ＲＳを中心とする円弧上を移動することになる。この状態を示したのが破線の状態で、アーム１３６も若干回転するが、アーム１３６の長さがボンディングヘッド部１２０の長さに比べ十分長いときはその量は僅かで、ボンディングヘッド部１２０上の各点、例えば重心は、ほぼ回転中心ＲＳの周りに回転移動する。
図１２において、第１リニアモータを駆動せず、第２リニアモータのみ駆動したときは、第１可動コイル部１３４とアーム１３６は、回転中心ＲＥを中心に回転のみが許される。いま、第２可動コイル部１４４がボンディングヘッド部１２０を押す方向に駆動力を受けたとすると、その駆動により第２可動コイル部１４４が１４４ｂに、その回転中心ＲＳがＲＳｂに移動する。ボンディングヘッド部１２０の固定端１３８と軸支端１４８との相対位置関係は不変なのでこの関係を維持しつつ、ボンディングヘッド部１２０の固定端１３８は回転中心ＲＥを中心とする円弧上を移動し、軸支端１４８は回転中心ＲＳｂを中心とする円弧上を移動することになる。この状態を示したのが破線の状態で、アーム１４６も若干回転するが、アーム１４６の長さがボンディングヘッド部１２０の長さに比べ十分長いときはその量は僅かで、ボンディングヘッド部１２０上の各点、例えば重心は、回転中心ＲＥの周りに回転移動する。
図１３は、第１リニアモータの駆動によるボンディングヘッド部の重心移動軌跡と、第２リニアモータの駆動によるボンディングヘッド部の重心移動軌跡とを重ねて示した図である。前者の軌跡は、初期の回転中心ＲＳでなく駆動により移動した後における回転中心ＲＳｂの周りの円弧であり、後者の軌跡も、初期の回転中心ＲＥでなく駆動により移動した後における回転中心ＲＥａ周りの円弧である。したがって、図９と比較すると円弧の形状が異なっている。第１リニアモータ及び第２リニアモータの駆動範囲においてこれらの軌跡の重なる部分（図１３において斜線を付して示した部分）が、ボンディングヘッド部の重心の移動が制御できる範囲となる。この範囲内の移動については、第１リニアモータによる駆動力の方向と第２リニアモータによる駆動力の方向との交点の軌跡が、ほぼボンディングヘッド部の重心に一致する。
このように、ボンディングヘッド部における重心等の各点の軌跡は、２つの回転中心周りの円弧の交点で表されるので、一般的に用いられる直交座標系に変換することが便利である。この変換ソフトを制御部に備えることで、従来の直交座標系におけるボンディングヘッド部の位置決め制御プラグラム等をそのまま利用できる。
上記では、共通部分２００を有する第１リニアモータと第２リニアモータとの組み合わせ、あるいは、共通部分３００を有する第１リニアモータと第２リニアモータとの組み合わせについて説明した。この他、第１リニアモータが共通部分２００を有するリニアモータであって第２リニアモータが共通部分３００を有するリニアモータであってもよい。また第１リニアモータが共通部分３００を有するリニアモータであって第２リニアモータが共通部分２００を有するリニアモータであってもよい。
図６における共通部分２００においては、リニアガイドを駆動部２０２と別個のものとして説明した。ここで、駆動部と中空コイルを案内するリニアガイドとが一体として架台に対し回転自在に支持される構成としてもよい。この構成は、リニアモータの駆動部を架台に対し回転自在に支持し、駆動部と一体に構成されたリニアガイドに沿って中空コイルを進退させるものであるので、従来から用いられるガイド付きリニアモータを回転自在に架台に支持してそのまま用いることができる。また、ガイド付きリニアモータを回転自在に架台に支持する構造であれば、可動部分が可動コイルでなくてもよく、例えば、ステッピングモータまたは直流モータとボールネジ軸の組み合わせ型のものを用いてもよい。
図１４は、ボンディングヘッド部１２０を吊り下げて支持する架台１９０を用いるワイヤボンダー１０１の側面図である。架台１９０には、ヘッド部支持ステージ１１４が下向きに設けられ、ボンディングヘッド部１２０の上面部に対向し、図３−５に説明したように真空圧力とエアー圧力とのバランスでボンディングヘッド部を支持する。この構成により、ボンディング作業面とボンディングヘッド部の移動面とを分離できるので、ワイヤボンダーのレイアウトの自由度が増す。
このように、本発明に係る実施の形態によれば、ボンディングヘッド部１２０は、２つのアーム１３６，１４６を介して第１リニアモータ１３０及び第２リニアモータ１４０により直接駆動され、平面内で任意に移動できる。すなわち、ボンディングヘッド部１２０に対する２つの駆動源は、相互に搭載・被搭載の関係になく、互いに独立に配置される。
また、ボンディングヘッド部１２０は図９に示すように円弧運動を行うが、ボンディングヘッド部１２０自身に回転軸受等の複雑な機構を要しない。
これに対し、従来技術においては、ＸテーブルとＹテーブルとを重ねその上にボンディングヘッド部が搭載される例で示されるように、一方側の駆動源が他方側のテーブル及びその駆動源をも駆動するといった搭載・被搭載の関係となることがある。つまり、従来技術によれば、一方側の駆動源の駆動力をより高めねばならず、それに応じてより高い剛性も必要となり、質量・慣性等が増大し、ボンディングヘッド部の移動速度の高速化が阻害される。本発明に係る実施の形態においては、上記のように２つの駆動源は搭載・被搭載の関係にないので、駆動力をより少なくし、剛性を不必要以上に高めることもなく、ボンディングヘッド部を効率よく駆動でき、ボンディングヘッド部の移動速度をより高速とすることができる。
本発明に係る実施の形態におけるワイヤボンダーの平面図で、特にボンディングヘッド部の移動機構を示した図である。 本発明に係る実施の形態におけるワイヤボンダーの側面図である。 本発明に係る実施の形態においてボンディングヘッド部が流体圧支持される様子を示す図である。 ボンディングヘッド部の流体圧支持について他の例を示す図である。 ボンディングヘッド部の流体圧支持についてさらに他の例を示す図である。 本発明に係る実施の形態において第１リニアモータ及び第２リニアモータの共通部分の詳細図である。 本発明に係る実施の形態においてボンディングヘッド部の移動軌跡を説明する図である。 本発明に係る実施の形態においてボンディングヘッド部の移動軌跡を説明する図である。 本発明に係る実施の形態においてボンディングヘッド部の移動軌跡を説明する図である。 他の実施の形態における第１リニアモータ及び第２リニアモータの共通部分の詳細図である。 他の実施の形態においてボンディングヘッド部の移動軌跡を説明する図である。 他の実施の形態においてボンディングヘッド部の移動軌跡を説明する図である。 他の実施の形態においてボンディングヘッド部の移動軌跡を説明する図である。 他の実施の形態において、ボンディングヘッド部を吊り下げて支持する架台を用いるワイヤボンダーの側面図である。 従来のワイヤボンダーにおけるボンディングヘッド部の移動機構の平面図である。
符号の説明
１０，１００，１０１ ワイヤボンダー、１２，１９０ 架台、１４ テーブル保持台、１６ Ｘテーブル、１８ Ｙテーブル、２０，１２０ ボンディングヘッド部、２２ ボンディングツール、２４ 位置検出カメラ、３０ Ｘ方向リニアモータ、３２，４２，１３２，１４２，２０２ 駆動部、３４，４４ 可動コイル、３６，４６，１３６，１４６ アーム、４０ Ｙ方向リニアモータ、１１４ ヘッド部支持ステージ、１３０ 第１リニアモータ、１４０ 第２リニアモータ、１３４，１４４，２０４，３０４ 可動コイル部、１３８ 固定端、１４８ 軸支端、１５０ 制御部、１７３，１７４ 真空吸引口、１７５，１７６ エアー吹出口、２００，３００ 共通部分、２０８，３０８ 回転穴、２１２ ヨーク部、２２０ 上部磁石、２２２ 下部磁石、２３０ 中空コイル、２３２，３３２ 支持部材、２３４ ガイド、２３６ ガイド溝部材、２３８ 回転軸、２４０ 位置検出センサ。

Claims (9)

  1. ボンディング対象に対しボンディング作業を行うボンディングヘッド部と、ボンディングヘッド部を任意の位置に移動させる移動機構とを含むボンディング装置であって、
    移動機構は、
    架台に回転自在に支持されるリニアガイドに沿って移動可能な第１可動子と、第１可動子を駆動する駆動部とを有する第１アクチュエータと、
    架台に回転自在に支持されるリニアガイドに沿って移動可能な第２可動子と、第２可動子を駆動する駆動部とを有する第２アクチュエータと、
    を含み、
    ボンディングヘッド部に第１可動子が固定され、第２可動子が軸支され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、
    第１アクチュエータは、駆動部と第１可動子を案内するリニアガイドとが一体として架台に対し回転自在に支持され、
    第２アクチュエータは、駆動部と第２可動子を案内するリニアガイドとが一体として架台に対し回転自在に支持され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、
    第１アクチュエータは、第１可動子としての第１可動コイルと、第１可動コイルに鎖交磁束を与える磁石を含み架台に固定される駆動部とを有し、第１可動コイルの大きさは、第１可動コイルの回転及び直線移動によって第１可動コイルに与えられる鎖交磁束量が変化しない条件に基づいて設定され、
    第２アクチュエータは、第２可動子としての第２可動コイルと、第２可動コイルに鎖交磁束を与える磁石を含み架台に固定される駆動部とを有し、第２可動コイルの大きさが、第２可動コイルの回転及び直線移動によって第２可動コイルに与えられる鎖交磁束量が変化しない条件に基づいて設定されることを特徴とするボンディング装置。
  4. ボンディング対象に対しボンディング作業を行うボンディングヘッド部と、ボンディングヘッド部を任意の位置に移動させる移動機構とを含むボンディング装置であって、
    移動機構は、
    架台に固定されるリニアガイドに沿って移動可能なスライド台に回転自在に支持される第１可動子である第１可動コイルと、第１可動コイルに鎖交磁束を与える磁石を含み架台に固定される駆動部とを有し、第１可動コイルの大きさが、第１可動コイルの回転及び直線移動によって第１可動コイルに与えられる鎖交磁束量が変化しない条件に基づいて設定される第１アクチュエータと、
    架台に固定されるリニアガイドに沿って移動可能なスライド台に回転自在に支持される第２可動子である第２可動コイルと、第２可動コイルに鎖交磁束を与える磁石を含み架台に固定される駆動部とを有し、第２可動コイルの大きさが、第２可動コイルの回転及び直線移動によって第２可動コイルに与えられる鎖交磁束量が変化しない条件に基づいて設定される第２アクチュエータと、
    を含み、
    ボンディングヘッド部に第１可動子が固定され、第２可動子が軸支されることを特徴とするボンディング装置。
  5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載のボンディング装置において、
    第１可動子の回転中心と第１可動子がボンディングヘッド部に固定される固定点とを結ぶ直線と、第２可動子の回転中心と第２可動子がボンディングヘッド部に軸支される軸支点とを結ぶ直線との交点が、ボンディングヘッド部の重心位置に略一致することを特徴とするボンディング装置。
  6. 請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載のボンディング装置において、
    ボンディングヘッド部は架台に対し流体圧により支持されることを特徴とするボンディング装置。
  7. 請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載のボンディング装置において、
    架台は、流体圧によりボンディングヘッド部を支持する流体圧支持架台であることを特徴とするボンディング装置。
  8. 請求項１または請求項２に記載のボンディング装置において、
    架台は、ボンディングヘッド部を吊り下げて支持する吊り下げ架台であることを特徴とするボンディング装置。
  9. 請求項１乃至請求項４のいずれか１に記載のボンディング装置において、
    第１可動子の位置を検出する第１センサと、
    第２可動子の位置を検出する第２センサと、
    第１センサの検出データ及び第２センサの検出データに基づき、ボンディングヘッド部の位置を架台に対する直交座標系の位置として算出する位置算出手段と、
    算出された直交座標系の位置に基づいてボンディングヘッド部の位置制御を行う制御手段と、
    を備えることを特徴とするボンディング装置。
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