JPH09510834A - 結線装置の引き上げ及び案内装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 サーボ要素(15)により送り軸(21)に沿って移動可能な送り装置と、引き上げ装置(12)が送り装置(11)に対して移動可能となるように移動軸(23)に沿って移動可能な引き上げ装置(12)と、送り装置(11)上に配置された力測定装置(28)と、力測定装置(28)と引き上げ装置(12)との間に配置され、力測定装置(28)と引き上げ装置(12)との間に相対的な移動が生じた時に変形する弾性部材(26)と、を備え、結線装置などのツール装置(24)を引き上げ、また、案内する装置(10)。

Description

【発明の詳細な説明】 結線装置の引き上げ及び案内装置 本発明は、ツール装置、特に結線装置を引き上げ、案内する装置に関する。 例えば、チップの接点領域とそれに接続される導線の如き接点素子間における 電気的導電性結線の製造を自動化するためには、従来は通常、空気式装置が使用 されていた。この場合、実際の結線装置は、例えば、熱圧着装置として設計する ことができ、これが上記空気式装置の送り軸に沿って接点素子の結線点方向に移 動する。熱圧着装置の場合、圧力及び温度の作用が、接合素子間ではんだ及び溶 接部を接合させる。結線装置を接合点方向に移動させる力を調整してその部分に 接合圧力を生じさせることは、最適化の問題を生じさせる。一方、熱圧着工程が 含まれるならば、結線温度に対応する結線圧力を設定しなければならず、その一 方、敏感な微小電子素子に対する機械的損傷を防止するため、結線圧力は所定の 最大値を超えてはならない。 周知の装置においては、結線装置は結線点の方向に空気式位置決めシリンダに よって移動され、同時にまた、位置決めシリンダが必要な結線圧力を発生する。 空気式位置決めシリンダは、ピストン／シリンダユニットを備え、そのユニット 内では、ピストンがシリンダ内を案内されることによって機械的摩擦力が発生す る。加えて、これらの摩擦力はピストンのストローク中に変化する。この結果、 空圧が一定に調整されたとしても、空気式位置決めシリンダにより結線点に実際 に加わる結線力は変化する。空気の圧縮効果がこれに加わり、その結果、既知の 装置は結線点において、厳密に再現性の ある力、及び、対応する結線圧力を発生することは不可能である。これにより、 そのような結線の大量生産においては、比較的高い不良品率が生じる。 本発明の目的は上記導入部で述べたタイプの装置を作り出すことにあり、その 装置は、結線点における正確に再現可能な結線力を設定することを可能にし、ま た、その結果そのような結線の製造における不良品率を大幅に減少させることを 可能とする。 この目的は、請求項１に記載された特徴を備える装置により達成される。 本発明の装置は、サーボ要素により送り軸に沿って移動可能な送り装置と、引 き上げ装置が送り装置に対して移動可能となるように移動軸に沿って移動可能な 引き上げ装置と、送り装置上に配置された力測定装置と、力測定装置と引き上げ 装置との間に配置され、力測定装置と引き上げ装置との間に相対的な移動が生じ た時に変形する弾性部材と、を備える。 本発明の装置は、結線装置が、力に直接的に依存して結線点方向に送り動作を 行うことを可能とする。同時に、本発明の装置は、力測定装置と引き上げ装置と の間に連結される弾性部材によって、結線装置が結線点に当たった際の衝突によ る衝撃を緩和することを可能とする。弾性部材は、質量を引き上げ装置と送り装 置との間で吸収することを可能とし、その結果、衝突する質量を大幅に減少させ る。振動力学の点からは、この弾性部材は引き上げ装置及び力測定装置と直列で あり、その結果、弾性部材の変形により生じる弾性力 が力測定装置により生成される力信号に変動を及ぼすことがない。 本発明の装置は、結線技術の分野における適用に限定されることはないが、例 えばＳＭＤ技術分野における適用とは無関係に、送り装置が、力測定信号に対応 する所定の接触圧力に至るまで、力に依存した送り動作を実行することを可能と する。力測定装置により、例えば結線点における有効な実際の圧力が測定される ので、任意に頻繁に、それにより発生する接触圧力を厳密に再生することが可能 となる。 本発明の好適な実施例では、送り装置を送り軸に沿って移動させるため、好適 にはスピンドルドライブとして設計され、サーボ要素と連結する回転駆動装置が 使用される。これは、送り装置のための駆動装置を提供し、送り装置は２つの送 り軸の方向に特に厳密に制御され得る。 送り装置を送りスレッドとして設計し、送り軸を構成するためにスレッドガイ ドを使用することが有益である。これにより、送り装置は、可能な最も簡便な手 法によってフレームに対して厳密に移動し得る。 引き上げ装置を引き上げスレッドとして設計し、送りスレッドに移動軸を構成 するためのスレッドガイドを使用するならば、装置全体を可能な限り小型化し、 装置の基本的な要素を本質的に一致させることができる。 上述のように引き上げ装置をスレッドにより設計する代わりに、 送りスレッドに引き上げ装置を案内するためのガイドボアを形成し、適切に設計 された引き上げ装置をその内部に案内することも可能である。例えば、これは、 ボールタイプのライナーとして設計される線状のガイドを使用して引き上げ装置 を案内する可能性を提示する。 弾性部材がばね、例えばコイルばねとして設計されたならば、適切なばね定数 を有するばねを選択することにより、衝突による衝撃に対して望まれる制動を、 特に簡単に調整することが可能となる。 弾性部材に加えて制動部材を使用することもでき、その制動部材は分離して構 成し、又は、ばね部材と結合してばね／制動部材として構成することができる。 この場合、制動部材は引き上げ装置の移動軸に沿った移動を和らげるように働く 。 力測定装置を制御ループの構成要素とし、力測定装置の出力信号が、結線点に 圧力を加えるための電流、及び、好適には電気モータとして設計されるサーボ要 素の毎分回転数の制御のための入力信号として機能するように構成することは特 に有益である。力測定装置に吊り下げられる装置の固有の重量を補償するため、 この力の零位等価測定を行うことができる。 このように、引き上げ装置をその内部に配置された結線装置と共に結線点方向 に向けて、力制御下で、力測定装置が結線圧力の最大値に対応する出力信号を発 生するまで移動することが可能なのみならず、力を調節して、許容最大値を超え た場合には、出力信号が負帰還動作、即ち、結線点から離れていく動作を行うこ とも可能である。このように力測定装置を制御ループ内に配置することは、結線 装置を結線点に当たるまで比較的高速で送ることを可能にし、その後、負方向び 正方向の適当な送り動作によって、結線を行うのに適するように接触圧力を調整 することを可能にする。 衝突による衝撃を制限するため、サーボ要素と関連付けられた位置決め装置を 備え、結線装置と結線面との間隔が所定の距離に至るまで、送り装置の送り動作 が高い毎分回転数で行われるように装置を設計することもできる。よって、この 有益な改良は、まず、設定された送り距離に至るまでの経路を制御することを可 能とし、続いて力制御によって結線圧力を正確に設定することを可能とする。 アナログ制御ループを構成することにより、例えばポテンショメータとして設 計される力制限要素を力測定装置と関連付けることができる。このようにして、 力出力信号の最大値を精密に調整することが可能となる。 さらに、マイクロプロセッサユニットを力測定装置と関連付け、ディジタル制 御ループを構成することもできる。これにより、力測定装置のアナログ出力信号 がディジタル出力信号に変換される。ディジタル制御ループを構成することによ り、本発明の装置にプログラム制御を採用し、例えば、コンピュータにより維持 された装置の動作を行うことが可能となる。このようにして、力出力信号の最大 値を必要に応じて規則的に又は不規則に規定し、結線を行うためのパラメータが 変化した場合においても本発明の装置の実行できる継続的動作を可能とする。 以下、図面を参照して、本発明にかかる装置の好適な実施例につ いてより詳細に説明する。 図１は、送り装置及び引き上げ装置を備える、第１実施例の引き上げ／案内装 置を示す側面図である。 図２は、送りスレッドを除去した引き上げ／案内装置を示す図である。 図３は、図１に示す引き上げ／案内装置の平面図である。 図４は、他の実施例の引き上げ／案内装置の側面図である。 図１は、送り装置１１及び引き上げ装置１２を備える引き上げ／案内装置１０ を示す。送り装置１１は送りスレッドとして設計され、その送りスレッドはフレ ーム１４上のスレッドガイド１３により案内される。 サーボモータ１５は、送りスレッド１１の上方位置でフレーム１４上に配置さ れる。それは、シャフト継手１６を介して、スピンドルドライブ１８のスピンド ルシャフト１７に連結される。 図２から分かるように、スピンドルドライブ１８は、スピンドルシャフト１７ のみならずスピンドルナット１９を備え、スピンドルナット１９は送りスレッド １１に結合する。こうして、送りスレッド１１に挿入されたスピンドルナット１ ９内でのスピンドルシャフト１７の回転が、スレッドガイド１３内で、送りスレ ッド１１の縦方向の移動を生じさせる。もう一つの軸受け点として、スピンドル シャフト１７は、スピンドルナット１９のみならず軸受け台座２０を備え、その 軸受け台座２０は送りスレッド１１の上方位置でフレーム１４に取り付けられて いる。 フレーム１４に対する送りスレッド１１の縦方向の移動は、図１において両方 向矢印２１により示されている。さらに、図１は、送りスレッド１１が、フレー ム１４と反対側にさらにスレッドガイド２２を備え、そのスレッドガイド２２は 、引き上げスレッド１２として設計された引き上げ装置を引き上げるために設け られていることを示している。スレッドガイド２２は、例えば線状のボールタイ プのガイドを有し、また、可能な限り少ない摩擦を伴って両方向矢印２３の方向 、即ち、図示の実施例では第１のスレッドガイド１３と平行な方向に引き上げス レッドを案内することを可能とする。 本例では、引き上げスレッド１２はマウント２５内の結線装置２４を引き上げ る。ここでは、結線装置２４は熱圧着装置として設計されている。引き上げスレ ッド１２及び結線装置２４により構成される質量はコイルばね２６に吊り下げら れ、コイルばね２６は引き上げスレッド１２に連結した座屈スリーブ２７内を案 内される。この場合、コイルばね２６の一端部は引き上げスレッド１２に連結さ れ、逆側端部は力測定装置２８に連結される。後者は、マウント２９を介して送 りスレッド１１に連結される。 本説明は、図１と共に、結線装置２４に作用する反力３０が、結線装置２４、 引き上げスレッド１２及びコイルばね２６を介して直接的に力測定装置２８に伝 達されることを明確に示す。従って、スレッドガイド２２内部に生じる摩擦力及 びコイルばね２６の内部摩擦力を無視すれば、結線装置２４に作用する反力３０ は、コイルばね２６を介して力測定装置２８に加えられる測定力に等しい。よっ て、力伝達システムの精度は本質的に、可能な限り摩擦の少ないス レッドガイド２２の構造に依存する。更に、それは本例ではコイルばね２６とし て設計される、可能な限りヒステリシスの少ない弾性部材に依存する。また、そ れは、そのシステムで使用される力測定装置２８にも依存する。 従って、現在入手可能な適当な構造を有する部材を用いることにより、力は本 質的に損失又はヒステリシス無しに伝達され、反力３０は測定力に等しいと仮定 することができる。 図１に示す結線装置２４は、例えば、熱圧着装置として設計される。熱圧着装 置は３つの同一の熱電性挿入部３１を有し、その挿入部３１の接点は詳細には図 示されていない結線点に位置し、断面３２を押圧する。電流が挿入部３１を流れ ると、それらは加熱され、圧力及び熱を結線点に加える。ここでは結線装置２４ は同時に幾つか、この例では６の結線点を同時に結線し、それら結線点は、所謂 テープ・オートメイテッド・ボンディング（ＴＡＢ）の場合と同様に共通の結線 面３６内に位置する。 図３は引き上げ／案内装置１０の平面図を示し、スレッドガイド１３及び２２ のデザインを特に良く表わしている。図示の実施例では、スレッドガイドは夫々 ２つの外側レール３３により構成され、それらはこの場合円筒状回転部材３４を 介して内側レール３５と協働する。スレッドガイド１３、２２はまた、他のあら ゆる任意の方法により設計することが可能である。しかし、反力３０（図１）が 測定される精度という点からは、スレッドガイドが関係する限りにおいて、引き 上げスレッド１２のスレッドガイド２２の品質が関連を有する。 実際の操作においては、引き上げ／案内装置１０は以下のように使用される。 当初の位置から、先ず送りスレッド１１が結線面３６の方向にフレーム１４に対 して下方に移動する。この移動は、力測定装置２８により圧力信号が発生する、 即ち、結線装置２４の熱電性挿入部３１が結線面３６に接触するか、又は、ここ では詳細な図示を省略する位置決め装置により結線装置２４と結線面３６との間 の予め設定された距離が検出されるかのいずれかが起きるまで行われる。 発生する圧力信号の振幅に依存して、送りスレッド１１はその後サーボモータ １５の適切な回転動作によって所望の圧力が設定されるまで上下に移動し、その 状態で結線が行われる。この場合、引き上げスレッド１２はそのスレッドガイド ２２に沿って、送りスレッド１１に対して移動する。力測定装置２８により生成 される圧力信号は常に、コイルばね２６の偏位軌跡に近似しており、サーボモー タ１５の回転方向の制御に使用される。 引き上げ／案内装置１０はまた、オンラインのボンディングプロセス制御に使 用することができる。例えば、ワイヤボンディングによる結線を行う際に生じる 、ボンディングワイヤの変形はオンラインで測定される。この測定は経路の違い によるもので、圧力信号は、結線装置２４が結線面３６に当たった時に第１の測 定点を定義し、規定の最大圧力値が得られた時に第２の測定点を定義し、サーボ モータ１５のシャフトエンコーダ、又は、他の測定変換器によりトラバースされ 、及び／又は、検出された中間経路長がボンディングワイヤのワイヤ変形に対応 する。 図４は、可能な他の引き上げ／案内装置３７を示す。これは、引き上げ／案内 装置１０と対比すると、それは引き上げ装置３８を備え、その引き上げ装置３８ は、送りスレッド４１のガイドボア４０内部のガイドピストン３９により両方向 矢印４２の方向に上下移動可能なように案内される。ガイド部を可能な限り摩擦 が少ないように構成するために、ガイドボア４０は、詳細な図示を省略する球形 のライナを備え、そのライナはガイドピストン３９を直線的に案内する。他の細 部においては、引き上げ／案内装置３７は既述の引き上げ／案内装置１０と同一 である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年７月４日 【補正内容】 結線装置の引き上げ及び案内装置 本発明は、ツール装置、特に結線装置を引き上げ、案内する装置に関する。 例えば、チップの接点領域とそれに接続される銅線の如き接点素子間における 電気的導電性結線の製造を自動化するためには、従来は通常、空気式装置が使用 されていた。この場合、実際の結線装置は、例えば、熱圧着装置として設計する ことができ、これが上記空気式装置の送り軸に沿って接点素子の結線点方向に移 動する。熱圧着装置の場合、圧力及び温度の作用が、接合素子間ではんだ及び溶 接部を接合させる。結線装置を接合点方向に移動させる力を調整してその部分に 接合圧力を生じさせることは、最適化の問題を生じさせる。一方、熱圧着工程が 含まれるならば、結線温度に対応する結線圧力を設定しなければならず、その一 方、敏感な微小電子素子に対する機械的損傷を防止するため、結線圧力は所定の 最大値を超えてはならない。 周知の装置においては、結線装置は結線点の方向に空気式位置決めシリンダに よって移動され、同時にまた、位置決めシリンダが必要な結線圧力を発生する。 空気式位置決めシリンダは、ピストン／シリンダユニットを備え、そのユニッ ト内では、ピストンがシリンダ内を案内されることによって機械的摩擦力が発生 する。加えて、これらの摩擦力はピストンのストローク中に変化する。この結果 、空圧が一定に調整されたとしても、空気式位置決めシリンダにより結線点に実 際に加わる結線力は変化する。空気の圧縮効果がこれに加わり、その結果、既知 の装置は結線点における厳密に再現性のある力、及び、対応する結線圧力を発生 することは不可能である。これにより、そのような結線の大量生産においては、 比較的高い不良品率が生じる。 ＥＰ-Ａ-0476912は、ツール装置を引き上げ、案内する装置を記載し、その装 置は、ツール装置を引き上げる引き上げ装置を備え、前記引き上げ装置はサーボ 要素によって、送り装置を介して送り軸に沿って移動可能であり、また、その装 置は力測定装置を備える。 ＳＵ-Ａ-1574405は、接合プロセスの対象となるワイヤ導線の変形の測定を可 能とする装置を記載する。 本発明の目的は上記導入部で述べたタイプの装置を作り出すことにあり、その 装置は、結線点における正確に再現可能な結線力を設定することを可能にし、ま た、その結果そのような結線の製造における不良品率を大幅に減少させることを 可能とする。 この目的は、請求項１に記載された特徴を備える装置により達成される。 本発明の装置は、サーボ要素により送り軸に沿って移動可能な送 り装置と、引き上げ装置が送り装置に対して移動可能となるように移動軸に沿っ て移動可能な引き上げ装置と、送り装置上に配置された力測定装置と、力測定装 置と引き上げ装置との間に配置され、力測定装置と引き上げ装置との間に相対的 な移動が生じた時に変形する弾性部材と、を備える。 請求の範囲 １．結線装置などのツール装置を引き上げ、また、案内する装置において、 サーボ要素により、送り装置を介して送り軸に沿って移動可能とされ、ツール 装置を引き上げる引き上げ装置と、 力測定装置と、を備え、 引き上げ装置(12,38)は送り装置(11,41)に対して移動可能であり、力測定装置 (28)は送り装置上に配置され、力測定装置(28)と引き上げ装置(12,38)との間に 弾性部材(26)が配置され、弾性部材は力測定装置(28)と引き上げ装置(12)との間 に相対的な移動が生じた時に変形することを特徴とする装置。 ２．送り装置(11,41)を送り軸(21)に沿って移動させるため、好適にはスピンド ルドライブ(18)として設計され、サーボ要素(15)と連結する回転駆動装置を備え る請求項１記載の装置。 ３．送り装置(11,41)は送りスレッドとして設計され、送り軸(21)を構成するた めのスレッドガイド(13)を備える請求項１又は２に記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リーツレル，マンフレート ドイツ連邦共和国，デー−87616 マーク トベルドルフ，アム アルステルベルグ 10

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．結線装置などのツール装置(24)を引き上げ、また、案内する装置(10,37)に おいて、 サーボ要素(15)により送り軸(21)に沿って移動可能な送り装置(11,41)と、 引き上げ装置(12,38)が送り装置(11,41)に対して移動可能となるように移動軸 (23,42)に沿って移動可能な引き上げ装置(12,38)と、 送り装置(11,41)上に配置された力測定装置(28)と、 力測定装置(28)と引き上げ装置(12,38)との間に配置され、力測定装置(28)と 引き上げ装置(12)との間に相対的な移動が生じた時に変形する弾性部材(26)と、 を備えること。 ２．送り装置(11,41)を送り軸(21)に沿って移動させるため、好適にはスピンド ルドライブ(18)として設計され、サーボ要素(15)と連結する回転駆動装置を備え る請求項１記載の装置。 ３．送り装置(11,41)は送りスレッドとして設計され、送り軸(21)を構成するた めのスレッドガイド(13)を備える請求項１又は２に記載の装置。 ４．引き上げ装置は引き上げスレッド(12)として設計され、送りスレッド(11)に 移動軸(23)を構成するためのスレッドガイド(22)を備える請求項１乃至３のいず れかに記載の装置。 ５．引き上げ装置は、移動軸(23)を構成するための送りスレッド(41)のガイドボ ア(40)内を案内される請求項１乃至３のいずれかに記載 の装置。 ６．弾性部材は、好適にはコイルばね(26)により構成されるばねとして設計され る請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。 ７．力測定装置(28)は制御ループの構成要素であり、力測定装置の出力信号は、 結線点(36)に圧力を加えるための電流、及び、好適には電気モータとして設計さ れるサーボ要素(15)の毎分回転数の制御のための入力信号として機能する請求項 １乃至６のいずれかに記載の装置。 ８．サーボ要素(15)と関連する位置決め装置を備え、結線装置(24)と結線面(36) とが規定の送り距離に達するまで、送り装置(11,41)の送り動作が高い毎分回転 数で行われる請求項７記載の装置。 ９．アナログ制御ループを構成することに関し、好適にはポテンショメータとし て設計され、力測定装置(28)と関連する力制限要素を備える請求項１乃至８のい ずれかに記載の装置。 １０．力測定装置(28)と関連してディジタル制御ループを構成し、力測定装置(2 8)のアナログ出力信号をディジタル出力信号に変換するマイクロプロセッサを備 える請求項１乃至８のいずれかに記載の装置。