KR0155773B1 - 와이어 본딩헤드 및 이를 이용한 본딩장치 - Google Patents

와이어 본딩헤드 및 이를 이용한 본딩장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 와이어 본딩 헤드 및 이를 이용한 본딩장치를 개시한다.
본 발명은 리니어 스템핑 모우터로 이루어진 X, Y 테이블과, 이 X, Y 테이블의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트렌스듀셔가 설치된 로드와, 로드의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단과, 이 제1승강수단의 전면의 X, Y 테이블상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키는 제2승강수단을 구비하여 된 것에 특징이 있으며, 이는 본딩헤드의 구동에 따른 에너지 손실을 줄일 수 있는 이점을 가진다.

Description

와이어 본딩(wire bonding)헤드 및 이를 이용한 본딩장치
제1도는 본 발명에 따른 와이어 본딩장치를 도시한 측면도.
제2도는 와이어 본딩헤드의 본딩 사이클을 도시한 도면.
제3도 내지 제14도는 본 발명에 따른 와이어 본딩장치의 작동상태를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : X, Y 테이블 20 : 로드
30 : 제1승강수단 40 : 제2승강수단
본 발명은 반도체 조립장비중 칩과 리드프레임을 와이어로 접속시켜주는 와이어 본딩 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 리니어 스템핑 모우터에 의한 본딩 헤드가 개량된 와이어 본딩 장치에 관한 것이다.
통상적으로, 다수의 리드(lead)가 형성되어 있는 리드 프레임상에 칩(chip)의 본딩이 완료된 후, 이 칩과 리드 사이를 매우 작은 직경의 와이어(일반적으로 골드 와이어(gold wire)를 씀)로서 접속시키는 와이어 본딩공정은 와이어 본딩장치의 핵심부인 본딩 헤드에 의해 이루어지게 된다.
이러한 본딩 헤드는 구동방식에 따라 여러종류의 것이 있는데, 이러한 본딩헤드 중 신카와(shinkawa) 회사에서 제조한 본딩 헤드는 트렌스 듀셔를 X, Y의 방향으로 이동시키기 위해 볼스크류와 리니어 모우터 가이드가 부착된 X, Y 테이블이 사용되었으며, Z축 방향으로의 이송을 위해서는 모우터와 캠이 이용되었다.
그리고 본딩헤드의 다른 실시예로서 미국의 KS 회사의 본딩헤드는 X, Y 이송을 위하여 X, Y 테이블이 사용되고 Z축 방향으로의 이송을 위하여 리니어 모우터가 사용되었다.
상술한 바와 같은 종래의 본딩헤드는 다음과 같은 문제점이 내재되어 있다.
첫째; X, Y 및 Z축으로의 이송을 위해 볼스크류 또는 리니어 모우터를 사용하는 것은 마찰에 의한 에너지 손실과 마모가 심하여 일정기간 사용후 부품을 교환하여야 한다.
둘째; 기구적인 구조가 매우 복잡하여 조립에 따른 많은 작업공수가 소요되어 생산성 향상의 도모가 어렵다.
셋째; 고속의 본딩 스피드(최소 0.14sec/2㎜ wire)를 구현하기 위하여 X, Y 테이블에 AC 서어보 모우터와 구동장치를 부착하여야 하므로 장비가격이 상승되어 생산원가가 높다.
넷째; X, Y 테이블을 사용하는 경우 설치공간이 넓고 무게가 무겁다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 구동부의 마찰에 의한 에너지 손실을 줄일 수 있으며, 그 구조가 매우 간단한 와이어 본딩헤드 및 이를 이용한 와이어 본딩장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 콤팩트(compact) 설계가 가능한 와이어 본딩헤드 및 이를 이용한 와이어 본딩 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 리니어 스템핑 모우터로 이루어진 X, Y 테이블과, 이 X, Y 테이블의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트렌스듀셔가 설치된 로드와, 로드의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단과, 이 제1승강수단의 전면의 X, Y 테이블상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키는 제2승강수단을 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1승강수단은 상기 X, Y 테이블 상에 수직으로 설치된 인덕터와 이 인덕터를 따라 수직 방향으로 슬라이딩되는 스테이터를 구비한 리니어 스템핑 모우터와, 상기 인덕터의 단부에 설치된 서포트와 로드의 단부를 연결하는 스프링과, 상기 스테이터에 설치되며 로드 단부의 상면과 접촉되는 헤드를 구비하여 구성된다.
그리고 상기 제2승강수단은 보이스 코일 모우터가 사용된다.
본 발명의 다른 특징은, 칩과 리드 프레임을 와이어 본딩하는 와이어 본딩장치에 있어서, 리니어 스템핑 모우터로 이루어진 X, Y 테이블과, 이 X, Y 테이블의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트렌스듀셔가 설치된 로드와, 로드의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단과, 이 제1승강수단의 전면의 X, Y 테이블상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키는 제2승강수단을 구비하여 된 것 본딩헤드를 구비하여 구성된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 와이어 본딩장치는 다이상의 히이터 블럭과, 이 히이터 블럭에 리드 프레임과 칩을 공급하는 매니 퓰레이터와, 상기 히이터 블럭상에 공급된 칩과 리드프레임을 와이어 본딩하는 본딩헤드를 구비하여 구성되는데, 본 발명의 특징에 따른 본딩헤드의 일 실시예를 제1도에 나타내 보였다.
이것은 인덕터(inducter;11)와 인덕터(11)에 지지되어 이동하는 스테이터(stator;12)로 이루어진 X, Y 테이블(10)과, 이 X, Y 테이블(10)의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트렌스듀셔(21)가 설치된 로드(20)와, 로드(20)의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단(30)과, 이 제1승강수단(30)의 전면의 X, Y 테이블(10) 상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키는 제2승강수단(40)으로 대별된다.
상기 로드(20)는 상기 X, Y 테이블(10)의 스테이터(12)의 단부에 그 중앙부위가 힌지연결되고 이 힌지 연결부(22)로부터 전방으로 연장된 로드의 단부에는 트렌스듀셔(21)가 마련되고 이 트렌스듀셔(21)의 단부에는 캐필러리(capillary;23)가 설치된다. 그리고 상기 트렌스듀셔(21)의 상부에는 로드(20)에 지지되는 와이어 클램퍼(24)가 설치된다.
상기 제1승강수단(30)은 상기 로드(20)의 후단부에 설치되어 로드의 후단부를 승강시키는 것으로, 상기 X, Y 테이블(10)의 스테이터(12)의 후단부에 수직으로 설치되는 인덕터(31)와, 이 인덕터(31)를 따라 승강되는 스테이터(32)와, 상기 인덕터(31)의 단부에 설치된 서포트(33)와 로드(20)의 단부에 그 양단부가 각각 고정되는 스프링(34)과, 상기 스테이터(32)에 고정되어 상기 로드(20)의 단부와 접촉되는 헤드(35)를 구비하여 구성된다.
상기 제2승강수단(40)은 로드(20)의 단부를 승강시키는 것으로, X, Y 테이블에 설치된 보이스 코일 모우터가 사용된다.
그리고 상기 도면에는 도시되어 있지 않으나 X, Y 테이블(10)의 스테이터와 제2승강수단의 스테이터(32)가 Z축 방향으로 이동되는 이동량을 검출하기 위한 포토 리시버(photo receiver)와 엔코딩 글라스(encoding glass)가 더 구비된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 와이어 본딩장치의 본딩헤드 작용을 설명하면 다음과 같다.
제2도에는 본 발명에 따른 본딩헤드의 작동에 따른 본딩 사이클 다이어 그램이 도시되어 있으며, 제3도 내지 제14도는 본 발명에 따른 와이어 본딩장치의 본딩헤드 작동상태를 순차적으로 나타내 보였다.
본딩헤드의 캐필러리(23)의 수직하부에 설치된 히이터 블럭(300)에 리드 프레임(100)과 칩(200)이 공급된 상태에서 칩과 리드의 본딩상태를 설명하면 다음과 같다.
먼저 칩내의 패드 본딩상태를 살펴보면, 리드 프레임이 본딩 포인트로의 이동이 완료된 상태에서 상기 캐필러리(23)는 제1이송수단의 스프링(34)에 의해 상기 로드(20)를 힌지 연결부(22)를 중심으로 트렌스 듀셔(21)를 하강시키려는 힘이 작용되게 되고, 이와 반대로 상기 제1승강수단(30)의 스테이터(32)에 설치된 헤드(35)는 로드(20)의 단부와 접촉되어 단부가 상승되는 것을 방지하게 됨으로써 제3도에 도시된 바와같은 상태를 유지하게 되며, 제2도에 도시된 바와 같이 Z5의 위치에 위치하게 된다.
이 상태에서 상기 제1승강수단(30)이 작동되어 스테이터(32)가 상승함에 따라 헤드(35)가 상승하게 되고 이에 따라 상기 트렌스듀셔(21)가 하강함으로써 이에 설치된 캐필러리(23)가 하강하여 제4도에 도시된 바와같은 상태가 되며 캐필러리(23)의 위치는 Z4의 위치에 있게된다. 상기 캐필러리(23)의 Z4위치는 본딩을 위한 초기의 위치이다.
상기 상태에서 제1승강수단이 작동되어 스테이터(32)가 더욱 상승하게 되면 캐필러리(23)가 상술한 바와 같은 작동으로 Z2의 위치까지 하강하여 칩과 캐필러리 끝단 높이는 150 내지 200 마이크로메타 정도이고 약 250㎜/sec의 고속도로 움직여 제5도에 도시된 바와 같은 상태가 된다.
이 상태에서 본딩을 위한 가압력을 제공하는 제2승강수단(40) 즉, 보이스 코일 모우터에 전류를 인가하여 상기 캐필러리(23)의 하강속도를 저속으로 변화시킨다. 따라서 상기 스테이터(32)의 헤드(35)와 로드의 단부는 분리되게 되고 제6도에 도시된 바와 같이 칩(200)에 캐필러리(23)가 접촉되며 상기 보이스 코일 모우터(40)에 의해 일정시간 본딩을 위한 힘을 가하여 본딩한다. 그리고 본딩이 완료되면 보이스 코일에 인가된 전류를 중단한다.
상기와 같이 칩의 본딩이 완료된 상태에서 리드의 본딩에 따른 작용을 설명하면 다음과 같다.
상기 패드의 본딩이 완료되면 상기 보이스 코일 모우터에 전류의 인가를 중단함과 아울러 제1승강수단의 스테이터(32)를 고속으로 하강시켜 제7도에 도시된 바와 같이 상기 헤드(35)와 로드(20)의 단부가 접촉되도록 한다. 그리고 상기 스테이터(32)를 제8도에 도시된 바와 같이 하강시켜 이에 캐필러리(23)를 고속으로 상승시킴으로써 칩으로부터의 높이가 Z3가 되도록 한다. 그리고 제9도에 도시된 바와 같이 X, Y 테이블(10)의 인덕터(12)를 이동시켜 캐필러리(23)가 리드의 상부에 위치되도록 한다.
상기와 같이 캐필러리(23)의 이동이 완료되면 제1승강수단(30)의 스테이터(32)를 상승시켜 캐필러리(23)가 하강되도록 하고 제2도 및 제10도에 도시된 바와 같이 캐필러리(23)의 높이가 Z3가 되면 스테이터(32)의 하강을 중단하고 상기 제2승강수단(40)이 보이스 코일 모우터에 전류를 흘리기 시작하여 캐필러리의 하강속도를 저속으로 바꾼다. 그리고 상기 스테이터(32)를 빠른속도로 상승시켜 헤드(35)와 로드 단부 접촉을 분리시키고 캐필러리(23)가 보이스 코일 모우터에 의해서만 하강하여 제11도에 도시된 바와 같이 리드에 접촉되도록 한다. 이 상태에서 상기 보이스 코일 모우터에 전류를 일정기간 동안 인가하여 본딩에 따른 힘을 가한다.
본딩이 완료되면 보이스 코일 모우터에 전류의 인가를 중단하고 와이어 클램프로부터 와이어를 잡고 제12도에 도시된 바와 같이 스테이터(32)를 하강시켜 헤드(35)와 로드(32)의 단부가 접촉되도록 한다. 그리고 헤드(35)를 계속하강시켜 캐필러리(23)가 와이어를 잡은체 상승되어 와이어가 끊어지도록 하고 제13도에 도시된 바와 같이 캐필러리의 높이가 Z4가 되면 헤드의 하강을 멈춘다. 그리고 상기 X, Y 테이블이 작동되어 캐필러리를 최초의 위치로 이동시켜 상술한 바와 같은 방법으로 연속적인 본딩작업을 수행한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 와이어 본딩헤드 및 이를 이용한 와이어 본딩장치는 캐필러리를 이동시키기 위한 X, Y 테이블 및 제1승강수단의 구동부 마찰이 적어 마찰에 의한 에너지 손실을 대폭 줄일 수 있으며 구조가 간단하여 정비 및 보수가 용이한 이점을 가진다.
그리고 본 발명은 본딩장치 뿐만 아니라 고속 정밀 제어기기, 각종 반도체 제조장비에 널리 사용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 리니어 스템핑 모우터로 이루어진 X, Y 테이블과, 이 X, Y 테이블의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트렌스듀셔가 설치된 로드와, 로드의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단과, 이 제1승강수단의 전면의 X, Y 테이블상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키는 보이스 코일모우터로 이루어진 제2승강수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1승강수단은 상기 X, Y 테이블 상에 수직으로 설치된 인덕터와 이 인덕터를 따라 수직 방향으로 슬라이딩되는 스테이터를 구비한 리니어 스템핑 모우터와, 상기 인덕터의 단부에 설치된 서포트와 로드의 단부를 연결하는 스프링과, 상기 스테이터에 설치되며 로드 단부의 당면과 접촉되는 헤드를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 와이어 본딩헤드.
  3. 칩과 리드 프레임을 와이어 본딩하는 와이어 본딩장치에 있어서, 리니어 스템핑 모우터로 이루어진 X, Y 테이블과, 이 X, Y 테이블의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트렌스듀셔가 설치된 로드와, 로드의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단과, 이 제1승강수단의 전면의 X, Y 테이블상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키는 제2승강수단을 구비하여 된 것 본딩헤드를 포함하여 구성된 것을 특징으로하는 와이어 본딩장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1승강수단은 상기 X, Y 테이블 상에 수직으로 설치된 인덕터와 이 인덕터를 따라 수직 방향으로 슬라이딩되는 스테이터를 구비한 리니어 스템핑 모우터와, 상기 인덕터의 단부에 설치된 서포트와 로드의 단부를 연결하는 스프링과, 상기 스테이터에 설치되며 로드 단부의 상면과 접촉되는 헤드를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 와이어 본딩장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2승강수단은 보이스 코일 모우터인 것을 특징으로 하는 와이어 본딩장치.
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