KR0180272B1 - 초음파와이어본딩장치 - Google Patents

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KR0180272B1
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마코토 모리타
마사루 나가이케
겔러 리차드
마코토 이마니시
타카히로 요네자와
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모리시타 요이찌
마쯔시다덴기산교 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 혼과 본딩표면의 사이에 충분한 클리어런스를 확보할 수 있고, 긴혼을 사용하지 않아도, 작업면적의 증가가 도모되는 초음파와이어본딩장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이며, 그 구성에 있어서, 혼의 끝에 위치해서 와이어를 유지하는 캐필러리가 혼의 끝에 직접지지되고 있고, 상기 혼과 본딩표면과의 사이에 상기 혼의 선단부와 전자부품이 접촉하지 않는 간격을 유지할 수 있는 길이를 가진 구성을 취하거나, 혹은 혼의 끝에 위치해서 와이어를 유지하는 캐릴러리가 짧은 것이고 커플링을 개재해서 혼의 끝에 지지되고 있고, 이 커플링과 캐필러리를 합한 길이가 상기 혼과 본딩표면과의 사이에 상기 혼의 선단부와 전자부품이 접촉하지 않는 간격을 유지할 수 있는 길이인 구성을 취한 것이다.

Description

초음파와이어본딩장치
제1도는 본 발명의 초음파와이어본딩장치의 혼(Horn) 및 캐필러리주위의 구성예를 표시한 사시도.
제2도는 본 발명의 초음파와이어본딩장치의 혼 및 캐필러리주위의 다른 구성예를 표시한 사시도.
제3도는 실시예 1의 초음파와이어본딩장치의 측면도.
제4도는 실시예 1의 초음파와이어본딩장치의 정면도.
제5도는 본 발명의 초음파와이어본딩장치의 전체구성예를 표시한 사시도.
제6도는 실시예 3의 초음파와이어본딩장치의 혼 및 캐필러리주위의 구성예를 표시한 측면도.
제7도는 본 발명의 초음파와이어본딩장치의 다른 전체구성예를 표시한 사시도.
제8도는 실시예 2의 초음파와이어본딩장치의 혼 및 캐필러리주위의 구성예를 표시한 측면도.
제9도는 종래의 초음파와이어본딩장치의 혼 및 캐필러리주위의 구성예를 표시한 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 혼(Horn) 2 : 초음파진동발생용 작동기
3 : 캐필러리(롱캐필러리) 4 : 와이어
7 : 플랜지 8 : 혼지지부
11 : 리니어슬라이더 12 : 스프링
52 : 캐필러리 53 : 커플링
본 발명은 초음파진동을 발생하는 동시에 와이어의 가이드도 행하고, 소정의 표면상에 대해서 상기 와이어의 고정밀도본딩을 행하는 초음파와이어본딩장치에 관한 것이다. 초음파와이어본딩장치는, 프린트회로판과 반도체칩을 와이어에 의해서 연결하는 경우 등에 사용되는 장치이다. 본 발명의 초음파와이어본딩장치는, 볼본딩기술을 사용해서 와이어를 본딩하는 와이어본딩방법의 적용이 가능한 구성을 취할 수 있는 장치이기도 하다.
초음파와이어본딩은, 통상 반도체디바이스제조프로세스 등에서 사용된다. 반도체칩과 패키지 또는 공작물과의 사이에 작은 와이어를 장착하기 위하여 초음파와이어본딩장치(공구)가 사용되는 것이다. 여기서 말하는 공작물이란, 통상, 집적회로(IC)패키지 또는 프린트회로판을 말한다.
초음파와이어본딩장치는 와이어를 약 60,000Hz이상의 높은 진동수로 진동시킴으로써 와이어를 본딩한다. 이 초음파와이어본딩장치에서는, 와이어를 본딩표면에 가압하면서 와이어를 진동시키는 것이다. 와이어는, 본딩표면의 수평면에 대해서 평행방향으로 변위하도록 진동한다. 와이어가 본딩표면에 대향해서 진동함으로써, 와이어 및 본딩표면의 가소변형(plastic deformation)이 일어난다. 이 변형에 의해, 와이어 및 본딩표면의 원자가 결합해서, 상온용접결합(a cold weld bond)이 형성된다. 이 상온용접결합이 형성됨으로써 본딩이 달성된다.
초음파와이어본딩장치는, 와이어의 한쪽단부를 반도체칩에 본딩하는 동시에, 와이어를 공작물에 인도해서 와이어의 다른 한쪽의 단부가 되는 위치에서 공작물에 본딩한다. 그후, 와이어를 자르고 나서, 상기의 조작을 반복해서 다른 접속을 행한다.
좀더 구체적으로 말하자면, 제9도에 볼 수 있는 바와 같이, 초음파진동인가용 혼(초음파혼)(101)의 끝에 캐필러리(102)가 수직으로 고정되어 있고, 작업대(103)위에 놓인 반도체칩(베어칩)(104)의 본딩표면에 캐필러리(102)에 통과시킨 와이어(106)를 선단부를 미소압에 의해서 가압하는 동시에 초음파진동시켜서 본딩한후, 작업대(103)의 위에 놓인 리드프레임(105)의 본딩표면에 캐필러리(102)에 통과시킨 와이어(106)를 약간 풀어내고나서 다시 미소압에 의해서 가압하는 동시에 초음파진동시켜 본딩하고, 그후 와이어(106)를 자르는 것이다.
초음파와이어본딩장치는, 통상, 초음파발생용 작동기, 여진초음파를 전달하는 초음파진동인가용 혼, 및 와이어를 유지하는 캐필러리를 구비하고 있고, 이 캐필러리가 혼의 끝에 지지되고 있다. 전기구동식 작동기인 전왜형(電歪形)진동자 또는 자외형(磁歪形)진동자는, 진동수가 초음파영역에 있는 기계적인 진동을 일으키기 위하여 사용된다. 혼은, 작동기에 의해 발생한 진동을 압축파(compression wave)로서 캐필러리에 전달한다. 통상, 혼은 끝이 가늘어진 테이퍼가 붙어 있고, 캐필러리에 있어서의 진동을 증폭하기 위하여 있다. 캐필러리는 그 선단부에 와이어를 조금 나오게 한 상태에서 와이어를 유지한다. 그후, 캐필러리의 선단부는, 본딩표면에 가압된다. 혼으로부터의 진동에 의해 캐필러리가 진동하고, 이에 의해 캐필러리의 선단부로부터 나온 와이어가 표면에 본딩된다.
와이어본딩에 필요한 혼은 이것을 지지하는 동시에 그 상하방향의 위치를 정하는 장치에 고정된다. 이 장치는, 통상, 본딩표면의 수평방향을 따라서 혼을 위치시키는 이동이 가능한 x-y테이블(받침대)에 고정되어 본딩장치를 구성한다. 이 x-y테이블은 소망의 위치에 와이어의 본딩단부를 정확하게 놓기 위하여, 전후좌우로 슬라이드한다. 혼을 그 지지점에서 피벗(선회)함으로써, 상하방향의 와이어의 위치정하기가 이루어진다. 그 때문에, 캐필러리의 끝이 캐필러리의 길이방향을 따라서 상하로 아치를 그리면서 움직인다.
그러나, 종래의 초음파와이어본딩장치에는 이하에 설명하는 문제가 있다.
현재의 혼설계가 안고 있는 주요문제의 하나는, 캐필러리의 길이가 짧기 때문에 공작물(본딩표면)과 혼의 사이에 간격(클리어런스)이 거의 주어지지 않는다는 것이다. 그 결과, 작업면적, 즉 본딩가능범위가 한정된 것이 된다. 이것은 혼이 지지되고 있는 위치에서 혼이 공작물에 닿아버리기 때문이다.
작업면적을 증대하기 위하여, 긴 혼을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 긴 혼에는 다음의 2개의 큰 문제가 있다. 제1문제는 혼의 열팽창이 크기 때문에, 본딩의 위치정밀도가 저하한다는 것이다. 본딩의 품질을 향상시키기 위하여 공작물을 가열하는 가열테이블(대)이 통상 필요하다. 테이블로부터의 열은, 혼의 온도를 높이고, 혼을 팽창시킨다. 혼의 길이가 길수록 열팽창의 정도가 커진다. 혼의 팽창은 본딩의 위치정밀도의 저하를 일으킨다. 긴 혼이 가진 제2문제는 사이즈의 증대에 따른 질량의 증가이다. 혼의 질량이 커지면, 혼을 진동 시키는데 큰 힘이 필요하게 된다. 질량이 커짐에 따라서, 소정의 거리를 움직이게 하는 데에 보다 큰 에너지가 필요하게 된다.
위의 2개의 문제이외에, 혼에 변형이 생기고, 혼의 상하방향의 진동이 발생하여, 반도체칩 등의 공작물을 손상한다는 문제도 나온다.
그리고, 공작물과 혼의 사이의 클리어런스가 부족한 데 따른 다른 문제는, 큰 전자부품(구성부품)을 구비한 보드에 와이어를 본딩하는 것이 곤란하다는 것이다. 칩혼보드로서 알려져 있는 표면 부착기술에서는 프린트회로판에 반도체칩을 직접부착한다. 프린트회로판은, 여러 가지의 높이를 가진 다수의 전자부품을 포함하고 있다. 그 때문에, 프린트회로판에 반도체를 직접 와이어본딩하기 위해서는, 혼이 상기 전자부품위에 적당한 클리어런스를 가진 것이 필요한 것이다.
현재의 혼설계가 안고 있는 다른 문제는, 캐필러리를 상하이동시키는데 사용되는 혼의 피벗으로부터 발생한다. 적절한 본딩을 위해서는, 캐필러리는 본딩표면에 대해서 수직이 아니면 안된다. 이와 같은 수직의 위치정하기가 필요하나, 혼이 피벗을 가지므로 캐릴러리가 아치형상으로 움직인다. 이것은 피벗각도를 매우 작은 각도로 한정하게 한다. 그러나, 그와 같은 혼 설계에서는 높이가 일정하지 않은 표면에의 와이어의 본딩은 가능하지 않다. 이것은, 캐필러리가 본딩표면에 대해서 항상 수직방향을 유지한다고는 할 수 없기 때문이다. 또, 요동(피버팅)장치는, 혼의 단부에 위치한다. 요동장치의 위치 및 사이즈에 의해 혼이 공작물의 바로 위까지 충분히 달했을 때에 공작물이 요동장치에 접한다. 이것은 작업 스페이스의 감소를 초래하게 된다.
본 발명에서는, 상기한 문제의 해소에 기여하는 초음파와이어본딩장치를 제공하는 것을 과제로 하고 있고, 특히, 혼과 공작물의 사이에 충분한 클리어런스를 확보할 수 있고, 긴 혼을 사용하지 않아도, 작업면적의 증가가 도모되는 초음파와이어본딩장치를 제공하는 것을 주요과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 관한 초음파와이어본딩장치는, 주요구성요소로서, 초음파진동인가용 혼과, 혼의 끝에 위치해서 와이어를 유지하는 캐필러리를 구비하고, 상기 혼으로부터의 초음파진동이 캐필러리에 통과된 와이어 선단부에 전달되어 전자부품이 부착된 본딩표면에 대한 상기 와이어의 본딩이 행해지는 장치에 있어서, 상기 캐필러리가, 혼의 끝에 직접 지지되고 있고, 상기 혼과 본딩표면과의 사이에 상기 혼의 선단부와 전자부품이 접촉하지 않는 간격을 유지할 수 있는 길이를 가지는 것과 같은 제1구성을 취하거나, 혹은 상기 캐필러리가 짧은 것이고 커플링을 개재해서 혼의 끝에 지지되고 있고, 이 커플링과 캐필러리의 합한 길이가 상기 혼과 본딩 표면과의 사이에 상기 혼의 선단부와 전자부품이 접촉하지 않는 간격을 유지할 수 있는 길이가 되고 있는 것과 같은 제2구성을 취하도록 하고 있다.
즉, 상기 제1구성을 취하는 초음파와이어본딩장치의 경우, 제1도에 볼 수 있는 바와 같이, 초음파진동인가용 혼(초음파 혼)(1)의 끝에 와이어유지용의 종래 보다 긴 캐필러리(3)가 긴쪽방향을 혼(1)의 축방향과 직교하고 본딩표면(5)에 수직으로 향하는 자세(긴쪽방향이 상하로 향하는 자세)에서 장착되어 있다. 또, 상기 제2구성을 취하는 초음파와이어본딩장치의 경우, 제2도에 볼 수 있는 바와 같이, 혼(1)의 끝에 와이어유지용 통상의 짧은 캐필러리(52)가 커플링(엑스텐더)(53)을 개재해서, 역시 혼(1)의 축방향과 직교하고 본딩표면(5)에 수직으로 향하는 자세(긴쪽방향이 상하로 향하는 자세)에서 장착되어 있다.
또한, 혼(1)에는, 초음파진동을 발생하기 위한 수단으로서, 통상, 전기구동식의 작동기(2)인 전왜형진동자 또는 자왜형진동자가 장착되어 있다. 전기구동식의 작동기가 사용되는 이유는, 기계적내부손실이 작기 때문에 입출력비가 크고 저발열이고 고진폭이 얻어지고, 여러 가지의 형상으로 가공하기 쉽기 때문이다.
상기 제1구성에서 말하는 혼과 본딩표면과의 사이에 혼의 선단부와 전자부품이 접촉하지 않는 간격을 유지할 수 있는 길이를 가진 캐필러리(롱캐릴러리)(3)란, 길이가 1/2~1인치정도의 범위인 종래보다도 긴 캐필러리이고, 특히, 3/4인치(=약 1.9㎝)의 길이의 캐필러리가 강도, 진동, 공작물과의 클리어런스의 이유에서 바람직하다. 덧붙여서 종래의 짧은 캐필러리는, 1/2인치미만의 길이이다.
제2도의 제2구성에 있어서의 캐필러리(52)는, 종래와 동일한 길이의 짧은 캐필러리이고, 보통, 볼트(나사)(54)에 의해서 커플링(53)에 착탈가능하게 고정되어 있고, 그리고, 커플링(53)은 혼(1)의 끝에 형성된 관통구멍에 커플링의 후단부를 볼트(나사)(55)고정 등에 의해서 고정하고 있다. 볼트(55)를 느슨하게 해서 커플링(53)을 상하로 이동시키고 나서 다시 볼트(55)를 조임고정함으로써 높이를 조절할 수 있다. 제2구성에서 말하는 커플링과 캐필러리의 양자를 합한 혼과 본딩표면과의 사이에 혼의 선단부와 전자부품이 접촉하지 않는 간격을 유지할 수 있는 길이(커플링에 캐필러리를 고정한 상태에서 끝에서부터 끝까지)는 통상, 15mm~20mm정도의 범위에 있고, 그 내역으로서, 캐필러리만의 길이가, 통상 5mm~10mm정도의 범위, 커펄링만의 길이가 통상 5mm~15mm정도의 범위에 있게 된다.
혼은, 캐필러리를 지지하는 (커플링을 개재해서 지지하는 경우도 포함한다) 끝을 포함한 부분은 끝이 가늘어진 테이퍼형상으로 되어 있고, 캐필러리에 있어서의 진동을 충분히 증폭할 수 있는 것이 바람직하다.
혼은, 통상 혼지지부에 장착되어 있고, 이 혼지지부는, 와이어의 세밀한 위치결정을 위하여 상하방향으로 이동하면서 본딩표면에 대해서 캐필러리를 수직으로 유지할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 혼을 장착한 혼지지부가 슬라이드축의 안내에 의해 상하방향으로 직선적인 미끄럼이동이 가능한 슬라이더(리이너슬라이더)에 의해서 상하방향으로의 이동을 행한다. 혼지지부가 임의의 상하(수직)위치에 있는 본딩표면에 대해서 캐필러리를 수직으로 유지하기 위한 리니어슬라이더에 결합하고 있는 (장착되는)것이다. 혼지지부는 이것을 지지하게 되는 초음파와 이어본딩장치부분에 대하여 상하로 이동하는 것이다.
혼지지부의 위치는 통상 전기구동식 작동기(리니어작동기)를 사용함으로써 정해진다. 이 경우 혼지지부가 위쪽으로부터 스프링에 의해서 매달려서 지지되고 있고, 이 스프링에 의해, 전기구동식 작동기의 구동에 따른 충격이 경감되는 동시에 혼지지부에 작용하는 중력의 영향이 경감되도록 되어 있는 것이 바람직하다. 혼지지부를 상하로 이동시키는 동시에, 와이어를 노출시킨 캐필러리와 본딩표면의 사이의 본딩력의 적절한 제어(Good control)를 유지하는 리니어작동기에 작용하는 중력의 효과(영향)에 대항하기 위하여, 혼지지부와 본딩헤드(혼지지부를 지지하는 장치지지부분)의 사이에 스프링이 사용되는 것이다. 즉, 혼지지부가 이동중에 반력을 유지하는 동시에 혼지지부에 가해지는 중력의 영향을 경감하기 위한 스프링과도 결합하고 있는 것이다.
통상, 혼은 혼지지부의 아래쪽에 위치하고 있고(혼의 하단부가 혼지지부의 하단부보다 아래에 있다). 와이어본딩장치가 공작물과 접촉하는 것을 방지한다.
본 발명의 초음파와이어본딩장치는, 통상 본딩에 필요한 와이어를 공급하기 위한 와이어피딩시스템(와이어공급수단)이나, 컴퓨터화상(비젼)제어기술을 이용함으로써 소망의 위치에 장치를 정확히 두기 위한 비디오카메라를 본딩헤드에 구비한다.
혼은 짧은 소형혼이 바람직하나, 혼의 최소의 길이(혼의 축방향의 끝에서부터 끝까지의 길이)는 혼재질속은 혼축방향의 1차 고유진동수로 전달되는 진동파의 1/2파장에 상당하는 길이이다. 이것은, 양호한 혼진동특성을 위하여 필요하다. 여기서 말하는 혼재질속이라는 것은, 가공을 마친 중공의 혼이 아니라, 혼형성재료로 전부가 채워진 가공전의 벌크체이다. 재료로서는 티탄이나 스테인레스가 예시되고, 구체적인 치수로서는, 42mm가 예시된다.
혼은 상기와 같이 혼지지부에 장착되는 것이나, 통상, 혼은 그 축방향의 1차 고유진동모드이 절점(진동하지 않는 점)의 위치에 플랜지(볼록가장자리)를 가지고 있고, 이 플랜지에 의해 혼지지부에 고정되어 있다. 이것은, 캐필러리에의 작동기에 의한 초음파진동의 양호한 전달과 증폭을 고려한 것이다.
본딩헤드에는, 통상 클램프도 장착되어 있고, 이 클램프는, 혼의 바로 위에 위치한다. 클램프는 전기작동기를 사용해서 개폐된다. 클램프는, 캐필러리에 통과시키는 와이어의 흐름을 제어하기 위하여 사용된다. 클램프는 혼이 2개의 본드의 사이의 접속을 행하고 있는 동안은 개방되고, 접속이 완료한 후에는, 새로운 접속을 진행시킬 수 있도록, 남아 있는 와이어를 접 속의 끝으로부터 절단하기 위하여 폐쇄된다.
최초의 접속을 행하기 전에, 노출한 와이어의 위에 볼을 형성하기 위하여, 스파크유닛(spark unit)이 사용된다. 이 스파크유닛은 캐필러리선단부에 노출한 와이어와 스파크토치(spark torch)의 사이에 스파크를 발생시킨다. 스파크는 와이어의끝을 용융시켜 작은 볼을 형성시킨다. 이 볼은 와이어의 최초의 접속을 행하기 위하여 사용된다. 스파크토치는, 캐필러리의 선단부에 가까운 위치에 토치의 선단부가 오도록 해서 본딩헤드(장치지지부)에 고정된다. 볼의 형성은, 와이어본딩장치에 관해서 가장 위의 위치에 혼이 있을때에 일어난다. 이 기술은, 볼본딩기술로서 알려져 있다. 본 발명의 초음파와이어본딩장치는, 볼본딩기술을 사용해서 와이어를 본딩하는 와이어본딩방법을 적용가능한 구성을 취할 수 있는 것이다.
혼이 가열테이블의 위쪽에서 작동하므로, 작동기가 매우 뜨거워질 수 있다. 가열테이블로부터의 열이 작동기에 악영향을 주는 것을 방지하기 위하여, 혼의 아래쪽에 더멀시일이 사용된다. 또, 혼과 작동기를 차게 유지하기 위하여 혼에 인접해서 고정된 파이프를 토애서 혼의 옆으로부터 차가운 공기를 불어낸다. 차가운 공기는 또, 가열테이블의 일으키는 열적분산(thermal diffraction)이 비디오카메라의 화질에 악영향을 주는 것을 방지한다.
또한, 초음파와이어본딩장치전체의 구성으로서는 제1구성의 경우, 제5도에 표시한 바와 같이, 예를 들면, 본딩헤드(10)가 리니어로봇(51)에 의해 XY이동이 가능하게 설치되어 있고, 이 본딩헤드(10)에 상기한 바와 같이 혼지지부(8)가 상하방향(Z방향)으로 이동가능하게 장비되어 있는 구성을 들 수 있다. 리니어로봇(51)에 의해서 본딩헤드(10)를 수평방향(XY방향)에 있어서의 소망의 위치까지 이동시키고, 본딩헤드(10)의 작동기에 의해 혼지지부(8)를 아래로 이동시키고, 소형의 혼(1)의 앞의 캐필러리(3)를 하강시켜서 반도체칩 등의 본딩표면에 와이어의 선단부를 접촉시킨다.
제2구성의 경우, 제7도에 표시한 바와 같이, 예를 들면, 본딩헤드(10)가 리니어로봇(51)에 의해 XY이동이 가능하게 설치되어 있고, 이 본딩헤드(10)에 상기와 같이 혼지지부(8)가 상하방향(Z방향)으로 이동가능하게 장비되어 있는 구성을 들 수 있다. 리니어로봇(51)에 의해서 본딩헤드(10)를 수평방향(XY방향)에 있어서의 소망의 위치까지 이동시키고, 본딩헤드(10)의 작동기에 의해 혼지지부(8)를 아래로 이동시키고, 혼(11)의 앞의 캐필러리(52)를 하강시켜서, 반도체칩 등의 본딩표면에 와이어의 선단부를 접촉시킨다.
본 발명의 초음파와이어본딩장치에서는, 혼에는 종래보다 긴 캐필러리 또는 커플링을 개재해서 길어진 캐필러리가 장착되기 때문에, 본딩표면과 혼의 사이에 충분한 클리어런스가 확보된다. 그 결과, 와이어본딩장치가 가열테이블의 위쪽에서 방해되지 않고 작동할 수 있고, 공작물에 혼이 충돌하는 것은 회피할 수 있다. 와이어본딩을 본딩표면과 접촉하는 캐필러리선단부에서 일어난다. 혼은 혼과 캐필러리선단부의 사이에 충분한 클리어런스가 있기 때문에 와이어를 본딩하는 동안, 본딩표면보다도 위쪽에서 작동시킬 수 있다. 그 때문에, 혼은 본딩표면상의 어느 위치에도 자유롭게 움직인다. 또, 본딩표면과 혼과의 사이에는 충분한 클리어런스가 있기 때문에 전자부품을 가진 보드에 와이어를 본딩할 수 있게도 된다.
위에 더하여, 긴 혼(long reach horn)은 그다지 필요하지 않고 소형의 혼으로 충분하다. 그 결과, 혼의 진동에 요하는 파워가 작아도 되는 동시에, 상기한 가열테이블에 의한 열팽창의 문제도 적어진다.
종래보다 긴 캐필러리의 길이가 3/4인치의 경우는, 강도, 진동, 공작물과의 클리어런스가 적당한 것이 된다.
커플링이 혼에 상하방향의 높이 조절이 가능하게 장착되어 있는 경우, 커플링의 돌출량을 조정하고, 이에 의해, 캐필러리선단부의 진동진폭의 조정이 혼구조의 변경없이 가능하게 된다.
캐필러리가 커플링에 착탈가능한 경우, 커플링의 교환을 하지 않고도 캐필러리를 교환할 수 있다.
혼에 초음파진동을 일으키는 수단으로서 전기구동식 작동기가 장착되어 있는 경우에는, 기계적내부손실이 작기 때문에 입출력비가 크고, 저발열이고 고진폭이 얻어지고, 여러 가지 형상으로 가공하기 쉽다.
혼의 끝이 가늘어진 테이퍼형상이면 초음파진동이 증폭되어 와이어의 선단부에 충분한 초음파진동을 전달할 수 있다.
혼이 혼재질속을 혼축방향의 1차고유진동수로 전달되는 진동파의 1/2파장에 상당하는 길이를 가진 경우, 소형의 혼으로 충분한 초음파진동을 캐필러리에 전달할 수 있다.
혼의 혼축방향의 1차고유진동모드의 절점의 위치에 있어서 플랜지에 의해 혼지지부에 고정되어 있는 경우, 초음파진동에너지를 상실하는 일없이 충분히 캐필러리에 전달할 수 있다.
혼을 장착한 혼지지부가 슬라이드축의 안내에 의해 상하방향으로 직선적인 미끄럼이동이 가능한 슬라이더(리니어슬라이더)에 의해서 상하방향으로의 이동이 가능하게 되어 있는 경우, 와이어의 세밀한 위치정하기를 위하여 상하로 이동하면서 본딩 표면에 대해서 캐필러리를 수직으로 유지할 수 있기 때문에, 적절한 본딩을 확실히 행할 수 있다.
혼지지부가 전기구동식 작동기(리니어작동기)에 의해 상하방향으로 직선이동시키는 구성의 경우, 캐필러리의 공작물이 항상 수직으로 접촉할 수 있는 이점이 있다.
혼지지부가 위쪽으로부터 스프링에 의해서 매달려서 지지되고 있으면, 이 스프링에 의해, 전기구동식작동기의 구동에 따른 충격을 경감하는 동시에 혼지지부에 작용되는 중력의 영향을 경감시킬 수 있는 이점이 있다.
혼이 혼지지부보다 아래쪽에 위치하고 있는 경우, 혼지지부가 공작물에 접촉할 염려가 보다 적다는 이점이 있다.
이하, 본 발명에 관한 초음파와이어본딩장치의 실시예를 설명한다. 물론, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되지는 않는다. 즉, 본 발명의 특정한 실시예를 여기에 예증하고 설명하나, 당업자에게 있어서, 다른 수정, 변경이 발생하는 것은 이해될 것이다. 따라서, 특허청구의 범위가 본 발명의 진정한 정신 및 범위 내에서의 모든 수정, 변경을 커버하는 것을 의도하고 있다는 것이 이해될 것이다.
[실시예 1]
제3도는 실시예 1의 본딩장치의 측면도이다. 리니어슬라이더상의 화살표는, 혼지지부가 수직으로 세밀하게 움직이는 방향을 표시한다. 왼쪽위의 화살표는, 장치가 움직이는 것이 가능한 방향을 표시하나, 이 이외에 수직인 Y방향으로도 이동가능하다. 제4도는, 실시예 1의 와이어본딩장치의 정면도이다. 또한, 실시예 1의 초음파와이어본딩장치의 작동기와 종래보다도 긴 캐필러리를 구비한 초음파와이어본딩 혼주위는 제1도와 같다. 이 제1도는 와이어본딩이 일어나는 것을 상세하게 표시한다.
제1도는 작동기(2) 및 캐필러리(3)를 구비한 혼(1)의 외관을 표시한다. 작동기(2)는, 화살표가 표시하는 혼(1)의 길이방향을 따른 기계적인 진동(화살표방향으로 변위가 있는 진동)을 발생한다. 이 기계적인 진동은 혼(1)을 통해서 압력파로서 전달된다. 혼(1)은 캐필러리(3)의 위치에서 진동을 잘 증폭할 수 있도록, 끝이 가늘어진 테이퍼형상으로 되어 있다. 와이어(4)는 캐필러리(3)의 선단부에서 조금 노출되면서 캐필러리(3)의 중심을 통해서 나온다.
혼(1)으로부터의 진동은 본딩표면(5)에 대해서 평행하게 캐필러리(3)를 움직여서 와이어(4)를 본딩표면(5)에 본딩시킨다. 캐필러리(3)는, 혼(1)에 뚫린 압입 끼워맞춤구멍을 사용해서 유지되고 있다. 캐필러리볼트(6)는 압입끼워맞춤구멍의 그립을 단단히 조여서 캐필러리(3)를 견고하게 유지하기 위하여 사용된다. 혼(1)은 플랜지(7)에 의해 지지되고 있다.
진동의 적당한 전달을 위하여, 작동기(2)의 구동진동수와 혼(1)의 축방향의 1차고유진동모드의 진동수가 매치되고 있지 않으면 안된다. 그 때문에, 작동기(2)는 혼(1)의 축방향의 1차고유진동모드의 진동수에 매치한 전기펄스에 의해 구동된다. 이 전기펄스는, 작동기(2)를 팽창 및 수축시킴으로써, 전기신호의 진동수로 진동을 발생시킨다. 플랜지(7)는, 혼의 축방향의 1차 고유진동모드에 관해서 절점 즉 무진동점에 위치하고 있다. 이것은 진동에너지가 혼지지부(8)에 거의 들어가지 않는 것을 확실히 한다.
초음파와이어본딩장치에서는, 제3도에 볼 수 있는 바와 같이, 혼(1)은 혼지지부(8)에 의해 유지되고 있는 동시에, 슬아이드축(11a)의 안내에 의해 상하방향으로 직선적인 미끄럼이동이 가능한 2개의 리니어슬라이더(11)에 의해서 본딩헤드(장치지지부)(10)에 의해서 상하방향으로 이동하도록 되어 있다. 따라서, 혼지지부(8)는, 전기구동식 리니어작동기(9)에 의해 본딩표면에 대하여 수직방향(Z축)으로 슬라이드하게 된다. 리니어작동기(9)는, Z축을 따라서 혼(1)의 위치를 정확히 설정하는 동시에 와이어(4)의 본딩에 요하는 캐필러리(3)의 끝에 필요한 본딩력을 부여하고, 전기적으로 구동되는 리니어작동기이다. 혼지지부(8)와 본딩헤드(10)의 사이에 있는 스프링(12)은 혼지지부(8)를 소정의 위치에 유지하기 위하여 사용된다. 이 스프링(12)에 의해, 혼지지부(8)에 작용하는 중력의 영향이 경감되기 때문에, 구동용량의 작동기에 의해 정확한 위치제어가 가능하게 된다.
와이어(4)의 제1단부는, 반도체칩 등의 본딩표면(5)에 본딩된다. 그후, 와이어본딩장치는 접속을 완료하기 위하여 다른 위치로 이동한다. 와이어(4)의 다른 하나의 단부는, 집적회로패키지 또는 프린트회로판 등의 제2본딩표면(13)에 본딩된다. 프린트회로판의 본딩표면(13)은, 통상 그에 부속한 몇 개의 전자부품(14)이 있기 때문에, 혼(1)과 본딩표면(13)의 사이에 클리어런스가 필요하다. 와이어(4)의 접속이 일단 완료하면, 와이어클램프(15)가 폐쇄되어 와이어(4)를 견고하게 유지한다. 그후, 혼(1)은 위로 슬라이드하고, 와이어(4)와 본딩표면(13)에 남는 와이어 사이의 접속을 절단한다.
와이어본딩장치가 새로운 접속을 행하기 위하여 이동할 때, 캐필러리(3)의 선단부에 와이어(4)가 약간 노출해서 남는다. 스파크토치(16)를 사용해서 와이어(4)의 선단부를 용융함으로써 와이어(4)의 선단부에 볼을 형성시킨다. 상기 스파크토치(16)는, 토치(17)의 선단부로부터 와이어에 전기스파트를 발생시키는 것이다. 혼(1)의 위치는, 2개의 본딩표면의 사이의 새로운 접속을 행할 수 있도록 설정되고, 클램프(15)는, 와이어(4)를 캐필러리(3)의 속에 흐르게 하기 위하여 개방된다.
와이어본딩장치는, 상기한 제5도와 같이 구성되어 있고, 본딩표면(5),(13)상의 임의의 위치에 와이어를 본딩하기 위하여, 모든 방향(x-y-z)으로 움직일 수 있다.
와이어(4)는 제4도에 볼 수 있는 바와 같은 와이어스풀(19)로부터 필요량의 와이어(4)를 공급하는 와이어피더(18)를 사용해서 공급된다. 와이어(4)는, 와이어포지셔너(20)를 사용해서 캐필러리(3)의 속을 곧바로 와이어(4)가 보내지도록 위치결정된다. 와이어텐셔너(21)를 사용해서 와이어(4)의 장력이 유지된다. 와이어피드센서(도시생략)는, 필요량의 와이어(4)가 와이어본딩장치에 공급되는 것을 확실하게 한다.
본딩표면(13)은, 와이어(4)의 양호한 본딩을 확실하게 하기 위하여 뜨겁게 하지 않으면 안된다. 가열대(22)는, 본딩표면(13)을 가열하기 위하여 사용된다. 가열대(22)로부터의 열은, 또, 열에 의해 성능에 악영향을 받는 작동기(2)를 가열한다. 가열대(22)로부터 작동기(2)를 절연하기 위하여 더멀시일드(23)가 사용된다. 작동기(2)나 혼(1)에 차가운 공기를 불어 내서, 그것들을 차갑게 유지하고, 어떠한 열의 영향도 감소시키기 위하여 쿨링파이프(24)도 사용된다. 쿨링파이프(24)는, 또, 비디오카메라(25)에 의해 볼 수 있는 물체의 화상에 악영향을 초래하는 열적분산을 감소시킨다.
와이어본딩장치의 세밀한 위치정하기는 컴퓨터화상시스템을 사용하고, 본딩표면(13)에 마크를 붙이고, 보드의 위치를 정확히 구함으로서 완수할 수 있다. 보드상의 마크를 보기 위하여 비디오카메라(25)가 사용된다. 비디오카메라(25)는 카메라지지부(26)를 사용해서, 본딩헤드(10)의 측면에 고정되어 있다. 전기램프(27)를 사용하여, 보드의 본딩표면(13)을 적당히 비추어서, 포지셔닝마커의 밝은 시야를 얻는다.
[실시예 2]
제2도는 실시예 2에 관한 초음파와이어본딩장치의 혼(1)과 커플링(53) 및 짧은 캐필러리(52)주위의 외관을 표시한다. 제7도는 실시예 2의 초음파와이어본딩장치의 전체구성을 표시한다. 이 이외의 상세한 구성은 상기한 실시예 1과 동일하기 때문에 도시를 생략한다.
제7도에 표시한 바와 같이, 본딩헤드(10)가 리니어로봇(51)에 의해 XY이동이 가능하게 설치되어 있고, 이 본딩헤드(10)에 상기와 같이, 혼(1)이 고정된혼지지부(8)가 상하방향(Z방향)으로 이동가능하게 장비되어 있다.
제2도에 볼 수 있는 바와 같이, 혼(1)은 플랜지(7)에 의해서 혼지지부(8)에 고정되어 있다. 혼(1)의 끝의 관통구멍에 삽입되어 있는 커플링(53)의 후단부가 볼트(55)에 의해서 고정되고, 이 커플링(53)의 끝에 캐필러리(52)가 볼트(54)에 의해서 고정되고 있다. 볼트(55)를 느슨하게 하면 커플링(53)의 돌출량을 조정할 수 있고, 볼트(54)를 느슨하게 하면, 캐필러리(52)만의 교환을 할 수 있다.
혼(1)은 혼재질속을 혼축방향의 1차고유진동수로 전달되는 진동파의 1/2파장에 상당하는 길이를 가진 소형혼이고, 또, 플랜지(7)는 혼(1)의 축방향의 1차고유진동모드의 절점의 위치에 있다.
리니어로봇(51)에 의해서 본딩헤드(10)를 수평방향(XY방향)에 있어서의 소망의 위치까지 이동시키고, 본딩헤드(10)의 작동기에 의해 혼지지부(8)를 아래로 이동시키고, 제8도에 볼 수 있는 바와 같이, 혼(1)의 끝의 캐필러리(52)를 하강시켜서 반도체칩 등의 본딩표면(5)에 와이어(4)의 선단부를 미소압에 의해서 접촉시킨다. 작동기(2)의 진동을 혼(1)을 개재해서 캐필러리(52)의 선단부에서 약5㎛정도의 진동을 부여하면서, 반도체칩의 본딩표면(5)과 배선판 등의 본딩표면(13)을 와이어(4)에 의해서 본딩한다. 커플링(53)이 있기 때문에, 반도체칩보다 높은 전자부품(14)이 있어도 본딩을 할 수 있다.
[실시예 3]
제6도는 실시예 3에 관한 초음파와이어본딩장치의 혼(1)과 종래보다 긴 캐필러리(3)주위의 외관을 표시한다. 제5도는 실시예 3의 초음파와이어본딩장치의 전체구성을 표시한다. 캐필러리(3)이외의 상세한 구성은 상기한 실시예 1과 동일 하기 때문에 도시를 생략한다. 즉, 실시예 3의 초음파와이어본딩장치는, 캐필러리(3)가 3/4인치라는 특정한 치수인 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 구성이기 때문에 간단히 설명해둔다.
제5도에 표시한 바와 같이, 본딩헤드(10)가 리니어로봇(51)에 의해 XY이동이 가능하게 설치되어 있고, 이 본딩헤드(10)에 상기와 같이, 혼(1)이 고정된 혼지지부(8)가 상하방향(Z방향)으로 이동가능하게 장비되어 있다.
제6도에 볼 수 있는 바와 같이, 혼(1)은 플랜지(7)에 의해서 혼지지부(8)에 고정되어 있다. 혼(1)은 선단부에는 3/4인치의 캐필러리(3)가 볼트(나사)(6)에 의해서 고정되어 있는 것이다. 볼트(6)를 느슨하게 하면 캐필러리의 교환을 할 수 있다.
혼(1)은 혼재질속을 혼축방향의 1차고유진동수로 전달되는 진동파의 1/2파장에 상당하는 길이를 가진 소형혼이고, 또, 플랜지(7)는 혼(1)의 축방향의 1차고유진동모드의 절점의 위치에 있다.
리니어로봇(51)에 의해서 본딩헤드(10)를 수평방향(XY방향)에 있어서의 소망의 위치까지 이동시키고, 본딩헤드(10)의 작동기에 의해 혼지지부(8)를 아래로 이동시키고, 제6도에 볼 수 있는 바와 같이, 혼(1)의 끝의 캐필러리(3)를 하강시켜서 반도체칩 등의 본딩표면(5)에 와이어(4)의 선단부를 미소압에 의해서 접촉시킨다. 작동기(2)의 진동을 혼(1)을 개재해서 캐필러리(3)의 선단부에서 약 5㎛정도의 진동을 부여하면서, 반도체칩의 본딩표면(5)과 배선판 등의 본딩표면(13)을 와이어(4)에 의해서 본딩한다. 캐필러리(3)을 사용하기 때문에, 반도체칩보다 높은 전자부품(14)이 탑재되어 있어도 본딩을 할 수 있다.
본 발명의 초음파와이어본딩장치에서는 본딩표면과 혼과의 사이에 충분한 클리어런스가 확보되고, 와이어본딩장치가 가열대의 위쪽에서 방해되지 않고 작동할수 있기 때문에, 작업면적의 증가가 도모되는 데다가, 컴포넌트를 가진 보드에 와이어를 본딩할 수 있게 되고, 또한, 긴 혼이 불필요하므로, 그 결과, 혼의 진동에 요하는 파워가 작아도 되는 동시에 공작물을 얹는 가열대에 의한 열팽창의 문제도 적어진다.
종래보다 긴 캐필러리의 길이가 3/4인치의 경우는 강도, 진동, 공작물과의 클리어런스가 적절하다는 이점이 있다.
커플링이 혼에 상하방향의 높이조절이 가능하게 장착되어 있는 경우, 커플링의 돌출량을 조정하고, 이에 의해, 캐필러리선단부의 진동진폭의 조정이 혼구조의 변경없이 가능하게 된다.
캐필러리가 커플링에 착탈가능한 경우, 커플링의 교환을 하지 않고도 캐필러리를 교환할 수 있다.
혼에 초음파진동을 일으키는 수단이 전기구동식 작동기인 경우에는, 기계적 내부손실이 작기 때문에 입출력비가 크고, 저발열이고 고진폭이 얻어지고, 여러 가지 형상으로 가공하기 쉽다는 이점이 있다.
혼이 끝이 가늘어진 테이퍼형상이면 와이어의 선단부에 충분한 초음파진동을 전달할 수 있다는 이점이 있다.
혼이 혼재질속을 혼축방향의 1차고유진동수로 전달되는 진동파의 대략 1/2파장에 상당하는 길이인 경우, 소형의 혼으로 충분한 초음파진동을 전달할 수 있다는 이점이 있다.
혼이 그축방향의 1차고유진동모드의 절점의 위치에 혼지지용 플랜지를 가지고 있는 경우, 진동에너지를 상실하는 일없이 초음파진동을 캐필러리에 전달할 수 있다는 이점이 있다.
혼을 장착한 혼지지부가 슬라이드축의 안내에 의해 상하방향으로 직선적인 미끄럼이동이 가능한 슬라이더에 의해서 상하방향으로의 이동이 가능하게 되어 있는 경우, 와이어의 세밀한 위치정하기를 위하여 상하로 이동하면서 본딩 표면에 대해서 캐필러리를 항상 수직으로 유지할 수 있기 때문에, 적절한 본딩을 확실히 행할수 있다는 이점이 있다.
혼지지부가 전기구동식 작동기(리니어작동기)에 의해 상하방향으로 직선이동 시키는 구성의 경우, 캐필러리와 공작물이 항상 수직이고 적절한 본딩을 확실히 행할 수 있는 이점이 있다.
혼지지부가 위쪽으로부터 스프링에 의해서 매달려서 지지되고 있으면, 이 스프링에 의해, 전기구동식 작동기의 구동에 따른 충격을 경감하는 동시에 혼지지부에작용하는 중력의 영향을 경감시킬 수 있는 이점이 있다.
혼이 혼지지부보다 아래쪽에 위치하고 있는 경우, 혼지지부가 공작물에 접촉할 염려가 보다 적다는 이점이 있다.

Claims (13)

  1. 초음파진동인가용 혼(1)과, 혼(1)의 끝에 위치해서 와이어를 유지하는 캐필러리(3)를 구비하고, 상기 혼으로부터의 초음파진동이 캐필러리에 통과된 와이어(4)선단부에 전달되어 전자부품(14)이 부착된 본딩표면에 대한 상기 와이어(4)의 본딩이 행해지도록 되어 있는 초음파와이어본딩장치에 있어서, 상기 캐필러리(3)가 혼(1)의 끝에 직접 지지되고 있고, 상기 혼과 본딩표면과의 사이에 상기 혼(1)의 선단부와 전자부품(14)이 접촉하지 않는 간격을 유지할 수 있는 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  2. 제1항에 있어서, 캐필러리(3)의 길이가 3/4인치인 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  3. 초음파진동인가용 혼(1)과, 혼(1)의 끝에 위치해서 와이어(4)를 유지하는 캐필러리(52)를 구비하고, 상기 혼으로부터의 초음파진동이 캐필러리(52)에 통과된 와이어(4)선단부에 전달되어 전자부품(14)이 부착된 본딩표면에 대한 상기 와이어(4)의 본딩이 행해지도록 되어 있는 초음파와이어본딩장치에 있어서, 상기 캐필러리(52)가 짧은 것이고 커플링(53)을 개재해서 혼(1)의 끝에 직접 지지되고 있고, 이 커플링(53)과 캐필러리(52)의 합한 길이가 상기 혼(1)과 본딩표면(5)과의 사이에 상기 혼(1)의 선단부와 전자부품(14)이 접촉하지 않는 간격을 유지할 수 있는 길이가 되고 있는 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  4. 제3항에 있어서, 캐필러리(52)가 커플링(53)에 착탈가능하게 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  5. 제3항에 있어서, 혼(1)의 끝에 관통구멍이 형성되어 있고, 이 관통구멍에 커플링(53)의 후단부가 삽입되어 착탈가능하게 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  6. 제1항에 있어서, 혼(1)의 초음파진동을 발생하는 수단이 전왜형진동자 또는 자왜형진동자인 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  7. 제1항에 있어서, 혼(1)에 있어서의 캐필러리(3또는52)를 지지하는 끝을 포함한 부분이 끝이 가늘어진 테이퍼형상으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  8. 제1항에 있어서, 혼(1)이 혼(1)재질속을 혼(1)축방향의 1차고유진동수로 전달되는 진동파의 1/2파장에 상당하는 길이를 가진 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  9. 제1항에 있어서, 혼(1)이 혼(1)축방향의 1차고유진동모드이 절점의 위치에 있어서 플랜지(7)에 의해 혼지지부(8)에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  10. 제1항에 있어서, 혼(1)을 장착한 혼지지부(8)가 슬라이드축의 안내에 의해 상하방향으로 직선적인 미끄럼이동이 가능한 슬라이더(11)에 의해서 상항방향으로의 이동이 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  11. 제10항에 있어서, 혼지지부(8)가 전기구동식 작동기(2)에 의해 상하방향의 이동을 행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  12. 제11항에 있어서, 혼지지부(8)가 위쪽으로부터 스프링(12)에 의해서 매달려서 지지되고 있고, 이 스프링(12)에 의해, 전기구동식 작동기(2)의 구동에 따른 충격이 경감되는 동시에 혼지지부(8)에 작용하는 중력의 영향이 경감되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
  13. 제10항~제12항의 어느 한 항에 있어서, 혼(1)이 혼지지부(8)의 아래쪽에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 초음파와이어본딩장치.
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Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3347621B2 (ja) * 1996-11-29 2002-11-20 株式会社新川 ボンディング装置
US6102275A (en) * 1998-07-10 2000-08-15 Palomar Technologies, Inc. Bond head having dual axes of motion
JP2000235994A (ja) * 1999-02-15 2000-08-29 Shinkawa Ltd ワイヤボンディング装置
JP3704253B2 (ja) * 1999-05-28 2005-10-12 株式会社新川 ボンディング装置の超音波トランスデューサ及びその製造方法
DE10133885A1 (de) * 2000-07-21 2002-03-21 Esec Trading Sa Vorrichtung zur Herstellung von Drahtverbindungen
WO2002028590A1 (de) * 2000-10-06 2002-04-11 Pac Tech - Packaging Technologies Gmbh Vorrichtung zur positionierung eines werkzeuges gegenüber einem werkstück
DE10101236A1 (de) * 2001-01-12 2002-07-25 Schunk Ultraschalltechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Leitern
US7159751B2 (en) * 2003-06-06 2007-01-09 Esec Trading Sa Wire bonder
JP2006093636A (ja) * 2004-08-27 2006-04-06 Fujitsu Ltd 半導体チップの接合方法および接合装置
JP2007214342A (ja) * 2006-02-09 2007-08-23 Shinkawa Ltd ワイヤボンディング装置のキャピラリ接地位置データ設定方法
CN100414679C (zh) * 2006-04-12 2008-08-27 中南大学 热超声倒装芯片键合机
US8129220B2 (en) 2009-08-24 2012-03-06 Hong Kong Polytechnic University Method and system for bonding electrical devices using an electrically conductive adhesive
TWI506710B (zh) * 2009-09-09 2015-11-01 Renesas Electronics Corp 半導體裝置之製造方法
CH708278A1 (de) 2013-07-08 2015-01-15 Besi Switzerland Ag Vorrichtung zum Auftragen und Verteilen von Lot auf einem Substrat.
CN103521423B (zh) * 2013-09-29 2016-01-20 天津大学 用于集成电路热超声键合设备的高频压电超声换能器
CN105895543B (zh) * 2014-12-01 2019-09-13 恩智浦美国有限公司 接合引线进给系统及其方法
DE102015120824A1 (de) * 2015-12-01 2017-06-01 Hesse Gmbh Betriebsverfahren für einen Ultraschalldrahtbonder
US11717912B2 (en) * 2019-03-18 2023-08-08 Shinkawa Ltd. Capillary guide device and wire bonding apparatus

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU965674A1 (ru) * 1980-12-12 1982-10-15 Белорусский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии Устройство дл ультразвуковой сварки
SU1248742A1 (ru) * 1985-01-10 1986-08-07 Предприятие П/Я Р-6495 Ультразвуковое устройство дл микросварки
US4893742A (en) * 1988-12-21 1990-01-16 Hughes Aircraft Company Ultrasonic laser soldering
JP2527399B2 (ja) * 1992-09-29 1996-08-21 完テクノソニックス株式会社 ワイヤ―・ボンダ―・システム
JP3128715B2 (ja) * 1992-12-24 2001-01-29 株式会社新川 ボンデイング装置

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JPH07221141A (ja) 1995-08-18
CN1111035A (zh) 1995-11-01
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KR950026329A (ko) 1995-09-18

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