KR100261501B1 - 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법 - Google Patents

Abstract

본딩하중조절을 위한 접촉감지방법을 개시한다. 개시된 본딩하중조절을 위한 접촉감지방법은, 고정프레임과 가동부재가 설치된 보이스코일모터와, 상기 보이스코일모터의 중심부에 설치된 공구부재와, 상기 공구부재의 일 측으로 설치되어 기본하중이 부여된 탄성부재와, 이 탄성부재의 탄성력을 조절하는 조절수단과, 상기 탄성부재의 움직임을 감지하는 간극감지센서를 포함하여 된 본딩 접촉감지장치를 이용하여 접촉감지하중을 설정하는 제 1단계와; 상기 고정프레임을 하강시켜 상기 공구부재에 접촉시켜 감지하고자 하는 대상물에 접촉시키는 제 2단계와; 상기 제 2단계에 의해 발생되는 접촉력이 상기 제 1 단계의 접촉감지하중을 초과하는 순간 상기 탄성부재의 일단부가 들어 올려지게 하는 제 3단계와; 들려 올려진 상기 탄성부재가 상기 간극감지센서에 보다 근접되면서 출력값이 변화되게 하는 제 4단계와; 변화된 상기 출력값을 인지하는 출력값 인지수단을 이용하여 상기 대상물이 접촉된지의 여부를 판단하는 제 5단계; 상기 보이스코일모터에 전류를 인가하여 본딩하중을 설정하는 제 6단계;를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다. 이는 다양한 접촉하중에 대하여 각각의 접촉을 확인해야 하는 경우에 미리 프로그램된 하중값에 해당하는 전류를 인가하면 일정한 접촉하중 상태의 접촉을 감지할 수 있다.

Description

본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법

본 발명은 본딩에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본딩 접촉감지장치를 이용한 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법에 관 것이다.

반도체 조립공정에는 리드 프레임에 놓여진 반도체칩과 그 리드 프레임의 각 리드를 전기적으로 연결시켜 주기 위한 와이어본딩 공정, 다이본딩, 및 테이프 자동 본딩공정이 마련된다. 이러한 본딩공정을 수행할 때 부품의 접착력을 좋게 하고, 원하는 품질의 접착면을 얻기 위해서는 적절한 하중으로 가압 되어야 한다. 이때 가압 되는 하중을 본딩하중(Bonding Force)이라 하며, 부품의 크기, 접착면의 종류 등에 따라 본딩하중을 달리 해야한다. 여기서 접촉을 감지하는 방식은 정확한 본딩하중을 작용시키기 위한 선결조건이다.

접촉을 감지하기 위한 하중은 운동 모우멘트가 포함된 것이므로 접촉하중이 본딩하중을 초과하는 경우에는 원하는 본딩하중 이상의 하중이 순간적으로 작용하게 된다. 다이본딩 기계 또는 이형 부품삽입기의 본딩헤드와 같이 하중을 가하여 다른 물체간의 연결을 이루고자하는 경우에 있어서, 하중을 정밀하게 제어할 필요가 있으며, 정확한 접촉순간을 감지하는 용도로 이와 동일한 구조 및 원리를 적용할 수 있다.

이와 같이 일정한 하중을 가하면서 접촉순간을 감지하기 위해서는 스프링과, 스위치를 이용하는 방식과, 변위센서를 이용하여 소프트웨어적으로 일정 시간 동안의 변위를 측정하여 접촉을 판별하는 것으로 대별된다. 이러한 스프링과 스위치를 이용하면, 스프링의 압축량 또는 스프링의 인장량에 비례하는 즉, 스프링의 변위에 비례하는 하중을 얻을 수 있다. 공구부재가 접촉면에 접촉되면 변위에 비례하는 스프링 하중이 작용하고 일정 변위 이상에서 스위치가 작동되어 접촉을 감지하게 된다. 그리고, 변위센서를 사용하는 방식은 일정한 하중을 가해주는 장치 예를 들어, 보이스코일모터로 하중을 가해주되 변위센서를 사용하여 변위량을 측정하고 일정한 변위량 이상이 발생하지 않으면 접촉되는 것으로 판단한다.

상술한 바와 같이, 스프링과 스위치를 사용하여 접촉을 판단하는 방식의 종래의 기술에 따른 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법은 그 구조가 비교적 간단하지만, 상기 스프링의 변위가 하중에 정확히 비례한다는 스프링의 선형성을 기본 전제로 한다. 그런데, 실제의 스프링에서는 비선형성이 존재하므로 접촉하중을 정확히 제어할 수 없다. 또한, 스위치의 반복 정밀도가 높지 않으므로 정밀한 제어가 어렵다. 변위센서를 사용하여 본딩하중을 제어하는 방식은 소프트웨어적인 판단시간이 필요하므로 본딩하중을 감지하는데 있어서, 감지시간이 소요된다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 미리 프로그램된 본딩하중으로 정확히 제어할 수 있으며, 감지하는데 소요되는 시간 손실없이 정확한 접촉 순간을 감지할 수 있는 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법에 이용되는 본딩 접촉감지장치의 개략적인 도면,

도 2는 도 1의 본딩 접촉감지장치의 실시 예를 나타낸 도면이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

11. 메인프레임 12a. 고정프레임

12b. 가동부재 12. 보이스코일모터

13. 공구부재 14. 스토퍼

15. 판스프링부재 16. 간극감지센서

17. 하중 조절 수단 18. 가압부재

21. 회로기판 22. 대상물

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법은, 고정프레임과 가동부재가 설치된 보이스코일모터와, 상기 보이스코일모터의 중심부에 설치된 공구부재와, 상기 공구부재의 일 측으로 설치되어 기본하중이 부여된 탄성부재와, 이 탄성부재의 탄성력을 조절하는 조절수단과, 상기 탄성부재의 움직임을 감지하는 간극감지센서를 포함하여 된 본딩 접촉감지장치를 이용하여 접촉감지하중을 설정하는 제 1단계와; 상기 고정프레임을 하강시켜 상기 공구부재에 접촉시켜 감지하고자 하는 대상물에 접촉시키는 제 2단계와; 상기 제 2단계에 의해 발생되는 접촉력이 상기 제 1 단계의 접촉감지하중을 초과하는 순간 상기 탄성부재의 일단부가 들어 올려지게 하는 제 3단계와; 들려 올려진 상기 탄성부재가 상기 간극감지센서에 보다 근접되면서 출력값이 변화되게 하는 제 4단계와; 변화된 상기 출력값을 인지하는 출력값 인지수단을 이용하여 상기 대상물이 접촉된지의 여부를 판단하는 제 5단계; 상기 보이스코일모터에 전류를 인가하여 본딩하중을 설정하는 제 6단계;를 포함하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제 1단계의 접촉감지하중은 상기 탄성부재의 기본 하중에서 상기 가동부재의 작용력을 뺀 나머지의 하중으로 되며, 상기 가동부재의 작용력은, 상기 보이스코일모터에 인가되는 전류의 양으로 결정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 제 2단계에서 상기 대상물을 상승시켜 상기 공구부재에 접촉시켜 감지시키며, 상기 대상물의 접촉으로 상기 대상물의 높이를 측정하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참조로 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법에 이용되는 본딩 접촉감지장치가 개략적으로 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법에 이용되는 본딩 접촉감지장치(10)는, 메인프레임(11)의 하측 단부에 고정 설치되는 고정프레임(12a)과, 이 고정프레임(12a)의 내측 개구부에는 보빈에 코일이 권선되어 설치된다. 그리고 상기 고정프레임(12a)의 하측으로 가동부재(12b)가 포함되어 이루어진 보이스코일모터(12)와, 상기 보이스코일모터(12)의 중심부에 관통되게 설치되고 기본본딩하중이 걸려있는 공구부재(13)가 각각 설치된다.

상기 공구부재(13)가 소정의 위치에서 멈추어 고정될 수 있도록 이 공구부재(13)를 고정시키는 스토퍼(14)가 프레임(11)의 일 측에 설치된다. 그리고 고정된 기본하중을 부가하는 판스프링부재(15)와, 상기 판스프링부재(15)의 반대 방향 즉, 상측으로의 움직임을 감지할 수 있는 간극감지센서(Gap Sensor)(16)가 상기 프레임(11)의 일 측 단부에 설치된다. 또한, 상기 판스프링부재(15)의 상측으로 이 판스프링부재(15)의 기본하중을 조절하는 하중조절수단(17)이 설치되어 있으며, 상기 하중조절수단(17)이 전, 후진하면서 상기 판스프링부재(15)를 하측으로 누르는 가압부재(18)가 이 하중조절수단(17)에 지지되어 있다.

이와 같이 구성된 본딩 접촉감지장치(10)가 실제 이용되는 실시 예가 도 2에 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 본딩 접촉감지장치(10)의 공구부재(13)가 회로기판(21) 상의 대상물(22)에 접촉할 수 있도록 승강 가능하도록 설치한다. 마찬가지 방법으로, 상기 대상물(22) 예를 들면, 반도체칩이 상기 공구부재(13)에 접촉될 수 있도록 상기 회로기판(21)이 승강 가능하도록 승강부재(23) 상에 설치한다. 상기 승강부재(23)는 고정부재(24) 상에 설치된다.

이와 같은 구성을 가지며 설치되는 본딩 접촉감지장치(10)를 이용하여 본 발명에 따른 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법을 상술하면 다음과 같다.

상기 본딩 접촉감지장치(10)를 이용하여 접촉감지하중을 설정한다. 상기 접촉감지하중은 상기 판스프링부재(15)의 기본하중에서 상기 가동부재(12b)의 작용력을 뺀 나머지의 하중으로 하며, 상기 가동부재(12b)의 작용력은, 상기 보이스코일모터(12)에 인가되는 전류의 양으로 결정된다. 이때, 상기 고정프레임(12a)을 하강시켜 상기 공구부재(13)에 접촉시켜 감지하고자 하는 대상물(22)에 접촉시킨다. 이와 반대로, 상기 대상물(22)을 상승시켜 상기 공구부재(13)에 접촉시켜 감지시키는 것도 가능하다.

그리고, 상기 공구부재(13)가 대상물(22)을 접촉하거나, 이 대상물(22)이 상승되어 상기 공구부재(13)에 접촉되어서 발생되는 접촉력이 그 접촉감지하중을 초과하는 순간 상기 판스프링부재(15)의 일 단부가 들어 올려지게 된다. 이렇게 들려 올려진 상기 판스프링부재(15)가 상기 간극감지센서(16)에 보다 근접되면서 출력값이 변화되며, 이와 같이 변화된 상기 출력값을 인지하는 출력값 인지수단(미도시)을 이용하여 상기 공구부재(13)가 접촉된지의 여부를 판단한다. 그리고, 상기 본딩 접촉감지장치(10)의 상기 보이스코일모터(12)에 미리 프로그램된 본딩 하중값으로 전류를 인가한다.

상술한 바와 같은 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법을 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

상술한 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법은, 상기 대상물(22) 조립공정 중에서 이 대상물(22)을 회로기판(21)에 본딩하는 본더의 접촉감지에 응용된다. 이는 미리 프로그램된 본딩하중으로 정확히 제어하며, 시간의 손실없이 정확한 접촉순간을 감지한다. 상기 보이스코일모터(12)를 이용하여 하중제어 정밀도를 높이되, 상기 판스프링부재(15)로 고정된 기본하중을 부가하므로 써, 작은 용량의 보이스코일모터(12)로서, 큰 접촉하중(Touch Force)을 발휘할 수 있도록 한다.

그리고 상기 판스프링부재(15)는 초기 변형량을 조절하므로서 일정한 크기의 기본 본딩하중(Fbｏ)을 상기 공구부재(13)에 가하고 있다. 이 공구부재(13)에 부착된 구동력(Fv)을 상기 보이스코일모터(12)의 가동부재(12b)에 전류를 인가하되 기본 본딩하중(Fbｏ)과 같은 방향으로 구동력(Fv)을 작용시키면, 총 본딩하중(Fb)은, Fb = Fbｏ + Fv가 되어 최대값이 된다.

반면에, 전류의 방향을 반대로 하면 다시 말해, 이 공구부재(13)에 부착된 구동력(Fv)을 상기 보이스코일모터(12)의 가동부재(12b)에 전류의 인가를 기본 본딩하중(Fbｏ)과 반대 방향으로 구동력(Fv)을 작용시키면, 총 본딩하중(Fb)은, Fb = Fbｏ - Fv가 되어 최소값이 된다.

만일, 기본 본딩하중(Fbｏ)을 상기 보이스코일모터(12)의 구동력(Fv)과 같아지도록 조절된다면, 최대 본딩하중(Fb)은, Fb = Fv + Fv = 2Fv가 되며, 최소 본딩하중(Fb)은, Fb = Fv - Fv = 0이 된다. 따라서, 이 경우 본딩하중은 0(Zero)부터 2Fv 사이에서 조절 가능하며, 그 크기는 상기 보이스코일모터(12)에 인가되는 전류에 비례하는 값이 된다.

그리고, 상기 간극감지센서(16)는 특정 위치에서 변위를 감지할 수 있는 스위치 또는 광센서 등으로 대치할 수 있으며, 상기 하중조절부재를 이용하여 상기 판스프링부재(15)에 걸린 기본하중을 조절하여 하중의 범위를 조절한다. 따라서, 상기 판스프링부재(15)의 작용력이 중간값이 되게 하고, 소형의 상기 보이스코일모터(12)를 채용하여, 이 보이스코일모터(12)의 용량보다 큰 하중을 발생시킨다.

이와 같은 하중의 발생은 모든 부품이 고정된 위치에서 이루어지고, 작용하중과 동등하거나 초과하는 반작용력이 발생하는 순간에는 부품들이 움직이게 된다. 이 움직임이 상기 간극감지센서(16)에 의해 감지되므로 더 이상의 하중이 작용하는 것을 막아주면서 정확한 접촉 순간을 감지한다. 또한, 최소하중을 0(Zero)으로 하면, 무하중 상태의 접촉 감지가 가능하고, 본딩면의 높이 측정 기능으로 사용이 가능하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째; 보이스코일모터(12)의 정확한 하중제어 특성을 발휘하면서, 소용량으로도 큰 하중을 발휘할 수 있는 하중발생장치를 이용하여 정확한 접촉순간을 감지할 수 있다.

둘째; 상기 보이스코일모터(12)는 하중 제어에만 사용되고, 위치제어와 하중제어를 분리하므로서 제어가 보다 간단해 진다.

셋째; 다양한 접촉 하중에 대하여 각각의 접촉을 확인해야 하는 경우에 미리 프로그램된 하중값에 해당하는 전류를 인가하면 일정한 접촉 하중상태의 접촉을 감지할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 고정프레임과 가동부재가 설치된 보이스코일모터와, 상기 보이스코일모터의 중심부에 설치된 공구부재와, 상기 공구부재의 일 측으로 설치되어 기본하중이 부여된 탄성부재와, 이 탄성부재의 탄성력을 조절하는 조절수단과, 상기 탄성부재의 움직임을 감지하는 간극감지센서를 포함하여 된 본딩 접촉감지장치를 이용하여 접촉감지하중을 설정하는 제 1단계와;

   상기 고정프레임을 하강시켜 상기 공구부재에 접촉시켜 감지하고자 하는 대상물에 접촉시키는 제 2단계와;

   상기 제 2단계에 의해 발생되는 접촉력이 상기 제 1 단계의 접촉감지하중을 초과하는 순간 상기 탄성부재의 일단부가 들어 올려지게 하는 제 3단계와;

   들려 올려진 상기 탄성부재가 상기 간극감지센서에 보다 근접되면서 출력값이 변화되게 하는 제 4단계와;

   변화된 상기 출력값을 인지하는 출력값 인지수단을 이용하여 상기 대상물이 접촉된지의 여부를 판단하는 제 5단계;

   상기 보이스코일모터에 전류를 인가하여 본딩하중을 설정하는 제 6단계;를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1단계의 접촉감지하중은 상기 탄성부재의 기본하중에서 상기 가동부재의 작용력을 뺀 나머지의 하중으로 되는 것을 특징으로 하는 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 가동부재의 작용력은, 상기 보이스코일모터에 인가되는 전류의 양으로 결정되는 것을 특징으로 하는 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2단계에서 상기 대상물을 상승시켜 상기 공구부재에 접촉시켜 감지시키는 것을 특징으로 하는 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제 2단계에서 상기 대상물의 접촉으로 상기 대상물의 높이를 측정하는 것을 특징으로 하는 본딩하중 조절을 위한 접촉감지방법.

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