KR100318450B1 - 와이어본더장비의z축구동장치및z축위치제어방법 - Google Patents

Abstract

1.청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

와이어본더 장비의 Z축 구동장치 및 Z축 위치제어방법.

2. 발명이 해결하고자 하는 기술적 요지

본 발명은 회전운동을 직선운동으로 변환하는 장치나 편심캠 어셈블리의 필요없이 이동 블록을 직선운동 모터와 직접 연결하므로써 구성을 간단히 하고 Z축의 정확한 위치검출을 이룰 수 있는 와이어 본더 장비의 Z축 구동장치 및 Z축 위치제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 인가되는 전원에 의해 유도 기전력을 발생시켜 상하직진구동하는 수단; 상기 상하직진구동수단의 일단부에 장착되어 연동하는 이동 블록; 상기 이동블록의 일단부에 연결되며, 그 선단부에 와이어를 패드상에 접속하는 캐필러리가 구비된 와이어 클램프; 상기 본딩헤드의 이동블록과 와이어 클램프가 서로 반대방향으로 회동할 수 있도록 회동위치의 중심이 되어 상하직진구동수단의 직진구동력을 회동력으로 변환하는 힌지수단; 및 상기 힌지수단의 힌지점을 중심으로 한 상하직진구동수단의 위치와 캐필러리 끝단의 거리를 연산하여 얻은 Z축 좌표로서 캐필러리의 Z축위치를 제어하는 수단을 포함하는 와이어본더 장비의 Z축 구동장치를 제공한다.

4. 발명의 중요한 용도

와이어와 패드간을 접속하는 캐필러리의 Z축위치에 대한 정밀도를 향상시키기 위한 것임.

Description

와이어본더 장비의 Z축 구동장치 및 Z축 위치제어방법.{Operation apparatus and position controlling method of z axis of wirebonder}

본 발명은 반도체 패키지 조립공정을 수행하는 와이어 본딩장치에서, 본딩위치로 이송된 본딩헤드가 본딩작업을 수행하도록 캐필러리를 Z축으로 구동시키는 Z축 구동장치 및 Z축 위치제어방법에 관한 것으로, 특히 캐필러리의 Z축의 위치를 정밀 제어하며, Z축 이동 어셈블리를 각 모듈별로 최적화하여 조립세팅을 간단히 할 수 있는 와이어본더 장비의 Z축 구동장치 및 Z축 위치제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 와이어 본더에서의 Z축 구동장치는 X-Y테이블에 의해 본딩위치로 이송된 본딩헤드를 상하구동시키면서 리드프레임과 패드를 접속시키는 와이어 본딩이 가능하도록 캐필러리를 미세위치이동시키는 장치이다.

여기서, 종래의 Z축 구동장치는 도4에 도시한 바와 같이 기계적인 위치나, 방향, 각도 등을 목표하는 값이 되도록 자동제어하여 실제속도값을 출력하는 로터리 서보 모터(101)와, 상기 서보모터(101)의 동력을 전달받아 회전운동을 상하 수직운동으로 변환하도록 편심구동하는 캠이 구비된 이동블록(102)과, 상기 이동블록(102)의 구동에 따른 회전각을 감지하는 변환기(103)로 구성되며, 상기 변환기(103)의 출력값만큼 캐필러리(104)가 미세구동하면서 와이어본딩작업을 수행하도록 되어 있다.

상기와 같은 구성을 가지는 종래의 Z축 구동장치의 동작상태를 간략히 살펴보면 다음과 같다. 스테이지(105)상에 본딩헤드가 놓여지고, X-Y축 테이블(106)의 구동장치인 리니어모터가 구동함에 따라 X-Y축 테이블(106)이 이송하여 본딩헤드를 본딩위치로 이송시키면, 회전 서보모터(101)가 원하는 값만큼 회전구동하게 되고 이어 상기 캠의 편심구동으로 이동블록(102)을 상하이동시킨다. 이에 따라 상기 캐필러리(104)가 리드프레임과 패드를 와이어본딩하여 접속시킨다.

상기와 같이 구성되어 작용하는 종래의 Z축 구동장치는 로터리 서보모터, 캠, 변환기, 이동블럭등으로 구성됨으로써 기구적인 구조가 복잡하고, 편심캠에 의하여 회전운동을 직선운동으로 변환해야함에 따라 기계적인 효율이 떨어지고, 비선형적인 마찰과 캠 설계의 난점을 유발하고 있다.

또한, Z축 구동장치를 이루는 각각의 구성요소를 정확한 위치에 세팅하여야만 하기 때문에, 자연히 조립 세팅 포인트가 많아지고 이에따라 분해조립 작업이 난해할 뿐만 아니라, 이동 어셈블리의 중량이 증가하여 고속 성능을 얻기에는 한계가 따르고, Z축방향 이동속도를 증가시키기 위한 요구조건을 만족하는 것에도 한계가 따르는 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 편심캠 어셈블리가 필요없이 이동 블록을 직선운동 모터와 직접 연결하므로써 구성을 간단히 하고 이동질량의 감소로 인한 고속성능을 향상시키고 정밀제어가 가능하도록 한 와이어 본더 장비의 Z축 구동장치 및Z축 위치제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 Z축 구동시스템과 리니어엔코더를 독립적인 구성으로 설계하므로써 분리동작 세팅이 가능하며, Z축의 정밀한 위치제어를 이룰 수 있는 와이어 본더 장비의 Z축 구동장치 및 Z축 위치제어방법을 제공함에 다른 목적이 있다.

도1은 본 발명에 의한 와이어본더 장비의 Z축 구동장치의 일실시예 구성을 나타낸 사시도.

도2는 본 발명의 요부인 Z축으로 구동력을 제공하는 리니어모터의 구성을 나타낸 사시도.

도3은 본 발명의 Z축 구동장치의 위치제어를 수행하기 위한 흐름도.

도4는 종래 기술에 따른 와이어 본더 장비의 Z축 구동장치의 구성을 나타낸 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 리니어 모터 2 : 이동블록

3 : 초음파 변환기 4 : 와이어 클램프 어셈블리

5 : 리니어 엔코더 6 : 힌지 어셈블리

7 : 캐필러리 11 : 본체

12 : 고정자석 13 : 코일권선

14 : 고정편

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외부로부터 인가되는 전원에 의해 유도 기전력을 발생시켜 상하직진구동하는 상하직진구동수단; 상기 상하직진구동수단의 일단부에 장착되어 그와함께 연동하는 이동블록; 상기 이동블록의 일단부에 연결되며, 그 선단부에 와이어를 패드상에 접속하는 캐필러리가 구비된 와이어 클램프; 상기 본딩헤드의 이동블록과 와이어 클램프가 서로 반대방향으로 회동할 수 있도록 회동위치의 중심이 되어 상하직진구동수단의 직진구동력을 회동력으로 변환하는 힌지수단; 및 상기 힌지수단의 힌지점을 중심으로 한 상하직진구동수단의 위치와 캐필러리 끝단의 거리를 연산하여 얻은 Z축 좌표로서 캐필러리의 Z축위치를 제어하는 수단을 포함하는 와이어본더 장비의 Z축 구동장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 위치제어부에서 미리 캐필러리의 위치좌표를 계산하여 설정하는 단계; 상기 계산된 위치에서 현재위치를 뺀 에러차를 구하는 단계; 상기 에러차에 대한 명령을 속도명령으로 변환하여 리니어모터를 구동시키는 단계; 이동블록에 장착된 엔코더를 통하여 리니어모터의 회전구동에 따른 각도를 측정하는 단계; 및 상기 각도측정값을 리니어 위치 데이터로 변환하여 에러차를 구하는 단계로 피드백하는 단계를 포함하는 와이어본더 장비의 Z축테이블 위치 제어방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 와이어본더 장비의 Z축 구동장치 및 Z축 위치제어방법은 와이어와 패드간을 접속하는 캐필러리의 Z축위치에 대한 정밀도를 향상시키도록 구현한 것으로, 본 실시예에서의 Z축 구동장치는 도2에 도시된 바와 같이 외부로부터 인가되는 전원에 의해 유도 기전력을 발생시켜 소정각만큼 회전구동하는 리니어 모터(1)가 구비되는데, 상기 리니어 모터(1)는 와이어와 패드간의 접속을 수행하는 캐필러리에 회동력을 전달하기 위한 구동원이다.

여기서, 상기 리니어 모터(1)는 도3에 도시한 바와 같이 소정간격을 두고 직립되게 장착된 양 측판(11a)과, 상기 양측판(11a)내의 상,하측으로 소정 간격을 두고 장착된 상,하판(111b, 11c)으로 이루어진 본체(11)와; 상기 본체(11)의 양 측판(11a) 내면에 서로 반대의 극성을 가지고 장착된 적어도 한쌍의 고정자석(12); 및 상기 본체(11)의 관통홀에 비접촉상태로 장착되어 유도 기전력에 의해 회동하며, 일단부에 고정편(14)이 장착된 코일권선(13)으로 구성되어 있다. 상기 코일권선(13)은 외부가 몰딩처리된 직사각형으로 납작하게 감긴 플랫타입 형상을 가진다. 또한, 상기 좌,우 고정자석(12)과 코일권선(13) 사이는 0.1 ∼0.2mm의 유격이 형성되어 있다.

상기 리니어 모터(1)의 코일권선(13)에 장착된 고정편(14)에는 그의 상하 회동에 의해 연동하는 이동블럭(2)이 장착되며, 상기 이동블록(2)의 일측에는 그 선단부에 와이어를 패드상에 접속하는 캐필러리(7)가 구비된 와이어 클램프 어셈블리(4)가 장착된다. 상기 이동블록(2)과 와이어 클램프 어셈블리(4)는 리니어 모터(1)의 구동에 따라 서로 반대방향으로 상하회동한다.

상기 이동블록(2)과 와이어 클램프 어셈블리(4) 사이에는 힌지어셈블리(6)가 장착되어 서로 반대방향으로 회동하는 회동중심기능을 수행한다. 상기 힌지 어셈블리(6)에는 얇은 박판 스프링(도면에 도시하지 않음)이 장착되어 회전중심으로서의 기능을 하며, 상기 리니어 모터(1)의 움직임에 따라 전체 시스템이 회전운동할 수 있도록 된 구조이다.

또한, 상기 이동블록(2)의 일측면에는 리니어엔코더(5)가 장착되는데, 상기 리니어엔코더(5)는 힌지 어셈블리(6)를 중심으로 한 리니어모터(1)의 회전위치를 각도값으로 측정하며, 상기 캐필러리(7)에는 초음파 변환기(3)가 장착되어 힌지 어셈블리(6)를 중심으로 한 캐필러리(7) 끝단 거리를 읽어 리니어모터(1) 회전각과의 연산에 의해 Z축 좌표를 설정하여 캐필러리(7)의 현재 위치데이타로 변환한다.

상기와 같이 구성된 Z축 구동장치의 동작을 수행하기 위하여 수평면에 대한 Z축의 제어흐름을 도4를 참조하여 설명한다.

도면에 도시한 바와 같이, 먼저 위치제어부에서 미리 캐필러리(7)의 위치좌표를 계산하여 설정해 둔다(S21). 그리고, 상기 계산된 위치에서 현재위치를 뺀 에러차를 구한다(S22).

상기 위치제어부에서는 다시 산출된 에러차를 가지고 에러명령을 속도명령으로 변환하여 전력증폭기에 인가하게 되고, 상기 전력증폭기는 에러 명령에 상응하는 전압/전류를 리니어 모터에 인가하여 구동시킨다(S23, S24, S25).

상기 리니어 모터의 구동에 따라 연동하는 이동블록과 와이어클램프가 힌지 어셈블리를 중심으로 서로 반대 회전을 하고, 이를 힌지 어셈블리의 회동중심을 기점으로 한 리니어모터의 회전각을 엔코더가 측정하여 초음파 변환기(3)에 인가한다(S26, S27, S28).

상기 초음파 변환기(3)는 회전각도 데이타를 현재 캐필러리(7) 끝단의 현재위치인 리니어 위치 데이터로 변환하여 에러차를 구하는 단계로 피드백하여 기존명령 위치와의 편차를 다시 위치제어부에 인가하므로써 시스템의 전반적인 제어동작이 이루어진다(S29).

상기와 같이 구성되어 위치제어가 이루어지는 Z축 구동장치의 전반적인 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 외부의 위치 제어기(도면에 도시하지 않음)로부터 제어신호가 입력됨에 따라 상기 리니어 모터(1)에 전원이 인가되면, 고정자석(12)과 코일권선(13) 사이에 자장이 형성되고 기존의 고정자석에서 생성된 자장에 상응하는 구동력이 발생하여 상기 이동블록(2)의 일측단에서 Z축방향(상하방향)으로 직진이동을 하며 이동블록(2)에 전달된다.

이때, 상기 힌지 어셈블리(6)에 의해 힌지점을 중심으로 상기 이동블록(2)이 소정각만큼 상하회동으로 변환되며, 아울러 상기 리니어모터(1)도 또한 이동블록의 회동각만큼 회동하게 되는 것이다.

또한, 상기 이동블록(2)에 연결된 와이어클램프 어셈블리(4)도 힌지 어셈블리(6)를 중심으로 하여 회동을 하게 된다. 이때, 상기 얇은 박판 스프링에 의해 상기 이동블록(2)과 와이어 클램프 어셈블리(4)는 서로 반대방향으로 회동하게 된다. 즉, 상기 이동블록(2)이 리니어모터(1)의 구동에 의해 상측으로 회동하였을 경우, 상기 힌지 어셈블리(6)의 힌지점을 중심으로 와이어클램프(4)의 캐필러리(7)가 이동블록(2)의 회동방향과 반대방향으로 회동이 유발되어 캐필러리(7)가 패드에 접촉되면서 와이어 본딩을 수행하게 되는 것이다.

여기서, 수평면에 대한 캐필러리(7) 끝단의 Z축좌표에 따라 Z축 구동장치의 전반적인 제어동작이 이루어지기 때문에 상기 캐필러리(7) 끝단의 위치가 중요한 요소로 작용하게 되며, 이에따라 힌지점을 중심으로 한 리니어모터(1)의 회전각과 캐필러리 끝단 거리를 연산하여 얻은 Z축좌표로 캐필러리(7)의 미세위치를 제어한다.

이때, 상기 Z축 리니어모터(1)의 위치는 리니어 엔코더(5)에 의해 감지되고, 또한 상기 리니어 엔코더(5)에서 출력되는 회전각 데이타는 변환기(3)에 의해 캐필러리(2)가 운동하는 현재의 리니어 위치 데이터로 변환되어 위치제어기에 전달되므로써 위치편차보정이 이루어지게 되는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 리니어 모터와 리니어엔코더를 독립적인 시스템으로 구성하므로써 최종 위치 감지에서의 정밀도를 향상시켰으며, 플랫타입 리니어 모터를 사용하므로써 모터 크기의 축소와 구성의 간단화로 인한 중량의 감소 및 고속 성능을 이룰 수 있는 효과를 가진다.

Claims (8)

1. 외부로부터 인가되는 전원에 의해 유도 기전력을 발생시켜 상하직진구동하는 상하직진구동수단;

   상기 상하직진구동수단의 일단부에 장착되어 그와함께 연동하는 이동블록;

   상기 이동블록의 일단부에 연결되며, 그 선단부에 와이어를 패드상에 접속하는 캐필러리가 구비된 와이어 클램프;

   상기 본딩헤드의 이동블록과 와이어 클램프가 서로 반대방향으로 회동할 수 있도록 회동위치의 중심이 되어 상하직진구동수단의 직진구동력을 회동력으로 변환하는 힌지수단; 및

   상기 힌지수단의 힌지점을 중심으로 한 상하직진구동수단의 위치와 캐필러리 끝단의 거리를 연산하여 얻은 Z축 좌표로서 캐필러리의 Z축위치를 제어하는 수단

   을 포함하는 와이어본더 장비의 Z축 구동장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 상하직진구동수단이 리니어모터인 와이어본더 장비의 Z축 구동장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 상하직진구동수단은

   소정간격을 두고 직립되게 장착된 양 측판과, 상기 양 측판의 내부 상하측에 소정 간격을 두고 설치된 상하판을 포함하는 본체;

   상기 본체의 양 측판 내면에 서로 반대의 극을 가지고 장착된 적어도 한쌍의 고정자석; 및

   상기 본체의 관통홀에 비접촉상태로 장착되며, 유도 기전력에 의해 상하 직진이동하며, 일단부에 이동블록과 연결하기 위한 고정편이 장착된 코일권선

   을 포함하는 와이어본더 장비의 Z축 구동장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 코일권선이 직사각형으로 납작하게 감긴 형상을 가지며 외부가 몰딩처리된 와이어본더 장비의 Z축 구동장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 힌지수단이 소정 두께만큼 얇은 박판으로 형성된 판 스프링인 와이어본더 장비의 Z축 구동장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 캐필러리의 Z축위치제어수단은

   상기 이동블록의 일측면에 장착되어 상기 리니어모터의 위치를 힌지수단의 힌지점을 중심으로 한 회전각으로 측정하는 리니어 엔코더; 및

   상기 와이어 클램프의 캐필러리에 연결되어 리니어 엔코더에서 출력되는 회전각 데이타를 캐필러리가 운동하는 현재의 리니어 위치 데이터로 변환하는 수단을 포함하는 와이어본더 장비의 Z축축 구동장치.
7. 위치제어부에서 미리 캐필러리의 위치좌표를 계산하여 설정하는 단계;

   상기 계산된 위치에서 현재위치를 뺀 에러차를 구하는 단계;

   상기 에러차에 대한 명령을 속도명령으로 변환하여 리니어모터를 구동시키는 단계;

   이동블록에 장착된 엔코더를 통하여 리니어모터의 회전구동에 따른 각도를 측정하는 단계; 및

   상기 각도측정값을 리니어 위치 데이터로 변환하여 에러차를 구하는 단계로 피드백하는 단계

   를 포함하는 와이어본더 장비의 Z축 위치제어방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 리니어모터를 구동시키는 단계는

   속도면령을 전력증폭기에 전달하는 과정과,

   상기 전력증폭기를 통하여 에러 명령에 상응하는 전압/전류를 리니어 모터에 인가하는 과정과,

   상기 리니어모터가 유도기전력에 의해 상하회전구동하는 과정을 포함하는 와이어본더 장비의 Z축 위치제어방법.