KR100530748B1 - 스테이지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 스테이지장치는, 플랫폼(platform), 상기 플랫폼을 제1 축 방향으로 이동시키기 위한 제1 축 방향 구동장치와, 상기 플랫폼을 상기 제1 축과 수직인 제2 축 방향으로 이동시키기 위한 제2 축 방향 구동장치를 구비하는 스테이지장치에 있어서,
상기 제1 축 방향 구동장치는, 제1 베이스; 상기 제1 베이스의 제1 축 방향 양 단부에서 상향 연장되는 한 쌍의 제1 지지벽; 상기 제1 베이스 위로 소정 간격 이격되어 제1 축 방향으로 연장되고, 상기 한 쌍의 제1 지지벽에 양 단부가 지지되며, 외주면에 권선된 코일을 구비하는 제1 코일권선빔(beam); 및, 상기 제1 코일권선빔을 따라 제1 축 방향으로 이동 가능하도록, 통공을 구비하여 상기 제1 코일권선빔에 관통 체결되고, 상기 통공의 내주면에는 영구자석을 구비하며, 상기 플랫폼을 지지하는 제1 이동부재;를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

스테이지장치{Stage}
본 발명은 구동장치 및 이를 구비하는 스테이지장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 점유하는 공간이 줄어들어 공간 활용도를 높일 수 있도록 구조가 개선된 구동장치 및 이를 구비하는 스테이지장치에 관한 것이다.
스테이지장치는 제품 조립 공정 기타 공정 중에 반제품이나 부품을 원하는 위치로 이동시키기 위해 사용되는 것으로, 특히 반도체 패키지 조립 및 검사 공정, 예컨데 와이어 본딩(wire bonding) 공정이나, 범핑(bumping) 공정 등에서 널리 사용되고 있다.
도 1에는 미국특허공보 제 4,808,892호에서 개시된 바와 같은, 종래의 스테이지장치의 일 예에 대한 평면도가 개략적으로 도시되어 있는데, 이를 참조하면, 종래의 스테이지장치(1)는 플랫폼(2)을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 구동모터(3)와, Y축 방향으로 이동시키기 위한 Y축 방향 구동모터(4)가 서로 직교하도록 배치되어 있다. 따라서, 스테이지장치(1)가 점유하는 공간이 커져 공간 활용도가 낮아지게 된다. 특히, 반도체 패키지 조립 및 검사 공정은 먼지가 없은 청정실에서 행해져야 하는데, 이러한 청정실은 그 크기가 커질수록 제작비와 유지비가 상승한다. 따라서 상기 스테이지장치(1)가 청정실에서 점유하는 공간이 크면 반도체 패키지의 생산비용이 상승한다는 문제점이 있다.
또한, 상기 스테이지장치(1)의 무게중심이 상기 플랫폼(2)에서 벗어나 있게 되어 상기 스테이지장치(1)의 작동시에 진동이 발생할 수 있으며, 이는 위치정렬과 속도제어의 오차를 증대시켜 제품의 불량율을 증가시킨다는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 계속적 진동의 발생은 스테이지장치(1)의 기계적 강성을 열화시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스테이지장치가 점유하는 공간을 줄여 공간 활용도를 높일 수 있는, 스테이지장치에 사용되는 구동장치와, 상기 구동장치를 구비하는 스테이지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 스테이지장치는, 플랫폼(platform), 상기 플랫폼을 제1 축 방향으로 이동시키기 위한 제1 축 방향 구동장치와, 상기 플랫폼을 상기 제1 축과 수직인 제2 축 방향으로 이동시키기 위한 제2 축 방향 구동장치를 구비하는 스테이지장치에 있어서,
상기 제1 축 방향 구동장치는, 제1 베이스; 상기 제1 베이스의 제1 축 방향 양 단부에서 상향 연장되는 한 쌍의 제1 지지벽; 상기 제1 베이스 위로 소정 간격 이격되어 제1 축 방향으로 연장되고, 상기 한 쌍의 제1 지지벽에 양 단부가 지지되며, 외주면에 권선된 코일을 구비하는 제1 코일권선빔(beam); 및, 상기 제1 코일권선빔을 따라 제1 축 방향으로 이동 가능하도록, 통공을 구비하여 상기 제1 코일권선빔에 관통 체결되고, 상기 통공의 내주면에는 영구자석을 구비하며, 상기 플랫폼을 지지하는 제1 이동부재;를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1 코일권선빔은 상기 제1 이동부재를 다점 지지하도록 복수 개가 마련되며 이들이 평행하게 배열될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 축 방향 구동장치는 상기 플랫폼으로부터 제2 축 방향으로 소정 거리 이격되어 위치하는 리니어모터를 구비하여 구성되고,
상기 플랫폼은 상기 제2 축 방향 구동장치에 연결되고, 상기 제1 이동부재의 위에 제2 축 방향으로 이동 가능하게 체결되어 상기 제1 이동부재에 의해 지지될 수 있다.
바람직하게는, 상기 플랫폼은 상기 제1 이동부재 위에 고정 결합되어 상기 제1 이동부재에 의해 지지되며,
상기 제2 축 방향 구동장치는, 상기 제1 베이스로부터 제2 축 방향으로 소정 거리 이격되어 위치하는 리니어모터를 구비하여 구성되고,
상기 제1 베이스는 제2 축 방향으로 이동 가능하도록 상기 제2 축 방향 구동장치에 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 플랫폼은 상기 제1 이동부재 위에 고정 결합되어 상기 제1 이동부재에 의해 지지되며,
상기 제2 축 방향 구동장치는, 제2 베이스; 상기 제2 베이스의 제2 축 방향 양 단부에서 상향 연장되는 한 쌍의 제2 지지벽; 상기 제2 베이스 위로 소정 간격 이격되어 제2 축 방향으로 연장되고, 상기 한 쌍의 제2 지지벽에 양 단부가 지지되며, 외주면에 권선된 코일을 구비하는 제2 코일권선빔; 및 상기 제2 코일권선빔을 따라 제2 축 방향으로 이동 가능하도록, 통공을 구비하여 상기 제2 코일권선빔에 관통 체결되고, 상기 통공의 내주면에는 영구자석을 구비한 제2 이동부재;를 구비하여 구성되고,
상기 제1 베이스는 상기 제2 이동부재 위에 고정 결합되어 상기 제2 이동부재에 의해 지지될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 코일권선빔은 상기 제2 이동부재를 다점 지지하도록 복수 개가 마련되며 이들이 평행하게 배열될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구동장치 및 이를 구비하는 스테이지의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 스테이지장치의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2를 A-A'에 따라 절개하여 도시한 단면도이며, 도 4는 도 2를 B-B'에 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 스테이지장치(100)는, X축 방향 및 이와 수직인 Y축 방향으로 이동 가능한 플랫폼(platform, 101)과, 상기 플랫폼(101)을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 구동장치와, 상기 플랫폼(101)을 Y축 방향으로 이동시키기 위한 Y축 방향 구동장치를 구비한다.
상기 X축 방향 구동장치는, 플레이트(plate) 형상의 제1 베이스(110)와, 상기 제1 베이스의 X축 방향 양 단부에서 상향 연장된 한 쌍의 제1 지지벽(112)과, 상기 한 쌍의 제1 지지벽(112)에 양 단부가 지지되는 제1 코일권선빔(115)과, 상기 제1 코일권선빔(115)을 따라 이동 가능하도록, 통공(122)을 구비하여 상기 제1 코일권선빔(115)에 관통되어 체결된 제1 이동부재(120)를 구비한다. 상기 제1 코일권선빔(115)은 상기 제1 베이스(110)의 위로 소정 간격 이격되어 상기 제1 베이스(110)와 평행하게 X축 방향으로 연장되게 배열되며, 그 외주면에는 코일(116)이 권선되어 있다. 상기 제1 이동부재(120)는 통공(122)을 구비하여 상기 제1 이동부재(120)에 관통되는 통공블럭부(121)와, 상기 통공블럭부(121)의 상단에 일체로 결합되는 가이드플레이트부(125)를 구비하여 구성된다. 상기 통공블럭부(121)는 그 통공(122) 내주면에 영구자석(123)을 구비한다. 상기 가이드플레이트부(125)는 상기 플랫폼(101)을 지지하며, 상기 플랫폼(101)이 상기 제1 이동부재(120)에 대해 Y축 방향으로 이동할 수 있으나 X축 방향으로는 이동할 수 없도록 그 상면에는 Y축 방향으로 연장된 가이드홈(126)이 마련된다. 상기 플랫폼(101)은 그 저면에 상기 가이드플레이트부의 가이드홈(126)에 대응되는 가이드돌기(102)를 구비하며, 상기 가이드돌기(102)는 상기 가이드홈(126)에 치합된다.
상기 Y축 방향 구동장치는, 상기 플랫폼(101)으로부터 Y축 방향으로 소정 거리 이격되어 위치하는 Y축 방향 구동 리니어모터(130)와, 상기 리니어모터(130)의 구동력을 상기 플랫폼(101)에 전달하여 주는 커넥터(155)를 구비하여 구성된다. 상기 Y축 방향 리니어모터(130)는 각각 Y축 방향으로 수평 배열된 상단폴부(141), 중앙폴부(142), 하단폴부(143), 및 상기 상단폴부(141), 중앙폴부(142), 하단폴부(143)를 연결하는 연결부(144)를 구비하여 알파벳 'E' 와 같은 형상을 갖는 철심(140)을 구비한다. 상기 상단폴부(141)의 저면 및 하단폴부(143)의 상면에는 각각 영구자석(146, 147)이 부착된다. 또한 상기 Y축 방향 리니어모터(130)는, 중앙폴부(142)를 감싸며 상기 중앙폴부(142)를 따라 Y축 방향으로 이동할 수 있도록 배열된 Y축 방향 이동부재(150)와, 상기 Y축 방향 이동부재(150)의 외주면에 권선된 코일(151)을 구비한다. 상기 커넥터(155)는 상기 플랫폼(101)의 Y축 방향 일 측단과, 이와 마주보는 상기 Y축 방향 이동부재(150)의 일 측단을 연결한다.
이하, 상기한 구성을 가진 본 발명의 제1 실시예에 따른 스테이지장치(100)의 작동을 설명한다. 상기 스테이지장치(100)의 X축 방향 구동장치 및 Y축 방향 구동장치는 각 이동부재들(120, 150)이 직선 왕복운동을 하는 구동장치로서, 양자 모두 영구자석의 자기장중에 위치하는 코일에 전류를 인가하면 '플레밍의 왼손법칙'에 따라 자기장과 전류에 수직한 방향으로 힘이 발생하게 되는 원리를 응용한 것이다. 다만, 상기 X축 방향 구동장치는 영구자석(123)을 구비한 제1 이동부재(120)가 직선 왕복운동을 하는 소위 '기동자석형'인데 반하여, 상기 Y축 방향 구동장치는 코일(151)이 권선된 Y축 방향 이동부재(150)가 직선 왕복운동을 하는 소위 '기동코일형'이라는 차이가 있다.
상술한 원리에 따라, 상기 스테이지장치(100)의 제1 코일권선빔(115)에 권선된 코일(116)에 소정의 제어신호에 의한 전류를 인가하면, 상기 제1 이동부재(120)가 X축 방향으로 소정 거리 이동한다. 이때 상기 플랫폼(101)은, 그 가이드돌기(102)가 상기 제1 이동부재(120)의 가이드홈(126)에 치합되어 있기 때문에, 상기 제1 이동부재(120)의 X축 방향 이동에 종동하여 X축 방향으로 이동하게 된다. 한편, 상기 Y축 방향 이동부재(150)에 권선된 코일(151)에 소정의 제어신호에 의한 전류를 인가하면, 상술한 '플레밍의 왼손법칙'에 따라 상기 Y축 방향 이동부재(150)가 Y축 방향으로 소정 거리 이동한다. 따라서, 상기 커넥터(155)에 의해 상기 Y축 방향 이동부재(150)와 연결된 플랫폼(101)도 상기 제1 이동부재(120)에 대해 미끄러지며 Y축 방향으로 이동하게 된다. 상기 Y축 방향 이동부재(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 X축 방향으로 폭이 넓기 때문에, 상기 Y축 방향 이동부재(150)에 의해 상기 플랫폼(101)의 X축 방향 이동이 방해되지는 않는다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 스테이지장치의 제2 실시예에 대한 단면도로서, 각각 도 5는 제1 실시예에 있어 도 3에 대응하는 도면이고, 도 6은 제1 실시예에 있어 도 4에 대응하는 도면이다. 상기 제2 실시예에 대한 설명은 상술한 제1 실시예에 대한 설명과 다른 면을 위주로 하여 설명한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 스테이지장치(200)는, X축 방향 및 이와 수직인 Y축 방향으로 이동 가능한 플랫폼(platform, 201)과, 상기 플랫폼(201)을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 구동장치와, 상기 플랫폼(201)을 Y축 방향으로 이동시키기 위한 Y축 방향 구동장치를 구비한다. 또한 상기 X축 방향 구동장치의 아래에는 고정된 가이드플레이트(205)를 구비한다.
상기 X축 방향 구동장치는, 상술한 제1 실시예(100)의 경우와 마찬가지로, 제1 베이스(210)와, 한 쌍의 제1 지지벽(212)과, 코일이 권선된 제1 코일권선빔(215)과, X축 방향으로 왕복 가능하게 상기 제1 코일권선빔(215)에 관통 체결된 제1 이동부재(220)를 구비한다. 상기 제1 베이스(210)는 그 저면에 Y축 방향으로 연장된 가이드돌기(211)를 구비한다. 상기 가이드플레이트(205)는 그 상면에 상기 제1 베이스(210)의 가이드돌기(211)에 대응되게 Y축 방향으로 연장되는 가이드홈(206)을 구비한다. 상기 가이드돌기(211)는 상기 가이드홈(206)에 치합되므로, 상기 제1 베이스(210)는 상기 가이드플레이트(205)에 대하여 Y축 방향으로만 왕복 가능하다. 한편, 상기 플랫폼(201)은 상기 제1 이동부재(220)의 상단에 고정 결합되어 상기 제1 이동부재(220)에 지지된다.
상기 Y축 방향 구동장치는, 상술한 제1 실시예(100)의 경우와 마찬가지로, 상단폴부(241), 중앙폴부(242), 하단폴부(243), 및 연결부(244)를 구비하는 철심(240)과, 상기 상단폴부(241)의 저면과 하단폴부(243)의 상면에 각각 부착된 영구자석(246, 247)과, 상기 중앙폴부(242)를 감싸며 Y축 방향으로 왕복 가능하게 설치되는 Y축 방향 이동부재(250)와, 이에 권선된 코일(251)을 구비하여 된 Y축 방향 구동 리니어모터(230)를 구비하여 구성된다. 상기 Y축 방향 구동장치의 Y축 방향 이동부재(250)는 커넥터(255)에 의해 X축 방향 구동장치의 제1 베이스(210)의 일 측단에 연결된다.
상기 제2 실시예에 따른 스테이지장치(200)의 제1 코일권선빔(215)에 권선된 코일(216)에 소정의 제어신호에 의한 전류를 인가하면, '플레밍의 왼손법칙'에 따라 상기 제1 이동부재(220)가 X축 방향으로 소정 거리 이동하고, 이에 따라 상기 제1 이동부재(220)에 고정 결합된 플랫폼(201)도 종동하여 X축 방향으로 이동한다. 한편, 상기 Y축 방향 이동부재(250)에 권선된 코일(251)에 소정의 제어신호에 의한 전류를 인가하면, '플레밍의 왼손법칙'에 따라 상기 Y축 방향 이동부재(250)가 Y축 방향으로 소정 거리 이동한다. 따라서, 상기 커넥터(255)에 의해 상기 Y축 방향 이동부재(250)와 연결된 상기 제1 베이스(210)도 상기 가이드플레이트(205)에 대해 미끄러지며 Y축 방향으로 이동하게 된다. 결국 상기 제1 베이스(210)의 이동은 X축 방향 구동장치를 Y축 방향으로 이동시키고, 상기 제1 이동부재(220)에 고정 결합된 플랫폼(201)을 Y축 방향으로 이동시킨다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 스테이지장치의 제3 실시예에 대한 단면도로서, 각각 도 7는 제1 실시예에 있어 도 3에 대응하는 도면이고, 도 8은 제1 실시예에 있어 도 4에 대응하는 도면이다. 상기 제3 실시예에 대한 설명은 상술한 제1 실시예에 대한 설명과 다른 면을 위주로 하여 설명한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 스테이지장치(300)는, X축 방향 및 이와 수직인 Y축 방향으로 이동 가능한 플랫폼(platform, 301)과, 상기 플랫폼(301)을 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 방향 구동장치와, 상기 플랫폼(301)을 Y축 방향으로 이동시키기 위한 Y축 방향 구동장치를 구비한다.
상기 X축 방향 구동장치는, 상술한 제1 실시예(100)의 경우와 마찬가지로, 제1 베이스(310)와, 한 쌍의 제1 지지벽(312)과, 코일이 권선된 제1 코일권선빔(315)과, X축 방향으로 왕복 가능하게 상기 제1 코일권선빔(315)에 관통 체결된 제1 이동부재(320)를 구비한다. 상기 플랫폼(301)은 상기 제1 이동부재(320)의 상단에 고정 결합되어 상기 제1 이동부재(320)에 지지된다.
상기 Y축 방향 구동장치는, 상기 X축 방향 구동장치와 유사한 구성을 가지며, 상기 X축 방향 구동장치의 아래에 위치한다. 즉 플레이트(plate) 형상의 제2 베이스(350)와, 상기 제2 베이스의 Y축 방향 양 단부에서 상향 연장된 한 쌍의 제2 지지벽(352)과, 상기 한 쌍의 제2 지지벽(352)에 양 단부가 지지되는 제2 코일권선빔(355)과, 상기 제2 코일권선빔(355)을 따라 이동 가능하도록, 통공(362)을 구비하여 상기 제2 코일권선빔(355)에 관통되어 체결된 제2 이동부재(360)를 구비한다. 상기 제2 코일권선빔(355)은 상기 제2 베이스(350)의 위로 소정 간격 이격되어 상기 제2 베이스(350)와 평행하게 Y축 방향으로 연장되게 배열되며, 그 외주면에는 코일(356)이 권선되어 있다. 상기 제2 이동부재(360)는 통공(362)을 구비하여 상기 제1 이동부재(360)에 관통되는 통공블럭부(361)와, 상기 통공블럭부(361)의 상단에 일체로 결합되는 가이드플레이트부(365)를 구비하여 구성된다. 상기 통공블럭부(361)는 그 통공(362) 내주면에 영구자석(363)을 구비한다.
상기 가이드플레이트부(365)는 상기 X축 방향 구동장치의 제1 베이스(310)를 지지하며, 상기 제1 베이스(310)가 상기 제2 이동부재(360)에 대해 X축 방향으로 이동할 수 있으나 Y축 방향으로는 이동할 수 없도록 그 상면에 X축 방향으로 연장된 가이드홈(366)이 마련된다. 상기 제1 베이스(310)는 그 저면에 상기 가이드플레이트부(365)의 가이드홈(366)에 대응되는 가이드돌기(311)를 구비하며, 상기 가이드돌기(311)는 상기 가이드홈(366)에 치합된다.
상기 제3 실시예에 따른 스테이지장치(300)의 제1 코일권선빔(235)에 권선된 코일(316)에 소정의 제어신호에 의한 전류를 인가하면, '플레밍의 왼손법칙'에 따라 상기 제1 이동부재(320)가 X축 방향으로 소정 거리 이동하고, 이에 따라 상기 제1 이동부재(320)에 고정 결합된 플랫폼(301)도 종동하여 X축 방향으로 이동한다. 한편, 상기 제2 코일권선빔(355)에 권선된 코일(356)에 소정의 제어신호에 의한 전류를 인가하면, '플레밍의 왼손법칙'에 따라 상기 제2 이동부재(360)가 Y축 방향으로 소정 거리 이동한다. 이에 따라, 상기 제2 이동부재(360)의 가이드홈(366)에 치합되는 가이드돌기(311)을 구비하는 X축 방향 구동장치의 제1 베이스(310)도, 상기 제2 이동부재(360)에 종동하여 Y축 방향으로 이동하게 된다. 결국 상기 제1 베이스(310)의 이동은 X축 방향 구동장치를 Y축 방향으로 이동시키고, 상기 제1 이동부재(320)에 고정 결합된 플랫폼(301)을 Y축 방향으로 이동시킨다.
이하에서는 본 발명에 따른 스테이지장치를 반도체 패키지 제조 등에 사용되는 와이어 본더(wire bonder)에 적용한 실시예에 대하여 자세히 설명한다.
도 9 및 도 10에는 본 발명에 따른 스테이지장치를 와이어 본더(wire bonder)에 적용한 경우의 제1 실시예의 구성이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 와이어 본더에 적용되는 본 발명에 따른 스테이지장치(400)는 베이스 프레임(10)의 측벽이나 바닥면에 고정된 Y축 리니어모터(20), 상기 Y축 리니어모터(20)의 포서(forcer)인 이동부재(22)의 단부에 고정 결합된 플랫폼(24), 상기 플랫폼(24)이 가이드부재를 매개하여 Y축 방향으로 가이드되도록 상기 플랫폼(24)의 하면에 결합된 X축 방향 구동장치(30)를 구비한다.
여기서, Y축 리니어모터(20)는 그 축방향으로 관통된 관통공(20h)의 상하 내면에 교번의 극성을 갖도록 영구자석(20m)이 고정되며, 상기 상하 영구자석(20m) 사이에 소정의 간격을 가지고 대략 사각의 단면을 가지고 코일이 권선된 이동부재(22)가 삽입된다. 이와 같이 삽입된 상기 이동부재(22)는 전자기력에 의한 선형 운동이 가능한 포서(forcer)의 기능을 갖는다. 상기 이동부재(22)의 단부는 커넥터에 의해 플랫폼(24)에 고정 결합된다. 또한, 한 쌍의 평행한 레일(26a)이 그에 대응하는 LM가이드(26b)에 의해 가이드될 수 있도록 플랫폼(24)의 하면에 그 축 방향으로 결합된다.
한편, X축 방향 구동장치(30)는 베이스 프레임(10) 상에 설치된 한 쌍의 지지벽(32)에 각각 지지된 코일권선빔(34), 상기 코일권선빔(34)이 관통되는 관통공(36h)을 갖는 X축 이동부재(36), 및 상기 코일권선빔(34)의 유도 자기장에 의하여 선형운동이 가능하도록 상기 관통공(36h) 내에 내설된 영구자석(36m)을 구비한다.
상기 X축 이동부재(36)의 상면에 고정 결합된 X축 이동 플레이트(38) 상에는 상기 플랫폼(24)의 하면에 결합된 레일(26a)을 가이드하도록 상기 레일(26a)에 대응하는 LM가이드(26b)가 결합된다. 물론 이 경우 X축 이동부재(36)의 상단부가 상기 X축 이동 플레이트(38)와 같은 역할을 하는 부분이 되어도 좋다. 상기 코일권선빔(34)의 외주면은 코일의 보호를 위하여 몰딩처리되는 것이 바람직하다. 또한, X축 이동부재(36)의 이동이 원활하도록 코일권선빔(34)과 영구자석(36m) 사이에는 소정 간격을 가지는 것이 바람직하다. 한편, 상기 X축 이동부재(36)가 안정되게 다점 지지되면서 가이드되도록 상기 코일권선빔(34)과 관통공(36h)은 평행하게 한 쌍으로 이루어지는 것이 바람직하다. 만약 상기 코일권선빔(34)과 관통공(36h)의 단면이 사각형으로 형성되는 경우에는 상기 코일권선빔(34)과 관통공(36h)이 반드시 복수 개로 구비될 필요가 없다. 상기 레일(26a)과 LM가이드(26b)는 가이드부재에 대한 일 예로서 다른 가이드부재로 치환되어도 좋다. 도면 중의 미설명 부호 50은 X축 이동부재(36)의 상면에 장착되는 와이어 본딩 헤드이다.
상기의 구성을 갖는 와이어 본딩용 스테이지장치에 의하면, Y축 리니어모터(20)의 구동에 의해 상기 코일권선된 이동부재(22)가 가이드부재인 레일(26a)과 LM가이드(26b)를 매개하여 Y축 방향으로 가이드되면서 이동되며, 레일(26a)과 LM가이드(26b)를 매개하여 X축 이동 플레이트(38)에 가이드 결합된 플랫폼(24)이 X축 방향 구동장치(30)의 구동력에 의해 X축 방향으로 이동된다.
상기 X축 방향 구동장치(30)의 코일권선빔(34)의 양 단이 지지벽(32)에 고정된 상태에서 X축 이동부재(36)가 상기 코일권선빔(34)에 다점 지지되기 때문에, X축의 포서인 X축 이동부재(36)의 이동시에도 X축에 대한 모멘트가 발생되지 않는다. 이와 같은 방법으로 X축 이동부재(36)의 이동시에 발생될 수 있었던 진동을 방지함으로써 X축 에 대한 위치이동과 속도 제어에 대한 밴드 폭이 향상될 뿐만 아니라 X축 방향 구동장치(30)의 기계적 내구성이 향상될 수 있다.
도 11 및 도 12에는 은 본 발명에 따른 스테이지장치를 와이어 본더에 적용한 경우의 제2 실시예의 구성이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 와이어 본더에 적용되는 본 발명에 따른 스테이지장치의 제2 실시예(500)는, 베이스 프레임(10)의 측벽이나 바닥면에 고정된 Y축 리니어모터(20), 상기 Y축 리니어모터(20)의 포서인 코일이 권선된 이동부재(22)의 단부에 고정 결합된 Y축 이동 플레이트(24)가 베이스의 역할을 하는 X축 방향 구동장치(30)를 구비한다.
여기서, Y축 리니어모터(20)의 구성은 도 9 및 도 10에 도시된 Y축 리니어모터의 구성과 유사하다. 따라서 동일한 구성은 동일한 참조번호로 나타내며, 그에 대한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 도 11 및 도 12에 도시된 스테이지장치(500)는 도 9 및 도 10에 도시된 스테이지장치(400)와 달리, Y축 이동 플레이트(24)가 그 베이스의 역할을 하도록 구성된 X축 방향 구동장치(30)를 구비한다.
이와 같은 구성을 가즌 스테이지장치(500)에 의하면, Y축 리니어모터(20)의 구동에 의해 상기 이동부재(22)가 Y축 방향으로 이동되며, Y축 리니어모터(20)의 Y축 이동 플레이트(24)을 그 베이스로 구비하는 X축 방향 구동장치(30)의 구동력에 의해 X축 이동부재(36)가 X축 방향으로 이동된다. 한편, 도 11 및 도 12에 도시된 실시예에서 와이어 본딩 헤드(50)는 상기 X축 이동부재(36)의 상면에 직접 접촉되어 있으나, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 X축 이동부재(36)의 상면에 플랫폼(24)을 설치하고 그 위에 장착될 수도 있다.
도 13 및 도 14에는 본 발명에 따른 스테이지장치를 와이어 본더에 적용한 경우의 제3 실시예의 구성이 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 와이어 본더에 적용되는 본 발명에 따른 스테이지장치의 제3 실시예(600)는 베이스 프레임(10) 상에 대향되도록 고정된 지지벽(42)에 평행하게 설치된 코일권선빔(44)을 축으로 Y축 이동할 수 있는 Y축 방향 구동장치(40)와 상기 Y축 방향 구동장치(40)의 Y축 이동 플레이트(46s)가 베이스의 역할을 하여 X축 방향으로 이동할 수 있는 X축 방향 구동장치(30)를 구비한다.
상기 X축 방향 구동장치(30)는 도 9 내지 도 12에서 전술한 본 발명의 바람직한 X축 방향 구동장치와 동일한 구성을 가지므로 동일한 참조번호로 나타내며, 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
상기 Y축 방향 구동장치(40)는 상기 X축 방향 구동장치(30)와 거의 동일한 구성을 가지면서 상기 X축 방향 구동장치(30)와 수직하게 배치된다. 즉, Y축 방향 구동장치(40)는 베이스 프레임(10) 상에 대향되도록 고정된 지지벽(42)에 각각 지지된 코일권선빔(44), 상기 코일권선빔(44)이 관통되는 관통공(46h)을 갖는 Y축 이동부재(46), 및 상기 코일권선빔(44)의 유도 자기장에 의하여 선형 운동이 가능하도록 상기 관통공(46h) 내에 내설된 영구자석(46m)을 구비한다. 상기 코일권선빔(44)의 외주면은 코일의 보호를 위하여 몰딩 처리되는 것이 바람직하다.
상기 구성을 갖는 스테이지장치(600)는. Y축 방향 구동장치(40)의 구동력에 의해 포서인 Y축 이동부재(46)가 이동되어 Y축의 위치정렬이 이루어지며, Y축 방향 구동장치(40)의 Y축 이동부재(46) 상의 Y축 이동부재(46s)를 베이스로 구비하여 상기 Y축 방향 구동장치(40)와 고정 결합된 X축 방향 구동장치(30)의 구동력에 의해 포서인 X축 이동부재(36)가 이동되어 X축 의 위치정렬이 이루어진다.
상기와 같은 구성을 갖는 스테이지장치(600)는, 코일권선빔 상에서 이동부재가 다점 지지방식으로 지지되면서 위치정렬을 수행하므로, 작업 수행시 불필요한 모멘트에 의한 진동을 방지하여 정밀한 작업을 수행할 수 있을 뿐 아니라, X축 방향 구동장치와 Y축 방향 구동장치의 기계적 내구성이 향상될 수 있다. 또한, 상기와 같은 다점 지지가 될 수 있는 코일권선빔과 이동부재를 각각 구비한 Y축 방향 구동장치와 X축 방향 구동장치가 수직하게 상하면에 배치됨으로써 스테이지장치의 전체 평면적의 점유공간을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 전체 장비의 설계시 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 예컨데, 상기 Y축 방향 구동장치는 리니어모터 대신에 회전 동력을 제공하는 모터와, 상기 회전 동력을 왕복 직선 동력으로 변환하여 주는 스크류 드라이버와 같은 동력전달수단을 구비하여 된 것일 수도 있다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
상기에서 설명한 본 발명의 구동장치 및 이를 구비하는 스테이지장치는, X축 방향 구동장치, 또는 X축 및 Y축 방향 구동장치를 플랫폼의 아래에 배치할 수 있어 스테이지장치가 점유하는 공간을 줄일 수 있어 공간 활용도를 높일 수 있다. 또한 이를 반도체 패키지 조립 및 검사 공정에 사용하는 경우, 필요한 청정실의 크기를 줄일 수 있어 반도체 패키지의 생산비용을 절감할 수 있다.
또한, 스테이지장치의 2개의 구동장치 가운데 적어도 하나는 플랫폼의 아래에 배치할 수 있으므로, 스테이지장치의 무게중심이 상기 플랫폼에서 벗어나지 않거나 벗어나더라도 종래에 비해 크게 벗어나지 않게 되어, 작동시의 진동이 감소될 수 있으며, 이에 따라 스테이지장치의 위치이동과 속도 제어의 정밀성을 향상시킬 수 있으며, 구동장치의 기계적 내구성을 향상시킬 수 있다. 이는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 코일권선빔을 복수 개 구비하여 이동부재를 다점 지지 방식으로 지지할 때 더욱 그러하다.
도 1은 종래의 스테이지장치의 일 예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 스테이지장치의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2를 A-A'에 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2를 B-B'에 따라 절개하여 도시한 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 스테이지장치의 제2 실시예에 대한 단면도로서, 각각 도 5는 제1 실시예에 있어 도 3에 대응하는 도면이고, 도 6은 제1 실시예에 있어 도 4에 대응하는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 스테이지장치의 제3 실시예에 대한 단면도로서, 각각 도 7은 제1 실시예에 있어 도 3에 대응하는 도면이고, 도 8은 제1 실시예에 있어 도 4에 대응하는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 스테이지장치를 와이어 본더(wire bonder)에 적용한 경우의 제1 실시예의 구성을 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 스테이지장치의 요부 구성을 도시한 분해사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 스테이지장치를 와이어 본더에 적용한 경우의 제2 실시예의 구성을 도시한 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 스테이지장치의 요부 구성을 도시한 사시도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 스테이지장치를 와이어 본더에 적용한 경우의 제3 실시예의 구성을 도시한 사시도 및 정면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 ...스테이지장치 101 ...플랫폼(platform)
110 ...제1 베이스 112 ...제1 지지벽
115 ...코일권선빔 116 ...코일
120 ...제1 이동부재 123 ...영구자석
130 ...Y축 방향 구동 리니어모터 140 ...철심
150 ...Y축 방향 이동부재 155 ...커넥터

Claims (6)

  1. 플랫폼(platform), 상기 플랫폼을 제1 축 방향으로 이동시키기 위한 제1 축 방향 구동장치와, 상기 플랫폼을 상기 제1 축과 수직인 제2 축 방향으로 이동시키기 위한 제2 축 방향 구동장치를 구비하는 스테이지장치에 있어서,
    상기 제1 축 방향 구동장치는, 제1 베이스; 상기 제1 베이스의 제1 축 방향 양 단부에서 상향 연장되는 한 쌍의 제1 지지벽; 상기 제1 베이스 위로 소정 간격 이격되어 제1 축 방향으로 연장되고, 상기 한 쌍의 제1 지지벽에 양 단부가 지지되며, 외주면에 권선된 코일을 구비하는 제1 코일권선빔(beam); 및, 상기 제1 코일권선빔을 따라 제1 축 방향으로 이동 가능하도록, 통공을 구비하여 상기 제1 코일권선빔에 관통 체결되고, 상기 통공의 내주면에는 영구자석을 구비하며, 상기 플랫폼을 지지하는 제1 이동부재;를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 코일권선빔은 상기 제1 이동부재를 다점 지지하도록 복수 개가 마련되며 이들이 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 축 방향 구동장치는 상기 플랫폼으로부터 제2 축 방향으로 소정 거리 이격되어 위치하는 리니어모터를 구비하여 구성되고,
    상기 플랫폼은 상기 제2 축 방향 구동장치에 연결되고, 상기 제1 이동부재의 위에 제2 축 방향으로 이동 가능하게 체결되어 상기 제1 이동부재에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플랫폼은 상기 제1 이동부재 위에 고정 결합되어 상기 제1 이동부재에 의해 지지되며,
    상기 제2 축 방향 구동장치는, 상기 제1 베이스로부터 제2 축 방향으로 소정 거리 이격되어 위치하는 리니어모터를 구비하여 구성되고,
    상기 제1 베이스는 제2 축 방향으로 이동 가능하도록 상기 제2 축 방향 구동장치에 연결된 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 플랫폼은 상기 제1 이동부재 위에 고정 결합되어 상기 제1 이동부재에 의해 지지되며,
    상기 제2 축 방향 구동장치는, 제2 베이스; 상기 제2 베이스의 제2 축 방향 양 단부에서 상향 연장되는 한 쌍의 제2 지지벽; 상기 제2 베이스 위로 소정 간격 이격되어 제2 축 방향으로 연장되고, 상기 한 쌍의 제2 지지벽에 양 단부가 지지되며, 외주면에 권선된 코일을 구비하는 제2 코일권선빔; 및 상기 제2 코일권선빔을 따라 제2 축 방향으로 이동 가능하도록, 통공을 구비하여 상기 제2 코일권선빔에 관통 체결되고, 상기 통공의 내주면에는 영구자석을 구비한 제2 이동부재;를 구비하여 구성되고,
    상기 제1 베이스는 상기 제2 이동부재 위에 고정 결합되어 상기 제2 이동부재에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 코일권선빔은 상기 제2 이동부재를 다점 지지하도록 복수 개가 마련되며 이들이 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 스테이지장치.
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