KR100722583B1 - 본드헤드를 포함하는 와이어 본더 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 매우 높은 가속도에서도 사용이 가능한 본드헤드(bondhead)를 포함하는 와이어 본더(wire bonder)에 관한 것으로, 이 와이어 본더는 활주틀(3), 수직축(9)에 대하여 회전이 가능한 회전빔(4) 및 회전빔(4)에 장치되는 로커(5;rocker)로 구성되는 본드헤드를 포함한다. 상기 활주틀(3)은 미리 정해진 수평 방향으로 앞뒤로 이동이 가능하고, 상기 활주틀(3)이 움직임에 따라서 상기 회전빔(4)을 이동시킨다. 상기 활주틀(3)은 진공으로 채워진 공기 베어링에 의해 수평으로 배치된 활주판(1)에 떠받쳐지는 것이 바람직하다. 상기 회전빔(4)도 역시 진공으로 채워진 다른 공기 베어링에 의해 상기 활주판(1)에 떠받쳐지는 것이 바람직하다. 구동기는 상기 회전빔(4)의 회전 운동을 위하여 상기 활주틀(3) 상에 배치되;는 것이 바람직하다. 본 발명은 선형 모터(12)에 의한 상기 활주틀(3)의 가속시 상기 베어링 요소(8) 상의 하중 및 토크가 매우 적고, 상기 수직축(9)를 중심으로 한 상기 회전빔(4)의 회전 운동이 매우 높은 가속도에서도 가능하다.
와이어 본더, 본드헤드, 활주판, 활주틀, 회전빔, 공기 베어링

Description

본드헤드를 포함하는 와이어 본더{BONDHEAD FOR A WIRE BONDER}
도 1은 본 발명에 따른 와이어 본더의 사시도이다.
도 2는 좌표축의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 또 다른 와이어 본더의 사시도이다.
본 발명은 와이어 본더(wire bonder)용 본드헤드(bondhead)에 관한 것이다.
와이어 본더는 반도체 칩과 회로 기판 사이에 와이어 접합부를 형성하기 위해 사용된다. 오늘날 업계에서 이용 가능한 와이어 본더의 대부분은 직교하게 배치된 2개의 구동기에 의해 수평의 xy 평면에서 본드헤드를 이동시킨다. 이러한 구동 시스템의 실시예는 유럽 특허 공보 제317 787호의 명세서에 공지되어 있다. 이러한 구동 시스템도 역시 진공압이 충진된 공기 베어링을 사용한다. 이러한 공지된 와이어 본더의 중요한 단점은 본드헤드가 새로운 위치로 이동할 경우에는 비교적 큰 질량이 가속되어야 한다는 점에 있다. 이는 강력한 구동기 및 견고한 베어링을 필요로 한다. 이러한 와이어 본더의 다른 단점은 본드헤드가 가속될 경우에 본드헤드의 위치에 의존하여 비교적 큰 토크가 발생하는데, 이에 의해 본드헤드 베어링에 대한 수요가 엄청나게 커진다는 점이다. 이에 의해, 가능한 가속도의 최대값의 한계치 및 이에 따른 와이어 본더의 제작률이 정해진다.
미국 특허 공보 제5 330 089호의 명세서에 개시되어 있는 와이어 본더에서는 본드헤드의 구동이 극성 구동 시스템에 의해 일어난다. 이러한 구동 시스템의 경우에도 역시 비교적 큰 질량이 가속되어야 한다. 회전하는 모터에 의해 가속되는 하중은 부가적으로 선형 축에 대한 하중의 위치에 의존하며, 한편으로는 본드헤드의 구동 제어를 방해하고, 다른 한편으로는 가능한 가속도의 최대값의 한계치를 설정한다.
본 발명의 목적은 상당히 높은 가속도에서도 이용 가능한 본드헤드를 포함하는 신규한 와이어 본더를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 와이어 본더는 활주틀(slide), 수직축을 중심으로 회전 가능한 회전빔(rotary beam) 및 회전빔 상에 장착되는 로커(rocker)를 포함한다. 활주틀은 미리 결정된 수평 방향으로 앞뒤로 움직일 수 있으며, 활주틀이 움직임에 따라서 회전빔도 움직인다. 활주틀은 진공압이 충진된 공기 베어링에 의해 수평으로 배치된 활주판에 지지된다. 회전빔도 진공압이 충진된 다른 공기 베어링에 의해 활주판에 지지되는 것이 바람직하다. 회전빔의 회전 운동을 위하여 구동기가 활주틀 상에 배치되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예를 상술한다.
도 1은 수평으로 배치되는 활주판(1) 및 활주판(1) 상에서 활주되는 본드헤드(2)를 포함하는 와이어 접합부의 형성을 위한 와이어 본더를 도시하고 있다. 본드헤드는 활주틀(3), 회전빔(4) 및 로커(5)를 포함한다. 로커(5)에 혼(horn)(6)이 부착되며, 와이어를 안내하는 모세관(capillary)(7)이 고정되어 있는 혼(6)의 첨단부에 초음파가 가해질 수 있다. 활주틀(3)은 진공압이 충진된 제1 베어링에 의해 활주판(1) 상에서 이동하고, 진공압이 충진된 제2 공기 베어링에 의해 y 방향으로 표시된 방향에 평행하게 고정되게 배치된 베어링 요소(8)를 따라 이동한다. 진공압을 2개의 베어링에 충진시키면, 활주틀(3)이 베어링 상에서 움직일 뿐만 아니라 미리 결정된 힘으로 활주판(1) 또는 베어링 요소(8)와 맞부딪쳐서 끌어 당겨지는 효과가 생긴다. 활주틀(3)의 이동은 오직 y 방향으로만 가능하고, 실제적으로 마찰없이 일어난다.
활주틀(3)은 회전빔(4)을 y 방향으로 앞뒤로 이동시킨다. 회전빔(4)은 수직축(9)을 중심으로 회전 가능하며, y 방향으로 활주틀(3)과 함께 이동하고 활주틀(3)에 지지되는데, 여기서 베어링은 공기 베어링으로 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 공기 쿠션이 상기 공기 베어링과 접한 영역의 이상적인 형태로부터 피할 수 없는 공간의 편차를 자동으로 균일화시키기 때문이다. 회전빔(4)은 y 방향에 대하여 약 ±15°의 각도(θ)로 회전 가능하다.
회전빔(4)은 오직 활주틀(3)만이 y 방향으로 회전빔(4)을 안내할 수 있도록 회전빔(4)의 수직 베어링이 아니라 진공압이 충진된 제3 공기 베어링에 의해 활주판(1)에 직접 지지되는 것이 바람직하다. 따라서, 활주틀(3)의 어떠한 수직 진동도 모세관(7)으로 전달되지 않는다.
수평축을 중심으로 회전 가능한 로커(5)는 회전빔(4)에 장착된다. 활주틀(3) 및 회전빔(4)은 수평 평면 내의 미리 결정된 영역 내에서 모세관(7)의 이동을 가능하게 한다. 로커(5)는 수직 방향으로 모세관(7)의 이동을 가능하게 한다.
고정되게 배치된 고정자(10) 및 가동 코일(11)로 형성되는 선형 모터(12)는 활주틀(3)의 구동기로서 작용한다. 회전빔(4)의 수직축(9)을 중심으로 하는 회전 운동은 제2 선형 모터(13)에 의해 일어나고, 이러한 제2 선형 모터(13)의 고정자(14)는 활주틀(3)에 고정되며, 제2 선형 모터(13)의 고정자(14)의 코일(15)은 회전빔(4)에 고정된다. 이러한 선형 모터(13)는 그와 함께 움직이는 활주틀(3)에 고정되어 있기 때문에, 회전빔(4)이 그에 구비되는 요소들에 의하여 수직축(9)에 대해 평형되도록 코일(15)이 수직축(9)에 대하여 모세관(7)의 반대편에 쉽게 배치될 수 있다. 바람직하게는, 회전빔(4) 및 그에 구비되는 요소들의 중심이 수직축(9) 상이나 가능한 한 상기 수직축(9)에 근접하게 놓일 수 있도록 코일(15)로부터 수직축(9)까지의 거리가 선택되고 대응하는 고정자(14)가 배치된다. 따라서, 회전빔(4)이 회전할 때 베어링 상의 하중은 낮게 유지된다.
활주틀(3)에서 회전빔(4)을 수평으로 지지하기 위해서, 수직 방향으로 분리되어 배치되는 2개의 공기 베어링이 활주틀(3)의 상단 및 바닥에 배치된다. 미리 결정된 일정한 간격을 두고 분리되는 2개의 공기 베어링의 사용뿐만 아니라 단지 1개의 공기 베어링의 사용도 활주틀(3)에 대한 수직축(9)의 위치를 안정시키는데 도움이 된다. 공간적으로 분리되는 2개의 공기 베어링의 형성을 위해, 회전빔(4)은 활주틀(3)의 드릴 구멍(18, 19)에 맞물리는 2개의 실린더(16, 17)를 구비한다. 이러한 2개의 실린더(16, 17)는 드릴 구멍을 가진 2개의 열로서 도시되는데, 이 구멍을 통하여 실린더(16, 17)의 내부로 공급되는 공기가 드릴 구멍(18) 또는 드릴 구멍(19)의 가장자리에 대해 외측으로 유동되며, 이 공기는 회전빔(4)이 활주틀(3) 상에 마찰없이 그리고 유격없이 지지되도록 한다.
회전빔(4)의 수직 베어링으로 작용하는 진공압이 충진된 제3 공기 베어링은 하부 실린더(17)와 일체로 형성되는 것이 바람직하다. 진공압을 충진하기 위한 유효 면적과 회전빔(4) 상의 실린더(17) 내에서 수직 방향으로의 최대 가능 인장력은 하부 실린더(17)의 지름의 제곱에 비례하여 증가한다. 따라서, 회전빔(4)의 강성은 하부 실린더(17)의 지름의 선택에 의해 영향을 받는다. 필요하다면, 회전빔(4)의 강성은 회전빔(4)의 상부에 제2 활주판이 활주판(1)에 평행하게 배치된다는 점에서 역시 증가될 수 있고, 이러한 경우에 회전빔(4)은 활주판들 사이의 공기 베어링에 지지된다.
접합 영역의 상(picture)이 활주틀(3)에 고정된 카메라(도시되지 않음)로 투사되고, 회전빔(4)에 고정된 2개의 반사경에 의해 수직축(9) 상에 집중된다. 반사경 중 하나의 반사경(20)은 혼(6)의 첨단부 위에 배치되고, 나머지 하나의 반사경(도시되지 않음)은 수직축에 대하여 중심에 배치된다. 회전빔(4) 및 회전빔에 배치된 모든 요소들, 예를 들면 로커(5), 코일(15), 카메라, 반사경, 조명 요소 등은 회전빔의 질량 중심이 수직축(9)에 근접하게 놓이도록 서로 조합되어 구성되고 배치된다.
진공압이 충진된 공기 베어링의 구성에 관한 상세한 설명은 유럽 특허 공보 제317 787호의 명세서로부터 인용될 수 있다.
본 발명에 따른 와이어 본더는 이하의 이점들을 갖는다.
- 더욱 소형의 구조가 가능하다.
- 선형 모터(12)에 의한 활주틀(3)의 가속시 베어링 요소(8) 상의 하중이 공지된 유럽 특허 공보 제317 787호의 와이어 본더의 베어링 상의 하중에 비해 매우 낮다. 왜냐하면 구동력이 완전히 또는 거의 완전히 본드헤드(2)의 중심으로 또는 중심으로부터 이격되게 향하여, 베어링 요소(8)에 가해지는 토크가 없거나, 또는 공지된 유럽 특허 공보 제317 787호의 와이어 본더의 베어링과 비교시 매우 낮은 토크만이 베어링 요소(8)에 가해지기 때문이다.
- 가속되는 질량이 비교적 낮기 때문에 수직축(9)을 중심으로 한 회전빔(4)의 회전 운동이 매우 높은 가속도로 일어날 수 있다. 제시된 실시예에 따르면, 선형 모터(13)는 고정자(10)에 의해 활주틀(3)을 구동시키는 선형 모터(12)의 구동력보다 작은 회전빔(4)의 구동력을 발생시켜야 하고, 따라서 선형 모터(13)는 훨씬 작아지고 값이 저렴하다. 따라서 선형 모터(13)의 에너지 공급도 훨씬 간단해질 수 있다. 대체로, 공지 기술에 비해 훨씬 높은 본드헤드(2)의 가속도가 수평 평면에서 가능해진다.
- 결과적으로, 베어링 상의 감소된 하중이 본드헤드(2)의 진동 가능성을 확실히 감소시키고, 진동이 발생하는 경우에도 그 진동을 훨씬 신속하게 제진시킨다. 따라서 접합 공정도 훨씬 신속해진다.
- 무중량의 공기 베어링 자체는 가속될 질량을 감소시킨다.
- 활주판(1) 상에 회전빔(4)이 지지되면, 활주틀(3)의 어떠한 수직 진동도 본드헤드(2)로 전달되지 않는다.
모세관(7)의 위치는 y 방향으로 활주틀(3)과 함께 이동되는 수직축(9)의 y 좌표 및 y 방향에 대한 회전빔(4)의 회전 위치를 나타내는 회전빔(4)의 각도(θ)를 지정함으로써 확실하게 결정된다. 직교 좌표계에서의 모세관(7)의 위치(q1, q2)로부터 극좌표계에서의 모세관(7)의 위치(y, θ)로의 변환은 도 2에 도시된 바와 같이 이하의 방정식에 의해 구해진다.
q1 = y + R * cosθ
q2 = R * sinθ
여기서, R은 모세관(7)의 첨단부에서 수직축(9)까지의 거리를 나타낸다.
통상적으로 공지된 방법으로 좌표(y, θ)를 결정하기 위하여 각각 금속자 및 이에 대응하는 판독기를 포함하는 2개의 위치 측정 시스템이 마련된다. 각도(θ)를 측정하기 위한 금속자는 상부 실린더(16)와 동심인 영역들 중 하나에 부착된다. 다른 위치로 이동하는 경우에, 선형 모터(12, 13)를 통하여 흐르는 전류를 조절하기 위해 실제 위치가 고려될 수 있다.
활주판(1) 및 베어링 요소(8) 대신에, y 방향으로 활주틀(3)을 안내하기 위하여 예를 들어 y 방향으로 이동가능한 테이블과 같은 종래의 베어링이 배치될 수 있다. 회전빔(4)도 역시 볼 베어링 또는 고체 조인트에 의해 활주틀(3)에 지지될 수 있다.
도 3은 회전빔(4)의 회전 운동을 위한 구동기가 고정되게 배치된 와이어 본더의 실시예를 도시하고 있다. 이러한 구동기를 위해 선형 모터(21)가 마련되는데, 이러한 선형 모터(21)의 코일은 회전빔(4)에 고정되고, 선형 모터(21)의 고정자는 고정되게 장착된다.
본 발명에 의하면, 와이어 본더에 있어서, 선형 모터(12)에 의한 활주틀(3)의 가속시 베어링 요소(8) 상의 하중 및 토크가 매우 적고, 수직축(9)을 중심으로 한 회전빔(4)의 회전 운동이 매우 높은 가속도로 일어날 수 있게 되며, 베어링 상의 감소된 하중이 본드헤드(2)의 진동 가능성을 감소시키고, 활주판(1) 상의 회전빔(4)의 공기 베어링이 활주틀(3)의 어떠한 수직 진동도 본드헤드(2)로 전달되지 않게 하여 접합 공정을 신속하게 하는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 활주틀(3)과,
    상기 활주틀(3)이 미리 결정된 수평 방향으로 앞뒤로만 이동될 수 있도록 상기 수평 방향을 따라 활주틀(3)을 안내하기 위해 고정되게 배치되는 베어링 요소(8)와,
    상기 활주틀(3)에 의해 이동되고 수직축을 중심으로 회전가능한 회전빔(4)과,
    상기 회전빔(4)에 설치되고 수평축을 중심으로 회전가능한 로커(5)를 포함하며,
    상기 로커(5)에 초음파가 인가될 수 있는 혼(6)이 고정되고, 상기 혼(6)의 첨단부에 와이어를 안내하는 모세관(7)이 고정되는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전빔(4)과 그 회전빔(4)에 배치된 모든 요소들은, 상기 회전빔(4)과 그 회전빔(4)에 배치된 요소들의 질량 중심이 수직축(9)에 근접하게 위치되도록 서로 조합되어 구성되고 배치되는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 활주틀(3)은 진공압이 충진된 공기 베어링에 의해서 수평으로 배치된 활주판(1)에 지지되는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 활주틀(3)은 진공압이 충진된 공기 베어링에 의해서 수평으로 배치된 활주판(1)에 지지되는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 회전빔(4)은 진공압이 충진된 다른 공기 베어링에 의해서 수평으로 배치된 활주판(1)에 지지되는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 회전빔(4)은 진공압이 충진된 다른 공기 베어링에 의해서 수평으로 배치된 활주판(1)에 지지되는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 활주틀(3) 상에서 회전빔(4)을 지지하기 위해 2개의 베어링이 일정한 간격으로 분리되는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전빔(4)은 수직축(9)을 중심으로 회전할 수 있도록 활주틀(3) 상에 공기로 지지되는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전빔(4)의 회전 운동을 위한 구동기가 활주틀(3) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 와이어 본더.
KR1020000063345A 1999-11-02 2000-10-27 본드헤드를 포함하는 와이어 본더 KR100722583B1 (ko)

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