KR102144376B1 - 본딩 장치, 본딩 방법, 및 본딩 제어 프로그램 - Google Patents

본딩 장치, 본딩 방법, 및 본딩 제어 프로그램 Download PDF

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호다카 야마구치
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Abstract

피본딩 부품의 기준(원점) 위치에 대한 거리가 다른 복수의 본딩 개소에 대해, 본딩 수단의 이동 거리를 변경하지 않고 본딩 처리를 실시한다.　본딩 수단과, 워크 홀더와, 상기 워크 홀더를 회전시키는 회전 기구부를 갖는 본딩 스테이지와, 상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 본딩 수단은 기준 자세에 있는 워크 홀더의 탑재면에 대해 이동 가능하게 마련되는 동시에, 이동 방향상에 기준 위치를 갖고 있고, 복수의 본딩점에는 피본딩 부품이 기준 자세에 있는 워크 홀더에 유지된 상태에서의 상기 이동 방향을 따른 상기 기준 위치로부터의 이간 거리가 다른 본딩점이 포함되어 있고, 상기 제어부는 상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 것에 의해, 상기 복수의 본딩점의 상기 이간 거리의 차분을 보정한다.

Description

본딩 장치, 본딩 방법, 및 본딩 제어 프로그램
본 발명은 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 피본딩 부품을 와이어 등을 이용하여 본딩하는 본딩 장치, 본딩 방법 및 본딩 제어 프로그램에 관한 것이다.
종래, 본딩 장치로서 금선, 동 등으로 이루어지는 와이어를 이용하여 제 1 본딩점으로 되는 IC칩상의 전극(패드)과, 제 2 본딩점으로 되는 리드를 접속하는 와이어 본딩 장치가 알려져 있다.
제 1 본딩점으로서의 IC칩의 패드와, 제 2 본딩점으로서 예를 들면 금속으로 이루어지는 리드 프레임의 리드를 와이어로 접합하는 와이어 본딩 장치에 있어서, 제 1 본딩점과 제 2 본딩점은 서로 평행한 평면상에 위치하고 있다. 한편, 반도체 레이저, 평판형 필터, 3축 센서 등의 패키지에서는 제 1 본딩점과 제 2 본딩점은 서로 수직의 평면상에 위치하고 있는 경우가 있으며, 이것에 의해, 종래의 와이어 본딩 장치에서는 본딩을 실행할 수 없었다.
특허문헌 1은 제 1 본딩면과 제 1 본딩면의 대략 직교하는 제 2 본딩면을 갖는 레이저 다이오드 등의 반도체소자의 조립에 있어서, 반도체소자를 스테이지에 유지하여 제 1 본딩을 실행하고, 제 1 본딩 후에 스테이지를 90도 회전하여 제 2 본딩을 실행하는 것이 가능한 조립 장치가 개시되어 있다. 이것에 의해, 제 1 본딩면에 제 2 본딩면이 대략 직교하고 있어도, 스테이지를 90도 회전하는 것에 의해, 제 1 본딩면과 제 2 본딩면의 본딩이 가능하게 되고, 반도체소자의 양산화를 도모할 수 있다.
또, 특허문헌 2는 서로 수직인 면상에 있는 패드와 리드간의 와이어 본딩을 복수개 실행할 때, 워크의 재탈착없이 실행하는 와이어 본딩 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 2에 의하면, 캐필러리에 의해 와이어를 스테이지에 평행한 면상에 제 1 본딩한 후에 캐필러리를 상승시키고, 다음에, 스테이지의 반전 중심을 통과하는 스테이지에 평행한 축을 중심으로 스테이지를 90도 회전시키고, 회전 후에 캐필러리에 의해 와이어를 워크의 스테이지에 수직인 면상에 제 2 본딩을 실행한다. 제 2 본딩 후에 캐필러리를 상승시켜, 캐필러리의 하단이 반전 중심의 부근에 위치하도록 정지시킨다. 그 후, 반전 중심을 통과하는 스테이지에 평행한 축을 중심으로 스테이지를 90도 역회전시켜, 원래의 위치로 되돌린다.
다음에, 스테이지에 수직인 축을 중심으로 하여 워크가 수평 상태에서 스테이지를 소정의 각도만큼 회전시키고, 회전에 의해 워크상의 소정의 위치가 캐필러리의 하측에 위치시키도록 하여, 반대면의 수직 방향의 본딩을 실행한다.
이것에 의해, 평판형 필터와 같이 워크의 양면에 수직 방향의 본딩을 실행하는 경우, 편면의 수직 방향 본딩 종료 후, 스테이지에 의해서 워크가 수평 상태에서 180도 회전하고, 반대면의 수직 방향의 본딩을 실행할 수 있다.
또, 특허문헌 3은 구동용 IC 등을 실장하는 베이스면에 대해, 수직 혹은 대략 수직으로 면 발광형 발광 다이오드 어레이를 실장한 발광 다이오드 어레이 유닛에 있어서의 각 샘플간을 와이어 본딩으로 접속하기 위해, 샘플 스테이지가 긴쪽 방향을 축으로 90도 회전하는 회전 기구와, 회전축의 위치를 조정하기 위해 회전축에 수직인 2개의 방향으로 스테이지를 이동하는 기구를 갖는 발광 다이오드 어레이 유닛의 실장 장치가 개시되어 있다.
또, 특허문헌 4는 3축 센서·칩 패키지에 관한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 4에 의하면, 센서 패키지는 베이스와, 베이스에 부착된 제 1 센서 다이가 제 1 액티브 센서 회로 및 제 1 액티브 센서 회로에 전기적으로 결합된 복수의 금속 패드를 구비한다. 또, 베이스에 부착된 제 2 센서 다이는 제 2 센서 다이에 있어서의 제 1 표면의 위에 배치된 제 2 액티브 센서 회로와, 제 2 센서 다이에 있어서의 제 2 표면의 위에, 제 2 액티브 센서 회로와 전기적으로 결합된 제 2 복수의 금속 패드를 구비한다. 제 2 액티브 센서 회로는 제 1 액티브 센서 회로에 대해 직교로 방위 부여되고, 베이스에 수직이도록, 제 2 센서 다이가 배치된다. 제 2 센서 다이에 있어서의 제 2 표면은 제 1 표면에 인접하고, 제 1 표면의 면에 대해 각도가 붙여져 있다. 3축 센서·칩 패키지는 제 1 센서 다이의 제 1 복수의 금속 패드를 제 2 센서 다이의 제 2 복수의 금속 패드와 상호 접속하는 와이어 본딩으로 결합되어 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 소화59-101845호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 평성8-8287호 특허문헌 3: 일본국 특허공개공보 평성7-186442호 특허문헌 4: 일본국 특허공개공보 제2012-237751호
상술한 바와 같이, 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에 개시되어 있는 발명은 피본딩 부품의 복수의 본딩 개소의 높이 위치가 동일 높이 위치에서 정렬되어 있는 것을 전제로 하고 있고, 그것에 수반해서 상기 본딩 개소에 대한 본딩 수단의 이동 거리를 공통의 이동 거리로 설정하고 있다.
근래, 반도체 레이저 등의 칩이 개발되어 있고, 이러한 종류의 반도체 레이저의 칩에 있어서는 본딩 개소의 높이가 다르다. 이러한 종류의 반도체 레이저의 본딩 개소에 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에 개시된 기설의 본딩 장치에서 본딩 처리를 실행한 경우에는 높이가 다른 복수의 본딩 개소에 대해 본딩 수단의 이동 스트로크가 공통으로 설정되어 있기 때문에, 본딩 개소의 높이에 따라서는 본딩 수단에 의한 본딩 처리를 실행할 수 없게 된다. 이 때문에, 반도체 레이저 등의 칩에 본딩 처리를 유효하게 실시할 수 있는 본딩 장치의 개발이 요망되고 있다.
또한, 반도체 레이저의 칩은 높이가 다른 복수의 본딩 개소가 칩의 3면 이상에 배치되어 있는 경우가 있으며, 이 3면 이상의 면에 배치된 높이가 다른 복수의 본딩 개소에 본딩 장치의 기구를 복잡하게 하는 일 없이, 본딩 수단에서 본딩 처리를 유효하게 실시할 수 있는 본딩 장치의 개발이 요망되고 있다.
그래서, 본 발명의 목적은 높이가 다른 복수의 본딩 개소에 본딩 장치의 기구를 복잡하게 하는 일 없이, 본딩 수단에서 본딩 처리를 유효하게 실시한다고 하는 요구에 부응하기 위해, 피본딩 부품의 기준(원점) 위치에 대한 거리가 다른 복수의 본딩 개소에 대해, 본딩 수단의 이동 거리를 변경하지 않고 본딩 처리를 실시하는 본딩 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 관한 본딩 장치는 피본딩 부품의 복수의 본딩점에 본딩을 실행하는 본딩 수단과, 상기 피본딩 부품을 탑재면에서 유지하는 동시에, 상기 본딩 수단과 정대하는(정면으로 마주 대하는) 기준 자세를 갖는 워크 홀더와, 상기 워크 홀더를 상기 기준 자세로부터 회전축 주위로 회전시키는 회전 기구부를 갖는 본딩 스테이지와, 상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 본딩 수단은 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더의 탑재면에 대해 이동 가능하게 마련되는 동시에, 해당 이동 방향상에 상기 본딩 수단의 이동 기준으로 되는 기준 위치를 갖고 있고, 상기 복수의 본딩점에는 상기 피본딩 부품이 기준 자세에 있는 워크 홀더에 유지된 상태에서의 상기 이동 방향을 따른 상기 기준 위치로부터의 이간 거리가 다른 본딩점이 포함되어 있고, 상기 제어부는 상기 각 본딩점의 상기 이간 거리의 차에 따라 상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 것에 의해, 상기 복수의 본딩점의 상기 이간 거리의 차분을 보정하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 본딩 장치의 상기 회전 기구부는 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더를 상기 회전축 주위에 정역 방향으로 회전 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 본딩 장치의 상기 본딩 스테이지는 상기 피본딩 부품을 장착 가능한 히트 플레이트와, 해당 히트 플레이트를 가열하는 것이 가능한 히트 블록을 갖고 있고, 상기 히트 플레이트는 피본딩 부품이 상기 기준 자세의 워크 홀더에 탑재된 상태에서, 상기 피본딩 부품을 상기 기준 위치에 접근 또는 이반시키는 거리 보정 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 본딩 장치의 상기 히트 플레이트와 상기 히트 블록은 분할되어 구성된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 본딩 장치는 초음파 진동을 인가시키는 것이 가능한 초음파 발생 수단을 상기 본딩 수단에 갖고, 상기 초음파 발생 수단에서 야기되는 진동을 억제하기 위한 토크를 상기 회전축에 부여하는 토크 발생 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 본딩 장치의 상기 피본딩 부품은 상기 본딩 스테이지의 상기 회전축 근방에 마련되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 본딩 장치의 상기 본딩 스테이지의 회전 기구부는 상기 회전축보다 아래쪽에 위치하도록 구성하고, 위쪽은 상기 본딩 수단으로서의 본딩 헤드가 본딩면내에 진입하도록 하여, 상기 본딩 헤드의 가동 범위를 넓게 하는 구성으로 한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 본딩 방법은 본딩 스테이지의 워크 홀더의 탑재면에 탑재한 피본딩 부품의 본딩점에 본딩 수단에 의해 본딩을 실행하는 본딩 방법에 있어서, 상기 워크 홀더를 상기 본딩 수단과 정대하는 기준 자세로부터 회전축 주위로 회전 가능으로 하고, 상기 본딩 수단을 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더의 탑재면에 대해 이동 가능하게 마련하는 동시에, 해당 이동 방향상에 상기 본딩 수단의 이동 기준으로 되는 기준 위치를 설정하고, 상기 본딩점에는 상기 피본딩 부품이 기준 자세에 있는 워크 홀더에 유지된 상태에서의 상기 이동 방향을 따른 상기 기준 위치로부터의 이간 거리가 다른 복수의 본딩점이 포함되어 있고, 상기 각 본딩점의 상기 이간 거리의 차에 따라 상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 것에 의해, 상기 복수의 본딩점의 상기 이간 거리의 차분을 보정하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 관한 본딩 제어 프로그램은 본딩 스테이지의 워크 홀더의 탑재면에 탑재한 피본딩 부품의 본딩점으로의 본딩 수단에 의한 본딩 처리를 제어하는 본딩 제어 프로그램에 있어서, 상기 워크 홀더가 상기 본딩 수단과 정대하는 기준 자세로부터 회전축 주위로 회전 가능하고, 상기 본딩 수단이 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더의 탑재면에 대해 이동 가능하게 마련되고, 상기 본딩점에는 상기 피본딩 부품이 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더에 유지된 상태에서의 상기 이동 방향을 따른 상기 기준 위치로부터의 이간 거리가 다른 복수의 본딩점이 포함되어 있고, 상기 본딩 수단의 이동 방향상에 상기 본딩 수단의 이동 기준으로 되는 상기 기준 위치를 설정하는 기능과, 상기 각 본딩점의 상기 이간 거리의 차에 따라 상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 것에 의해, 상기 복수의 본딩점의 상기 이간 거리의 차분을 보정하는 기능을 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 회전축의 주위로 본딩 스테이지를 회전시켜, 본딩 수단에 대한 피본딩 부품의 본딩 개소의 이간 거리를 보정하는 것에 의해, 피본딩 부품의 기준(원점) 위치에 대한 이간 거리가 다른 복수의 본딩 개소에 대해, 본딩 수단의 이동 거리를 변경하지 않고 본딩 처리를 실시할 수 있다.
본 발명에 있어서는 본딩 스테이지가 회전축의 주위를 회전하기 때문에, 본딩 수단에서 본딩 처리를 할 때에, 본딩 스테이지의 본딩 수단에 대한 자세가 문제로 되는 것이 예상된다. 그래서, 본 발명에 의하면, 본딩 스테이지를 회전시키기 위한 회전 기구를 이용하여, 본딩 스테이지에 토크를 부여하여 본딩의 자세를 안정시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는 본딩 수단의 이동 거리를 변경하지 않고, 본딩 스테이지를 회전시킨다고 하는 간소한 기구를 채용하는 것에 의해, 본딩 장치의 기구를 복잡화하는 일 없이, 높이가 다른 복수의 본딩 개소에 본딩 처리를 실시할 수 있을 뿐만 아니라, 높이가 다른 복수의 본딩 개소가 칩의 3면 이상에 배치되어 있는 경우에도, 이 3면 이상의 면에 배치된 높이가 다른 복수의 본딩 개소에 본딩 처리를 유효하게 실시할 수 있다.
또, 종래는 기준 자세인 수평 상태에서 평면과 해당 평면에 수직인 대향하는 면에 본딩면을 갖는 피본딩 부품의 본딩에서는 한쪽의 대향하는 면의 본딩을 실행한 후에, 피본딩 부품을 수평으로 180도 회전한 상태로 작업자가 재설치하고, 반전 기구를 회전하여 다른쪽의 대향하는 면의 본딩을 실행하고 있었다. 본 발명에 의하면, 평면과 평면에 수직인 대향하는 면에 본딩면을 갖는 피본딩 부품의 본딩으로, 다른쪽의 대향하는 면의 본딩을 실행하기 위한 작업자에 의한 재설치가 불필요하게 되고, 작업 효율이 향상하며, 생산성을 높일 수 있다. 즉, 본 발명은 피본딩 부품을 180도 회전한 상태에서 본딩을 실행할 수 있도록 하기 위해, 회전 기구부를 구비하는 본딩 스테이지를 가능한 한 아래쪽에 위치시키는 것에 의해, 본딩 헤드가 그 위쪽으로부터 본딩면내에 진입할 수 있도록 하여, 본딩 헤드의 가동 범위를 넓게 하는 구성으로 한 것이다. 이와 같이 하는 것에 의해서, 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 피본딩 부품으로서, 면내에 본딩을 하는 본딩 위치의 이간 거리가 다른 전극을 갖는 피본딩 부품에 대해, 가동 범위가 넓은 본딩 헤드에 의해서 용이하게 본딩을 실행할 수 있다.
본 발명에 있어서는 워크 홀더를 본딩 수단과 정대하는 기준 자세로부터 회전축 주위로 회전 가능하게 하고, 상기 본딩 수단을 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더의 탑재면에 대해 이동 가능하게 마련하는 동시에, 해당 이동 방향상에 상기 본딩 수단의 이동 기준으로 되는 기준 위치를 설정하고 있다. 상기 본딩 수단의 이동 방향으로서는 본딩 수단이 연직 방향(Z방향)으로 이동하는 방향을 상정하고 있다.
본 발명에서는 상기 본딩점에, 상기 피본딩 부품이 기준 자세에 있는 워크 홀더에 유지된 상태에서의 상기 이동 방향을 따른 상기 기준 위치로부터의 이간 거리가 다른 복수의 본딩점이 포함되어 있는 것을 전제로 하고, 상기 각 본딩점의 상기 이간 거리의 차에 따라 상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 것에 의해, 상기 복수의 본딩점의 상기 이간 거리의 차분을 보정하고 있다.
따라서, 본 발명에서 본딩 위치는 피본딩 부품이 기준 자세에 있는 워크 홀더에 유지된 상태에서의 이동 방향을 따른 기준 위치로부터의 이간 거리가 다른 본딩점을 말한다. 또, 도 5, 도 6, 도 8, 도 10, 도 13, 도 14, 도 15 및 도 17 중에 기재된 「거리」는 「이간 거리」를 의미하는 것으로 한다.
또, 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 피본딩 부품을 본딩하는 본딩 장치는 종래의 본딩 장치와 달리, 본딩 헤드뿐만 아니라, 스테이지측도 상대적으로 이동시키기 때문에, 본딩 위치의 안정이 요구된다. 이 때문에, 피본딩 부품의 장착 위치를 회전축 부근에 위치시키는 동시에, 회전 기구부의 진동을 억제할 필요가 있다. 본 발명의 본딩 장치는 회전축에 큰 토크를 부여하는 것에 의해서, 회전 기구부를 안정시키고, 진동도 억제하여 안정된 본딩을 실행할 수 있다. 이 때문에, 피본딩 부품의 장착 위치를 회전축 부근에 위치시키는 동시에, 회전 기구부의 진동을 억제하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 본딩 장치로서의 와이어 본딩 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 본딩 장치로서의 와이어 본딩 장치의 제어부, 구동부의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 본딩 장치로서의 와이어 본딩 장치의 본딩 스테이지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 회전 기구부의 제어부, 구동부의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5는 제 1 면내에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 전극을 갖는 피본딩 부품을 본딩하는 본딩 장치의 티칭 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 제 1 면내에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 전극을 갖는 피본딩 부품을 본딩하는 본딩 장치의 본딩 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 도 5, 도 6에 나타내는 티칭, 본딩의 동작에 있어서의 피본딩 부품의 본딩점과 본딩 툴의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 8은 제 2 면내에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 전극을 갖는 피본딩 부품의 티칭, 본딩 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 티칭, 본딩의 동작에 있어서의 피본딩 부품의 본딩점과 본딩 툴의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 10은 제 3 면내에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 전극을 갖는 피본딩 부품의 티칭, 본딩 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 11은 도 10에 나타내는 티칭, 본딩의 동작에 있어서의 피본딩 부품의 본딩점과 본딩 툴의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 본딩 위치의 거리가 다른 피본딩 부품의 본딩 위치의 이간 거리의 차분의 보정에 대해 설명하는 도면이다.
도 13은 기준 자세인 수평 상태에서 평면과 해당 평면에 수직인 대향하는 면에 본딩면을 갖는 피본딩 부품을 와이어 본딩하는 와이어 본딩 장치의 티칭 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 기준 자세인 수평 상태에서 평면과 해당 평면에 수직인 대향하는 면에 본딩면을 갖는 피본딩 부품을 와이어 본딩하는 와이어 본딩 장치의 본딩 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 15는 도 14에 나타내는 본딩 동작을 나타내는 흐름도의 계속을 나타내는 도면이다.
도 16은 도 13, 14에 나타내는 와이어 본딩의 동작에 있어서의 피본딩 부품의 본딩점과 본딩 툴의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 17은 기준 자세에 있고 또한 경사진 본딩면을 갖는 피본딩 부품의 티칭, 본딩의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 18은 도 17에 나타내는 본딩의 동작에 있어서의 피본딩 부품의 본딩점과 본딩 툴의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 본딩 장치 및 본딩 방법을 실시하기 위한 형태에 대해 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는 본딩 장치로서 와이어를 이용하여 피본딩 부품의 전극과 리드를 접속하는 와이어 본딩 장치를 이용해서 설명한다.
본 발명은 본딩 수단으로서의 본딩 헤드의 본딩 부품에 대한 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라 워크 홀더의 회전을 제어하는 것에 의해, 본딩 헤드의 복수의 본딩점에 대한 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하여, 본딩을 실행하는 것을 가능하게 한 것이다. 또, 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 반도체 레이저 패키지 등의 피본딩 부품에 있어서의 본딩 툴에 대한 본딩면의 상대 위치가 본딩 툴의 바로 위에 위치하도록 회전 기구부(70)(도 3에 나타냄)를 제어하고, 본딩면상의 거리가 다른 경우에, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하여 본딩할 수 있도록 한 것이다. 이것에 의해, 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 반도체 레이저 패키지 등의 본딩이 가능하게 되고, 생산성을 대폭 향상할 수 있다.
이하, 본 발명의 본딩 장치로서의 와이어 본딩 장치의 구성을 도 1 내지 도 4를 이용해서 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 본딩 장치로서의 와이어 본딩 장치의 구성을 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 본딩 장치로서의 와이어 본딩 장치의 제어부, 구동부의 구성을 나타내는 블럭도, 도 3은 본 발명의 본딩 장치로서의 와이어 본딩 장치의 본딩 스테이지(본딩 회전 스테이지)의 구성을 나타내는 사시도, 도 4는 회전 기구부의 제어부, 구동부의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 와이어 본딩 장치(1)는 본딩 헤드(3)와, 본딩 헤드(3)를 탑재하여 X방향 및/또는 Y방향으로 이차원적으로 이동하여 위치 결정하는 위치 결정 수단으로서의 XY 스테이지(18)와, 반도체 레이저 칩 등을 마운트한 피본딩 부품(44)을 탑재하여 본딩 툴(6)에 의해 본딩 작업을 실행하는 본딩 스테이지(본딩 회전 스테이지)(50)를 갖고 있다. 또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 와이어 본딩 장치(1)의 제어부, 구동부는 컴퓨터(21), XY축 제어부(35), Z축 제어부(36) 및 회전축 제어부(37)를 포함하는 컨트롤 유닛(20)과, XY축 제어부(35), Z축 제어부(36) 및 회전축 제어부(37)로부터의 명령 신호에 따라 XY 스테이지(18), 본딩 헤드(3) 및 본딩 스테이지(본딩 회전 스테이지)(50)의 각 모터에 구동 신호를 발하는 구동 유닛(39)으로 이루어진다. 또한, 컴퓨터(21)로부터의 제어에 의해서, XY축 제어부(35)는 XY 스테이지(18)의 XY축의 위치 제어의 지정 신호, Z축 제어부(36)는 본딩 헤드(3)의 Z축의 위치 제어의 지정 신호, 회전축 제어부(37)는 본딩 스테이지(본딩 회전 스테이지)(50)의 회전축의 회전 제어의 명령 신호를 각각 생성하여 구동 유닛(39)에 출력한다. 또한, 본딩 스테이지(50)는 피본딩 부품을 회전시켜 본딩 작업을 실행하는 것이 가능하게 구성되어 있기 때문에, 이하의 설명에서는 본딩 스테이지(50)를 본딩 회전 스테이지(50)로 적고 설명한다.
본딩 수단으로서의 본딩 헤드(3)는 초음파 진동자(도시하지 않음)와, 한쪽의 선단에 본딩 툴(6)로서의 캐필러리(6)를 갖는 초음파 혼(5)과, 다른쪽이 지지축(도시하지 않음)에 결합되어 있는 본딩 암(4)과, 캐필러리(6)의 위치를 검출하는 위치 검출 수단으로서의 엔코더(도시하지 않음)와, 본딩 암(4)을 지지축을 중심으로 해서 상하로 구동하는 리니어 모터(도시하지 않음)를 갖는다. 또한, 초음파 진동자와 초음파 혼(5), 구동 회로(도시하지 않음)로 초음파 발생 수단을 구성한다. 또, 본딩 암(4)을 구동하는 모터는 리니어 모터에 한정하는 것은 아니며, 다른 종류의 모터라도 좋다.
또, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본딩 헤드(3)는 와이어(40)의 파 지를 실행하고, 본딩 암(4)에 고정되어 캐필러리(6)와 연동해서 상하 이동 및 개폐 기구를 실행하는 클램프(7)(파지 수단)를 구비하고 있다. 또, 캐필러리(6)와 클램프(7)를 통해 수직 방향으로 신장한 와이어(40)에 에어를 뿜어 올려 텐션을 주는 텐션 클램프(8)(도 2에 도시)를 갖고 있다. 클램프(7)상에 위치하는 텐션 클램프(8)는 클램프(7)와 달리, 캐필러리(6)와 연동하는 일 없이, 본딩 헤드(3)에 고정되어 있다. 와이어(40)의 파지를 실행하는 클램프(7)의 개폐 기구 및 텐션 클램프(8)는 컨트롤 유닛(20)에 의해서 구동 유닛(39)을 통해 제어된다.
또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 본딩 헤드(3)는 방전에 의해서 와이어(40)를 용융하여 캐필러리(6)의 선단에 볼을 형성하기 위한 방전 전극(17)을 갖고 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 컨트롤 유닛(20)은 도시하지 않은 CPU, 메모리(22), 도시하지 않은 입출력부 등을 갖는 컴퓨터(21)를 내장하고 있고, 컴퓨터(21)의 CPU는 메모리(22)에 기억되어 있는 프로그램을 실행하여 본딩 장치(1)의 제어를 실행한다. 또한, 컴퓨터(21)의 메모리(22)는 프로그램 외에 데이터 등의 기억을 하는 것도 가능하게 되어 있다.
컴퓨터(21)의 메모리(22)에는 본딩 스테이지의 워크 홀더의 탑재면에 탑재한 피본딩 부품의 본딩점으로의 본딩 수단에 의한 본딩 처리를 제어하는 본딩 제어 프로그램이 기억되어 있다. 본 발명에 관한 본딩 제어 프로그램은 워크 홀더(52)가 본딩 수단과 정대하는 기준 자세로부터 회전축 주위로 회전 가능하고, 상기 본딩 수단이 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더(52)의 탑재면에 대해 이동 가능하게 마련되고, 본딩점에는 상기 피본딩 부품이 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더에 유지된 상태에서의 상기 이동 방향을 따른 상기 기준 위치로부터의 이간 거리가 다른 복수의 본딩점이 포함되어 있는 구성을 전제로 하여, 상기 본딩 수단의 이동 방향상에 상기 본딩 수단의 이동 기준으로 되는 상기 기준 위치를 설정하는 기능과, 상기 각 본딩점의 상기 이간 거리의 차에 따라 상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 것에 의해, 상기 복수의 본딩점의 상기 이간 거리의 차분을 보정하는 기능을 컴퓨터에 실행시키기 위한 프로그램이다. 이 본딩 제어 프로그램이 메모리(22)에 기억되어 있고, 컴퓨터(21)의 CPU는 메모리(22)에 기억된 본딩 제어 프로그램을 읽어내는 것에 의해, 본 발명의 본딩 장치의 동작을 제어하고, 또한 본딩 장치를 제어하는 것에 의해, 본 발명의 본딩 방법을 실행한다.
또, 컴퓨터(21)에는 키보드 등의 외부 입력 장치(34)가 접속되어 있고, 외부 입력 장치(34)를 통해 입력되는 캐필러리(6)의 상하 이동량, XY 스테이지(18)에 있어서의 본딩점의 XY축의 좌표, 워크 홀더(52)의 회전 기구부(70)의 회전 데이터 등을 메모리(22)에 기억하도록 되어 있다. 또한, 본딩점은 전극, 단자 등의 본딩을 해야 하는 위치를 말한다.
본딩에 있어서의 캐필러리(6)의 위치는 캐필러리(6)의 원점 위치로부터의 Z축(수직) 방향에 있어서의 거리로 나타난다. 또한, 캐필러리(6)의 원점 위치는 엔코더에 의해 원점이 검출되어 있을 때의 캐필러리(6)의 위치를 말한다. 예를 들면, 캐필러리(6)의 선단에 위치하는 볼이 본딩점에 맞닿았을 때의 캐필러리(6)의 위치는 맞닿음시의 캐필러리(6)의 원점 위치로부터의 수직 방향의 거리에 상당한다. 또한, 캐필러리(6)의 원점 위치는 미리 설정해 두도록 한다. 또한, 이후의 설명에서 캐필러리(6)의 원점 위치를 원점 o로 적는다. 또, 피본딩 부품의 다른 면에 대해, 캐필러리(6)의 원점 위치를 다르도록 설정해도 좋다.
또, 캐필러리(6) 등의 본딩 툴(6)이 가동하여 본딩이 가능한 XYZ축에 있어서의 영역을 본딩 가능 영역이라고 한다. 본딩이 가능한 XY축에 있어서의 영역은 XY 스테이지(18)의 가동 범위에서 규정되고, 본딩이 가능한 Z축에 있어서의 영역은 본딩 툴(6)의 가동 범위에서 규정된다. 그러나, 본 발명에 의한 본딩 장치는 후술하는 바와 같이, 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 피본딩 부품으로의 본딩을 용이하게 실행할 수 있도록, 본딩 툴(6)의 가동 범위가 넓게 규정되어 있다.
이하에, 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 피본딩 부품을 탑재하여 본딩을 실행하는 본딩 회전 스테이지의 구성에 대해 도 1 및 도 3을 이용해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 본딩 장치로서의 와이어 본딩 장치의 본딩 회전 스테이지의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 본딩 회전 스테이지(50)는 피본딩 부품(44)를 유지, 가열하는 워크 홀더(52)와, 피본딩 부품(44)을 탑재한 워크 홀더(52)를 피본딩 부품(44)의 위치를 중심으로 정면 바로 앞측 또는 안쪽측으로 회전하는 회전 기구부(70)(도 3에 나타내는 우측에 도시)와, 워크 홀더(52)의 피본딩 부품(44)의 유지, 해제를 실행하는 슬라이드 기구부(도시하지 않음)를 갖고 있다.
워크 홀더(52)는 피본딩 부품(44)을 탑재하여 가열하는 히트 플레이트(53)와, 히트 플레이트(53)를 가열하는 히트 블록(54)과, 열을 차단하는 단열부(57)와, 단열부(57)의 하부에 마련되어, 히트 블록(54) 등을 지지하는 지지부(58)와, 피본딩 부품(44)을 유지하는 워크 누름(65)을 구비하고 있다. 또한, 본 발명에 의한 히트 플레이트(53)와, 히트 플레이트(53)를 가열하는 히트 블록(54)은 분할해서 구성되어 있다. 히트 플레이트(53)가 분할되는 것에 의해서, 히트 플레이트(53)가 교환 가능하게 되어 있다.
히트 플레이트(53)는 탑재면으로서 피본딩 부품(44)을 탑재하고, 히트 블록(54)으로부터의 열로 피본딩 부품(44)을 가열한다. 히트 플레이트(53)는 피본딩 부품(44)에 효율적으로 열을 전달하도록, 피본딩 부품(44)의 하부와 밀착하는 표면이 형성되어 있다. 본딩은 히트 플레이트(53)상에 피본딩 부품(44)을 탑재하여 실행된다. 히트 플레이트(53)는 거리가 다른 피본딩 부품의 본딩 위치를, 본딩 수단으로서의 본딩 헤드(3)에 의한 본딩 가능한 거리 위치에 접근 또는 이반시키는 보정을 하는 거리 보정 수단을 갖고 있다. 즉, 히트 플레이트(53)의 거리 보정 수단은 피본딩 부품마다 피본딩 부품의 본딩 위치의 이간 거리가 본딩 헤드(3)에 의한 본딩 가능한 거리 위치가 되도록, Z축 방향으로 본딩 위치의 이간 거리를 보정하기 위해, 그 결과로서, 피본딩 부품의 기준(원점) 위치에 대한 거리가 다른 복수의 본딩 개소에 대해, 본딩 수단의 이동 거리를 변경하지 않고 본딩 처리를 실시할 수 있다.
또, 필요에 따라 히트 플레이트(53)에, 피본딩 부품(44)을 흡착 고정시키기 위한 진공 흡착용의 흡착 구멍을 마련하는 것도 가능하다.
또, 본 발명에 의한 히트 플레이트(53)는 히트 블록(54)과 분할해서 구성되어 있고, 예를 들면 피본딩 부품(44)의 전극의 높이에 따라, 두께가 다른 히트 플레이트(53)를 대신하도록 한다. 또, 히트 플레이트(53)의 표면의 높이 위치를 가변하는 기구를 마련하여, 자동으로 조정하도록 해도 좋다.
히트 플레이트(53)의 하부에는 히트 블록(54)이 마련되어 있다. 히트 블록(54)에는 히터가 내장되어 있으며, 온도 검출 센서로 히트 블록(54)의 온도를 검출하여, 히트 블록(54)이 소정의 온도를 유지하도록 히터가 제어되어 있다.
또, 히트 블록(54)의 내부에, 진공 흡착용의 흡착 구멍을 마련하는 것도 가능하다. 히트 블록(54)의 흡착 구멍과 히트 플레이트(53)의 흡착 구멍을 접속하고, 히트 블록(54)의 측면에 진공 흡착 배관용의 금속 튜브(55)를 마련하여, 진공 흡착을 실행하도록 하면 좋다. 본딩시에 피본딩 부품(44)의 배면을 히트 플레이트(53)로 흡착하는 것에 의해, 피본딩 부품(44)을 히트 플레이트(53)에 밀착, 고정시킬 수 있다.
히트 블록(54)의 하부에는 단열재로 이루어지는 단열부(57)가 마련되어 있다. 단열부(57)는 히트 블록(54)으로부터의 열이 하부에 전달되지 않도록 열을 차단한다.
또한, 단열부(57)의 하부의 면에는 지지부(58)가 마련되어 있다. 단열부(57)의 하부에 마련된 지지부(58)는 상부에 위치하는 히트 플레이트(53), 히트 블록(54) 및 단열부(57)를 지지하고 있다.
또, 지지부(58)의 좌우 양단에는 탄성체 등의 스프링으로 결합된 지지 부재(60)가 마련되어 있다. 지지부(58)의 좌우 양단에 위치하는 지지 부재(60)는 회전 기구부(70)의 U자 형상을 이루는 스윙 부재(73)에 회전 가능하게 부착되어 있다.
지지 부재(60)의 상부의 단면에는 좌우에 마련되어 있는 1쌍의 워크 누름(65)의 단부가 고정되어 있다. 지지 부재(60)는 슬라이드 기구부(도시하지 않음)에 의해서 스윙 부재(73)에 부착되어 있는 개소를 지지축으로서 회전하고, 상부의 선단이 좌우로 이동한다. 워크 누름(65)은 좌우로 슬라이드하여, 히트 플레이트(53)상의 피본딩 부품(44)을 누르도록 해서 고정시커거나, 고정을 해방한다.
또한, 지지 부재(60)의 좌우의 이동 대신에 상하로 이동하여, 워크 누름(65)을 상하로 이동시키도록 해도 좋다. 워크 누름(65)이 위로 이동하여 피본딩부품(44)의 누름을 해방하고, 워크 누름(65)이 위에서 아래로 이동하는 것에 의해, 피본딩 부품(44)의 표면의 일부 또는 측면을 눌러 고정시키도록 한다.
다음에, 본딩 회전 스테이지(50)의 회전 기구부(70)에 대해 설명한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 회전 기구부(70)는 전체가 대략 U자 형상을 갖고 봉형상의 부재인 스윙 부재(73)로 형성되며, 스윙 부재(73)의 양단에 회전축(74)(샤프트)을 갖고 있다. 또, 대략 U자 형상을 갖고 봉형상의 부재인 스윙 부재(73)의 중앙 위치 부근에는 워크 홀더(52)를 결합, 유지하기 위한 평판(도시하지 않음)이 마련되어 있다.
스윙 부재(73)의 양단의 회전축(74)은 베어링(77)을 통해 좌우에 마련된 측판(90)에 부착되어 있다. 또, 양단의 회전축(74)은 회전축(74)의 중심을 연결하는 가상선(중심선)이 XY 스테이지(18)의 X축 방향(혹은 Y축 방향)과 평행을 이루도록 마련되어 있다.
이것에 의해, 회전 기구부(70)의 회전축(74)의 양단은 좌우의 측판(90)의 외측에 부착된 베어링(77)에 의해 지지되어, 회전 가능으로 되어 있다.
워크 홀더(52)에 마련되어 있는 히트 플레이트(53), 히트 블록(54), 단열부(57) 및 지지부(58)는 수직 방향으로 일체로 결합하여 회전 기구부(70)에 부착되어 있다. 즉, 워크 홀더(52)는 회전 기구부(70)의 대략 U자 형상을 갖고 봉형상의 부재인 스윙 부재(73)의 평판과 지지부(58)를 통해 결합 고정되어 있다.
이것에 의해, 회전 기구부(70)가 회전하는 것에 의해, 워크 홀더(52)와 함께, 지지 부재(60), 워크 누름(65)도 동시에 회전한다.
이와 같이, 회전 기구부(70)의 회전축(74)이 회전하는 것에 의해, 대략 U자 형상의 중심 부근의 스윙 부재(73)의 평판에 고정되어 있는 워크 홀더(52)가 회전한다. 이와 같이, 회전 기구부(70)의 구성부품이 회전축(74)의 아래쪽측에 위치하도록 구성하는 것에 의해서, 회전축(74)의 위쪽측의 공간이 넓게 개방되는 것에 의해서, 본딩 헤드의 가동 범위가 넓어지는 바와 같은 구성으로 되어 있다. 그것에 의해서, 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 피본딩 부품에 대해, 본딩을 용이하게 실행할 수 있도록 되어 있다.
도 1 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 회전 기구부(70)는 피본딩 부품(44)을 탑재한 워크 홀더(52)를 피본딩 부품(44)의 위치를 중심으로 정면 바로 앞, 이후 정방향(F방향)으로 하거나, 또는 안쪽측, 이후 역방향(R방향)으로 회전하고, 연속해서 0도 내지 180도까지 회전 가능으로 되어 있다. 또한, 회전 기구부(70)가 F방향으로 회전할 때를 0도 내지 90도로 하고, R방향으로 회전할 때를 0도 내지 -90도로 한다.
또, 회전 기구부(70)에 있어서의 회전축(74)의 회전 중심이 피본딩 부품(44)의 저면에서 본딩면의 본딩 위치의 이간 거리까지의 범위내에 위치하도록 하고, 피본딩 부품(44)이 본딩 회전 스테이지(50)의 회전축(74)의 근방으로 되도록 하여, 회전에 의해 위치가 정해지는 본딩점을 본딩 가능 영역에 위치하도록 한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 본딩 회전 스테이지(50)에 있어서의 회전 기구부(70)는 기어(80, 81, 82)를 통해 모터(85)에 의해서 회전 구동된다.
모터(85)의 회전축에는 기어(80), 본 발명에서는 32개의 평기어가 고정되어 있고, 모터(85)의 회전이 병렬인 3축에 부착된 기어(평기어)를 통해 회전 기구부(70)의 회전축(74)을 회전하도록 구동한다. 모터(85)의 회전을 회전축(74)에 전달하는 각 기어의 기어비는 모터(85)의 기어(80)와 기어(82)의 기어비가 커지도록 설정되고, 2축째의 기어(81), 본 발명에서는 90개의 평기어와 3축째의 기어(82), 본 발명에서는 110개의 평기어와의 기어비가 1이상(본 발명의 기어(80)와 기어(82)의 기어비 1:3.4)으로 되도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 모터(85)의 회전 분해능에 대한 회전축(74)의 회전 각도가 작기 때문에, 회전 기구부(70)를 고분해능의 각도로 회전시킬 수 있다. 또한, 중간의 기어(81)는 동력 전달용이며 기어비는 기어(80)와 기어(82)의 비로 설정된다.
또, 3축째의 기어(82)는 회전 기구부(70)의 한쪽의 회전축(74)에 고정되어 있고, 모터(85)가 회전하는 것에 의해, 2축째의 기어(81)가 회전하고, 2축째의 기어(81)의 회전력이 3축째의 기어(82)에 전달되어 3축째의 기어(82)가 회전하여, 회전 기구부(70)의 회전축(74)을 회전하도록 구동한다. 또한, 회전축(74)에 부착된 3축째의 기어(82)는 중심각 360도의 티스면을 가질 필요가 없으며, 예를 들면 중심각 200도의 티스면을 갖도록 한다.
모터(85)는 높은 토크를 가지며, 고속 회전이 가능으로 되어 있다. 모터(85)의 회전축에 부착된 기어(80)를 회전하고, 다른 기어비를 갖는 기어(81, 82)를 통해, 회전 기구부(70)의 회전축(74)에 대해 회전력을 부여하고 큰 토크로 회전 구동한다.
또, 모터(85)는 기어(80), 기어(81), 기어(82)에 의해서, 큰 토크를 발생하는 것에 의해서 높은 유지력을 갖기 때문에, 모터(85)의 회전 정지에 의한 회전 기구부(70)에서 발생하는 진동을 억제할 수 있다. 또한, 모터(85)는 기어(80), 기어(81), 기어(82), 회전 기구부(70)는 토크 발생 수단을 구성한다.
모터(85)는 회전 수, 회전 각도 등을 제어할 수 있는 스텝(펄스) 모터(85)가 바람직하다. 또한, 모터(85)는 스텝(펄스) 모터(85)에 한정하는 것은 아니며, 다른 모터(85)라도 좋다.
이와 같이, 본 발명에 의한 본딩 장치는 회전 기구부(70)의 회전축(74)에 대해 큰 토크를 부여하는 토크 발생 수단을 가지며, 해당 토크 발생 수단에 의해서 워크 홀더의 회전시의 진동을 억제하여 피본딩 부품에의 본딩을 실행한다.
다음에, 본딩 회전 스테이지(50)에 있어서의 회전 기구부(70)의 모터(85)의 제어에 대해 설명한다.
회전 기구부(70)를 소정의 각도로 회전시키기 위해서는 예를 들면, 모터(85)로서 스텝 모터를 사용한 경우에는 모터(85)의 기어(80)를 포함하는 3축의 기어비와 모터(85)의 분해능(1펄스당 회전 각도)으로부터 구해진 펄스 수로 모터(85)를 회전시킨다. 또, 회전 기구부(70)가 기준 자세인 수평 상태를 나타내는 신호(원점 신호)는 스윙 부재(73)의 위치를 본딩 회전 스테이지(50)의 측판(90)에 부착한 센서로 검출한다. 예를 들면, 회전 기구부(70)가 기준 자세인 수평 상태일 때에는 센서로부터 "ON" 신호가 출력된다. 모터(85)의 제어를 실행하는 회전축 제어부(37)는 원점 신호를 기준으로 해서, 회전 기구부(70)를 소정의 각도로 회전시키도록, 회전 방향, 펄스 수를 결정한다. 또한, 이하에서는 기준 자세를 수평 상태로 설정하여 설명하겠지만, 기준 자세는 수평 상태에 한정되는 것은 아니며, 수평 자세가 무너진 경사 자세라도 좋은 것이다.
또, 회전 기구부(70)의 회전축(74)이 0도 내지 180도(-90도 내지 0도, 0도 내지 90도)까지 회전했을 때에, 센서로부터 리미트 신호가 출력된다. 회전 기구부(70)가 0도 내지 180도(-90도 내지 0도, 0도 내지 90도)를 넘어 회전하지 않도록, 리미트 신호에 의해 모터(85)의 회전을 정지하도록 한다.
이것에 의해, 본딩 회전 스테이지(50)의 회전 기구부(70)는 피본딩 부품(44)을 탑재한 히트 플레이트(53), 히트 블록(54) 및 워크 누름(65)으로 구성되는 워크 홀더(52)를 탑재하여, 회전축(74)을 중심으로 우측면에서 보아 0도 내지 180도(±90도)까지 회전 가능으로 되어 있다.
또한, 회전 기구부(70)는 피본딩 부품(44)을 탑재한 워크 홀더(52)를, 회전축(74)을 중심으로 구조상 0도 내지 180도를 넘어 회전하는 것이 가능하지만, 본딩 암(4), 본딩 툴(6)과의 간섭 등을 방지하기 위해, 0도 내지 180도(±90도)까지 회전 가능하게 제어된다.
범용의 본딩 장치에서는 본딩 스테이지의 자세가 변경되는 일이 없기 때문에, 피본딩 부품에 있어서의 본딩 위치의 본딩 스테이지에 대한 높이 방향에서의 거리가 다른 경우에도, 본딩 스테이지를 기준으로 해서 조정하는 것이 가능하지만, 본 발명에 있어서는 3면 이상의 본딩면에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 본딩 개소가 존재하기 때문에, 범용의 본딩 장치와 같이 본딩 스테이지를 기준으로 해서 본딩 위치의 이간 거리를 조정하는 것은 곤란하다.
그래서, 본 발명에 있어서의 본딩 장치(1)는 기준 자세인 평면과 해당 평면에 수직인 대향하는 면에 본딩점을 갖는 피본딩 부품(44)을 본딩 툴(6)의 이동 거리를 변경하는 일 없이, 회전 기구부(70)에 의해서 회전시켜 본딩을 실행한다.
그러나, 본 발명은 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 피본딩 부품에 대해 본딩을 실행할 수 있도록, 본딩 스테이지(본딩 회전 스테이지)의 회전 기구부(70)를 회전시켜 피본딩 부품의 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하여 본딩을 실행한다.
또, 도 3에 나타내는 본딩 회전 스테이지(50)는 히트 플레이트(53)에 탑재한 피본딩 부품(44)을 좌우로부터 유지하는 발톱형상의 워크 누름(65)을 구동하는 슬라이드 기구(도시하지 않음)를 갖고 있다. 슬라이드 기구는 워크 누름(65)을 지지하는 지지 부재(60)를 좌우로 슬라이드하여 워크 누름(65)을 이동하도록 한다. 이 슬라이드 기구는 회전 기구부(70)와는 독립적으로 동작하며, 본딩 회전 스테이지(50)의 하우징에 고정되어 있다. 슬라이드 기구는 실린더 등으로 구성되어 있으며, 구동 유닛(39)으로부터의 신호에 의해 워크 누름(65)을 좌우로 이동시킨다.
본 발명에 의한 본딩 장치(1)가 본딩하는 피본딩 부품(44)은 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 반도체 레이저 패키지 등이다. 레이저광을 발광하는 반도체 레이저 패키지는 패키지의 대좌상에 반도체 레이저 칩을 실장하고, 반도체 레이저 칩의 전극 등과 리드 단자를 와이어 본딩하여 와이어로 접속하고, 캡을 씌운 구성이다. 반도체 레이저 패키지는 발진광이 반도체 레이저 칩의 측면으로부터 발광한다. 이 때문에, 발진광을 수직 방향으로 꺼내기 위해, 반도체 레이저 칩을 지지부의 측면에 마운트한다. 반도체 레이저 칩의 한쪽의 전극은 반도체 레이저 칩의 표면에 마련되어 있고, 이 때문에, 반도체 레이저 칩의 다른 방향에 3면 이상 갖는 면의 각각을 회전하여 피본딩 부품의 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하여, 본딩을 실행한다.
또, 피본딩 부품(44)은 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 반도체 레이저 패키지에 한정되지 않으며, 예를 들면, 동일면내에서 본딩 위치의 이간 거리가 동일하거나 다르거나, 혼재된 것이어도 좋다.
이상 설명한 바와 같이, 본딩 장치(1)로서의 와이어 본딩 장치는 X축 및 Y축 방향으로 이동 가능한 XY 스테이지(18)와, XY 스테이지(18)에 탑재되어 Z축 방향으로 이동 가능한 본딩 툴(6)을 갖는 본딩 헤드(3)와, XY 스테이지(18)의 X축(혹은 Y축)에 평행한 회전축(74)을 갖고, 피본딩 부품(44)을 회전하는 회전 기구부(70)를 갖는 본딩 회전 스테이지(50)를 갖고 있다. 이것에 의해, 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 피본딩 부품, 동일면내에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 전극을 갖는 피본딩 부품에 대해 본딩하는 것이 가능하게 된다.
또, 도 4에 나타내는 바와 같이, 본딩 장치(1)로서의 와이어 본딩 장치는 피본딩 부품의 본딩 위치를 입력하는 본딩 위치 정보 입력부(30)를 갖고 있다. 본딩 위치 정보 입력부(30)는 오퍼레이터에 의한 티칭 등으로 XY축 및 Z축의 위치 좌표를 입력한다. 와이어 본딩 장치는 또한, 회전 기구부(70)의 회전축의 회전각을 입력하는 회전 스테이지각 회전 정보 입력부(31)를 갖고 있다. 회전 스테이지각 회전 정보 입력부(31)는 본딩시에 피본딩 부품의 회전 방향을 포함하는 회전각을 입력한다. 즉, 본딩점의 면내의 복수의 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하는 회전각을 입력한다. 이것에 의해, 면내의 본딩하는 위치(본딩점)는 XY 스테이지(18)에 있어서의 X축, Y축의 위치 좌표, 본딩 툴(6)에 있어서의 Z축의 위치 좌표와 회전 기구부(70)의 회전축(74)의 회전각에 의해서 지정된다. 이들 본딩점마다의 위치 데이터는 컨트롤 유닛(20)의 메모리(22)에 기억된다.
또, 도 4에 나타내는 바와 같이, 컨트롤 유닛(20)은 본딩시에, 메모리(22)에 기억되어 있는 위치 데이터를 읽어내어, 회전축 제어부(37)에 회전각의 데이터를 출력한다. 회전축 제어부(37)는 모터(85)가 소정의 회전 동작을 실행하도록 구동 유닛(39)을 제어한다. 모터(85)의 회전은 기어(80, 81, 82)를 통해, 회전축(74)에 전달되어, 회전축(74)이 회전한다. 모터(85)의 회전축에 부착된 기어(80)와 회전축(74)을 구동하는 기어(82)의 기어비는 큰 값이기 때문에, 회전축(74)에 큰 토크를 부여하는 것에 의해서, 회전 기구부를 안정시키고, 진동도 억제하여 안정된 본딩을 실행할 수 있다. 이 때문에, 피본딩 부품의 장착 위치를 회전축 부근에 위치시키는 동시에, 회전 기구부의 진동을 억제하는 것이 가능하게 된다.
다음에, 본 발명에 의한 본딩 장치에 의한 본딩 동작에 있어서의 본딩 회전 스테이지의 회전 기구부의 회전에 수반하는 피본딩 부품과 본딩 툴의 위치 관계에 대해 도 5, 도 6 및 도 7을 이용해서 설명한다.
도 5는 제 1 면내에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 전극을 갖는 피본딩 부품을 본딩하는 본딩 장치의 티칭 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 6은 제 1 면내에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 전극을 갖는 피본딩 부품을 본딩하는 본딩 장치의 본딩 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 도 5, 도 6에 나타내는 티칭, 본딩의 동작에 있어서의 피본딩 부품의 본딩점과 본딩 툴의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 도 7에 있어서의 일점 쇄선으로 나타내는 원은 워크 홀더(52) 부근의 피본딩 부품(44)과 본딩 툴(6)의 위치 관계를 나타내는 확대도이다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 처음에, 본딩 회전 스테이지(50)의 회전 중심의 X, Y 위치 데이터, Z축의 거리 데이터의 입력을 실행하여, 데이터를 메모리에 기억한다(도 5에 나타내는 스텝 S1). 본딩 회전 스테이지(50)의 회전 중심의 데이터는 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전에 수반하는 새로운 본딩 위치를 산출하기 위해 이용하는 것이며, 본딩 회전 스테이지(50)의 회전 중심의 데이터의 입력은 본딩 장치의 기동시 등에 실행하도록 한다.
도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 반도체 레이저 칩(45)을 마운트한 피본딩 부품으로서의 반도체 레이저 패키지(44)를 워크 홀더(52)의 히트 플레이트(53)에 탑재한다. 또한, 워크 홀더(52)는 히트 플레이트(53), 히트 블록(54), 단열부(57) 및 지지부(58)를 갖고 있다.
도 7의 (a)는 반도체 레이저 칩(45)을 마운트하고, 하부에 리드(도시하지 않음)를 갖는 반도체 레이저 패키지(44)를 히트 플레이트(53)에 탑재한 상태를 나타낸다. 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본딩면이 다른 방향에 3면을 갖고 있으며, 각각의 면을 제 1 면 BS1, 제 2 면 BS2, 제 3 면 BS3으로 한다. XY 스테이지(18)를 기준 자세로 한 상태에서, 제 1 면 BS1에는 본딩점 a, b, c, d가 위치하고 있다(도 5에 나타내는 스텝 S2).
다음에, 도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본딩점 a, b의 X, Y 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 La, Lb의 입력을 실행한다. 거리 데이터 La는 캐필러리(6)의 원점 위치(기준 위치로 함)인 원점 o에서 본딩점 a간의 거리를 말한다. 거리 데이터 Lb는 원점 o에서 본딩점 b간의 거리를 말한다. 거리 데이터의 입력 후, 본딩점 a의 X, Y 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 La, Lb를 메모리에 기억한다(도 5에 나타내는 스텝 S3).
다음에, 본딩점 a, b의 거리 데이터 La, Lb로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각 θa의 정보를 취득한다. 취득한 회전 방향, 회전각 θa를 메모리에 기억한다(도 5에 나타내는 스텝 S4).
다음에, 본딩점 c, d의 X, Y 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 Lc, Ld의 입력을 실행한다. 거리 데이터 Lc는 원점 o에서 본딩점 c간의 거리, 거리 데이터 Ld는 원점 o에서 본딩점 d간의 거리를 말한다. 거리 데이터를 입력 후, 본딩점 c, d의 X, Y 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 Lc, Ld를 메모리에 기억한다(도 5에 나타내는 스텝 S5).
다음에, 본딩점 c, d의 거리 데이터 Lc, Ld로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각 θb의 정보를 취득한다. 취득한 회전 방향, 회전각 θb를 메모리에 기억한다(도 5에 나타내는 스텝 S6). 또한, 티칭 동작시에 본딩점의 거리 데이터로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각의 정보를 취득하는 실시형태에 대해 설명하겠지만, 본딩시에 본딩점의 거리 데이터로부터 회전 방향, 회전각의 정보를 취득하도록 해도 좋다. 이와 같이, 티칭을 실행할 때에는 회전 방향, 회전각의 정보를 취득하여, 거리의 보정을 실행한다.
다음에, 도 7의 (a)에 나타내는 제 1 면 BS1의 본딩에 대해 설명한다. 본딩은 티칭으로 메모리에 기억된 회전 방향, 회전각의 정보 등을 읽어내고, 그 정보에 의거하여 본딩 처리를 실행한다. 처음에, 메모리로부터 본딩점 a, b, c, d의 위치 데이터, Z축의 거리 데이터를 읽어낸다(도 6에 나타내는 스텝 S10). 또한, 메모리로부터 본딩점 a, b에 있어서의 회전 방향, 회전각 θa의 데이터를 읽어낸다(도 6에 나타내는 스텝 S11).
다음에, 읽어낸 회전각 θa로 회전 기구부(70)의 회전축(74)을 F방향으로 회전시킨다. 이 때, 본딩점 a의 거리 데이터는 La'=Lb이다(도 6에 나타내는 스텝 S12).
도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 회전 후의 본딩점 a, b의 거리, 위치의 보정을 실행하여, 본딩점 a, b간의 본딩을 실행한다(도 6에 나타내는 스텝 S13). 또한, 거리의 보정은 본딩점의 회전에 수반하는 거리의 미세 조정을 실행하는 것이며, 이하에 나타내는 본딩 처리에 있어서도 마찬가지로 실행된다.
다음에, 메모리로부터 본딩점 c, d에 있어서의 회전 방향, 회전각 θb의 데이터를 읽어낸다(도 6에 나타내는 스텝 S14).
다음에, 읽어낸 회전각 θb로 회전 기구부(70)의 회전축(74)을 R방향으로 회전시킨다. 이 때, 본딩점 d의 거리 데이터는 Ld'=Lc이다(도 6에 나타내는 스텝 S15).
회전 후의 본딩점 c, d의 거리, 위치의 보정을 실행하여, 본딩점 c, d간의 본딩을 실행한다(도 6에 나타내는 스텝 S16). 이상에 의해, 반도체 레이저 패키지(44)에 있어서의 제 1 면 BS1의 본딩점 a, b, c, d의 본딩이 실행된다. 이와 같이, 회전축의 회전에 수반하여 거리가 변화하기 때문에 미세 조정인 거리의 보정을 실행한다.
또한, 이하에 설명하는 티칭 동작, 본딩 동작에 있어서도 티칭을 실행할 때에는 회전 방향, 회전각의 정보를 취득하여, 거리의 보정을 실행한다. 또, 본딩은 티칭으로 메모리에 기억된 회전 방향, 회전각의 정보 등을 읽어내고, 그 정보에 의거하여 본딩 처리를 실행한다.
다음에, 본딩점이 반도체 레이저 칩(45)의 제 2 면에 위치하고 있는 경우의 본딩 동작에 대해 도 8 및 도 9를 이용해서 설명한다. 도 8은 제 2 면내에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 전극을 갖는 피본딩 부품의 티칭, 본딩 동작을 나타내는 흐름도이다. 도 9는 도 8에 나타내는 티칭, 본딩의 동작에 있어서의 피본딩 부품의 본딩점과 본딩 툴의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
예를 들면, 본딩점이 도 9의 (a)에 나타내는 제 2 면 BS2일 때에는 본딩점 e, f가 반도체 레이저 칩(45)의 측면이기 때문에, 반도체 레이저 패키지(44)를 화살표로 나타내는 바와 같이, 회전 기구부(70)의 회전축(74)을 R방향으로 90도(θ=-90도) 회전시켜 티칭 동작을 실행한다(도 8에 나타내는 스텝 S20).
이 때, 회전축(74)은 반도체 레이저 패키지(44)의 저면과 히트 플레이트(53)의 표면이 접하는 위치를 회전 중심(75)으로 해서 회전한다. 도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 워크 홀더(52)가 90도 회전하는 것에 의해 반도체 레이저 패키지(44)의 본딩점 e, f의 제 2 면 BS2가 수평에 위치한다. 그 후, 본딩점 e, f의 X, Y 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 Le, Lf를 입력하고, 메모리에 기억한다(도 8에 나타내는 스텝 S21). 거리 데이터 Le는 원점 o에서 본딩점 e간의 거리, 거리 데이터 Lf는 원점 o에서 본딩점 f간의 거리를 말한다.
다음에, 본딩점 e, f의 거리 데이터 Le, Lf로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각 θc의 정보를 취득한다. 취득한 회전 방향, 회전각 θc를 메모리에 기억한다(도 8에 나타내는 스텝 S22). 또한, 티칭 동작은 동일한 반도체 레이저 패키지(44)의 경우에는 1회만 실행한다.
다음에, 도 9의 (a)에 나타내는 제 2 면 BS2의 본딩에 대해 설명한다. 처음에, 메모리로부터 본딩점 e, f의 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 Le, Lf를 읽어낸다(도 8에 나타내는 스텝 S23). 또한, 메모리로부터 본딩점 e, f에 있어서의 회전 방향, 회전각 θc의 데이터를 읽어낸다(도 8에 나타내는 스텝 S24).
다음에, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이, 읽어낸 회전각 θc로 회전 기구부의 회전축(74)을 F방향으로 회전시킨다. 이 때, 본딩점 e의 거리 데이터는 Le'=Lf(도 8에 나타내는 스텝 S25)이다. 회전 후의 본딩점 e, f의 거리, 위치의 보정을 실행하여, 본딩점 e, f간의 본딩을 실행한다(도 8에 나타내는 스텝 S26).
이상에 의해, 반도체 레이저 패키지(44)에 있어서의 제 2 면 BS2의 본딩점 e, f의 본딩이 실행된다.
다음에, 본딩점이 반도체 레이저 칩(45)의 제 3 면에 위치하고 있는 경우의 본딩 동작에 대해 도 10 및 도 11을 이용하여 설명한다. 도 10은 제 3 면내에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 전극을 갖는 피본딩 부품의 티칭, 본딩 동작을 나타내는 흐름도이다. 도 11은 도 10에 나타내는 티칭, 본딩의 동작에 있어서의 피본딩 부품의 본딩점과 본딩 툴의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제 3 면 BS3의 본딩점 g, h가 반도체 레이저 칩(45)의 측면에 위치하고 있는 경우에는 반도체 레이저 패키지(44)를 회전 기구부(70)에 의해 F방향으로 90도(90도) 회전시켜 티칭 동작을 실행한다(도 10에 나타내는 스텝 S30).
도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 워크 홀더(52)가 θ=90도 회전하는 것에 의해 본딩점 g, h의 제 3 면 BS3이 수평에 위치한다. 그 후, 본딩점 g, h의 X, Y 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 Lg, Lh를 입력하고, 메모리에 기억한다(도 10에 나타내는 스텝 S31). 거리 데이터 Lg는 원점 o에서 본딩점 g간의 거리, 거리 데이터 Lh는 원점 o에서 본딩점 h간의 거리를 말한다.
다음에, 본딩점 g, h의 거리 데이터 Lg, Lh로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각 θd의 정보를 취득한다. 취득한 회전 방향, 회전각 θd를 메모리에 기억한다(도 10에 나타내는 스텝 S32). 또한, 티칭 동작은 동일한 반도체 레이저 패키지(44)의 경우에는 1회만 실행한다.
다음에, 도 11의 (a)에 나타내는 제 3 면 B32의 본딩에 대해 설명한다. 처음에, 메모리로부터 본딩점 g, h의 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 Lg, Lh를 읽어낸다(도 10에 나타내는 스텝 S33). 또한, 메모리로부터 본딩점 g, h에 있어서의 회전 방향, 회전각 θd의 데이터를 읽어낸다(도 10에 나타내는 스텝 S34).
다음에, 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 읽어낸 회전각 θd로 회전 기구부의 회전축(74)을 R방향으로 회전시킨다. 이 때, 본딩점 e의 거리 데이터는 Lg'=Lh이다(도 10에 나타내는 스텝 S35). 회전 후의 본딩점 g, h의 거리, 위치의 보정을 실행하여, 본딩점 g, h간의 본딩을 실행한다(도 10에 나타내는 스텝 S36).
이상에 의해, 반도체 레이저 패키지(44)에 있어서의 제 3 면 BS3의 본딩점 g, h의 본딩이 실행된다.
본 발명의 본딩 장치는 F방향으로 0도에서 90도(θ=90도)까지 회전했을 때의 워크 홀더(52)의 표면의 높이가 본딩 가능 영역에 있어서의 본딩 툴(6)의 최하강점에서의 본딩 암(4)의 면까지의 높이 미만으로 되도록 설정하고 있기 때문에, 본딩 툴(6)의 본딩 가능 영역내에서, 워크 홀더(52)와 본딩 암(4)이 간섭하지 않도록 되어 있다. 이미 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 본딩 장치의 회전 기구부(70)의 구성부품은 회전축(74)의 아래쪽측에 위치하는 구성으로 되어 있다. 그 때문에, 본딩 헤드(3)의 가동 범위가 넓게 되어 있다.
종래의 본딩 장치는 본딩 장치의 안쪽측으로만(R방향) 회전하도록 되어 있었지만, 본 발명의 본딩 장치는 워크 홀더를 바로 앞측(F방향)으로 90도까지 회전시킬 수 있기 때문에, 피본딩 부품(44)을 히트 플레이트(53)에 탑재한 채, 3면으로의 본딩이 가능하다.
이하에, 도 12를 이용하여 면내에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 본딩점을 갖는 피본딩 부품의 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하여 본딩하는 본딩 장치에 대해 설명한다. 도 12는 본딩 위치의 이간 거리가 다른 피본딩 부품의 본딩 위치의 이간 거리의 차분의 보정에 대해 설명하는 도면이다.
도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 피본딩 부품은 1개의 면 BS1에 본딩 위치의 이간 거리가 다른 단자 a, b, c, d를 갖고 있다. 처음에, 티칭에 의해서 단자 a, b, c, d의 본딩 위치, 즉, 본딩 위치 정보 입력부(30)에 의해 X축, Y축의 위치 데이터, Z축의 거리 데이터를 입력하고, 메모리에 데이터를 기억한다. 도 12의 (b)에 나타내는 바와 같이, 단자 a, b, c, d의 거리 데이터를 La, Lb, Lc, Ld로 한다. 거리 데이터 La는 원점 o에서 단자 a간의 거리, 거리 데이터 Lb는 원점 o에서 단자 b간의 거리, 거리 데이터 Lc는 원점 o에서 단자 c간의 거리, 거리 데이터 Ld는 원점 o에서 단자 d간의 거리를 말한다. 또한, 단자 b, c는 동일 칩상에 위치하며, Lb=Lc로 한다.
다음에, 본딩점 a, b의 거리 데이터 La, Lb로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각 θa의 정보를 취득한다. 또, 본딩점 c, d의 거리 데이터 Lc, Ld로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각 θb의 정보를 취득한다. 취득한 회전 방향, 회전각 θa, θb를 메모리에 기억한다.
도 12의 (c)에 나타내는 바와 같이, 메모리로부터 읽어낸 회전각 θa로 회전 기구부의 회전축을 회전시킨다. 이 때, 본딩점 a의 거리 데이터는 La'=Lb이다. 회전 후의 본딩점 a, b의 거리, 위치의 보정을 실행하여, 본딩점 a, b간의 본딩을 실행한다.
다음에, 도 12의 (d)에 나타내는 바와 같이, 메모리로부터 읽어낸 회전각 θb로 회전 기구부의 회전축을 회전시킨다. 이 때, 본딩점 d의 거리 데이터는 Ld'=Lc이다. 회전 후의 본딩점 c, d의 거리, 위치의 보정을 실행하여, 본딩점 c, d간의 본딩을 실행한다.
이 때, 도 12의 (d)에 나타내는 바와 같이, Lc=Ld'=Lb=La'로 되며, Z축의 거리가 다른 피본딩 부품의 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라 보정된다. 이와 같이, 도 12의 (d)에 나타내는 제 1 면 BS1에 있어서의 본딩점 a, b, c, d의 본딩 위치의 이간 거리는 동일하게 되도록 보정된다.
이상에 의해, 반도체 레이저 패키지(44)에 있어서의 제 1 면 BS1의 본딩점 a, b, c, d의 본딩이 실행된다.
이와 같이, 본 발명의 본딩 장치는 면내에 복수의 본딩점의 본딩 위치가 다른 거리를 갖는 피본딩 부품에 대해, 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라 워크 홀더의 회전을 제어하는 것에 의해, 복수의 본딩점에 대한 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위해, 피본딩 부품의 기준(원점) 위치에 대한 거리가 다른 복수의 본딩 개소에 대해, 본딩 수단의 이동 거리를 변경하지 않고 본딩 처리를 실시할 수 있는 동시에, 본딩 툴의 가동 범위를 좁게 본딩의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 본딩 장치에 의한 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 피본딩 부품의 본딩에 대해, 도 13 내지 도 16을 참조하여 와이어 본딩을 실행하는 예를 설명한다.
도 13은 기준 자세의 상태에서 평면과 해당 평면에 수직인 대향하는 면에 본딩면을 갖는 피본딩 부품을 와이어 본딩하는 와이어 본딩 장치의 티칭 동작을 나타내는 흐름도, 도 14는 기준 자세인 수평 상태에서 평면과 해당 평면에 수직인 대향하는 면에 본딩면을 갖는 피본딩 부품을 와이어 본딩하는 와이어 본딩 장치의 본딩 동작을 나타내는 흐름도, 도 15는 도 14에 나타내는 본딩 동작을 나타내는 흐름도의 계속을 나타내는 도면이며, 도 16은 도 13, 14, 15에 나타내는 와이어 본딩의 동작에 있어서의 피본딩 부품의 본딩점과 본딩 툴의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 16의 (a)에 나타내는 바와 같이, 피본딩 부품(반도체 레이저 패키지)(44)은 본딩면이 다른 방향에 3면 BS1, BS2, BS3을 갖고 있으며, BS1에는 본딩점 a, b, c, d를 갖고, 본딩점 a와 본딩점 b를 와이어 등으로 접속하고, 본딩점 c와 본딩점 d를 와이어 등으로 접속한다. 또, BS2에는 본딩점 e, f를 갖고, 본딩점 e와 본딩점 f를 와이어 등으로 접속하고, BS3에는 본딩점 g, h를 갖고, 본딩점 g와 본딩점 h를 와이어 등으로 접속하도록 한다.
처음에, 티칭을 실행하기 위해, 도 16의 (a)에 나타내는 바와 같이, 피본딩 부품으로서의 반도체 레이저 패키지(44)를 히트 플레이트(53)에 탑재하여, 워크 누름을 동작시키고, 반도체 레이저 패키지(44)를 고정시킨다.
도 16의 (b)에 나타내는 바와 같이, 피본딩 부품(44)의 BS2가 수평 상태로 되도록 회전축을 R방향으로 90도 회전한다(도 13에 나타내는 스텝 S40). BS2상에 위치하는 본딩점 e, f의 X, Y 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 Le, Lf를 입력하여, 메모리에 기억한다(도 13에 나타내는 스텝 S41). 거리 데이터 Le는 원점 o에서 본딩점 e간의 거리, 거리 데이터 Lf는 원점 o에서 본딩점 f간의 거리를 말한다.
본딩점 e, f의 거리 데이터 Le, Lf로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각 θc의 정보를 취득한다. 취득한 회전 방향, 회전각 θc를 메모리에 기억한다(도 13에 나타내는 스텝 S42).
다음에, 도 16의 (c)에 나타내는 바와 같이, 피본딩 부품(44)의 BS3이 수평 상태로 되도록 회전축을 F방향으로 180도 회전시킨다(도 13에 나타내는 스텝 S43). BS3상에 위치하는 본딩점 g, h의 X, Y 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 Lg, Lh를 입력하여, 메모리에 기억한다(도 13에 나타내는 스텝 S44). 거리 데이터 Lg는 원점 o에서 본딩점 g간의 거리, 거리 데이터 Lh는 원점 o에서 본딩점 h간의 거리를 말한다.
다음에, 본딩점 g, h의 거리 데이터 Lg, Lh로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각 θd의 정보를 취득한다. 취득한 회전 방향, 회전각 θd를 메모리에 기억한다(도 13에 나타내는 스텝 S45).
다음에, 도 16의 (d)에 나타내는 바와 같이, 피본딩 부품(44)의 BS1이 기준 자세인 수평 상태로 되도록, 회전축을 R방향으로 90도 회전시킨다(도 13에 나타내는 스텝 S46). BS1상에 위치하는 본딩점 a, b, c, d의 X, Y 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 La, Lb, Lc, Ld를 입력하여, 메모리에 기억한다(도 13에 나타내는 스텝 S47). 또한, 각 본딩점의 거리 데이터 La, Lb, Lc, Ld는 원점 o에서 각 본딩점간의 거리를 말한다.
다음에, 본딩점 a, b의 거리 데이터 La, Lb로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각 θa의 정보를 취득한다. 취득한 회전 방향, 회전각 θa를 메모리에 기억한다(도 13에 나타내는 스텝 S48).
다음에, 본딩점 c, d의 거리 데이터 Lc, Ld로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각 θb의 정보를 취득한다. 취득한 회전 방향, 회전각 θb를 메모리에 기억한다(도 13에 나타내는 스텝 S49).
이상에 의해, 기준 자세의 상태에서 평면과 해당 평면에 수직인 대향하는 면에 본딩면을 갖는 피본딩 부품을 와이어 본딩하기 위한 티칭 동작을 종료한다. 티칭 동작은 동일한 피본딩 부품에 대해 1회만 실행한다.
다음에, 본딩 동작에 대해 설명한다. 본딩시에, 피본딩 부품(44)으로서의 반도체 레이저 패키지(44)를 히트 플레이트(53)에 탑재하여, 워크 누름을 동작시키고, 반도체 레이저 패키지(44)를 고정시킨다.
처음에, 메모리로부터 본딩점 a, b, c, d, e, f, g, h의 위치 데이터, Z축의 거리 데이터를 읽어낸다(도 14에 나타내는 스텝 S60). 또한, 메모리로부터 본딩점 e, f에 있어서의 회전 방향, 회전각 θc의 데이터를 읽어낸다(도 14에 나타내는 스텝 S61).
도 16의 (e)에 나타내는 바와 같이, 읽어낸 회전각 θc로 회전 기구부의 회전축을 R방향으로 (90-θc)도 회전시킨다. 이 때, 본딩점 e의 거리 데이터는 Le'=Lf이다(도 14에 나타내는 스텝 S62). 회전 후의 본딩점 e, f의 거리, 위치의 보정을 실행하여, 제 2 면 BS2의 본딩점 e, f간의 본딩을 실행한다(도 14에 나타내는 스텝 S63).
다음에, 메모리로부터 본딩점 g, h에 있어서의 회전 방향, 회전각 θd의 데이터를 읽어낸다(도 14에 나타내는 스텝 S64).
도 16의 (f)에 나타내는 바와 같이, 읽어낸 회전각 θd로 회전축을 F방향으로 (180-(θc+θd))도 회전한다. 이 때, 본딩점 e의 거리 데이터는 Lg'=Lh이다(도 14에 나타내는 스텝 S65). 회전 후의 본딩점 g, h의 거리, 위치의 보정을 실행하여, 제 3 면 BS3에 있어서의 본딩점 g, h간의 본딩을 실행한다(도 14에 나타내는 스텝 S66).
다음에, 메모리로부터 본딩점 a, b에 있어서의 회전 방향, 회전각 θa의 데이터를 읽어낸다(도 14에 나타내는 스텝 S67).
도 16의 (g)에 나타내는 바와 같이, 읽어낸 회전각 θa로 회전축을 R방향으로 (90-θd-θa)도 회전한다. 이 때, 본딩점 a의 거리 데이터는 La'=Lb이다(도 15에 나타내는 스텝 S68). 회전 후의 본딩점 a, b의 거리, 위치의 보정을 실행하여, 본딩점 a, b간의 본딩을 실행한다(도 15에 나타내는 스텝 S69).
다음에, 메모리로부터 본딩점 c, d에 있어서의 회전 방향, 회전각 θb의 데이터를 읽어낸다(도 15에 나타내는 스텝 S70).
읽어낸 회전각 θb로 회전축을 R방향으로 (θb+θa)도 회전한다(도시하지 않음). 이 때, 본딩점 d의 거리 데이터는 Ld'=Lc이다(도 15에 나타내는 스텝 S71). 회전 후의 본딩점 c, d의 거리, 위치의 보정을 실행하여, 본딩점 c, d간의 본딩을 실행한다(도 15에 나타내는 스텝 S72).
이상에 의해, 본딩면이 다른 방향에 3면 BS1, BS2, BS3을 갖는 피본딩 부품(44)은 BS1의 본딩점 a와 본딩점 b 및 본딩점 c와 본딩점 d가 와이어 등으로 접속된다. 또, BS2의 본딩점 e와 본딩점 f를 와이어 등으로 접속하고, BS3의 본딩점 g와 본딩점 h가 와이어 등으로 접속된다.
또한, 본딩의 순번은 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 위치 데이터를 읽어내어 위치 데이터로부터, 면내에서의 본딩으로 본딩 완료의 와이어 등과의 간섭이 발생하지 않도록, 면내에서의 본딩의 순번을 결정하는 것이다. 예를 들면, 본딩 위치, 본딩하는 2점간의 직선에서의 경로, 루프 형성에서의 와이어의 높이 등을 토대로, 본딩에서의 간섭 영역을 결정하여, 다른 본딩점이 영향을 받지 않도록, 본딩하는 순번을 결정하도록 해도 좋다.
다음에, 히트 플레이트(53)가 기준 자세의 상태에서, 기준 자세에 대해 본딩면이 경사진 면을 갖는 피본딩 부품의 본딩의 동작에 대해 도 17 및 도 18을 이용해서 설명한다.
도 17은 기준 자세의 상태에 대해 경사진 본딩면을 갖는 피본딩 부품의 티칭, 본딩의 동작을 나타내는 흐름도, 도 18은 도 17에 나타내는 본딩의 동작에 있어서의 피본딩 부품의 본딩점과 본딩 툴의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 18의 (a)에 나타내는 바와 같이, 면 BS4에는 본딩 위치의 이간 거리가 다른 본딩점 x, y가 배치되고, 본딩점 y의 표면은 경사진 면을 갖고 있다.
도 18의 (a)에 나타내는 바와 같이, BS4가 기준 자세의 상태로 되도록 회전축을 조정한다(도 17에 나타내는 스텝 S80). 다음에, 본딩점 x, y의 X, Y의 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 Lx, Ly를 입력하여, 메모리에 기억한다(도 17에 나타내는 스텝 S81). 거리 데이터 Lx는 원점 o에서 본딩점 x간의 거리, 거리 데이터 Ly는 원점 o에서 본딩점 y간의 거리를 말한다.
다음에, 본딩점 x, y의 거리 데이터 Lx, Ly로부터 본딩 위치의 이간 거리의 차에 따라, 본딩 위치의 이간 거리의 차분을 보정하기 위한 회전 방향, 회전각 θx의 정보를 취득한다. 취득한 회전 방향, 회전각 θx를 메모리에 기억한다(도 17에 나타내는 스텝 S82). 이상으로 티칭 동작을 종료한다.
다음에, 본딩 동작에 대해 설명한다. 본딩시에, 피본딩 부품(44)으로서의 반도체 레이저 패키지(44)를 히트 플레이트(53)에 탑재하여, 워크 누름을 동작시켜, 반도체 레이저 패키지(44)를 고정시킨다.
메모리로부터 본딩점 x, y의 위치 데이터, Z축의 거리 데이터 Lx, Ly를 읽어낸다(도 17에 나타내는 스텝 S83).
다음에, 메모리로부터 본딩점 x, y에 있어서의 회전 방향, 회전각 θx의 데이터를 읽어낸다(도 17에 나타내는 스텝 S84).
다음에, 읽어낸 회전각 θx로 회전축(74)을 F방향으로 회전한다. 이 때, 본딩점 e의 거리 데이터는 Ly'=Lx로 된다(도 17에 나타내는 스텝 S85). 회전 후의 본딩점 x, y의 거리, 위치의 보정을 실행하여, 본딩점 x, y간의 본딩을 실행한다(도 17에 나타내는 스텝 S86).
또, 도 18의 (c)에 나타내는 바와 같이, 다른 본딩점에 대해서도 본딩을 실행한다(도 17에 나타내는 스텝 S87).
이상에 의해, 기준 자세에 대해 본딩면이 경사진 면을 갖는 피본딩 부품에 대해서도 본딩 거리의 차분을 보정하여, 동일 거리에서 본딩을 실행하는 것이 가능하다.
본 발명의 본딩 장치는 와이어 본딩 장치에 한정하는 것은 아니며, 예를 들면, 패키지에 칩을 마운트하는 다이 본더, 본딩면에 범프를 형성하는 범프 본더 등에도 적용할 수 있다.
이상 기술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 회전축의 주위로 본딩 스테이지를 회전시켜, 본딩 수단에 대한 피본딩 부품의 본딩 개소의 거리를 보정하는 것에 의해, 피본딩 부품의 기준(원점) 위치에 대한 거리가 다른 복수의 본딩 개소에 대해, 본딩 수단의 이동 거리를 변경하지 않고 본딩 처리를 실시할 수 있다.
본 발명에 있어서는 본딩 스테이지가 회전축의 주위로 회전하기 때문에, 본딩 수단에서 본딩 처리를 할 때에, 본딩 스테이지의 본딩 수단에 대한 자세가 문제로 되는 것이 예상된다. 그래서, 본 발명에 의하면, 본딩 스테이지를 회전시키기 위한 회전 기구를 이용하여, 본딩 스테이지에 토크를 부여해서 본딩의 자세를 안정시킬 수 있다.
종래는 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 피본딩 부품의 본딩에서는 스테이지를 회전시키는 반전 기구와, 스테이지에 수직인 축을 중심으로 해서 회전시키는 회전 기구가 필요하였다. 본 발명에 의하면, 피본딩 부품의 방향을 바꾸기 위한 스테이지에 수직인 축을 중심으로 해서 회전시키는 회전 기구가 불필요하게 되고, 스테이지의 구성을 단순화할 수 있다. 또, 본 발명에 의한 본딩 장치의 회전 기구부(70)의 구성부품은 회전축(74)의 아래쪽측에 위치하는 구성으로 되어 있다. 그 때문에, 본딩 헤드(3)의 가동 범위가 넓게 되어 있다.
또, 종래는 기준 자세의 상태의 평면과 해당 평면에 수직인 대향하는 면에 본딩면을 갖는 피본딩 부품의 본딩에서는 한쪽의 대향하는 면의 본딩을 실행한 후에, 피본딩 부품을 수평으로 180도 회전한 상태로 작업자가 재설치하고, 반전 기구를 회전하여 다른 쪽의 대향하는 면의 본딩을 실행하고 있었다. 본 발명에 의하면, 평면과 평면에 수직인 대향하는 면에 본딩면을 갖는 피본딩 부품의 본딩으로, 작업자에 의한 다른 쪽의 대향하는 면의 본딩을 실행하기 위한 재설치가 불필요하게 되며, 작업 효율이 향상하고, 생산성을 높일 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 종래의 본딩 장치가 재탑재한 경우와 같이, 이미 본딩된 부위로의 간섭 등의 주의를 할 필요가 없으며, 균일한 본딩 정밀도를 달성할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 본딩면이 다른 방향에 3면 이상 갖는 피본딩 부품을 본딩하는 본딩 장치는 종래의 본딩 장치와 달리, 본딩 헤드뿐만 아니라, 스테이지측도 상대적으로 이동시키기 때문에, 본딩 위치의 안정이 요구된다. 이 때문에, 피본딩 부품의 장착 위치를 회전축 부근에 위치시키는 동시에, 회전 기구부의 진동을 억제할 필요가 있다. 본 발명의 본딩 장치는 회전축에 큰 토크를 부여하는 것에 의해서, 회전 기구부를 안정시키고, 진동도 억제하여 안정된 본딩을 실행할 수 있다. 이 때문에, 피본딩 부품의 장착 위치를 회전축 부근에 위치시키는 동시에, 회전 기구부의 진동을 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명은 그 본질적 특성에서 이탈하는 일 없이 수많은 형식의 것으로서 구체화할 수 있다. 따라서, 상술한 실시형태는 오로지 설명상의 것이며, 본 발명을 제한하는 것이 아닌 것은 물론이다.
1; 본딩 장치(와이어 본딩 장치) 3; 본딩 헤드
4; 본딩 암 5; 초음파 혼
6; 본딩 툴(캐필러리) 7; 클램프(파지 수단)
8; 텐션 클램프 17; 방전 전극
18; XY 스테이지 20; 컨트롤 유닛
21; 컴퓨터 22; 메모리
30; 본딩 위치 정보 입력부
31; 회전 스테이지각 회전 정보 입력부
34; 외부 입력 장치 35; XY축 제어부
36; Z축 제어부 37; 회전축 제어부
39; 구동 유닛 40; 와이어
41; 볼
44; 피본딩 부품(반도체 레이저 패키지)
45; 반도체 레이저 칩 47; 리드
50; 본딩 스테이지(본딩 회전 스테이지) 52; 워크 홀더
53; 히트 플레이트
54; 히트 블록(가열 수단)
55; 진공 흡착 배관용의 금속 튜브 57; 단열부
58; 지지부 60; 지지 부재
65; 워크 누름 70; 회전 기구부
73; 스윙 부재 74; 회전축
75; 회전 중심 77; 베어링
80, 81, 82; 기어 85; 모터
90; 측판

Claims (9)

  1. 피본딩 부품의 복수의 본딩점에 본딩을 실행하는 본딩 수단과,
    상기 피본딩 부품을 탑재면에서 유지하는 동시에, 상기 본딩 수단과 정대하는 기준 자세를 갖는 워크 홀더와, 상기 워크 홀더를 상기 기준 자세로부터 회전축 주위로 회전시키는 회전 기구부를 갖는 본딩 스테이지와,
    상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 본딩 수단은 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더의 탑재면에 대해 이동 가능하게 마련되는 동시에, 해당 이동 방향상에 상기 본딩 수단의 이동 기준으로 되는 기준 위치를 갖고 있고,
    상기 복수의 본딩점에는 상기 피본딩 부품이 기준 자세에 있는 워크 홀더에 유지된 상태에서의 상기 이동 방향을 따른 상기 기준 위치로부터의 이간 거리가 다른 본딩점이 포함되어 있고,
    상기 제어부는 상기 각 본딩점의 상기 이간 거리의 차에 따라 상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 것에 의해, 상기 복수의 본딩점의 상기 이간 거리의 차분을 보정하는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 기구부는 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더를 상기 회전축 주위에 정역 방향으로 회전 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 본딩 스테이지는 상기 피본딩 부품을 장착 가능한 히트 플레이트와, 해당 히트 플레이트를 가열하는 것이 가능한 히트 블록을 갖고 있고,
    상기 히트 플레이트는 피본딩 부품이 상기 기준 자세의 워크 홀더에 탑재된 상태에서, 상기 피본딩 부품을 상기 기준 위치에 접근 또는 이반시키는 거리 보정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히트 플레이트와 상기 히트 블록은 분할되어 구성된 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    초음파 진동을 인가시키는 것이 가능한 초음파 발생 수단을 상기 본딩 수단에 갖고,
    상기 초음파 발생 수단에서 야기되는 진동을 억제하기 위한 토크를 상기 회전축에 부여하는 토크 발생 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 피본딩 부품은 상기 본딩 스테이지의 상기 회전축 근방에 마련되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 본딩 스테이지의 회전 기구부는 상기 회전축보다 아래쪽에 위치하도록 구성하고, 위쪽은 상기 본딩 수단으로서의 본딩 헤드가 본딩면내에 진입하도록 하여, 상기 본딩 헤드의 가동 범위를 넓게 하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 본딩 장치.
  8. 본딩 스테이지의 워크 홀더의 탑재면에 탑재한 피본딩 부품의 본딩점에 본딩 수단에 의해 본딩을 실행하는 본딩 방법에 있어서,
    상기 워크 홀더를 상기 본딩 수단과 정대하는 기준 자세로부터 회전축 주위로 회전 가능으로 하고, 상기 본딩 수단을 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더의 탑재면에 대해 이동 가능하게 마련하는 동시에, 해당 이동 방향상에 상기 본딩 수단의 이동 기준으로 되는 기준 위치를 설정하고,
    상기 본딩점에는 상기 피본딩 부품이 기준 자세에 있는 워크 홀더에 유지된 상태에서의 상기 이동 방향을 따른 상기 기준 위치로부터의 이간 거리가 다른 복수의 본딩점이 포함되어 있고,
    상기 각 본딩점의 상기 이간 거리의 차에 따라 상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 것에 의해, 상기 복수의 본딩점의 상기 이간 거리의 차분을 보정하는 것을 특징으로 하는 본딩 방법.
  9. 본딩 스테이지의 워크 홀더의 탑재면에 탑재한 피본딩 부품의 본딩점으로의 본딩 수단에 의한 본딩 처리를 제어하는 기능이 매체에 저장된 본딩 제어 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    상기 워크 홀더가 상기 본딩 수단과 정대하는 기준 자세로부터 회전축 주위로 회전 가능하고, 상기 본딩 수단이 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더의 탑재면에 대해 이동 가능하게 마련되고, 상기 본딩점에는 상기 피본딩 부품이 상기 기준 자세에 있는 워크 홀더에 유지된 상태에서의 이동 방향을 따른 기준 위치로부터의 이간 거리가 다른 복수의 본딩점이 포함되어 있고,
    상기 본딩 수단의 이동 방향상에 상기 본딩 수단의 이동 기준으로 되는 상기 기준 위치를 설정하는 기능과,
    상기 각 본딩점의 상기 이간 거리의 차에 따라 상기 워크 홀더의 회전을 제어하는 것에 의해, 상기 복수의 본딩점의 상기 이간 거리의 차분을 보정하는 기능을 컴퓨터에 실행시키는 것을 특징으로 하는 본딩 처리를 제어하는 기능이 매체에 저장된 본딩 제어 컴퓨터 프로그램.
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