KR102661560B1 - Bonding head for mounting components and die bonder with such a bonding head - Google Patents

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Abstract

부품들을 장착하기 위한 본딩 헤드(1)는 샤프트(2)와 하우징 부품(3)을 포함하며, 하우징 부품 내에는 샤프트(2)가 지지된다. 샤프트(2)의 베어링은 축(6)을 중심으로 샤프트(2)의 회전과 축(6)의 길이 방향으로 소정의 스트로크(H)만큼 샤프트(2)의 변위를 가능하게 한다. 본딩 헤드(1)는, 하우징 부품(3)에 부착된 고정자와 샤프트(2)에 부착된 회전자를 갖춘, 전기 모터, 샤프트(2)의 회전 위치를 측정하기 위한 인코더, 샤프트(2)에 힘을 가하기 위한 힘 발생기를 추가로 포함한다. 고정자는 전류가 공급될 수 있는 코일(coil)(7)을 포함하며, 회전자는 복수의 영구 자석(8)을 포함한다. 축(6)의 길이 방향으로 측정된 영구 자석(8)의 길이는 축(6)의 길이 방향으로 측정된 코일(7)의 유효 길이보다 적어도 스트로크(H)만큼 짧거나 길다.The bonding head 1 for mounting components includes a shaft 2 and a housing part 3, and the shaft 2 is supported within the housing part. The bearing of the shaft 2 enables rotation of the shaft 2 about the axis 6 and displacement of the shaft 2 by a predetermined stroke H in the longitudinal direction of the shaft 6. The bonding head (1) consists of an electric motor, with a stator attached to the housing part (3) and a rotor attached to the shaft (2), an encoder for measuring the rotational position of the shaft (2), It additionally includes a force generator for applying force. The stator includes a coil (7) to which current can be supplied, and the rotor includes a plurality of permanent magnets (8). The length of the permanent magnet 8 measured in the longitudinal direction of the shaft 6 is shorter or longer than the effective length of the coil 7 measured in the longitudinal direction of the shaft 6 at least by the stroke H.

Description

부품들을 장착하기 위한 본딩 헤드 및 그러한 본딩 헤드를 갖춘 다이 본더{BONDING HEAD FOR MOUNTING COMPONENTS AND DIE BONDER WITH SUCH A BONDING HEAD}Bonding head for mounting components and die bonder with such bonding head {BONDING HEAD FOR MOUNTING COMPONENTS AND DIE BONDER WITH SUCH A BONDING HEAD}

본 발명은 기판에 부품, 전형적으로는 전자 또는 광학 부품, 특히 반도체 칩과 플립칩(flip chip)을 장착(실장)하기 위한 본딩 헤드(bonding head)에 관한 것이다. 장착(mounting) 공정은 본딩(bonding) 또는 조립(assembly) 공정이라고도 지칭된다. 또한, 본 발명은 그러한 본딩 헤드를 갖춘, 다이 본더(Die Bonder)로서 본 업계에 알려져 있는, 반도체 장착 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a bonding head for mounting components, typically electronic or optical components, particularly semiconductor chips and flip chips, on a substrate. The mounting process is also referred to as a bonding or assembly process. The invention also relates to a semiconductor mounting device equipped with such a bonding head, known in the art as a die bonder.

이러한 유형의 본딩 헤드를 갖춘 자동 조립 기계는 특히 반도체 산업에서 사용된다. 그러한 자동 조립 기계의 일례로는 다이 본더 또는 픽 앤 플레이스 머신(pick & place machines)이 있으며, 이들은 리드프레임(leadframe), 인쇄 회로 기판(printed circuit board), 세라믹(ceramic) 등과 같은 기판 상에 반도체 칩, 마이크로기계 및 마이크로광학 부품 등과 같은 형태의 부품을 배치 및 결합하기 위해 사용된다. 부품은 픽업 위치(pick-up location)에서 본딩 헤드에 의해 픽업되며, 특히 흡인되며, 기판 위치로 이동되고, 정확히 규정된 위치에서 기판 상에 배치된다. 본딩 헤드는 적어도 3개의 공간 방향으로 본딩 헤드의 이동을 가능하게 하는 픽 앤 플레이스 시스템의 일부이다.Automatic assembly machines equipped with this type of bonding head are particularly used in the semiconductor industry. Examples of such automated assembly machines include die bonders or pick and place machines, which fabricate semiconductors on substrates such as leadframes, printed circuit boards, ceramics, etc. It is used to place and join components such as chips, micromechanics, and microoptical components. The component is picked up by the bonding head at a pick-up location, specifically sucked in, moved to the substrate location and placed on the substrate in a precisely defined position. The bonding head is part of a pick and place system that allows movement of the bonding head in at least three spatial directions.

본딩 헤드는, 축을 중심으로 회전 가능하고 축의 길이 방향으로 이동 가능한 샤프트(shaft), 샤프트를 회전시키는 드라이브(drive), 샤프트의 회전 위치를 측정하는 인코더(encoder), 및 축의 길이 방향으로 샤프트에 힘을 가하는 힘 발생기(force generator)를 포함한다. 샤프트는 부품을 직접 픽업하거나, 또는, 부품을 픽업하도록 구성된, 예를 들어 "다이 콜릿(die collet)"과 같은, 칩 그리퍼(chip gripper)를 픽업하도록 구성된다.The bonding head includes a shaft that is rotatable about an axis and movable in the longitudinal direction of the axis, a drive that rotates the shaft, an encoder that measures the rotational position of the shaft, and a force on the shaft in the longitudinal direction of the axis. It includes a force generator that applies. The shaft is configured to pick up the part directly, or to pick up a chip gripper, eg a “die collet”, configured to pick up the part.

본 출원인에 의해 사용되는 본딩 헤드는 전기 모터(electric motor)를 포함하는 드라이브와 2개의 치형 휠(toothed wheel)로 형성된 기어(gear)를 포함하며, 2개의 치형 휠 중 하나는 전기 모터의 샤프트에 부착되고 다른 하나는 본딩 헤드의 샤프트에 부착된다.The bonding head used by the applicant includes a drive comprising an electric motor and a gear formed by two toothed wheels, one of which is attached to the shaft of the electric motor. one is attached and the other is attached to the shaft of the bonding head.

본 발명의 목적은, 샤프트의 회전 위치가 보다 높은 각도 정확도로 위치될 수 있고 샤프트가 가능한 한 적은 힘으로 축의 길이 방향으로 이동될 수 있는, 본딩 헤드를 개발하는 것이다.The object of the present invention is to develop a bonding head in which the rotational position of the shaft can be positioned with higher angular accuracy and the shaft can be moved along its axis with as little force as possible.

상기 과제는 특허청구범위에 기재된 특징을 갖는 본 발명에 의해 해결된다.The above problem is solved by the present invention having the features described in the claims.

본 발명에 의하면, 샤프트의 회전 위치가 보다 높은 각도 정확도로 위치될 수 있고 샤프트가 가능한 한 적은 힘으로 축의 길이 방향으로 이동될 수 있는, 본딩 헤드가 제공된다.According to the invention, a bonding head is provided in which the rotational position of the shaft can be positioned with higher angular accuracy and the shaft can be moved in the longitudinal direction of the axis with as little force as possible.

본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 하나 이상의 실시형태들을 예시하며 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 구현을 설명하는데 도움을 준다. 도면은 축적에 맞게 도시된 것은 아니다.
도 1은 제1 실시형태의 본딩 헤드를 개략적으로 그리고 단면도로 도시한다.
도 2는 본딩 헤드에 사용되는 전기 모터의 회전자(rotor)의 자석 배열을 도시한다.
도 3 및 도 4는 길이 비(length ratio)를 도시한다.
도 5는 공압식 힘 발생기(pneumatic force generator)를 갖춘 본딩 헤드를 개략적으로 그리고 단면도로 도시한다.
도 6은 공압식 힘 발생기와 공기 베어링(air bearing)을 갖춘 본딩 헤드를 개략적으로 그리고 단면도로 도시한다.
도 7은 통합된 온도 제어 장치를 갖춘 본딩 헤드를 개략적으로 그리고 단면도로 도시한다.
도 8은 본딩 헤드를 위한 드라이브를 개략적으로 도시한다.The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate one or more embodiments of the invention and, together with the detailed description, help explain the principles and implementation of the invention. The drawings are not drawn to scale.
Figure 1 shows schematically and in cross-section a bonding head of a first embodiment.
Figure 2 shows the magnet arrangement of the rotor of an electric motor used in a bonding head.
Figures 3 and 4 show the length ratio.
Figure 5 shows schematically and in cross-section a bonding head with a pneumatic force generator.
Figure 6 shows schematically and in cross-section a bonding head with pneumatic force generator and air bearing.
Figure 7 shows schematically and in cross-section a bonding head with an integrated temperature control device.
Figure 8 schematically shows the drive for the bonding head.

도 1은 본딩 헤드(1)의 단면을 개략적으로 도시한다. 본딩 헤드(1)는 샤프트(2)와 하우징 부품(3)을 포함하며, 하우징 부품 내에는 샤프트(2)가 지지된다. 샤프트(2)는 홀(hole)(4)을 포함하며, 홀은 샤프트(2)의 팁(tip)(5)으로 이어지고 진공이 공급될 수 있다. 샤프트(2)의 팁(5)은 부품 또는 부품용 칩 그리퍼를 수용하도록 구성된다. 샤프트(2)의 베어링은 축(6)을 중심으로 샤프트(2)의 회전과 축(6)의 길이 방향으로 소정의 스트로크(H)(도 3)만큼 샤프트(2)의 변위 둘 모두를 가능하게 한다. 샤프트(2)의 직경은, 도 1, 5 및 6에 도시된 바와 같이, 길이에 걸쳐 상이한 그라데이션(gradation)을 가질 수 있다. 본딩 헤드(1)는 축(6)을 중심으로 샤프트(2)를 회전시키도록 구성되는 드라이브, 샤프트(2)의 회전 위치를 측정하도록 구성되는 인코더, 및 축(6)의 길이 방향으로 샤프트(2)에 힘을 가하도록 구성되는 힘 발생기를 추가로 포함한다. 힘은, 예를 들어, 부품을 픽업할 때 소정의 피킹하는 힘(pick force)이거나 또는 기판에 부품을 장착할 때 소정의 결합 힘(bond force)이다.Figure 1 schematically shows a cross section of the bonding head 1. The bonding head 1 includes a shaft 2 and a housing part 3, in which the shaft 2 is supported. The shaft 2 includes a hole 4, which leads to a tip 5 of the shaft 2 and can be supplied with a vacuum. The tip 5 of the shaft 2 is configured to receive a chip gripper for a part or component. The bearing of the shaft 2 allows both rotation of the shaft 2 about the axis 6 and displacement of the shaft 2 in the longitudinal direction of the shaft 6 by a predetermined stroke H (FIG. 3). Let it be done. The diameter of shaft 2 may have different gradations along its length, as shown in Figures 1, 5 and 6. The bonding head 1 includes a drive configured to rotate the shaft 2 about the axis 6, an encoder configured to measure the rotational position of the shaft 2, and a shaft ( 2) It further includes a force generator configured to apply a force to. The force is, for example, a predetermined picking force when picking up the part or a predetermined bond force when mounting the part on the board.

드라이브는 고정자(stator)와 회전자를 포함하는 전기 모터이며, 고정자는 하우징 부품(3)에 부착되고 회전자는 샤프트(2)에 부착된다. 고정자는 전류가 공급될 수 있는 코일(coil)(7)을 포함하며, 회전자는 복수의 영구 자석(8)을 포함한다.The drive is an electric motor comprising a stator and a rotor, the stator being attached to the housing part (3) and the rotor being attached to the shaft (2). The stator includes a coil (7) to which current can be supplied, and the rotor includes a plurality of permanent magnets (8).

원칙적으로, 전기 모터는 시중에서 구할 수 있는 전기 모터이며, 본 발명의 목적을 위해 변형되어서, 영구 자석(8)의 길이가 적어도 스트로크(H)만큼 짧아졌다. 이러한 변형은 토크(torque)를 감소시키지만, 기술적으로 간단하고 동시에 회전자의 질량이 보다 작게 되거나 감소될 수 있거나 토크의 희생으로 최소화될 수도 있다는 장점을 갖는다. 코일(7)의 길이를 적어도 스트로크(H)만큼 연장하는 대안이 또한 가능하지만, 바람직하지는 않다. 영구 자석(8)은 - 도 2에 도시된 바와 같이 - 평평한, 평행육면체 자석이며, 북극(N)과 남극(S)으로 자화된 2개의 대향하는 가장 큰 표면을 갖는다. 영구 자석(8)들은 원 상에(on a circle) 배치된다. 원의 중심을 향하는 가장 큰 영역은 교대로 북극(N)과 남극(S)이다. 그 경우 원의 중심으로부터 멀어지는 방향을 향하는 가장 큰 영역은 교대로 남극(S)과 북극(N)이다.In principle, the electric motor is a commercially available electric motor, modified for the purposes of the invention so that the length of the permanent magnet 8 is shortened by at least the stroke H. This modification reduces torque, but has the advantage of being technically simple and at the same time the mass of the rotor can be made smaller, reduced or minimized at the expense of torque. The alternative of extending the length of the coil 7 by at least the stroke H is also possible, but not preferred. The permanent magnet 8 - as shown in Figure 2 - is a flat, parallelepiped magnet, with its two opposing largest surfaces magnetized as north poles (N) and south poles (S). Permanent magnets 8 are arranged on a circle. The largest areas toward the center of the circle are alternately the North Pole (N) and South Pole (S). In that case, the largest areas oriented away from the center of the circle are alternately the South Pole (S) and the North Pole (N).

전기 모터는 축(6)을 중심으로 샤프트(2)를 회전시키는 역할을 한다. 샤프트(2)는 축(6)의 길이 방향으로 변위 가능해야 하기 때문에, 영구 자석(8)의 길이(L1)(도 3)는 코일(7)의 유효 길이(L2)보다 적어도 스트로크(H)만큼 짧거나 스트로크(H)만큼 길어서, 코일(7)에 의해 영구 자석(8)에 가해지는 힘은 축(6)의 길이 방향을 따라 샤프트(2)에 의해 차지되는 위치에 무관하다. 코일(7)은 축(6)의 길이 방향으로 소정의 기계적 길이(L3)를 갖는다. 유효 길이(L2)는, 그 길이 안에서 축(6)을 중심으로 영구 자석(8)의 회전을 일으키고 코일(7)의 전체를 통해 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장이 영구 자석(8)에 작용하는 힘의 주요 부분을 제공하는, 길이를 나타낸다. 따라서, 유효 길이(L2)는 기계적 길이(L3)보다 짧다. 도 3은 영구 자석(8)의 길이(L1)가 코일(7)의 유효 길이(L2)보다 스트로크(H)만큼 짧은 경우를 도시하며, 도 4는, 영구 자석(8)의 길이(L1)가 코일(7)의 유효 길이(L2)보다 스트로크(H)만큼 긴, 반대 경우를 도시한다. 따라서,The electric motor serves to rotate the shaft (2) about the axis (6). Since the shaft 2 must be displaceable in the longitudinal direction of the axis 6, the length L 1 of the permanent magnet 8 (Figure 3 ) is at least a stroke ( As short as H) or as long as stroke H, the force exerted by coil 7 on permanent magnet 8 is independent of the position occupied by shaft 2 along the longitudinal direction of axis 6. The coil 7 has a predetermined mechanical length L 3 in the longitudinal direction of the axis 6. The effective length L 2 causes rotation of the permanent magnet 8 around the axis 6 within that length and the magnetic field generated by the current flowing through the entire coil 7 acts on the permanent magnet 8. It represents the length, which provides the main part of the force. Therefore, the effective length (L 2 ) is shorter than the mechanical length (L 3 ). Figure 3 shows a case where the length (L 1 ) of the permanent magnet 8 is shorter than the effective length (L 2 ) of the coil 7 by the stroke (H), and Figure 4 shows the length of the permanent magnet 8 ( The opposite case is shown, where L 1 ) is longer than the effective length (L 2 ) of the coil 7 by the stroke H. thus,

L1 ≤ L2 - H 또는 L1 ≥ L2 + H 이다.L 1 ≤ L 2 - H or L 1 ≥ L 2 + H.

첫 번째 경우, 영구 자석(8)(그리고 그에 따라 회전자)은 축(6)을 따라 샤프트(2)의 축 방향 변위 동안에도 코일(7)의 자기장 내에 유지되며; 두 번째 경우, 영구 자석(8)은 전체 축 방향 변위 동안에 코일(7)을 넘어 연장된다. 샤프트(2)의 축 방향 변위 동안, 두 경우 모두 축(6)을 따라 작용하는 힘에 기껏해야 아주 작은 힘 또는 변화가 발생한다.In the first case, the permanent magnets 8 (and therefore the rotor) remain within the magnetic field of the coil 7 even during the axial displacement of the shaft 2 along the axis 6; In the second case, the permanent magnet 8 extends beyond the coil 7 during the entire axial displacement. During the axial displacement of the shaft 2, in both cases at most very small forces or changes in the force acting along the axis 6 occur.

인코더는 샤프트(2)의 회전 위치를 측정하도록 구성된다. 인코더는 샤프트(2)에 부착되는 원형 디스크(circular disc)(9)에 의해 바람직하게는 형성되고, 그것의 에지(edge)에는 인코더 스케일(encoder scale)이 부착되며, 인코더 판독 헤드(encoder reading head)(10)가 본딩 헤드(1)에, 바람직하게는 본딩 헤드(1)의 하우징 부품(3)에, 부착된다. 인코더 스케일은 축(6)의 길이 방향으로 형성되는 대시(dash)들을 갖는다. 축(6)의 길이 방향으로 측정되는 대시의 길이와 축(6)의 길이 방향으로 연장되는 인코더 판독 헤드(10)의 측정 범위는 매칭되어서, 대시는 샤프트(2)의 전체 스트로크(H)에 걸쳐 인코더 판독 헤드(10)의 측정 범위 내에 놓인다.The encoder is configured to measure the rotational position of the shaft 2. The encoder is preferably formed by a circular disc 9 attached to the shaft 2, on the edge of which an encoder scale is attached and an encoder reading head. ) (10) is attached to the bonding head (1), preferably to the housing part (3) of the bonding head (1). The encoder scale has dashes running along the length of the axis 6. The length of the dash measured in the longitudinal direction of the shaft 6 and the measuring range of the encoder readhead 10 extending in the longitudinal direction of the shaft 6 are matched, so that the dash corresponds to the full stroke H of the shaft 2. lies within the measuring range of the encoder readhead 10.

인코더로서 각도 센서, 예를 들어 영구 자석(8)에 의해 발생되는 자기장에 기초하여 회전 위치를 측정하는 자기 각도 센서, 또는 광학 각도 센서, 또는 임의의 다른 각도 센서가 사용될 수도 있다.As an encoder, an angle sensor may be used, for example a magnetic angle sensor that measures the rotational position based on the magnetic field generated by the permanent magnet 8, or an optical angle sensor, or any other angle sensor.

힘 발생기는 피킹하는 힘 및 결합 힘 둘 모두를 발생시키기 위해 사용된다. 예를 들어, 기계적 힘 발생기가 힘 발생기로서 사용될 수 있으며, 특히 축(6)의 길이 방향으로 작용하는 힘을 발생시키기 위해 샤프트(2)에 작용하는 스프링이 사용되는 힘 발생기가 사용될 수 있다. 도 5 및 도 6에 개략적으로 그리고 단면도로 도시된 본딩 헤드(1)의 경우와 마찬가지로, 공압식 힘 발생기가 힘 발생기로서 사용될 수도 있다. 여기서 하우징 부품(3)과 하우징 부품(3) 상에 위치되는 커버(11)는 샤프트(2)와 함께 밀폐된 캐비티(12)를 형성하며, 그 부피는 샤프트(2)의 길이 방향 이동 중에 변화한다. 커버(11)는 보어(bore)(13)를 포함하며, 이를 통해 캐비티(12)는 압축 공기로 가압될 수 있다. 이에 따라 캐비티(12)는 압력 챔버를 형성하며, 압력 챔버 내에 형성된 압력은 샤프트(2)에 작용하는 힘을 발생시킨다. 축(6)의 길이 방향으로 샤프트(2)의 이동, 즉 스트로크(H)는, 예를 들어, 정지부(stop)에 의해 제한된다. 한편으로, 언로딩된 상태(unloaded state)에서는 힘 발생기에 의해 발생된 힘이 샤프트(2)로 하여금 정지부에 대해 가압되도록 한다. 다른 한편으로, 힘은 부품을 피킹(picking)할 때는 피킹 힘(picking force)으로서 그리고 부품을 위치시킬 때는 결합 힘으로서 부품에 작용하는데, 왜냐하면 샤프트(2)는 피킹 및 본딩(bonding) 중에 정지부로부터 멀리 밀어내어지기 때문이다. 이러한 공정 단계들 동안 샤프트(2)의 이동은, 드라이브(17)(도 8)에 의해 구동되는 본딩 헤드(1)가 터치다운(touchdown)이 감지되고 드라이브(17)가 정지할 때까지 더욱 더 하강되는 동안, 샤프트(2)가 부품 상에 랜딩(landing)할 때 그리고 부품이 기판 상에 랜딩할 때 샤프트(2)가 정지하게 된다는 사실로부터 기인하는 수동적 이동(passive movement)이다.A force generator is used to generate both the picking force and the coupling force. For example, a mechanical force generator can be used as a force generator, in particular a force generator in which a spring acting on the shaft 2 is used to generate a force acting in the longitudinal direction of the shaft 6. As in the case of the bonding head 1 shown schematically and in cross-section in FIGS. 5 and 6 , a pneumatic force generator can also be used as a force generator. Here, the housing part 3 and the cover 11 located on the housing part 3 form a closed cavity 12 together with the shaft 2, the volume of which changes during the longitudinal movement of the shaft 2. do. The cover 11 includes a bore 13 through which the cavity 12 can be pressurized with compressed air. Accordingly, the cavity 12 forms a pressure chamber, and the pressure formed within the pressure chamber generates a force acting on the shaft 2. The movement of the shaft 2 in the longitudinal direction of the axis 6, i.e. the stroke H, is limited, for example, by stops. On the one hand, in the unloaded state the force generated by the force generator causes the shaft 2 to be pressed against the stop. On the other hand, the force acts on the part as a picking force when picking the part and as a joining force when positioning the part, because the shaft 2 acts as a stop during picking and bonding. Because it is pushed away from. During these process steps the movement of the shaft 2 continues further and further until the bonding head 1 driven by the drive 17 (Figure 8) touches down and the drive 17 stops. During lowering, it is a passive movement resulting from the fact that the shaft 2 is stationary when it lands on the part and when the part lands on the substrate.

하우징 부품(3) 내의 샤프트(2)의 베어링은, 예를 들어, 슬라이드 베어링(slide bearing), 볼 베어링(ball bearing), 공기 베어링 또는 다른 적합한 베어링일 수 있다. 도 5에 도시된 예시적인 실시형태에서, 샤프트(2)는 슬라이드 베어링에 의해 하우징 부품(3) 내에서 지지되며, 도 6에 도시된 예시적인 실시형태에서는 공기 베어링에 의해 지지된다. 공기 베어링의 경우, 하우징 부품(3)은 압축 공기의 공급을 위해 공기 입구를 구비한다. 공기 베어링의 바람직한 설계에서, 하우징 부품(3)은 공기 베어링으로부터 공기의 제거를 위해 공기 출구를 또한 구비한다. 공기 입구는, 예를 들어, 제1 보어홀(14)이며, 공기 출구는, 예를 들어, 제2 보어홀(15)이다. 공기 입구와 공기 출구가 존재하는 경우, 공기 입구는 축(6)의 길이 방향으로 출구들 중 일부의 사이에 위치된다. 공기 출구들은 주위 압력이 그들에 가해지도록 주변 환경에 연결될 수 있으며, 또는 공기 입구를 통해 공기 베어링으로 가해지는 공기를 흡인하기 위해 공기 출구에 진공이 가해질 수 있다. 공기 입구 및 공기 출구에서 공기의 유동 방향은 도 6에서 (측방향으로 편위된) 화살표들에 의해 도시된다. 공기 입구들이 공기 출구들에 의해 둘러싸이는 이러한 배치로, 공기 입구를 통해 샤프트(2)와 하우징 부품(3) 사이의 갭(gap) 안으로 가압되는 공기의 일부가 캐비티(12)에 도달하고 이에 따라 축(6)의 길이 방향으로 샤프트(2)에 작용하는 힘을 변화시키는 것이 방지된다.The bearings of the shaft 2 in the housing part 3 may be, for example, slide bearings, ball bearings, pneumatic bearings or other suitable bearings. In the exemplary embodiment shown in FIG. 5 , the shaft 2 is supported within the housing part 3 by slide bearings, and in the exemplary embodiment shown in FIG. 6 by air bearings. In the case of air bearings, the housing part 3 is provided with an air inlet for the supply of compressed air. In a preferred design of the air bearing, the housing part 3 also has an air outlet for removal of air from the air bearing. The air inlet is, for example, the first borehole 14 and the air outlet is, for example, the second borehole 15. If there is an air inlet and an air outlet, the air inlet is located between some of the outlets in the longitudinal direction of the axis 6. The air outlets can be connected to the surrounding environment such that ambient pressure is applied to them, or a vacuum can be applied to the air outlets to draw air through the air inlets and onto the air bearing. The direction of air flow at the air inlet and air outlet is shown by the (laterally shifted) arrows in FIG. 6 . With this arrangement in which the air inlets are surrounded by air outlets, a portion of the air pressurized through the air inlets into the gap between the shaft 2 and the housing part 3 reaches the cavity 12 and thus Changing the force acting on the shaft 2 in the longitudinal direction of the shaft 6 is prevented.

도 7은 온도 제어 장치를 갖춘 본딩 헤드를 개략적으로 그리고 단면도로 도시한다. 온도 제어 장치는 본딩 헤드(1)의 소정의 부분들의 온도를 소정의 값으로 유지시키는 역할을 한다. 온도 제어 장치는, 예를 들어, 파이프(pipe)(16)를 포함하며, 파이프는 도시된 바와 같이 하우징 부품(3) 안으로 유리하게는 통합되고 폐쇄 열 회로(closed thermal circuit)의 일부이며, 이를 통해 유체가 유동하며, 그 온도는 외부의 가열 또는 냉각 또는 가열 및 냉각 장치에서 소정의 값으로 제어된다. 유체는 기체 또는 액체일 수 있다. 소정의 경우에, 온도 제어 장치는 하우징 부품(3) 내에 통합된 전기 가열 저항체(electrical heating resistor)이다. 온도 제어 장치는 모든 본딩 헤드(1)와 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 공압식 힘 발생기를 갖춘 본딩 헤드(1)에서, 그것은, 힘 발생기에 의해 발생된 힘이 주변 온도의 변화에 무관하도록, 압력 챔버 내의 온도를 소정의 값으로 제어하기 위해 사용될 수 있다.Figure 7 shows schematically and in cross-section a bonding head with temperature control device. The temperature control device serves to maintain the temperature of certain parts of the bonding head 1 at a certain value. The temperature control device comprises, for example, a pipe 16 which is advantageously integrated into the housing part 3 as shown and is part of a closed thermal circuit, comprising: A fluid flows through the fluid, and its temperature is controlled to a predetermined value by an external heating or cooling device or a heating and cooling device. The fluid may be gas or liquid. In some cases, the temperature control device is an electrical heating resistor integrated within the housing part 3. The temperature control device can be used with all bonding heads (1). For example, in a bonding head 1 equipped with a pneumatic force generator, it can be used to control the temperature in the pressure chamber to a predetermined value so that the force generated by the force generator is independent of changes in the surrounding temperature.

본 발명에 따른 본딩 헤드는, 본 업계에서 다이 본더로서 알려져 있는, 반도체 장착 장치에 통상적으로 사용된다. 그러한 반도체 장착 장치는 도 8에 도시된 바와 같이 축(6)의 길이 방향으로 본딩 헤드(1)를 이동시키도록 구성된 드라이브(17)를 포함한다. 부품을 피킹할 때 그리고 부품을 본딩할 때, 본딩 헤드(1)는 이러한 드라이브(17)에 의해 하강되며, 이에 의해 샤프트(2)는 수동적으로 함께 운반된다.Bonding heads according to the invention are commonly used in semiconductor mounting devices, known in the art as die bonders. Such a semiconductor mounting device includes a drive 17 configured to move the bonding head 1 in the longitudinal direction of the axis 6 as shown in FIG. 8 . When picking parts and bonding them, the bonding head 1 is lowered by this drive 17, whereby the shafts 2 are passively carried together.

본딩 헤드는 다음과 같은 몇 가지 장점을 제공한다:Bonding heads offer several advantages:

- 회전자가 샤프트에 직접 부착된, 샤프트를 회전시키기 위한 본 발명에 따른 드라이브는, 다이렉트 드라이브(direct drive)이고 이에 따라 플레이-프리 드라이브(play-free drive, 유격-없는 드라이브)이며, 이는 샤프트의 회전 위치로의 유격-없는 그리고 이에 따라 고-정밀 이동을 가능하게 한다. 이는, 기어(gear)가 드라이브와 샤프트 사이에 개재되는, 종래의 본딩 헤드와는 대조적이다.- The drive according to the invention for rotating a shaft, in which the rotor is directly attached to the shaft, is a direct drive and therefore a play-free drive, which means that the shaft It enables play-free and therefore high-precision movement into the rotation position. This is in contrast to conventional bonding heads, where gears are sandwiched between the drive and the shaft.

- 샤프트의 회전 위치의 측정은 직접적인 그리고 또한 유격-없는 측정인데, 왜냐하면 인코더 스케일이 샤프트에 부착된 디스크 상에 장착되기 때문이다.- The measurement of the rotational position of the shaft is a direct and also play-free measurement, since the encoder scale is mounted on a disk attached to the shaft.

- 기어가 없고 치형 벨트(toothed belt) 등이 없는 샤프트의 다이렉트 드라이브는 마모가 없으며(wear-free) 어떠한 어브레이전(abrasion)도 발생시키지 않는다. 이는, 어브레이전이 IC를 손상시켜 입자들로 반도체 칩의 오염을 초래할 수 있는, 클린룸 환경(cleanroom environment)에서 특히 유리하다.- The direct drive of the shaft without gears, toothed belts, etc. is wear-free and does not cause any abrasion. This is particularly advantageous in a cleanroom environment, where ablation can damage the IC and result in contamination of the semiconductor chip with particles.

- 샤프트의 축방향 변위, 즉 길이 방향 축을 따른 샤프트의 변위는 실질적으로 힘이 없다(free of force). 이는, 피킹하는 힘 또는 결합 힘의 형성 중에 길이 방향 축을 따른 샤프트의 변위가 힘 발생기에 의해 발생된 힘을 증가시키거나 감소시키는 어떠한 추가적인 힘도 발생시키지 않는다는 것을 의미한다. 이는, 치형 기어(toothed gear) 또는 벨트가 드라이브와 샤프트 사이에 개재되는, 종래의 본딩 헤드와는 대조적이다.- The axial displacement of the shaft, i.e. the displacement of the shaft along the longitudinal axis, is essentially free of force. This means that the displacement of the shaft along the longitudinal axis during the formation of the picking force or the engaging force does not generate any additional forces that increase or decrease the force generated by the force generator. This is in contrast to conventional bonding heads, where a toothed gear or belt is sandwiched between the drive and the shaft.

- 본 설계는 공간 절약형이고, 콤팩트하며, 반도체 부품의 장착을 위해 요구되는 비교적 큰 결합 힘이 작은 공간에서 작은 중량으로 발생되는 것을 가능하게 한다.- The design is space-saving, compact, and allows the relatively large coupling forces required for mounting semiconductor components to be generated in a small space and with a low weight.

- 회전자를 포함한 샤프트의 질량은 매우 작다. 샤프트가 부딪칠 때 부품에 가해지는 일시적인 힘은 운동량(momentum), 즉 샤프트의 속도와 질량의 곱(product)에 비례하며, 소정의 값을 초과해서는 안 되고, 그렇지 않은 경우 부품이 손상될 수 있다. 질량이 작을수록 보다 빠른 속도가 가능하며, 이에 따라 사이클 타임(cycle time)이 보다 짧아진다.- The mass of the shaft including the rotor is very small. The temporary force applied to the part when the shaft hits is proportional to the momentum, that is, the product of the speed and mass of the shaft, and must not exceed a certain value, otherwise the part may be damaged. . Smaller masses allow for faster speeds, which results in shorter cycle times.

- 공기 베어링을 갖춘 본딩 헤드의 설계는 거의 마찰이 없는 샤프트의 회전 및 변위를 가능하게 한다.- The design of the bonding head with air bearings allows for almost frictionless rotation and displacement of the shaft.

- 온도 제어 장치를 갖춘 본딩 헤드의 설계는 주변 환경의 온도 변동이 본딩 헤드에, 그리고 이에 따라 본딩 공정에, 미치는 영향을 최소화하거나 제거하는 것을 가능하게 한다.- The design of the bonding head with a temperature control device makes it possible to minimize or eliminate the influence of temperature fluctuations in the surrounding environment on the bonding head and, therefore, on the bonding process.

본 발명의 실시형태들과 적용형태들이 도시되고 설명되었지만, 여기서 본 발명의 개념으로부터 벗어나지 않고 상기 언급된 것보다 더 많은 수정형태들이 가능하다는 것은 본 개시의 혜택을 가진 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항 및 그 등가물에서의 경우를 제외하고는 제한되어서는 안 된다.While embodiments and applications of the invention have been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that more modifications than those mentioned above are possible without departing from the spirit of the invention. Accordingly, the invention should not be limited except as set forth in the appended claims and their equivalents.

Claims (14)

샤프트(2),
축(6)을 중심으로 샤프트(2)의 회전과 축(6)의 길이 방향으로 소정의 스트로크(H)만큼 샤프트(2)의 변위를 가능하게 하는 샤프트(2)를 위한 베어링을 포함하는 하우징 부품(3),
축(6)을 중심으로 샤프트(2)를 회전식으로만 구동하기 위한 단일 드라이브,
샤프트(2)의 회전 위치를 측정하도록 구성되는 인코더, 및
축(6)의 길이 방향으로 샤프트(2)에 힘을 가하도록 구성되는 공압식 힘 발생기
를 포함하는, 기판에 부품을 장착하기 위한 본딩 헤드(1)로서,
공압식 힘 발생기는 압축 공기가 공급될 수 있는 단일 압력 챔버를 구비하며, 단일 압력 챔버 내에 형성된 압력은 샤프트(2)의 단부에 작용하며,
단일 드라이브는 고정자와 회전자를 포함하는 전기 모터이며,
고정자는 하우징 부품(3)에 부착되고 회전자는 샤프트(2)에 부착되며,
회전자는 복수의 영구 자석(8)을 포함하며, 복수의 영구 자석(8)은 모두 축(6)에 수직인 단일 평면에 위치하고 원 상에 배치되며 원의 중심을 향하는 영역은 교대로 북극(N)과 남극(S)이며,
고정자는 전류가 공급될 수 있는 코일(7)을 포함하며, 코일(7)의 전체를 통해 흐르는 전류에 의해 생성되는 자기장이 축(6)을 중심으로 회전자의 회전만을 일으키며,
축(6)의 길이 방향으로 측정된 영구 자석(8)의 길이(L1)가 축(6)의 길이 방향으로 측정된 코일(7)의 유효 길이(L2)보다 적어도 스트로크(H)만큼 짧아서, 소정의 스트로크 내에서 샤프트(2)의 축방향 변위 동안 축(6)을 따른 힘의 변화를 실질적으로 방지하며,
본딩 헤드(1)는 축(6)을 따라 샤프트(2)의 변위를 야기하는 코일을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 기판에 부품을 장착하기 위한 본딩 헤드(1).shaft (2),
A housing including a bearing for the shaft (2) that enables rotation of the shaft (2) about the axis (6) and displacement of the shaft (2) by a predetermined stroke (H) in the longitudinal direction of the shaft (6). parts (3);
Single drive for rotationally driving shaft (2) only about axis (6),
an encoder configured to measure the rotational position of the shaft (2), and
A pneumatic force generator configured to apply a force to the shaft (2) in the longitudinal direction of the shaft (6).
A bonding head (1) for mounting components on a substrate, comprising:
The pneumatic force generator has a single pressure chamber into which compressed air can be supplied, the pressure created in the single pressure chamber acting on the end of the shaft (2),
A single drive is an electric motor that includes a stator and a rotor,
The stator is attached to the housing part (3) and the rotor is attached to the shaft (2);
The rotor includes a plurality of permanent magnets (8), wherein the plurality of permanent magnets (8) are all located in a single plane perpendicular to the axis (6) and are arranged on a circle, and the areas facing the center of the circle are alternately located at the north pole (N ) and Antarctica (S),
The stator includes a coil (7) to which an electric current can be supplied, and the magnetic field generated by the current flowing through the entire coil (7) causes only rotation of the rotor about the axis (6),
The length (L 1 ) of the permanent magnet (8) measured in the longitudinal direction of the shaft (6) is at least as long as the stroke (H) than the effective length (L 2 ) of the coil (7) measured in the longitudinal direction of the shaft (6). Being short, it substantially prevents changes in the force along the axis (6) during axial displacement of the shaft (2) within a given stroke,
Bonding head (1) for mounting components on a substrate, characterized in that the bonding head (1) does not comprise a coil that causes displacement of the shaft (2) along the axis (6). 제1항에 있어서,
인코더는, 샤프트(2)에 고정되고 에지에 부착되는 인코더 스케일을 갖는, 원형 디스크(9), 및 인코더 판독 헤드(10)를 포함하며,
인코더 스케일은 축(6)의 길이 방향으로 형성되는 대시(dash)들을 갖고,
축(6)의 길이 방향으로 측정되는 대시들의 길이와 축(6)의 길이 방향으로 연장되는 인코더 판독 헤드(10)의 측정 범위가 서로 매칭되어서, 대시들은 샤프트(2)의 전체 스트로크(H)에 걸쳐 인코더 판독 헤드(10)의 측정 범위 내에 놓이는 것을 특징으로 하는, 기판에 부품을 장착하기 위한 본딩 헤드(1).According to paragraph 1,
The encoder comprises a circular disk (9), fixed to the shaft (2) and having an encoder scale attached to the edge, and an encoder read head (10),
The encoder scale has dashes formed along the length of the axis 6,
The length of the dashes measured in the longitudinal direction of the shaft 6 and the measurement range of the encoder readhead 10 extending in the longitudinal direction of the shaft 6 are matched to each other, so that the dashes correspond to the total stroke (H) of the shaft 2. Bonding head (1) for mounting components on a substrate, characterized in that it lies within the measuring range of the encoder readout head (10). 제1항에 있어서,
베어링은 공기 베어링이며, 하우징 부품(3)은 압축 공기의 공급을 위한 공기 입구들 및 공기 베어링으로부터 공기의 제거를 위한 공기 출구들을 구비하며, 공기 입구들은 축(6)의 길이 방향으로 공기 출구들 중 일부의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 기판에 부품을 장착하기 위한 본딩 헤드(1).According to paragraph 1,
The bearing is an air bearing, and the housing part 3 has air inlets for supply of compressed air and air outlets for removal of air from the air bearing, the air inlets being air outlets in the longitudinal direction of the axis 6. A bonding head (1) for mounting components on a substrate, characterized in that it is disposed between some of the. 제2항에 있어서,
베어링은 공기 베어링이며, 하우징 부품(3)은 압축 공기의 공급을 위한 공기 입구들 및 공기 베어링으로부터 공기의 제거를 위한 공기 출구들을 구비하며, 공기 입구들은 축(6)의 길이 방향으로 공기 출구들 중 일부의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 기판에 부품을 장착하기 위한 본딩 헤드(1).According to paragraph 2,
The bearing is an air bearing, and the housing part 3 has air inlets for supply of compressed air and air outlets for removal of air from the air bearing, the air inlets being air outlets in the longitudinal direction of the axis 6. A bonding head (1) for mounting components on a substrate, characterized in that it is disposed between some of the. 제1항에 있어서,
본딩 헤드(1)의 소정의 부분들의 온도를 소정의 값으로 유지시키는 역할을 하는 온도 제어 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판에 부품을 장착하기 위한 본딩 헤드(1).According to paragraph 1,
A bonding head (1) for mounting a component on a substrate, characterized in that it further comprises a temperature control device that serves to maintain the temperature of certain parts of the bonding head (1) at a predetermined value. 제2항에 있어서,
본딩 헤드(1)의 소정의 부분들의 온도를 소정의 값으로 유지시키는 역할을 하는 온도 제어 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판에 부품을 장착하기 위한 본딩 헤드(1).According to paragraph 2,
A bonding head (1) for mounting a component on a substrate, characterized in that it further comprises a temperature control device that serves to maintain the temperature of certain parts of the bonding head (1) at a predetermined value. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 본딩 헤드 및 축(6)의 길이 방향으로 본딩 헤드(1)를 이동시키도록 구성된 드라이브(17)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 다이 본더.Die bonder, comprising a bonding head according to any one of claims 1 to 6 and a drive (17) configured to move the bonding head (1) in the longitudinal direction of the axis (6). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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