KR19980074506A - Ultrasonic vibration device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 초음파 진동 장치는, 소정의 알고리듬(algorithm)에 따라 동작 시간 데이터를 발생시키는 주 제어기; 상기 주 제어기로부터의 동작 시간 데이터를 처리하여 프로파일(profile) 데이터를 발생시키는 프로파일 제어기; 입력되는 주파수 제어 신호에 따라 초음파 신호를 발생시키는 주파수 발생기; 상기 프로파일 제어기로부터의 프로파일 데이터를 아날로그 신호로 변환시킨 후, 변환된 아날로그 신호와 상기 주파수 발생기로부터의 초음파 신호와의 합성 신호를 발생시키는 디지털/아날로그 변환기(Digital to Analog Converter); 상기 디지털/아날로그 변환기로부터의 합성 신호를 증폭하는 증폭기; 및 상기 증폭기의 출력 신호에 따라 진동하는 진동자;를 포함하는 초음파 진동 장치에 있어서, 상기 주 제어기는, 상기 알고리듬에 따라 출력 전압 선택 신호를 발생시키고, 상기 증폭기는, 서로 다른 전압들을 발생시키는 복수의 출력 단자들이 마련되어 있고, 상기 증폭기와 상기 진동자 사이에는, 상기 주 제어기로부터의 출력 전압 선택 신호에 따라 상기 증폭기의 출력 단자를 선택하는 스위치 회로가 마련된 것을 그 특징으로 한다. 이에 따라, 상기 진동자에 인가되는 전압을 가변 제어할 수 있으므로, 보다 빠른 제어 및 동작이 수행될 수 있다.The ultrasonic vibration apparatus of the present invention comprises: a main controller for generating operation time data according to a predetermined algorithm; A profile controller for processing profile data from the primary controller to generate profile data; A frequency generator for generating an ultrasonic signal in accordance with an input frequency control signal; A digital to analog converter which converts the profile data from the profile controller into an analog signal and then generates a composite signal of the converted analog signal and the ultrasonic signal from the frequency generator; An amplifier for amplifying the synthesized signal from the digital to analog converter; And an oscillator vibrating according to the output signal of the amplifier, wherein the main controller generates an output voltage selection signal according to the algorithm, and the amplifier generates a plurality of different voltages. Output terminals are provided, and between the amplifier and the vibrator, a switch circuit for selecting an output terminal of the amplifier according to an output voltage selection signal from the main controller is provided. Accordingly, since the voltage applied to the vibrator can be controlled variably, faster control and operation can be performed.
Description
본 발명은 반도체 제조 장비에 속하는 와이어 본더(Wire bonder) 또는 테이프 본더(Tape Bonder) 등에 사용되는 초음파 진동 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic vibration device used in a wire bonder, a tape bonder, or the like belonging to a semiconductor manufacturing equipment.
도 1은 종래의 초음파 진동 장치를 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 초음파 진동 장치는, 소정의 알고리듬에 따라 동작 시간 데이터를 발생시키는 주 제어기(10); 주 제어기(10)로부터의 동작 시간 데이터를 처리하여 프로파일 데이터를 발생시키는 프로파일 제어기(11); 입력되는 주파수 제어 신호에 따라 초음파 신호를 발생시키는 주파수 발생기(12); 상기 프로파일 제어기(11)로부터의 프로파일 데이터를 아날로그 신호로 변환시킨 후, 변환된 아날로그 신호와 상기 주파수 발생기(12)로부터의 초음파 신호와의 합성 신호를 발생시키는 디지털/아날로그 변환기(13); 상기 디지털/아날로그 변환기(13)로부터의 합성 신호를 증폭하는 증폭기(141 및 142); 및 상기 증폭기(141 및 142)의 출력 신호에 따라 진동하는 진동자(15);를 갖추고 있다. 여기서, 증폭기(141 및 142)는, 상기 디지털/아날로그 변환기(13)로부터의 합성 신호를 1차 증폭하는 증폭 회로(141)와, 상기 증폭 회로(141)의 출력 전압을 2차 증폭하는 변압기(142)로 구성된다. 부호 16은, 증폭 회로(141)로부터의 전압 신호와 변압기(142)의 2차 전압에 따른 주파수 제어 신호를 발생시키는 주파수 제어기를 나타낸다. 한편, 진동자(15)의 구동 코일(151)에 전류가 흐르면, 진동자(15)는 화살표 방향과 같이 상하 진동하게 된다. 진동자(15)의 진동자(15)의 끝부분에 결합된 엑튜에이터(17)는 예를 들어, 와이어 본더의 캐필러리를 나타낸다.1 is a block diagram showing a conventional ultrasonic vibration device. As shown in FIG. 1, a conventional ultrasonic vibration apparatus includes a main controller 10 for generating operation time data according to a predetermined algorithm; A profile controller 11 for processing the operation time data from the main controller 10 to generate profile data; A frequency generator 12 generating an ultrasonic signal according to the input frequency control signal; A digital-to-analog converter (13) for converting the profile data from the profile controller (11) into an analog signal and then generating a composite signal of the converted analog signal and the ultrasonic signal from the frequency generator (12); Amplifiers (141 and 142) for amplifying the synthesized signal from the digital to analog converter (13); And an oscillator 15 oscillating according to the output signals of the amplifiers 141 and 142. Here, the amplifiers 141 and 142 may include an amplifier circuit 141 for primary amplifying the synthesized signal from the digital / analog converter 13, and a transformer for secondary amplifying the output voltage of the amplifier circuit 141. 142). Reference numeral 16 denotes a frequency controller that generates a voltage signal from the amplifier circuit 141 and a frequency control signal in accordance with the secondary voltage of the transformer 142. On the other hand, when a current flows in the drive coil 151 of the vibrator 15, the vibrator 15 vibrates up and down as shown by the arrow direction. The actuator 17 coupled to the end of the vibrator 15 of the vibrator 15 represents, for example, the capillary of the wire bonder.
도 1의 초음파 진동 장치의 동작 원리를 살펴 보면 다음과 같다. 주 제어기(10)는 소정의 알고리듬 예를 들어, 입력된 본딩 프로그램에 따라 동작 시간 데이터를 발생시킨다. 이 동작 시간 데이터는 프로파일 제어기(11)에서 처리되어, 프로파일 데이터의 형식으로 변환된다. 한편, 주파수 발생기(12)는, 입력되는 주파수 제어 신호에 따라 초음파 신호를 발생시킨다. 디지털/아날로그 변환기(13)는, 프로파일 제어기(11)로부터의 프로파일 데이터를 아날로그 신호로 변환시킨 후, 변환된 아날로그 신호와 상기 주파수 발생기(12)로부터의 초음파 신호와의 합성 신호를 발생시킨다. 디지털/아날로그 변환기(13)로부터의 아날로그 신호는, 증폭 회로(141)에서 1차 증폭된 후, 변압기(142)에서 2차 증폭된다. 변압기(142)의 출력 신호가 진동자(15)의 구동 코일(151)에 인가되어 전류가 흐름에 따라, 진동자(15) 및 진동자(15)의 끝부분에 결합된 캐필러리(17)가 상하 진동하게 된다.Looking at the operating principle of the ultrasonic vibration device of Figure 1 as follows. The main controller 10 generates operation time data according to a predetermined algorithm, for example, an input bonding program. This operating time data is processed by the profile controller 11 and converted into the form of profile data. On the other hand, the frequency generator 12 generates an ultrasonic signal in accordance with the input frequency control signal. The digital-to-analog converter 13 converts the profile data from the profile controller 11 into an analog signal and then generates a composite signal of the converted analog signal and the ultrasonic signal from the frequency generator 12. The analog signal from the digital-to-analog converter 13 is first amplified by the amplifying circuit 141 and then second amplified by the transformer 142. As the output signal of the transformer 142 is applied to the drive coil 151 of the vibrator 15 and the current flows, the vibrator 15 and the capillary 17 coupled to the ends of the vibrator 15 are moved up and down. It will vibrate.
도 2는 도 1의 장치의 한 동작 주기에서의 제어 타이밍도이다. 여기서 한 동작 주기는, 예를 들어, 와이어 본더가 한 와이어를 본딩하는데 소요되는 시간을 의미한다. 와이어 본더의 경우, 도 2의 1차 진동 영역에서 볼(Ball) 본딩이 수행되고, 2차 진동 영역에서 스티치(Stitch) 본딩이 수행된다. 일반적으로 2차 진동 에너지가 1차 진동 에너지보다 높아야 하므로, 도 2에 도시된 초음파 파형과 같이, 2차 진동 시간(t2)이 1차 진동 시간(t1)보다 길어지게 된다. 왜냐하면, 변압기(142)의 출력 전압이 고정되어, 1차 진폭(V1)과 2차 진폭(V2)이 같기 때문이다.FIG. 2 is a control timing diagram in one operating cycle of the apparatus of FIG. 1. FIG. Here, one operating period means, for example, a time taken for the wire bonder to bond a wire. In the case of the wire bonder, ball bonding is performed in the primary vibration region of FIG. 2, and stitch bonding is performed in the secondary vibration region. In general, since the secondary vibration energy should be higher than the primary vibration energy, the secondary vibration time t2 becomes longer than the primary vibration time t1 as shown in the ultrasound waveform shown in FIG. 2. This is because the output voltage of the transformer 142 is fixed so that the primary amplitude V1 and the secondary amplitude V2 are equal.
이와 같이 종래의 초음파 진동 장치에서는, 주 제어기(10)가 단순히 동작 시간 데이터만을 발생시켜서, 진동 시간에 의하여 초음파 진동 에너지를 제어함에 따라, 동작 주기가 길어지는 문제점이 있다. 예를 들어, 와이어 본더의 경우, 2차 진동 시간(t2)이 1차 진동 시간(t1)보다 5 내지 10 mS(milli-second) 길어지게 된다.As described above, in the conventional ultrasonic vibration apparatus, the main controller 10 simply generates the operating time data and controls the ultrasonic vibration energy by the vibration time, thereby causing a problem in that the operating cycle becomes longer. For example, in the case of a wire bonder, the secondary vibration time t2 is 5 to 10 milli-seconds longer than the primary vibration time t1.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 초음파 진동 에너지를 진동 시간 및 진폭에 의하여 제어할 수 있는 초음파 진동 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic vibration device capable of controlling ultrasonic vibration energy by vibration time and amplitude.
도 1은 종래의 초음파 진동 장치를 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing a conventional ultrasonic vibration device.
도 2는 도 1의 장치의 한 동작 주기에서의 제어 타이밍도이다.FIG. 2 is a control timing diagram in one operating cycle of the apparatus of FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 진동 장치를 나타낸 블록도이다.Figure 3 is a block diagram showing an ultrasonic vibration device according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 장치의 한 동작 주기에서의 제어 타이밍도이다.4 is a control timing diagram in one operating cycle of the apparatus of FIG. 3.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10, 30...주 제어기,11, 31...프로파일 제어기,10, 30 ... main controller, 11, 31 ... profile controller,
12, 32...주파수 발생기,13, 33...디지털/아날로그 변환기,12, 32 ... frequency generator, 13, 33 ... digital-to-analog converter,
141, 341...증폭 회로,142, 342...변압기,141, 341 ... amplifier circuit, 142, 342 ... transformer,
15, 35...진동자,151, 351...구동 코일,15, 35 ... vibrator, 151, 351 ... drive coil,
16, 36...주파수 제어기,37...스위치 회로.16, 36 ... frequency controller, 37 ... switch circuit.
상기 목적을 이루기 위하여 본 발명에 의한 초음파 진동 장치는, 소정의 알고리듬에 따라 동작 시간 데이터를 발생시키는 주 제어기; 상기 주 제어기로부터의 동작 시간 데이터를 처리하여 프로파일 데이터를 발생시키는 프로파일 제어기; 입력되는 주파수 제어 신호에 따라 초음파 신호를 발생시키는 주파수 발생기; 상기 프로파일 제어기로부터의 프로파일 데이터를 아날로그 신호로 변환시킨 후, 변환된 아날로그 신호와 상기 주파수 발생기로부터의 초음파 신호와의 합성 신호를 발생시키는 디지털/아날로그 변환기; 상기 디지털/아날로그 변환기로부터의 합성 신호를 증폭하는 증폭기; 및 상기 증폭기의 출력 신호에 따라 진동하는 진동자;를 포함하는 초음파 진동 장치에 있어서, 상기 주 제어기는, 상기 알고리듬에 따라 출력 전압 선택 신호를 발생시키고, 상기 증폭기는, 서로 다른 전압들을 발생시키는 복수의 출력 단자들이 마련되어 있고, 상기 증폭기와 상기 진동자 사이에는, 상기 주 제어기로부터의 출력 전압 선택 신호에 따라 상기 증폭기의 출력 단자를 선택하는 스위치 회로가 마련된 것을 그 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the ultrasonic vibration device according to the present invention comprises: a main controller for generating operation time data according to a predetermined algorithm; A profile controller processing the operation time data from the main controller to generate profile data; A frequency generator for generating an ultrasonic signal in accordance with an input frequency control signal; A digital / analog converter for converting the profile data from the profile controller into an analog signal, and then generating a composite signal of the converted analog signal and the ultrasonic signal from the frequency generator; An amplifier for amplifying the synthesized signal from the digital to analog converter; And an oscillator vibrating according to the output signal of the amplifier, wherein the main controller generates an output voltage selection signal according to the algorithm, and the amplifier generates a plurality of different voltages. Output terminals are provided, and between the amplifier and the vibrator, a switch circuit for selecting an output terminal of the amplifier according to an output voltage selection signal from the main controller is provided.
여기서 상기 증폭기는, 상기 디지털/아날로그 변환기로부터의 합성 신호를 1차 증폭하는 증폭 회로; 및 상기 증폭 회로의 출력 전압을 2차 증폭하는 변압기;를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 증폭 회로로부터의 전압 신호와 상기 변압기의 2차 유기 전압에 따른 주파수 제어 신호를 발생시키는 주파수 제어기를 더 포함하는 것이 바람직하다.Wherein the amplifier comprises: an amplifier circuit for first amplifying the synthesized signal from the digital / analog converter; And a transformer for second amplifying the output voltage of the amplifier circuit. In addition, it is preferable to further include a frequency controller for generating a frequency control signal according to the voltage signal from the amplifier circuit and the secondary induced voltage of the transformer.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 초음파 진동 장치는, 소정의 알고리듬에 따라 동작 시간 데이터 및 출력 전압 선택 신호를 발생시키는 주 제어기(30); 주 제어기(30)로부터의 동작 시간 데이터를 처리하여 프로파일 데이터를 발생시키는 프로파일 제어기(31); 입력되는 주파수 제어 신호에 따라 초음파 신호를 발생시키는 주파수 발생기(32); 상기 프로파일 제어기(31)로부터의 프로파일 데이터를 아날로그 신호로 변환시킨 후, 변환된 아날로그 신호와 상기 주파수 발생기(32)로부터의 초음파 신호와의 합성 신호를 발생시키는 디지털/아날로그 변환기(33); 상기 디지털/아날로그 변환기(33)로부터의 합성 신호를 증폭하고, 서로 다른 전압들을 발생시키는 복수의 출력 단자들이 마련된 증폭기(341 및 342); 상기 주 제어기(30)로부터의 출력 전압 선택 신호에 따라 상기 증폭기(341 및 342)의 출력 단자를 선택하는 스위치 회로(37); 및 상기 스위치 회로(37)에 의하여 선택된 출력 신호에 따라 진동하는 진동자(35);를 포함하고 있다. 여기서, 증폭기(341 및 342)는, 상기 디지털/아날로그 변환기(33)로부터의 합성 신호를 1차 증폭하는 증폭 회로(341)와, 상기 증폭 회로(341)의 출력 전압을 2차 증폭하는 변압기(342)를 포함한다. 변압기(342)에는, 서로 다른 전압들이 유기되는 제1 출력 단자(a) 및 제2 출력 단자(b)가 마련되어 있다. 부호 36은, 증폭 회로(341)로부터의 전압 신호와 변압기(342)의 2차 유기 전압에 따른 주파수 제어 신호를 발생시키는 주파수 제어기를 나타낸다. 한편, 진동자(35)의 구동 코일(351)에 전류가 흐르면, 진동자(35)는 화살표 방향과 같이 상하 진동하게 된다. 진동자(35)의 진동자(35)의 끝부분에 결합된 엑튜에이터(17)는 예를 들어, 와이어 본더의 캐필러리를 나타낸다.As shown in Fig. 3, the ultrasonic vibration apparatus of the present embodiment includes: a main controller 30 for generating operation time data and an output voltage selection signal according to a predetermined algorithm; A profile controller 31 for processing the operation time data from the main controller 30 to generate profile data; A frequency generator 32 for generating an ultrasonic signal according to the input frequency control signal; A digital-to-analog converter (33) for converting the profile data from the profile controller (31) into an analog signal and then generating a composite signal of the converted analog signal and the ultrasonic signal from the frequency generator (32); Amplifiers 341 and 342 provided with a plurality of output terminals for amplifying the synthesized signal from the digital-to-analog converter 33 and generating different voltages; A switch circuit (37) for selecting output terminals of the amplifiers (341 and 342) in accordance with an output voltage selection signal from the main controller (30); And an oscillator 35 vibrating according to the output signal selected by the switch circuit 37. Here, the amplifiers 341 and 342 include an amplifier circuit 341 for first amplifying the synthesized signal from the digital / analog converter 33, and a transformer for second amplifying the output voltage of the amplifier circuit 341. 342). The transformer 342 is provided with a first output terminal a and a second output terminal b through which different voltages are induced. Reference numeral 36 denotes a frequency controller for generating a voltage signal from the amplifier circuit 341 and a frequency control signal in accordance with the secondary induced voltage of the transformer 342. On the other hand, when a current flows through the drive coil 351 of the vibrator 35, the vibrator 35 vibrates up and down as shown by the arrow direction. The actuator 17 coupled to the end of the vibrator 35 of the vibrator 35 represents, for example, the capillary of the wire bonder.
도 3의 초음파 진동 장치의 동작 원리를 살펴 보면 다음과 같다. 주 제어기(30)는 소정의 알고리듬 예를 들어, 입력된 본딩 프로그램에 따라 동작 시간 데이터 및 출력 전압 선택 신호를 발생시킨다. 이 동작 시간 데이터는 프로파일 제어기(31)에서 처리되어, 프로파일 데이터의 형식으로 변환된다. 한편, 주파수 발생기(32)는, 입력되는 주파수 제어 신호에 따라 초음파 신호를 발생시킨다. 디지털/아날로그 변환기(33)는, 프로파일 제어기(31)로부터의 프로파일 데이터를 아날로그 신호로 변환시킨 후, 변환된 아날로그 신호와 상기 주파수 발생기(32)로부터의 초음파 신호와의 합성 신호를 발생시킨다. 디지털/아날로그 변환기(33)로부터의 아날로그 신호는, 증폭 회로(341)에서 1차 증폭된 후, 변압기(342)에서 2차 증폭된다. 스위치 회로(37)에서는, 주 제어기(30)로부터의 출력 전압 선택 신호에 따라 변압기(342)의 제1 출력 단자(a) 및 제2 출력 단자(b) 중의 어느 하나를 연결시킨다. 이에 따라, 연결된 변압기(342)의 출력 신호가 진동자(35)의 구동 코일(351)에 인가되어 전류가 흐름에 따라, 진동자(35) 및 진동자(35)의 끝부분에 결합된 캐필러리(37)가 상하 진동하게 된다.Looking at the operation principle of the ultrasonic vibration device of Figure 3 as follows. The main controller 30 generates the operation time data and the output voltage selection signal according to a predetermined algorithm, for example, an input bonding program. This operating time data is processed by the profile controller 31 and converted into the form of profile data. On the other hand, the frequency generator 32 generates an ultrasonic signal in accordance with the input frequency control signal. The digital-to-analog converter 33 converts the profile data from the profile controller 31 into an analog signal, and then generates a composite signal of the converted analog signal and the ultrasonic signal from the frequency generator 32. The analog signal from the digital-to-analog converter 33 is first amplified by the amplifying circuit 341 and then second amplified by the transformer 342. In the switch circuit 37, one of the first output terminal a and the second output terminal b of the transformer 342 is connected in accordance with the output voltage selection signal from the main controller 30. Accordingly, as the output signal of the connected transformer 342 is applied to the drive coil 351 of the vibrator 35 and the current flows, the capillary coupled to the end of the vibrator 35 and the vibrator 35 ( 37) vibrates up and down.
도 4는 도 3의 장치의 한 동작 주기에서의 제어 타이밍도이다. 여기서 한 동작 주기는, 예를 들어, 와이어 본더가 한 와이어를 본딩하는데 소요되는 시간을 의미한다. 와이어 본더의 경우, 도 4의 1차 진동 영역에서 볼(Ball) 본딩이 수행되고, 2차 진동 영역에서 스티치(Stitch) 본딩이 수행된다. 일반적으로 2차 진동 에너지가 1차 진동 에너지보다 높아야 하므로, 도 4에 도시된 초음파 파형과 같이, 2차 진폭(V2')이 1차 진폭(V1')보다 높아지게 한다. 따라서, 2차 진동 시간(t2')이 1차 진동 시간(t1')보다 상대적으로 짧아지므로, 동작 주기가 상대적으로 짧아진다.4 is a control timing diagram in one operating cycle of the apparatus of FIG. 3. Here, one operating period means, for example, a time taken for the wire bonder to bond a wire. In the case of the wire bonder, ball bonding is performed in the primary vibration region of FIG. 4, and stitch bonding is performed in the secondary vibration region. In general, since the secondary vibration energy should be higher than the primary vibration energy, the secondary amplitude V2 'becomes higher than the primary amplitude V1' as shown in the ultrasound waveform shown in FIG. Therefore, since the secondary vibration time t2 'becomes relatively shorter than the primary vibration time t1', the operation period becomes relatively short.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다. 예를 들어, 상기 진동자(35)를 2단 구동 코일형으로 하여 회로를 구성함으로써, 진동 에너지를 다양하게 제어할 수 있다.The present invention is not limited to the above embodiments, and modifications and improvements are possible at the level of those skilled in the art. For example, by constructing a circuit in which the vibrator 35 is a two-stage drive coil type, vibration energy can be controlled in various ways.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 진동 장치에 의하면, 초음파 진동 에너지를 진동 시간 및 진폭에 의하여 제어할 수 있으므로, 보다 빠른 제어 및 동작이 수행될 수 있다.As described above, according to the ultrasonic vibration apparatus according to the present invention, the ultrasonic vibration energy can be controlled by the vibration time and amplitude, so that faster control and operation can be performed.
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