KR20010094967A - 본딩장치용 초음파 혼 - Google Patents

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후지야마 겐지
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Abstract

기본주파수 초음파진동 이외의 불필요한 진동발생을 억제할 수 있고, 본딩장치에 의한 본딩의 본더빌리티 향상이 도모됨과 동시에, 간단한 구조로 안정된 캐필러리 파지를 실현하고, 저렴한 본딩장치용 초음파 혼이 얻어진다.
캐필러리 부착전의 캐필러리 부착구멍(11)을 캐필러리(20)보다 작게 형성하고, 캐필러리 부착구멍(11)에 연통하는 지그삽입용 구멍(12)을 설치하고, 캐필러리 부착구멍(11)과 지그삽입용 구멍(12)주위를 폐쇄한 구조로 하고, 지그삽입용 구멍(12)을 지그(30)를 이용하여 가압하여 넓혀서 캐필러리 부착구멍(11)을 캐필러리(20)보다 크게 넓혀서 캐필러리(20)를 삽입하고, 캐필러리 부착구멍(11)이 원래대로 복귀할 때 생기는 탄성력으로 캐필러리(20)를 고정시켜서, 캐필러리(20)고정에 혼본체(10)이외의 부품을 갖지 않는다.

Description

본딩장치용 초음파 혼{ULTRASONIC HORN FOR A BONDING APPARATUS}
본 발명은 와이어를 끼워 통하게 한 캐필러리에 초음파진동을 전달하는 본딩장치용 초음파 혼에 관한 것이다.
초음파 혼은 혼본체의 선단부에 형성된 캐필러리 부착구멍에 캐필러리가 고정되어 있다. 종래, 혼본체로의 캐필러리 고정구조는 다음 두개의 타입으로 대별된다.
제 1 공지예는 캐필러리 부착구멍 부분에 혼본체의 축심에 따라 수직으로 슬릿을 설치하고, 이 슬릿부분을 볼트로 체결부착함으로써 캐필러리를 고정하고 있다. 이 제 1 공지예로서, 예를들면 특개평 6-163648호 공보, 특개평 6-283578호 공보, 특개평 11-121546호 공보 등을 들 수 있다.
제 2 공지예는 혼본체의 선단면에서 캐피러리 부착구멍을 지나 수직으로 슬릿을 설치하고, 또한 캐피러리 부착구멍 부분에 탄성력을 갖게하고, 슬릿부 한쪽측부에 볼트를 나사결합시켜서 체결부착한다. 이에 따라, 슬릿부의 다른쪽 측부를 가압하여 슬릿 및 캐필러리 부착구멍을 넓히고 캐필러리 부착구멍에 캐필러리를 삽입한 후에 상기 볼트를 약간 풀어서 혼본체에서 떼어낸다. 이에 따라, 캐필러리는 혼본체의 탄성력만으로 고정된다. 이 제 2 공지예로서 예를들면, 실개평 5-59840호 공보를 들 수 있다.
제 1 공지예는 다음과 같은 문제가 있었다.
(1) 캐필러리를 혼본체에 고정하기 위한 볼트를 갖기 때문에 혼본체의 축심에 대하여 좌우 질량이 다르고, 선단부의 초음파 진동의 교란이 생겨 캐필러리로의 초음파의 정확한 전도를 방해하고 있었다.
(2) 상기 볼트의 마모, 혼본체의 나사구멍 마모 등에 의해 초음파 진동의 형태변화가 생겨, 이에 따라 캐필러리의 체결부착력이 불안정하게 되는 경시적 트라블이 발생하고 있었다.
(3) 상기 볼트체결부착 토크는 볼트자체가 혼본체에 대하여 상대적인 운동 또는 미끄러짐을 일으키는 일이 없도록 충분히 강하지 않으면 안된다. 이 상대적인 운동 또는 미끄러짐은 예를들면 본딩동작중에 볼트가 헐거워지거나 볼트가 마모하여 덜렁거림이 발생한다. 이 볼트 체결부착 토크의 한계는 체결부착에 사용되는 볼트의 머리크기 및 강도로 결정된다. 현재, 일반적으로 사용되는 볼트의 머리 직경은 3mm 정도이고, 2Kg정도의 토크에 견딘다. 그러나, 80KHz의 초음파 진동에 있어서는 볼트자체의 중량이 과중하여 2Kg정도의 체결부착토크에서는 초음파진동의 가속도에 의한 힘에 대하여 볼트가 혼본체상에서 미끄러져 버려, 볼트마모나 에너지로스, 또는 불안정한 진동을 부가시켜버린다. 또, 이 정도의 체결부착토크는 100KHz의 초음파진동의 발진시에 캐필러리 운동시의 중력가속도에서 생기는 충격을 억제할 수 없어 불안정한 캐필러리 진동이 발생하였다.
(4) 볼트는 볼트체결부착력을 일정하게 하기 위하여 토크드라이버를 사용하여 죄어지는 것이 일반적이나, 토크드라이버는 고가인데다가 정기적으로 조정하지 않으면 체결부착토크가 편차를 초래하는 결점이 있다. 이에 따라 체결부착불량 등의 트러블이 발생하고 있었다.
제 2 공지예는 다음과 같은 문제가 있었다.
(1) 슬릿부의 한쪽 측부에 나사구멍을 갖기 때문에 제 1 공지예와 동일하게 혼본체의 축심에 대하여 좌우질량이 다르고, 선단부의 초음파진동의 교란이 생겨 캐필러리로의 초음파의 정확한 전도를 방해하고 있었다.
(2) 혼본체의 선단부가 열려 있는 상태로 파지를 충분하게 하기 위해서는 선단부 두께를 늘리고 혼본체의 탄성력을 높일 필요가 있다. 그러나, 좌우에서 캐필러리를 찌부러질 정도로 파지하는 방식은 충분한 파지력에 도달하기 전에 캐필러리를 파손시킬 수 있다.
(3) 또, 혼본체 선단부는 혼본체 후방부의 진동자로 부터의 초음파 진동을 효율좋게 전하기 위하여 미세하게 하지 않으면 안된다. 또, 성능상 혼본체 굵기나 길이 치수에 제한이 있다. 현재 일반적인 혼본체 선단부의 캐필러리 파지부의 두께는 1mm정도이다. 이 두께에서 얻어지는 탄성력은 60KHz 이상의 초음파 진동 발진시에 캐필러리 운동시의 중력가속도에서 생기는 충격에 탄성력이 더해져 캐필러리를 유지할 수 없다.
(4) 혼본체 선단부가 슬릿에서 열리고 있기 때문에, 초음파진동에 의해 혼본체 선단부가 약간의 신축을 반복한다. 이에 따라, 캐필러리내에 인장 및 압축응력이 반복하여 생기고, 균열이 발생하고, 충분한 파지력을 얻을 수 없을 뿐만아니라 통상의 사용에 있어서도 강도 편차 등에 의해 파손사고가 일어나고 있다.
본 발명의 과제는 기본주파수 초음파 진동이외의 불필요한 진동발생을 억제할 수 있고, 본딩장치에 의한 본딩의 본더빌리티 향상이 도모됨과 동시에, 간단한 구조로 안정된 캐필러리파지를 실현하고, 저렴한 본딩장치용 초음파 혼을 제공함에 있다.
도 1(a) 및 1(b)는 본 발명의 본딩장치용 초음파 혼의 1실시형태를 나타내는 평면도 및 정면도,
도 2(a) 내지 도 2(d)는 캐필러리를 캐피러리 부착구멍에 고정시킬 경우의 수순을 도시하는 설명도,
도 3(a) 및 3(b)는 지그를 나타내는 정면도 및 저면도,
도 4는 본 발명의 다른 종류의 실시형태를 나타내는 혼본체의 평면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
10:혼본체 11:캐필러리 부착구멍
12:지그삽입구멍 13:슬릿
20:캐필러리 30:지그
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 1 수단은 혼본체 선단부에 형성된캐필러리 부착구멍에 캐필러리를 고정한 본딩장치용 초음파 혼에 있어서, 캐필러리 부착전의 캐필러리 부착구멍을 캐필러리 보다 작게 형성하고, 이 캐필러리 부착구멍에 연통되는 지그삽입용 구멍을 설치하고, 캐필러리 부착구멍과 지그삽입용 구멍 주위를 닫힌 구조로 하고, 상기 지그삽입통 구멍을 지그를 이용하여 가압하여 넓혀서 상기 캐필러리 부착구멍을 상기 캐필러리 보다 크게 넓혀 캐필러리를 삽입하고, 캐필러리 부착구멍이 원상태로 복귀할 때에 생기는 탄성력으로 캐필러리를 고정시키고, 이 캐필러리 고정에 혼본체 이외의 부품을 갖지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 2 수단은 상기 제 1 수단에 있어서 상기 혼본체는 축심에 대하여 대칭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제 3 수단은 상기 제 1 수단에 있어서 상기 지그삽입용 구멍은 상기 캐필러리 부착구멍에 직접 또는 슬릿을 통하여 연통해 있는 것을 특징으로 한다.
(발명의 실시 형태)
본 발명의 1실시형태를 도 1 내지 도 3에 의해 설명한다. 도 1 및 도 2(d)는 혼본체(10)에 캐필러리(20)를 고정시킨 상태를 도시한다. 도 1에 도시된 바와같이 혼본체(10)에는 선단부에 캐필러리(20)를 고정시키는 캐필러리 부착구멍(11)이 수직으로 형성되고, 이 캐필러리 부착구멍(11)에서 혼본체 선단부와 반대측에는 타원형상의 지그삽입구멍(12)이 형성되어 있다. 지그삽입구멍(12)은 캐필러리 부착구멍(11)에 수직인 슬릿(13)으로 연통되고, 이 슬릿(13)과 반대측의 캐필러리 부착구멍(11)부분에는 수직으로 슬릿(14)이 형성되어 있다.
이와같이 캐필러리 부착구멍(11), 슬릿(13), 지그삽입구멍(12) 및 슬릿(14)주위를 폐쇄한 구조로 하고 있다. 또, 상기 혼본체는 축심에 대하여 대칭으로 형성되어있다.
도 1 및 도 2(d)에 도시된 바와같이 혼본체(10)에 캐필러리(20)를 고정시킨 상태에 있어서는 혼본체(10)의 캐필러리 부착구멍(11)주위의 탄성력으로 캐필러리(20)를 파지하도록 되어 있다. 이때문에 도 2(a)에 도시된 바와같이, 캐필러리(20)를 캐필러리 부착구멍(11)에 고정하지 않은 상태에 있어서는 캐필러리 부착구멍(11)은 캐필러리(20)외경 보다 약간(약 200㎛정도) 작게 되어 있다.
도 3은 지그삽입구멍(12)에 삽입하여 그 지그삽입구멍(12)을 가압하여 넓히는 지그(30)를 도시한다. 지그(30)는 조작레버(31)의 단부하면에 삽입구멍 가압부(32)가 설치되어 있다. 삽입구멍 가압부(32)는 캐필러리(20)를 캐필러리 부착구멍(11)에 부착하지 않은 상태(도 2(a)참조)에 있어서의 지그삽입구멍(12)보다 약간 작은 타원형상으로 되어 있다.
다음에, 혼본체(10)로의 캐필러리(20)고정을 도 2에 의해 설명한다. 도 2(a)에 도시된 바와같이, 지그삽입구멍(12)에 도 3에 도시된 지그(30)의 삽입구멍 가압부(32)를 삽입한다. 그리고, 지그(30)의 조작레버(31)를 90도 회전시키면, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 삽입구멍 가압부(32)에 의해 지그삽입구멍(12), 슬릿(13)이 가압되어 넓혀지고, 캐필러리 부착구멍(11)은 캐필러리(20) 보다 크게 넓혀진다.
그래서, 캐필러리(20)를 캐피러리 부착구멍(11)에 삽입하고, 지그(30)의 조작레버(31)를 90도 회전하여 삽입구멍 가압부(32)를 원상태로 복귀한다. 이에 따라, 도 2(c)에 도시된 바와같이, 지그삽입구멍(12), 슬릿(13) 및 캐필러리 부착구멍(11)은 도 2(a)에 도시된 원상태로 돌아가려는 탄성력에 의해 도 2(c)에 도시된 바와같이 캐필러리(20)는 캐필러리 부착구멍(11)에서 파지된다. 다음에 지그(30)의 삽입구멍 가압부(32)를 지그삽입구멍(12)에서 뽑아 캐필러리(20)의 혼본체(10)로의 고정이 완료된다. 혼본체(10)에서 캐필러리(20)를 떼어낼 때는 상기와 반대의 조작에 의해 떼어낼 수 있다.
본 실시형태에 있어서는 제 1 공지예와 같은 볼트를 사용하지 않고, 제 2 공지예와 같은 나사구멍을 설치하지 않으므로 다음과 같은 효과가 얻어진다. 혼본체(10)축심에 대하여 좌우 질량이 같아지고, 진동 교란이 없어짐과 동시에 불필요한 진동이 생기지 않아 에너지로스가 없어진다. 또 당연히, 볼트 또는 나사구멍의 마모, 혼본체(10)의 마모가 생기지 않고, 캐필러리(20)교환에 의한 혼본체(10)형상의 경시변화가 없어지고, 장기간 안정된 사용이 가능해진다. 또한, 나사구멍 뚫기가공 또는 볼트자체가 불필요하기 때문에 혼본체(10)가 저렴하게 제작될 수 있다.
또, 제 1 공지예와 같이 나사를 체결부착할 때에 토크를 일정하게 하는 고가의 토크드라이버 등의 사용이 필요없고, 캐필러리(20)의 교환에 있어서도 간편한 지그(30)로 일정한 파지력이 얻어진다.
또, 본 실시형태에 있어서는 제 1 공지예와 같이 볼트를 사용할 때의 3배이상의 파지력을 가지고 캐필러리(20)를 고정할 수가 있다. 예를들면, 제 1 공지예의 볼트를 1.5Kg의 토크로 체결부착할 경우, 혼본체의 캐필러리 부착구멍의 파지력은50N정도이다. 이에 대해 본 실시형태의 경우에는 혼본체(10)의 캐필러리 부착구멍(11)의 파지력은 150N이상이 얻어진다.
캐필러리(20) 운동시의 중력가속도에서 생기는 충격은 예를들면 진폭 폭 4㎛일때에 150KHz일때의 중력가속도에서 오는 충격은 90N, 180KHz일때의 중력가속도에서 오는 충격은 130N이다. 그런데, 본 실시형태에 있어서는 충격이 매우 커지는 100KHz이상의 초음파 진동에 있어서도 150N이상의 충분한 파지력으로 캐필러리(20)를 유지하여 정확하게 초음파를 대상물에 전도할 수 있다.
또 본 실시형태에 있어서는 캐필러리(20)를 혼본체(10)선단이 개방되지 않고 폐쇄된 캐필러리 부착구멍(11)으로 파지하기 때문에, 캐필러리 부착구멍(11)간에 틈새가 생기기 어렵고, 캐필러리(20)지름에는 편차가 생기더라도 적어도 3점이상의 접촉점을 확보할 수 있어서, 항상 안정된 캐필러리 고정이 가능하다. 또한, 정밀공구 등을 사용하지 않고 간편한 방법으로 캐필러리(20)를 고정할 수 있고, 또 안정된 파지력을 부여할 수 있다. 또, 캐필러리(20)의 파지력을 증가시키더라도 인장응력이 발생하지 않고 압축응력만이 작용하기 때문에 캐필러리(20)가 파손되지 않는다.
다음에 본 발명의 다른 종류의 실시형태를 도 4에 의해 설명한다. 또, 도 1 과 같거나 상당하는 부분에는 동일 부호를 부여하여 설명한다.
도 4(a) 및(b)는 본 발명의 제 2 및 제 3 실시형태를 도시한다. 도 1의 실시형태는 지그삽입구멍(12)을 슬릿(13)을 통하여 캐필러리 부착구멍(11)에 연통시켰다. 도 4(a)및(b)의 본 실시형태는 지그삽입구멍(12)을 직접 캐필러리부착구멍(11)에 연통시켰다. 특히 도 4(b)의 경우에는 지그삽입구멍(12)을 도 1 및 도 4(a)에 도시한 슬릿(14)까지 뻗는 크기로 하였다.
도 4(c)는 본 발명의 제 4 실시형태를 도시한다. 도 1의 실시형태는 지그삽입구멍(12)을 타원형상으로 형성하였다. 지그삽입구멍(12)은 지그(30)로 가압해서 넓힌 형상이면 되고, 특히 그 형상은 한정되지 않는다. 예를들면 도 4(c)에 도시된 바와 같이 지그삽입구멍(12)을 구형형상으로 해도 된다.
도 4(d)는 본 발명의 제 5실시형태를 나타낸다. 본 실시형태는 캐필러리 부착구멍(11)과 혼본체(10) 선단부 사이에 어느 정도의 두께를 갖는 경우로, 캐필러리 부착구멍(11)에서 혼본체(10)의 선단부를 향하여 슬릿(15)을 설치하였다. 본 실시형태는 도 4(c)의 실시형태에 적용한 경우를 도시하였으나, 물론 도 1, 도 4(a) 및 (b)의 실시형태에 있어서도, 캐필러리 부착구멍(11)과 혼본체(10)의 선단부 간에 두께가 있을 경우에는 슬릿(15)을 설치하여도 된다.
도 4 (e) 및 (f)는 본 발명의 제 6 및 제 7 실시형태를 나타낸다. 캐필러리 부착구멍(11)과 혼본체(10)의 선단부 사이가 길 경우에는 캐필러리 부착구멍(11)과 혼본체(10)의 선단부에 지그삽입구멍(12)을 설치하여 도 4(e)에 도시된 바와 같이 지그삽입구멍(12)을 슬릿(13)을 통하여 캐필러리 부착구멍(11)에 연통시키거나 또 4(f)에 도시된 바와같이 지그삽입구멍(12)을 캐필러리 부착구멍(11)에 직접 연통시켜도 된다.
도 4에 도시된 각 실시형태에 있어서도 지그삽입구멍(12)에 도 3에 도시된 지그(30)을 삽입하여, 도 2에 도시된 작용에 의해 도 1의 경우와 동일하게 캐필러리(20)를 캐필러리 부착구멍(11)에 파지시킬 수 있고, 도 1의 경우와 같은 효과가 얻어진다.
또한, 지그(30)는 지그삽입구멍(12)을 가압해서 넓힌 것이면 되고, 도 3의 형상으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 캐피러리 부착 전의 캐필러리 부착구멍을 캐필러리 보다 작게 형성하고, 이 캐필러리 부착구멍에 연통하는 지그삽입용 구멍을 설치하고, 캐필러리 부착구멍과 지그삽입용 구멍 주위를 폐쇄한 구조로 하고, 상기 지그삽입용 구멍을 지그를 사용하여 가압하여 넓혀서 상기 캐필러리 부착구멍을 상기 캐필러리 보다 크게 넓혀서 캐필러리를 삽입하고, 캐필러리 부착구멍이 원상태로 복귀할 때에 생기는 탄성력으로 캐필러리를 고정시키고, 이 캐필러리 고정에 혼본체 이외의 부품을 갖지 않으므로 기본주파수 초음파 진동이외의 불필요한 진동 발생을 억제할 수 있고, 본딩장치에 의한 본딩의 본더빌리티 향상이 도모됨과 동시에, 간단한 구조로 안정된 캐필러리 파지를 실현하여 저렴한 본딩장치용 초음파 혼이 얻어진다.

Claims (3)

  1. 혼본체의 선단부에 형성된 캐필러리 부착구멍에 캐필러리를 고정한 본딩장치용 초음파 혼에 있어서, 캐필러리 부착전의 캐필러리 부착구멍을 캐필러리보다 작게 형성하고, 이 캐필러리 부착구멍에 연통되는 지그삽입용 구멍을 설치하고, 캐필러리 부착구멍과 지그삽입용 구멍 주위를 폐쇄한 구조로 하고, 상기 지그삽입용 구멍을 지그를 사용하여 가압하여 넓혀 상기 캐필러리 부착구멍을 상기 캐필러리 보다 크게 넓혀서 캐필러리를 삽입하고, 캐필러리 부착구멍이 원상태로 복귀할 때에 생기는 탄성력으로 캐필러리를 고정시키고, 이 캐필러리 고정에 혼본체 이외의 부품을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 본딩장치용 초음파 혼.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 혼본체는 축심에 대하여 대칭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치용 초음파 혼.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 지그삽입용 구멍은 상기 캐필러리 부착구멍에 직접 또는 슬릿을 통하여 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치용 초음파 혼.
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