KR20030038380A - 본딩장치 - Google Patents

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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

공압배관이 트랜스듀서에 부여하는 진동 특성상의 악영향을 억제한다.
배관 부착부(9)에, 발포 수지재로 이루어지는 접속부재(50)를 통하여, 흡인을 위한 공압배관(31)을 고정한 결과, 초음파 혼(1)의 초음파 진동에 대한 공압배관(31)으로부터의 반력의 영향을 잘 억제할 수 있다. 이것은 반력(F)이 F=ma+cv+kx(m은 질량, a는 가속도, c는 점성계수, v는 속도, k는 스프링정수, x는 변위)로 정의되는 바, 접속부재(50)를 구성하는 발포 수지재의 질량(m) 및 점성계수(c)가, 금속이나 비발포수지재의 이들의 값에 비하여 현격히 작고, 이것이 가속도(a) 및 속도(v)가 큰 초음파 진동에 대한 반력의 영향을 억제하고 있는 것에 의한 것으로 고려된다.

Description

본딩장치{Bonding Apparatus}
본 발명은, 트랜스듀서를 포함하여 구성되는 본딩장치에 관한 것이다.
범프가 부착된 전자부품 등의 전자부품을, 리드 프레임이나 기판 등에 접합하는 방법으로서, 초음파 압접을 이용하는 방법이 알려져 있다. 이 방법은, 전자부품의 범프를 기판에 가압하면서 초음파 진동을 부여하고, 접합면을 상호 마찰시켜서 본딩하는 것이다.
본딩에 앞서, 처리대상이 되는 전자부품을 피압착면의 소정 위치에 탑재하는동작과, 상술의 본딩동작을 연속하여 행하기 위해서, 초음파 진동자를 고정하여 이루어지는 트랜스듀서에는, 전자부품을 흡착하기 위한 흡착구와 배관 부착부를 연통하는 통로가 설치되어 있다. 이 흡착구는, 초음파 진동을 전자부품에 효율좋게 작용시키기 위해서, 트랜스듀서에 있어서의 초음파 진동의 최대부, 즉 정재파의 진폭이 최대가 되는 부분에 설치된다. 한편, 이 통로를 통하여 전자부품을 흡인하기 위한 공압배관은, 초음파 진동에의 영향을 피하기 위해서, 초음파 진동의 마디부에 설치된다.
그러나, 이와 같은 구성에서는, 흡착구로부터 공압배관까지의 거리가 길어지기때문에, 공압배관을 통한 부압의 온·오프가 흡착구에 작용하기까지 소정시간의 지연이 생겨버려서, 동작의 응답성이 나쁘다. 또 일본 특개평 11-307588호 공보와 같이, 공압배관과 트랜스듀서의 사이를 접속 분리를 자유롭게 하는 구성도 제안되고 있는데, 가동부분이 증가하여 구성이 복잡화되는 결점이 있다.
그래서 본 발명의 목적은, 공압배관이 트랜스듀서에 부여하는 진동특성상의 악영향을 억제하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 있어서의 혼 본체를 진동의 마디의 위치를 나타내는 그래프와 함께 도시한 저면도,
도 2는 홀더에 장착된 상태의 혼 본체를 도시한 A-A선 단면도,
도 3은 혼 본체의 정면도,
도 4는 홀더에 장착된 상태의 혼 본체를 도시한 사시도,
도 5는 배관 부착부에 아무것도 부착하지 않은 경우의 주파수-임피던스 특성을 나타내는 그래프,
도 6은 배관 부착부에 경질 나일론제의 프렉시블 튜브를 직접 부착한 경우의 주파수-임피던스 특성을 나타내는 그래프,
도 7은 배관 부착부에 접속부재를 통하여 경질 나일론제의 프렉시블 튜브를 직접 부착한 경우의 주파수-임피던스 특성을 나타내는 그래프이다.
(부호의 설명)
1 초음파 혼
4 혼 본체
4b 축심
5A1, 5A2, 5B1, 5B2 유지부
6A, 6B 연결부
7A1, 7A2, 7B1, 7B2 나사구멍
17 나사구멍
20 통과구멍
30 홀더
31 공압배관
35 볼트
40 초음파 진동자
50 접속부재
p1, p2 마디
s1 최대부
(과제를 해결하기 위한 수단)
제 1의 본 발명은, 처리대상을 흡착하기위한 흡착구와 배관 부착부를 연통하는 통로를 가지는 트랜스듀서를 구비하고, 상기 통로를 통한 흡인에 의해 상기 처리대상을 흡착하는 본딩장치로서, 상기 배관 부착부에는, 공압배관으로부터의 반력의 영향을 억제하는 접속부재를 통하여, 상기 흡인을 위한 공압배관을 고정한 것을 특징으로 하는 본딩장치이다. 또 제 2의 본 발명은, 처리대상을 흡착하기위한 흡착구와 배관 부착부를 연통하는 통로를 가지는 트랜스듀서를 구비하고, 상기 통로를 통한 흡인에 의해 상기 처리대상을 흡착하는 본딩장치로서, 상기 배관 부착부에는, 발포 수지재로 이루어지는 접속부재를 통하여, 상기 흡인을 위한 공압배관을 고정한 것을 특징으로 하는 본딩장치이다.
제 1 및 제 2의 본 발명에서는, 배관 부착부에, 발포 수지재로 이루어지는 접속부재를 통하여, 흡인을 위한 공압배관을 고정한 결과, 트랜스듀서의 초음파 진동에 대한 공압배관으로부터의 반력의 영향을 잘 억제할 수 있다. 이 이유는 분명하지 않지만, 반력(F)이 F=ma+cv+kx(m은 질량, a는 가속도, c는 점성계수, v는 속도, k는 스프링정수, x는 변위)로 정의되는 바, 발포 수지재로 이루어지는 접속부재의 질량(m) 및 점성계수(c)가, 금속이나 비발포성의 수지재에 비하여 현격히 작고, 이것이 가속도(a) 및 속도(v)가 큰 초음파 진동에 대한 반력의 영향을 억제하고 있는 것에 의한 것으로 고려된다.
제 3의 본 발명은, 제 1 또는 제 2의 본 발명의 본딩장치로서, 상기 발포 수지재가 독립 발포체인 것을 특징으로 하는 본딩장치이다.
제 3의 본 발명에서는, 발포 수지재를 독립 발포체로 했으므로, 흡인에 대한 기밀성을 확보할 수 있다.
제 4의 본 발명은, 제 1 내지 제 3 중 어느 한 항의 본 발명의 본딩장치로서, 상기 발포 수지재가 스티롤 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 본딩장치이다.
제 4의 본 발명에서는, 발포 수지재를 스티롤 수지로 했으므로, 접속부재를 특히 경량이면서 저렴하게 제조할 수 있음과 동시에, 우레탄수지 등의 연질의 재료에 비하여 진공펌프 등의 공압기기의 흡인에 대한 수축량이 작으므로, 흡착동작의 응답성을 손상시키는 일은 없다.
제 5의 본 발명은, 제 1 내지 제 4 중 어느 한 항의 본 발명의 본딩장치로서, 상기 접속부재는, 그 상기 통로를 향하는 내주면에 기밀층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치이다.
제 5의 본 발명에서는, 접속부재의 내주면에 기밀층을 형성했으므로, 접속부재의 기밀성을 더욱 높일 수가 있다.
제 6의 본 발명은, 제 1 내지 제 5 중 어느 한 항의 본 발명의 본딩장치로서, 상기 통로가, 상기 트랜스듀서의 최대 진폭점으로부터 상기 트랜스듀서의 길이 방향에 있어서의 소정 범위내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치이다.
제 6의 본 발명에서는, 통로를 트랜스듀서의 최대 진폭점으로부터 트랜스듀서의 길이방향에 있어서의 소정 범위내에 형성했으므로, 최대 진폭점에 설치된 흡착구로부터 배관 부착부까지의 거리를 짧게 할 수 있어, 흡인동작의 응답성을 향상할 수 있다.
제 7의 본 발명은, 제 1 내지 제 6 중 어느 한 항의 본 발명의 본딩장치로서, 상기 통로가 상기 트랜스듀서의 길이방향에 대한 직교방향으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치이다.
제 7의 본 발명에서는, 통로를 트랜스듀서의 길이방향에 대한 직교방향으로 설치했으므로, 통로의 길이를 최소한으로 할 수 있어, 흡인동작의 응답성을 향상할 수 있다.
제 8의 본 발명은, 제 1 내지 제 7 중 어느 한 항의 본 발명의 본딩장치로서, 상기 트랜스듀서의 길이방향의 일단에 진동자를, 또 타단에 상기 진동자와 대략 동등한 질량의 웨이트를, 각각 구비한 것을 특징으로 하는 본딩장치이다.
제 8의 본 발명에서는, 트랜스듀서의 길이방향의 일단에 진동자를, 또 타단에 진동자와 대략 동등한 질량의 웨이트를 설치했으므로, 트랜스듀서에 있어서의 질량의 언밸런스를 억제하여 진동전달효율을 향상할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 관하여, 이하에 도면에 따라서 설명한다. 도 1에 도시된 실시형태는, 본 발명을 플립칩 본딩장치에 적용한 것이다. 본 발명에 있어서의 트랜스듀서인 초음파 혼(1)은, 흡착노즐(8)·배관 부착부(9) 및 연결부(6A,6B) (이하 적절히 연결부(6)라고 한다)를, 모두 환봉재로부터의 절삭에 의해서, 혼 본체(4)와 동일부재에 의해 일체적으로 형성한 것이다.
연결부(6A,6B)에는, 이들 연결부(6A,6B)를 홀더(30)에 고정하기위한 나사구멍(7A1,7A2,7B1,7B2)(이하 적절히 나사구멍(7)이라고 한다)이 설치되어 있다. 연결부(6A,6B)에 있어서의 후방부분 및 전방부분에는, 각각 평판상의 박육부(14)가 형성되어 있다. 각 박육부(14)의 두께는 약 0.5mm이다.
각 유지부(5)의 길이(도 1에 있어서의 상하방향의 길이)는 서로 같다. 또, 연결부(6A) 및 연결부(6B)의 길이(도 1에 있어서의 좌우방향의 길이)도 서로 같다.그리고 나사구멍(7A1)과 나사구멍(7A2), 및 나사구멍(7B1)과 나사구멍(7B2)은 서로 대칭으로(즉, 연결부(6)의 전단 또는 후단으로부터의 거리에 있어서 같은 위치에)설치되어 있다. 또 연결부(6)는, 초음파 혼(1)의 축심(4b)을 포함하는 수평면(도 2에 있어서의 B-B선)을 따라서 설치되어 있다.
4개의 유지부(5A1,5A2,5B1,5B2)(이하 적절히 유지부(5)라고 한다) 중, 혼 본체(4)의 후방측의 유지부(5A1,5B1)는, 혼 본체(4)의 기단으로부터 1번째의 마디(p1)의 위치에 설치되고, 혼 본체(4)의 전방측의 유지부(5A2,5B2)는, 혼 본체(4)의 기단으로부터 2번째의 마디(p2)의 위치에 설치되어 있다. 각 유지부(5)의 두께는 약 0.5mm이다.
한편, 칩 흡착구(8b)는, 도시한 바와 같이 2개의 유지부(5)의 설치점의 중간점에 설치되어 있고, 또한, 그 중심이 진동의 최대부(s1)(속도의 절대치가 최대가 되는 부분)와 일치하도록 되어 있다.
흡착노즐(8)은 각뿔형상, 배관 부착부(9)(도 3 참조)는 원주형상이고, 양자의 중앙을 관통하여 연직방향의 통과구멍(8a)이 뚫어설치되어 있고, 통과구멍(8a)의 하단부가 칩 흡착구(8b)로 되어 있다.
도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 초음파 혼(1)은 홀더(30)에 대하여, 볼트(35)에 의해서 나사 고정하여 사용된다. 홀더(30)는, 배관 부착부(9)를 걸쳐서 좌우의 연결부(6)를 일체적으로 연결하는 구조이고, 그 상면의 장착구멍(30a)에 의해, 도시하지않은 와이어본더 본체의 본딩헤드 구동기구에 장착된다. 장착구멍(30a)의 중심은, 혼 본체(4)의 축심(4b)의 바로 위에 위치하고 있다. 홀더(30)에는, 4개의 통과구멍(7)에 대응하여 설치되고 볼트(35)와 나사맞춤하는 연직방향의 나사구멍(3Ob)이, 각각 설치되어 있다. 또한, 혼 본체(4)의 기단부의 나사구멍(17)에는, 전왜소자를 축방향으로 적층하여 이루어지는 공지의 초음파 진동자(40)가 고정된다.
배관 부착부(9)에는, 발포 스티롤제의 접속부재(50)가 고정되고, 접속부재(50)의 상단에는, 실리콘 고무제 프렉시블 튜브로 이루어지는 공압배관(31)(도 3 참조. 또한, 도 4에서는 접속부재(50)와 공압배관(31)은 생략하고 있다)이 접속된다. 공압배관(31)의 타단은, 도시하지 않은 진공펌프나 솔레노이드밸브 등으로 구성되는 주지의 공압회로(도시생략)에 접속되어 있고, 이 공압회로에 의해 공압배관(31)의 내부의 흡인이 선택적으로 온·오프된다.
접속부재(50)는, 발포성이면서 독립 발포성의 수지재료인 발포 스티롤재를 대략 원통형으로 형성하여 이루어지고, 그 중앙에는 통과구멍(8a)으로 통하는 통과구멍(51)이 형성되어 있다.
이상과 같이 구성된 본 실시형태에서는, 초음파 혼(1)은, 공압배관(31) 및 통과구멍(8a)을 통한 흡인에 의해 흡착구(8b)에 반도체 디바이스(도시생략)를 흡착하여 본딩위치에 반송하고, 그 상태에서, 본딩헤드 구동기구에 의해 하향으로 구동된다. 그리고, 초음파 진동자(40)가 발생하는 초음파 진동이, 소밀파(종파)로서 초음파 혼(1)의 길이방향, 즉 축심(4b)을 따르는 방향으로, 기단측에서 첨단측을 향하여 전달되고, 이 초음파 진동과 본딩헤드 구동기구에 의한 하중에 의해서, 본딩이 행하여진다.
여기서 본 실시형태에서는, 배관 부착부(9)에, 발포 수지재로 이루어지는 접속부재(50)를 통하여, 흡인을 위한 공압배관(31)을 고정한 결과, 초음파 혼(1)의 초음파 진동에 대한 공압배관(31)으로부터의 반력의 영향을 잘 억제할 수 있다. 이 이유는 분명하지 않지만, 반력(F)이 F=ma+cv+kx(m은 질량, a는 가속도, c는 점성계수, v는 속도, k는 스프링정수, x는 변위)로 정의되는 바, 접속부재(50)를 구성하는 발포 수지재의 질량(m) 및 점성계수(c)가, 금속이나 비발포수지재의 이들의 값에 비하여 현격히 작고 이것이 가속도(a) 및 속도(v)가 큰 초음파 진동에 대한 반력의 영향을 억제하고 있는 것에 의한 것으로 고려된다.
또 본 실시형태에서는, 접속부재(50)를 독립 발포재료로 했으므로, 흡인에 대한 기밀성을 확보할 수 있다.
또 본 실시형태에서는, 접속부재(50)를 스티롤수지로 했으므로, 접속부재를 특히 경량이면서 저렴하게 제조할 수 있음과 동시에, 우레탄수지 등의 연질의 재료에 비하여 진공펌프 등의 공압기기의 흡인에 대한 수축량이 작으므로, 흡착동작의 응답성을 손상시키는 일은 없다.
또 본 실시형태에서는, 통로가 되는 통과구멍(8a)을 초음파 혼(1)의 최대 진폭점(진동의 최대부(s1))에 일치시키고, 또한, 통과구멍(8a)을 초음파 혼(1)의 길이방향에 대한 직교방향으로 설치했으므로, 흡착구멍(8b)으로부터 배관 부착부(9)까지의 경로를 매우 짧게 할 수 있어, 흡인동작의 응답성을 향상할 수 있다.
도 5 내지 도 7는, 본 실시형태에 의한 효과를 나타내는 그래프이고, 가로축은 주파수, 세로축은 초음파 진동자(40)의 임피던스를 나타낸다. 도 5는 배관 부착부(9)에 아무것도 부착하지않은 경우이고, 특정한 주파수에 있어서 험준한 피크가 있는 것으로부터, 명료한 정재파가 생기고 있는 것을 알 수 있다. 도 6은 대조실험으로서, 접속부재(50)를 이용하지 않고, 통상 이런 종류의 공압배관에 사용되는 경질 나일론제의 프렉시블 튜브를 배관 부착부(9)에 직접 부착한 경우이고, 정재파가 매우 불명료하게 되어 있는 것으로부터, 경질 나일론제의 프렉시블 튜브에 의한 반력이 진동특성에 악영향을 부여하고 있는 것을 알 수 있다. 이것에 대하여, 도 7은 동 경질 나일론제의 프렉시블 튜브를, 상기 실시형태와 같이 접속부재(50)를 통하여 배관 부착부(9)에 부착한 경우이고, 도 5의 경우와 거의 변함없는 진동특성이 얻어지고 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 실시형태의 구성에 더하여, 접속부재(50)의 내주면인　통과구멍(51)의 표면에, 비발포성의 수지에 의한 기밀층을 형성하여도 좋다. 이 경우에는, 접속부재(50)의 기밀성을 더욱 높일 수 있어, 흡인동작의 응답성을 더욱 향상할 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는, 초음파 혼(1)의 길이방향의 일단에 초음파 진동자(40)를 부착하는 한편, 타단에는 별도의 부재를 부착하지 않은 구성으로 했는데, 초음파 혼(1)의 타단에 초음파 진동자(40)와 대략 동등한 질량을 가지는 웨이트를 설치하여도 좋고, 이것에 의해, 초음파 혼(1)에 있어서의 질량의 언밸런스를 억제하여 진동 전달효율을 향상할 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는, 본 발명을 플립칩 본딩장치에 적용한 예에 관하여 설명했는데, 본 발명은 이들의 본딩장치에 한정되지 않고, 트랜스듀서의 진동에 의해 처리작용을 행하는 각종의 처리장치에 적용할 수 있고, 어느 것이나 본 발명의 범주에 속하는 것이다. 또 트랜스듀서의 형상도, 상기 각 실시형태의 형상에 한정되지 않고, 그 용도나 목적에 따른 각종의 형상을 선택하는 것이 가능하다.
본 발명에 의하여, 공압배관이 트랜스듀서에 부여하는 진동특성상의 악영향을 억제할 수 있다.

Claims (23)

  1. 처리대상을 흡착하기 위한 흡착구와 배관 부착부를 연통하는 통로를 가지는 트랜스듀서를 구비하고, 상기 통로를 통한 흡인에 의해 상기 처리대상을 흡착하는 본딩장치로서,
    상기 배관 부착부에는, 공압배관으로부터의 반력의 영향을 억제하는 접속부재를 통하여, 상기 흡인을 위한 공압배관을 고정한 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  2. 처리대상을 흡착하기 위한 흡착구와 배관 부착부를 연통하는 통로를 가지는 트랜스듀서를 구비하고, 상기 통로를 통한 흡인에 의해 상기 처리대상을 흡착하는 본딩장치로서,
    상기 배관 부착부에는, 발포 수지재로 이루어지는 접속부재를 통하여, 상기 흡인을 위한 공압배관을 고정한 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 발포 수지재가 독립 발포체인 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 발포수지재가 스티롤수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 접속부재는, 그 상기 통로를 향하는 내주면에 기밀층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 통로가, 상기 트랜스듀서의 최대 진폭점으로부터 상기 트랜스듀서의 길이방향에 있어서의 소정 범위내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 통로가 상기 트랜스듀서의 길이방향에 대한 직교방향으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 트랜스듀서의 길이방향의 일단에 진동자를, 또 타단에 상기 진동자와 대략 동등한 질량의 웨이트를, 각각 구비한 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  9. 제 3항에 있어서, 상기 발포수지재가 스티롤수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 접속부재는, 그 상기 통로를 향하는 내주면에 기밀층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  11. 제 4 항에 있어서, 상기 접속부재는, 그 상기 통로를 향하는 내주면에 기밀층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  12. 제 3 항에 있어서, 상기 통로가, 상기 트랜스듀서의 최대 진폭점으로부터 상기 트랜스듀서의 길이방향에 있어서의 소정 범위내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  13. 제 4 항에 있어서, 상기 통로가, 상기 트랜스듀서의 최대 진폭점으로부터 상기 트랜스듀서의 길이방향에 있어서의 소정 범위내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  14. 제 5 항에 있어서, 상기 통로가, 상기 트랜스듀서의 최대 진폭점으로부터 상기 트랜스듀서의 길이방향에 있어서의 소정 범위내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  15. 제 3 항에 있어서, 상기 통로가 상기 트랜스듀서의 길이방향에 대한 직교방향으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  16. 제 4 항에 있어서, 상기 통로가 상기 트랜스듀서의 길이방향에 대한 직교방향으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  17. 제 5 항에 있어서, 상기 통로가 상기 트랜스듀서의 길이방향에 대한 직교방향으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  18. 제 6 항에 있어서, 상기 통로가 상기 트랜스듀서의 길이방향에 대한 직교방향으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  19. 제 3 항에 있어서, 상기 트랜스듀서의 길이방향의 일단에 진동자를, 또 타단에 상기 진동자와 대략 동등한 질량의 웨이트를, 각각 구비한 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  20. 제 4 항에 있어서, 상기 트랜스듀서의 길이방향의 일단에 진동자를, 또 타단에 상기 진동자와 대략 동등한 질량의 웨이트를, 각각 구비한 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  21. 제 5 항에 있어서, 상기 트랜스듀서의 길이방향의 일단에 진동자를, 또 타단에 상기 진동자와 대략 동등한 질량의 웨이트를, 각각 구비한 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  22. 제 6 항에 있어서, 상기 트랜스듀서의 길이방향의 일단에 진동자를, 또 타단에 상기 진동자와 대략 동등한 질량의 웨이트를, 각각 구비한 것을 특징으로 하는 본딩장치.
  23. 제 7 항에 있어서, 상기 트랜스듀서의 길이방향의 일단에 진동자를, 또 타단에 상기 진동자와 대략 동등한 질량의 웨이트를, 각각 구비한 것을 특징으로 하는 본딩장치.
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