KR20030040047A - 와이어본딩장치 - Google Patents

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Abstract

관성모멘트 및 충격하중의 대폭적인 저감을 도모할 수 있고, 본딩작업의 고속화 및 초음파 혼의 상하구동의 용이화 등을 한층더 향상시킬 수 있다.
본딩장치(3)에는, 캐필러리(2)의 부착부 근방으로부터 플랜지부(5)에 이르는 부분의 단면이 ＋자 형상으로 형성되어 있다. 즉, 혼 본체(3)는, 축심(10)을 중심으로 하여 좌우대칭이고, 또한 축심(10)으로부터 상하 및 좌우에 돌기부(11, 12 및 13, 14)를 갖도록, 홈(15, 16, 17, 18)이 축심(10)을 따라서 형성되어 있다.

Description

와이어본딩장치{Wire Bonding Apparatus}
본 발명은 와이어본딩장치에 관한 것이며, 특히 와이어가 삽통되는 캐필러리를 한쪽 끝에 부착한 혼 본체와, 이 혼 본체에 부착한 진동자를 구비하는 초음파 혼에 관한 것이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 와이어본딩장치의 초음파 혼(1)은, 도시하지 않은 와이어가 삽통되는 캐필러리(2)를 한쪽 끝에 부착한 혼 본체(3)와, 이 혼 본체(3)의 다른쪽 끝에 나사결합된 진동자(4)로 이루어져 있다. 혼 본체(3)의 후단측에는, 도시하지 않은 본딩 암에 고정되는 플랜지부(5)가 형성되어 있다. 진동자(4)는, 혼 본체(3)의 후단부에 나사결합되는 진동발생원부착 축(6)과, 이 진동발생원부착 축(6)에 끼워넣어진 절연파이프(7)와, 도넛형태의 전왜소자 또는 자왜 소자를 절연파이프(7)에 끼워넣어서 여러장 적층한 진동발생원(8)과, 진동발생원부착 축(6)에 나사결합하여 진동발생원(8)을 죄는 너트(9)로 이루어져 있다. 또한, 이종류의 초음파 혼(1)을 구비한 와이어본딩장치로서, 예를 들면 일본 특허 제 3128715 호를 들 수 있다.
그래서, 진동발생원(8)의 진동이 초음파 혼(1) 전체에 전해져서 초음파 혼(1) 속에서 정재파의 진동을 만들고, 캐필러리(2)에 필요한 에너지를 공급한다. 무부하상태(와이어본딩 하고 있지 않은 상태)에서는, 에너지는 안정된 상태에서 비축되어 있고, 정교하게 만들어진 초음파 혼(1)에서는 플랜지부(5)에 마디(節)가 생기는 치수로 되어 있으므로, 초음파 혼(1)을 도시하지 않는 본딩 암에 부착한 상태에서도 플랜지부(5)의 운동은 작아 손실이 적다. 이 무부하의 상태에서는, 초음파 혼(1)은 소리굽쇠와 같이 동작한다. 진동발생원(8)은, 통상 정전류 구동 등에 의해 진폭이 규정된 값이 되도록 구동되고 있다. 캐필러리(2)를 통해서 와이어본딩을 위해 에너지가 사용되면, 전류를 가하여 균형적으로 필요한 에너지를 진동발생원(8)에 보낸다. 이와 같이 하여 초음파를 이용한 와이어본딩이 행해진다.
일반적으로, 초음파 혼(1)은 철강재료에 의해 형성되고 있다. 이 때문에, 관성모멘트가 커서, 본딩동작이 고속화되어 가면, 캐필러리(2)가 펠릿이나 리드의 피본딩부재에 맞닿았을 때의 충격하중이 커져, 피본딩부재를 파손시킬 우려가 있다.
종래, 관성모멘트를 작게 할 수 있고, 피본딩부재에 대한 충격하중의 경감을 도모한 와이어본딩장치로서, 예를 들면 일본 특개평 8241908호 공보를 들 수 있다. 이 와이어본딩장치는, 초음파 혼의 회전축의 축심과 초음파 혼의 길이방향 중심축의 축간거리를 근접시킴으로써, 관성모멘트를 작게 하고 있다. 또 초음파 혼을 지지하는 지지부재를 경금속재료에 의해 형성함으로써, 회전축의 구동원으로서 작은 출력의 모터로 구동할 수 있도록 하고 있다. 그러나, 이러한 수단에 의해서도, 관성모멘트 및 충격하중의 경감에는 한도가 있었다.
본 발명의 과제는, 관성모멘트 및 충격하중의 대폭적인 저감을 도모할 수 있고, 본딩동작의 고속화 및 초음파 혼의 상하구동의 용이화 등을 한층더 향상시킬 수 있는 와이어본딩장치를 제공하는 것에 있다. 이 과제를 해결하는 수단의 특성은, 경하중에 의해 작은 볼을 형성하는 파인피치 본딩에서 안정된 바람직한 결과를 가져온다.
도 1은 본 발명이 되는 와이어본딩장치의 초음파 혼 부분의 제 1의 실시형태를 도시하고, (a)는 측면도, (b)는 평면도, (c)는 진동마디의 설명도, (d)는 (a)의 A-A선 단면도이다.
도 2는 본 발명이 되는 와이어본딩장치의 초음파 혼 부분의 제 2의 실시형태를 도시하고, (a)는 측면도, (b)는 평면도, (c)는 진동마디의 설명도, (d)는 (a)의 A-A선 단면도이다.
도 3은 본 발명이 되는 와이어본딩장치의 초음파 혼 부분의 제 3의 실시형태를 도시하며, 도 1(d)와 동일한 단면도이다.
도 4는 본 발명이 되는 와이어본딩장치의 초음파 혼 부분의 제 4의 실시형태를 도시하며, 도 1(d)와 동일한 단면도이다.
도 5는 본 발명이 되는 와이어본딩장치의 초음파 혼 부분의 제 5의 실시형태를 도시하며, 도 1(d)와 동일한 단면도이다.
도 6은 본 발명이 되는 와이어본딩장치의 초음파 혼 부분의 제 6의 실시형태를 도시하며, 도 1(d)와 동일한 단면도이다.
도 7은 종래의 와이어본딩장치의 초음파 혼 부분의 1예를 도시하며, (a)는 일부단면 측면도, (b)는 정면도이다.
(부호의 설명)
1: 초음파 혼2: 캐필러리
3: 혼 본체4: 진동자
5: 플랜지부10: 축심
11∼14, 40∼43, 60∼65: 돌기부
15∼18, 30∼33, 50-55, 70∼77, 80∼87: 홈.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 청구항 1의 수단은, 와이어가 삽통되는 캐필러리를 한쪽 끝에 부착한 혼 본체와, 이 혼 본체에 부착한 진동자를 구비하는 초음파 혼을 갖춘 와이어본딩장치에서, 상기 혼 본체는, 이 혼 본체의 축심을 따라서 2개 이상의 홈이 형성된 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 청구항 2의 수단은, 청구항 1의 수단인 수단에서, 상기 홈부분의 단면형상은, 좌우대칭 또는 상하대칭 혹은 좌우 및 상하대칭인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 청구항 3의 수단은, 청구항 1의 수단인 수단에서, 상기 홈부분의 단면은, ＋자형상, X자 형상, Y자 형상, H자 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 청구항 4의 수단은, 청구항 1의 수단의 수단에서, 상기 홈부분은, 진동마디에 해당되는 부분부터 진동마디에 해당되는 부분에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
(발명의 실시형태)
이하, 본 발명의 제 1의 실시형태를 도 1에 의해 설명한다. 또한, 도 7과 동일한 또한 상당하는 부재에는 동일부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다. 혼 본체(3)에는, 캐필러리(2)의 부착부 근방으로부터 플랜지부(5)에 이르는 부분의 단면이 ＋자형상으로 형성되어 있다. 즉, 혼 본체(3)는, 축심(10)을 중심으로 하여 좌우대칭이고, 또한 축심(10)으로부터 상하 및 좌우에 돌기부(11, 12 및 13, 14)를 갖도록, 홈(15, 16, 17, 18)이 축심(10)을 따라서 형성되어 있다. 또한, 홈(15, 16, 17, 18)은, 초음파 혼(1)의 캐필러리(2)측의 진동마디(20)로부터 플랜지부(5)의 진동마디(21)까지 형성되어 있다.
이와 같이, 혼 본체(3)는 홈(15, 16, 17, 18)이 형성되어 경량화되어 있으므로, 관성모멘트가 현저하게 저감하고, 충격하중의 대폭적인 경감을 도모할 수 있음과 함께, 본딩동작의 고속화를 도모할 수 있다. 또 초음파 혼(1)이 경량화됨으로써, 초음파 혼(1)을 상하구동시키는 모터의 토크의 저감을 도모할 수 있고, 상하방향의 동작의 안정도가 향상되어, 본딩이 안정된다. 또 좌우의 돌기부(13, 14)에 의해 강성이 확보되고, 상하의 돌기부(11, 12)에 의해 혼 본체(3)에 가해지는 충격에도 충분히 견딜 수 있다. 즉, 초음파 혼(1)은, 강성을 유지하면서 대폭적인 경량화를 도모할 수 있다. 또 캐필러리(2)측의 진동마디(20)로부터 홈(15, 16, 17,18)을 형성함으로써, 초음파진동 전달시에서의 진동마디(20)의 위치가 안정되고, 본더빌리티가 안정된다.
본 발명의 제 2의 실시형태를 도 2에 도시한다. 또한, 상기 실시형태와 동일한 또는 상당하는 부분에는 동일부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다. 상기 실시형태는, 홈(15, 16, 17, 18)을 혼 본체(3)의 대략 전체, 즉 캐필러리(2)측의 진동마디(20)부터 플랜지부(5)의 진동마디(21)까지 형성했다. 본 실시형태는, 캐필러리(2)측의 진동마디(20)부터 플랜지부(5)의 진동마디(21)에 이르는 도중의 진동마디(22)까지 형성했다. 이와 같이 형성해도 상기 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다. 또 캐필러리(2)측의 진동마디(20)부터 진동마디(22)까지 홈(15, 16, 17, 18)을 형성함으로써, 초음파 진동전달시에서의 진동마디(20)의 위치가 안정되어, 본더빌리티가 안정된다.
본 발명의 제 3의 실시형태를 도 3에 도시한다. 본 실시형태는, 상기 실시형태의 변형예이다. 도 3(a)는, 상하의 돌기부(11, 12)가 좌우의 돌기부(13, 14)보다 폭넓게 되어 있다. 도 3(b)는, 좌우의 돌기부(13, 14)가 상하의 돌기부(11, 12)보다 폭넓게 되어 있다. 도 3(c)는, 홈(15, 16, 17, 18)이 원호형상으로 되어 있다. 도 3(d)는, 홈(15, 16, 17, 18)을 상하 좌우에 형성하고, 돌기부(11, 12, 13, 14)를 X자 형상으로 형성한 것이다. 이와 같이, ＋자 형상의 변형형상 또는 X자 형상이라도 상기 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.
본 발명의 제 4, 제 5 및 제 6의 실시형태를 도 4, 도 5 및 도 6에 도시한다. 이들 실시형태는, 홈의 수가 상이한 경우를 나타낸다. 상기 각 실시형태는,4개의 홈(15, 16, 17, 18)을 형성하고, 4개의 돌기부(11, 12 및 13, 14)가 ＋자형상 또는 ＋자 유사형상으로 되어 있다. 도 4의 제 4의 실시형태는, 2개의 홈(30, 31 또는 32, 33)이 형성되어 있다. 도 5의 제 5의 실시형태는, 3개의 홈(50, 51, 52 또는 53, 54, 55)이 형성되어 있다. 도 6의 제 6의 실시형태는, 5개 이상의 홈의 일예로, 8개의 홈(70∼77 또는 80∼87)이 형성되어 있다. 이하, 이들의 실시형태에 대하여 설명한다.
도 4의 제 4의 실시형태는, 혼 본체(3)의 좌우 측면에 원호형상의 홈(30, 31) 또는 각형상의 홈(32, 33)을 형성하고, 상하에 돌기부(40, 41 또는 42, 43)가 설치되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서도 혼 본체(3)는 좌우대칭으로 되어 있다. 본 실시형태도 상기 실시형태와 동일하게, 홈(30, 31 또는 32, 33)에 의해 혼 본체(3)의 경량화를 도모할 수 있다. 또 강성 및 내구성에 대해서도, 축심(10)으로부터 수직으로 뻗은 수직부(44 또는 45)와 상하의 돌기부(40, 41 또는 42, 43)에 의해 유지되고, 상기 각 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.
도 5의 제 5의 실시형태는, Y자 형상의 3개의 돌기부(60, 61, 62) 또는 역Y 자 형상의 3개의 돌기부(63, 64, 65)로 이루어져 있고, 3개의 돌기부(60, 61, 62 또는 63, 64, 65)중, 1개의 돌기부(60 또는 63)는, 축심(10)으로부터 하방 또는 상방으로 뻗어 있다. 또 돌기부(61, 62 또는 64, 65)는, 수평으로부터 대략 45도의 각도로 상방 또는 하방으로 뻗어 있다. 즉, 도 5(a)의 경우에는, 상방의 홈(50)과 좌우의 홈(51, 52)에 의해 돌기부(60, 61, 62)가 형성되고, 도 5(b)의 경우에는, 하방의 홈(53)과 돌기부(13, 14)의 홈(54, 55)에 의해 돌기부(63, 64, 65)가 형성되어있다. 따라서, 본 실시형태에서도 혼 본체(3)는 좌우대칭으로 되어 있다.
본 실시형태도 상기 실시형태와 동일하게, 홈(50, 51, 52 또는 53, 54, 55)에 의해 혼 본체(3)의 경량화를 도모할 수 있다. 또 강성 및 내구성에 대해서도, 수직의 돌기부(60 또는 63)와, 경사방향으로 뻗은 V자 형상 또는 역V자 형상의 돌기부(61, 62 또는 64, 65)에 의해 유지되어, 상기 각 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.
도 6의 제 6의 실시형태는, 8개의 원호형상의 홈(70∼77) 또는 3각형상의 홈(80∼87)을 형성하고 있다. 따라서, 본 실시형태에서도 혼 본체(3)는 좌우대칭으로 되어 있다. 본 실시형태는 홈의 수가 많으므로, 혼 본체(3)의 경량화의 점에 대해서는 상기 실시형태 정도는 아니지만, 경량화를 도모할 수 있다. 또 강성 및 내구성에 대해서는 충분히 얻어진다.
또 홈부분의 단면형상은, 좌우 및 상하대칭 형상이 가장 바람직하지만, 좌우만 대칭형상이더라도, 상하만 대칭형상이더라도 좋다. 또 적어도 1개의 돌기부는, 축심(10)으로부터 상방 또는 하방으로 뻗어 있는 쪽이 강성 및 내구성의 점에서 바람직하다. 또 홈의 수는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 홈이 많아지면 많아질 수록 경량화에 대해서는 바람직하지 않고, 2 내지 6개가 가장 바람직하다.
본 발명은, 와이어가 삽통되는 캐필러리를 한쪽 끝에 부착한 혼 본체와, 이 혼 본체에 부착한 진동자를 구비하는 초음파 혼을 갖춘 와이어본딩장치에서, 상기 혼 본체는, 이 혼 본체의 축심을 따라서 2개 이상의 홈이 형성된 형상이므로, 관성모멘트 및 충격하중의 대폭적인 저감을 도모할 수 있고, 본딩동작의 고속화 및 초음파 혼의 상하구동의 용이화 등을 한층더 향상시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 와이어가 삽통되는 캐필러리를 한쪽 끝에 부착한 혼 본체와, 이 혼 본체에 부착한 진동자를 구비하는 초음파 혼을 갖춘 와이어본딩장치에 있어서, 상기 혼 본체는, 이 혼 본체의 축심을 따라서 2개 이상의 홈이 형성된 형상인 것을 특징으로 하는 와이어본딩장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 홈 부분의 단면형상은, 좌우대칭 또는 상하대칭 혹은 좌우 및 상하대칭인 것을 특징으로 하는 와이어본딩장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 홈 부분의 단면은, ＋자 형상, X자 형상, Y자 형상, H자 형상인 것을 특징으로 하는 와이어본딩장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 홈 부분은, 진동마디에 해당되는 부분부터 진동마디에 해당되는 부분에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어본딩장치.
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