KR200356644Y1 - 와이어 본딩 헤드와 이를 채용한 와이어 본딩 장치 - Google Patents

Abstract

와이어 본딩 헤드에 관해 개시된다. 개시된 와이어 본딩 헤드는 리니어 스템핑 모우터로 이루어진 X,Y 테이블과, 이 X,Y 테이블의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트랜스듀서가 설치된 로드와, 로드의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단과, 이 제1승강수단의 전면의 X,Y 테이블상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키는 제2승강수단을 포함하며, 상기 제2승강수단은 상기 로드의 회동축 일측에 결합된 제1 보이스 코일 모우터와, 상기 로드의 회동축에서의 무게중심이 일치하도록 로드의 회동축 타측에 결합된 제2 보이스 코일 모우터를 구비하여 된 것을 특징으로 한다. 이로써, 로드의 관성 모멘트를 최소로 줄일 수 있게 되어 로드의 상하운동을 고속화 시킬 수 있다.

Description

와이어 본딩 헤드와 이를 채용한 와이어 본딩 장치{Wire bonding head and wire bonding apparatus with it}

본 고안은 반도체 조립 장비중 칩과 리드프레임을 와이어로 접속시켜주는 와이어 본딩 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 본딩 헤드가 개선된 와이어 본딩 장치에 관한 것이다.

통상적으로, 다수의 리드(lead)가 형성되어 있는 리드프레임상에 칩(chip)의 본딩이 완료된 후, 이 칩과 리드 사이를 매우 작은 직경의 와이어로서 접속시키는 와이어 본딩공정은 와이어 본딩 장치의 핵심부인 본딩 헤드에 의해 이루어지게 된다.

이러한 본딩 헤드는 구동 방식에 따라 여러 종류의 것이 있는데, 이러한 본딩 헤드중 신카와(shinkawa) 회사에서 제조한 본딩 헤드는 트랜스 듀서를 X,Y의 방향으로 이송하기 위해 볼스크류와 리니어 모우터 가이드가 부착된 X,Y테이블이 사용되었으며, Z축 방향으로의 이송을 위해서는 모우터와 캠이 이용되었다.

그리고, 본딩 헤드의 다른 실시예로서, 미국의 KS 회사의 본딩 헤드는 X,Y 이송을 위하여 X,Y 테이블이 사용되고, Z축 방향으로의 이송을 위하여 리니어 모우터가 사용되었다.

상술한 바와 같은 종래의 본딩 헤드는 다음과 같은 문제점이 내재되어 있다.

첫째, X,Y 및 Z축으로의 이송을 위해 볼스크류 또는 리니어 모우터를 사용하는 것은 마찰에 의한 에너지 손실과 마모가 심하여 일정기간 사용 후 부품을 교환하여야 한다.

둘째, 고속의 본딩 스피드(최소 0.14sec/2㎜ wire)를 구현하기 위하여 X,Y테이블에 AC 서어보 모우터와 구동장치를 부착하여야 하므로 장비가격이 상승되어 생산원가가 높다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것이 도 1에 도시된 와이어 본딩 장치이다.

도면을 참조하면, 와이어 본딩 장치는 다이상의 히터블록(300)과, 이 히터블록(300)에 리드 프레임(100)과 칩(200)을 공급하는 매니 퓰레이터와, 상기 히터블록(300)상에 공급된 칩(200)과 리드프레임(100)을 와이어 본딩하는 본딩헤드로 구성된다.

상기 본딩헤드는 인덕터(inducter,11)와, 인덕터(11) 상을 이동하는 스테이터(stator, 12)로 이루어진 X,Y 테이블(10)과, 이 X,Y 테이블(10)의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트랜스듀서(21)가 설치된 로드(20)와, 로드(20)의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단(30)과, 이 제1승강수단(30)의 전면의 X,Y 테이블(10)상에 설치되어 상기 로드(20)의 단부를 승강시키는 제2승강수단(40)으로 대별된다.

상기 로드(20)는 상기 X,Y 테이블(10)의 스테이터(12)의 단부에 그 중앙부위가 힌지연결되고 이 힌지 연결부(22)로서 전방으로 연장된 로드의 단부에는 트랜스듀서가 마련되고 이 트랜스듀서의 단부에는 캐필러리(23)가 설치된다. 그리고, 상기 트랜스듀서(21)의 상부에는 로드(20)에 지지되는 와이어 클램프(24)가 설치된다. 상기 제1승강수단은 상기 로드(20)의 후단부에 설치되어 로드의 후단부를 승강시키는 것으로, 상기 X,Y 테이블(10)의 스테이터(12)의 후단부에 수직으로 설치되는 인덕터(31)와, 이 인덕터(31)를 따라 승강되는 스테이터(32)와, 상기 인덕터(31)의 단부에 설치된 서포트(33)와 로드(20)의 단부에 그 양단부가 각각 고정되는 스프링(34)과, 상기 스테이터(32)에 고정되어 상기 로드(20)의 단부와 접촉되는 헤드(35)를 구비하여 구성된다.

상기 제2승강수단(40)은 로드(20)의 단부를 승강시키는 것으로, X,Y 테이블에 설치된 보이스 코일 모우터가 사용된다.

상기한 구성을 가지는 종래의 와이어 본딩 장치에 의하면, 본딩 헤드는 X,Y 테이블 상에서 Z축 운동을 하게 되는데, 무게 중심이 회전중심과 일치하지 않으면 관성을 받게 되어 이 관성을 이길 수 있는 힘이 필요하게 된다. 따라서, 본딩헤드의 관성모멘트가 최소화하도록 설계되는 것이 이상적이다.

그러나, 본딩헤드의 속도를 고속화 시키기 위해서는 토오크(torque)가 큰 모우터를 사용하게 되고, 그로 인해 모우터의 무게는 무거워질 수밖에 없다. 무게가 무거워지면 무거워질수록 무게중심과 회전중심의 불일치가 커지게 되고 본딩 헤드의 관성 모멘트가 커지는 문제점이 있다.

본 고안은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 관성모멘트가 최소화 되도록 그 구조를 개선한 와이어 본딩 헤드와 이를 채용한 와이어 본딩 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래의 와이어 본딩 장치를 도시한 측면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치를 도시한 측면도이다.

도 3은 와이어 본딩헤드의 본딩 사이클을 도시한 도면이다.

도 4 내지 도 15는 본 발명에 따른 와이어 본딩 장치의 작동상태를 도시한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

110...X,Y 테이블 111, 131...인덕터

112, 132...스테이터 120...로드

121...트랜스듀서 122...연결부

123...캐필러리 124...클램퍼

130...제1승강수단 133...서포트

134...스프링 135...헤드

141...제1 보이스 코일 모우터 142...제2 보이스 코일 모우터

100...리드프레임 200...칩

300...히트블록

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은 리니어 스템핑 모우터로 이루어진 X,Y 테이블과, 이 X,Y 테이블의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트랜스듀서가 설치된 로드와, 로드의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단과, 이 제1승강수단의 전면의 X,Y 테이블상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키는 제2승강수단을 포함하여된 와이어 본딩 헤드에 있어서, 상기 제2승강수단은 상기 로드의 회동축 일측에 결합된 제1 보이스 코일 모우터와, 상기 로드의 회동축에서의 무게중심이 일치하도록 로드의 회동측 타측에 결합된 제2 보이스 코일 모우터를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 칩과 리드프레임을 와이어 본딩하는 와이어 본딩 장치에 있어서, 리니어 스템핑 모우터로 이루어진 X,Y 테이블과; 이 X,Y 테이블의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트랜스듀서가 설치된 로드와; 로드의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단과; 이 제1승강수단의 전면의 X,Y 테이블상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키며 상기 로드의 회동축 일측에 결합된 제1 보이스 코일 모우터와, 상기 로드의 회동축에서의 무게중심이 일치하도록 로드의 회동축 타측에 결합된 제2 보이스 코일 모우터를 가지는 제2승강수단;을 구비하여 된 와이어 본딩 헤드를 포함하여 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 와이어 본딩 헤드와 이를 채용한 와이어 본딩 장치의 실시예를 상세히 설명한다. 도 2는 본 고안에 따른 와이어 본딩 장치를 도시한 도면이다.

본 고안에 따른 와이어 본딩 장치는 다이상의 히터블록(300)과, 이 히터블록(300)에 리드프레임(100)과 칩(200)을 공급하는 매니 퓰레이터와, 상기 히터블록(300)상에 공급된 칩(200)과 리드프레임(100)을 와이어 본딩하는 본딩 헤드를 구비하여 구성된다.

상기 본딩 헤드는 인덕터(inducter,111)와, 인덕터(111) 상을 이동하는 스테이터(stator,112)로 이루어진 X,Y 테이블(110)과, 이 X,Y 테이블(110)의 상면에 회동 가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트랜스듀서(121)가 설치된 로드(120)와, 이 로드(120)의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단(130)과, 이 제1승강수단(130)의 전면의 X,Y 테이블(110) 상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키는 제2승강수단(140)으로 대별된다.

상기 로드(120)는 상기 X,Y 테이블(110)의 스테이터(112)의 단부에 그 중앙부위가 힌지연결되고 이 힌지 연결부(122)로부터 전방으로 연장된 로드의 단부에는 트랜스듀서(121)가 마련되고 이 트랜스듀서(121)의 단부에는 캐필러리(123)가 설치된다. 그리고, 상기 트랜스듀서(121)의 상부에는 로드(120)에 지지되는 와이어 클램퍼(124)가 설치된다.

상기 제1승강수단(130)은 상기 로드(120)의 후단부에 설치되어 로드(120)의 후단부를 승강시키는 것으로, 상기 X,Y 테이블(110)의 스테이터(112)의 후단부에 수직으로 설치되는 인덕터(131)와, 이 인덕터(131)를 따라 승강되는 스테이터(132)와, 상기 인덕터(131)의 단부에 설치된 서포트(133)와 로드(120)의 단부에 그 양단부가 각각 고정되는 스프링(134)과, 상기 스테이터(132)에 고정되어 상기 로드(120)의 단부와 접촉되는 헤드(135)를 구비하여 구성된다.

상기 제2승강수단(140)은 로드(120)의 단부를 승강시키는 것으로 X,Y 테이블에 설치된 두 개의 보이스 코일 모우터(141)(142)로 이루어지는데, 제1 모우터(141)는 로드(120)의 단부에 설치되며, 제2 모우터(142)는 본딩헤드의 무게중심과 회전중심이 일치하도록 상기 제1 모우터(141)에 대응되어 회전축과 반대방향에 설치된다.

그리고, 상기 도면에는 도시되어 있지 않으나, X,Y 테이블(110)의 스테이터와 제1 승강수단(130)의 스테이터(132)가 Z축 방향으로 이동되는 이동량을 검출하기 위한 포터 리시버(photo receiver)와 엔코딩 글라스(encoding glass)가 더 구비된다.

상기와 같이 구성된 본 고안에 따른 와이어 본딩 장치의 본딩 헤드의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 3에는 본 고안에 따른 본딩헤드의 작동에 따른 본딩 사이클 다이어그램이 도시되어 있으며, 도 4 내지 도 15는 본 고안에 따른 와이어 본딩 장치의 본딩 헤드 작동상태를 순차적으로 나타내 보였다.

본딩 헤드의 캐필러리(123)의 수직하부에 설치된 히터블록(300)에 리드프레임(100)과 칩(200)이 공급된 상태에서 칩과 리드의 본딩상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저 칩내의 패드 본딩상태를 살펴보면, 리드프레임이 본딩 포인트로의 이동이 완료된 상태에서 상기 캐필러리(123)는 제1승강수단(130)의 스프링(134)에 의해 상기 로드(120)를 힌지 연결부(122)를 중심으로 트랜스듀서(121)를 하강시키려는 힘이 작용되게 되고, 이와 반대로 상기 제1승강수단(130)의 스테이터(132)에 설치된 헤드(135)는 로드(120)의 단부와 접촉되어 단부가 상승되는 것을 방지하게 됨으로써 도 4에 도시된 바와 같은 상태를 유지하게 되며, 도 3에 도시된 바와 같이 Z 5의 위치에 위치하게 된다.

이 상태에서 상기 제1 승강수단(130)이 작동되어 스테이터(132)가 상승함에 따라 헤드(135)가 상승하게 되고 이에 따라 상기 트랜스듀서(121)가 하강함으로써 이에 설치된 캐필러리(123)가 하강하여 도 5에 도시된 바와 같은 상태가 되며 캐필러리(123)의 위치는 Z 4 위치는 본딩을 위한 초기의 위치이다.

상기 상태에서 제1승강수단이 작동되어 스테이터(132)가 더욱 상승하게 되면 캐필러리(123)가 상술한 바와 같은 작동으로 Z 2의 위치까지 하강하여 칩과 캐필러리 끝단 높이는 150 내지 200마이크로 미터 정도이고, 약 250㎜/sec의 속도로 움직여 도 6에 도시된 바와 같은 상태가 된다.

이 상태에서 본딩을 위한 가압력을 제공하는 제2승강수단(140) 즉, 제1보이스코일모우터(141)와 제2보이스코일 모우터에 전류를 인가하여 상기 캐필러리(123)의 하강속도를 저속으로 변화시킨다. 따라서, 상기 스테이터(132)의 헤드(135)와 로드의 단부는 분리되게 되고 도 7에 도시된 바와 같이 칩(200)에 캐필러리(123)가 접촉되며 상기 두 보이스 코일 모우터(141)(142)에 의해 일정시간 본딩을 위한 힘을 가하여 본딩한다. 그리고, 본딩이 완료되면, 두 보이스 코일 모우터(141)(142)에 인가된 전류를 중단한다.

상기와 같이 칩의 본딩이 완료된 상태에서 리드의 본딩에 따른 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 패드의 본딩이 완료되면 상기 두 보이스 코일 모우터(141)(142)에 전류의 인가를 중단함과 아울러 제1승강수단(130)의 스테이터(132)를 고속으로 하강시켜 도 8에 도시된 바와 같이 상기 헤드(135)와 로드(120)의 단부가 접촉되도록 한다. 그리고, 상기 스테이터(132)를 도 9에 도시된 바와 같이 하강시켜 이에 캐필러리(123)를 고속으로 상승시킴으로써 칩으로부터의 높이가 Z 3이 되도록 한다. 그리고 도 10에 도시된 바와 같이 X,Y 테이블(110)의 인덕터(112)를 이동시켜 캐필러리(123)가 리드의 상부에 위치되도록 한다.

상기와 같이 캐필러리(123)의 이동이 완료되면 제1승강수단(130)의 스테이터(132)를 상승시켜 캐필러리(123)가 하강되도록 하고 도 3 및 도 11에 도시된 바와 같이 캐필러리(123)의 높이가 Z 3이 되면 스테이터(132)의 하강을 중단하고 상기 두 보이스 코일 모우터(141)(142)에 전류를 흘리기 시작하여 캐필러리의 하강속도를 저속으로 바꾼다. 그리고 상기 스테이터(132)를 빠른 속도로 상승시켜 헤드(135)와 로드 단부 접촉을 분리시키고 캐필러리(123)가 보이스 코일 모우터에 의해서만 하강하여 도 12에 도시된 바와 같이 리드에 접촉되도록 한다. 이 상태에서 상기 보이스 코일 모우터들(141)(142)에 전류를 일정기간 동안 인가하여 본딩에 따른 힘을 가한다.

본딩이 완료되면, 두 보이스 코일(141)(142)에 전류를 인가를 중단하고 와이어 클램프(124)로부터 와이어를 잡고 도 13에 도시된 바와 같이 스테이터(132)를 하강시켜 헤드(135)와 로드(120)의 단부가 접촉되도록 한다. 그리고, 헤드(135)를 계속 하강시켜 캐필러리(123)가 와이어를 잡은 체 상승되어 와이어가 끊어지도록 하고 도 14에 도시된 바와 같이 캐필러리의 높이가 Z 4가 되면 헤드의 하강을 멈춘다. 그리고, 상기 X,Y 테이블이 작동되어 캐필러리를 최초의 위치로 이동시켜 상술한 바와 같은 방법으로 연속적인 본딩작업을 수행한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안 와이어 본딩 헤드 및 이를 채용한 와이어 본딩 장치는 X,Y 테이블 및 제1승강수단의 구동부 마찰이 적으며, 제2승강수단(140)의 두 보이스 코일 모우터(141)(142)가 로드의 힌지 연결부(122)를 중심으로 무게중심과 회전중심이 일치하게 되어 전체적인 관성모멘트가 줄어들게 된다.

그리고, 본 고안은 와이어 본딩 장치 뿐만 아니라 고속 정밀 제어기기, 각종 반도체 제조장비에 널리 사용할 수 있다.

상기 와이어 본딩 헤드와 이를 채용한 와이어 본딩 장치는 다음과 같은 효과가 수반된다.

첫째, 관성모멘트를 줄일 수 있다.

본 고안에 따른 와이어 본딩 헤드는 2개의 보이스 코일 모우터를 채용한다. 이때, 회전체의 관성 모멘트는 거리의 제곱에 비례하고 질량에 비례하는데, 한 개의 모우터를 사용하는 경우와 비교하여 1/2의 토크를 가지는 2개의 모우터를 사용하는 경우 회전 중심으로부터 먼거리의 질량이 감소함으로써 전체 관성 모멘트의 감소는 커지게 된다. 그리고, 본딩 헤드의 무게 중심과 회전 중심이 일치하게 됨으로서, 관성의 효과를 무시할 수 있게 된다.

둘째, 작업능률이 향상된다.

상기한 이유로 와이어 본딩 헤드는 관성모멘트가 최소화되어 속도의 고속화가 가능하게 된다. 따라서, 그 만큼 작업능률이 향상되는 이점이 있다.

본 고안은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, ??해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

1. 리니어 스템핑 모우터로 이루어진 X,Y 테이블과, 이 X,Y 테이블의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트랜스듀서가 설치된 로드와, 로드의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단과, 이 제1승강수단의 전면의 X,Y 테이블상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키는 제2승강수단을 포함하여된 와이어 본딩 헤드에 있어서,

   상기 제2승강수단은 상기 로드의 회동축 일측에 결합된 제1 보이스 코일 모우터와,

   상기 로드의 회동축에서의 무게중심이 일치하도록 로드의 회동축 타측에 결합된 제2 보이스 코일 모우터를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 헤드.
2. 칩과 리드프레임을 와이어 본딩하는 와이어 본딩 장치에 있어서,

   리니어 스템핑 모우터로 이루어진 X,Y 테이블과;

   이 X,Y 테이블의 상면에 회동가능하게 설치되며 단부에 와이어를 본딩하기 위한 트랜스듀서가 설치된 로드와;

   로드의 단부에 인접되게 설치되어 이를 승강시키는 제1승강수단과;

   이 제1승강수단의 전면의 X,Y 테이블상에 설치되어 상기 로드의 단부를 승강시키며 상기 로드의 회동축 일측에 결합된 제1 보이스 코일 모우터와, 상기 로드의 회동축에서의 무게중심이 일치하도록 로드의 회동축 타측에 결합된 제2 보이스 코일 모우터를 가지는 제2승강수단;을 구비하여 된 와이어 본딩 헤드를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.