KR20040105051A - 본딩력 감지 장치가 채용된 와이어 본딩 기기 - Google Patents

본딩력 감지 장치가 채용된 와이어 본딩 기기 Download PDF

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Abstract

본딩력 감지 장치가 채용된 와이어 본딩 기기가 개시된다. 캐필러리, 트랜스듀서, 트랜스듀서 홀더, 및 트랜본딩 헤드 바디를 구비하는 본 발명에 의한 와이어 본딩 기기는, 트랜스듀서 홀더의 상단부에 설치되며, 트랜스듀서의 휨을 전달하는 예압부; 및 본딩 헤드 바디의 상단부에서 예압부에 인접한 위치에 설치되며, 예압부에서 전달된 트랜스듀서의 휨을 전기적 신호로 출력하는 힘 감지부를 구비한다. 본 발명에 의한 외이어 본딩 기기는, 힘 감지부의 전기적 출력 신호를 계측하는 계측부를 더 구비할 수 있다. 따라서, 트랜스듀서 교체시 등에 유지 보수가 용이하고, 트랜스듀서의 휨을 민감하게 센싱하여, 캐필러리와 와이어 본딩면 사이에 걸리는 본딩력을 정확하게 감지하여 이를 토대로 정확한 본딩력 제어를 실현할 수 있는 효과가 있다.

Description

본딩력 감지 장치가 채용된 와이어 본딩 기기{Wire boding machine using bonding force sensing apparatus}
본 발명은 와이어 본딩 기기에 관한 것으로서, 특히 본딩력을 모니터링하기 위한 본딩력 감지 장치가 채용된 와이어 본딩 기기에 관한 것이다.
와이어 본딩 공정은, 다이 상면에 마련된 패드(pad)와 리드 프레임(lead frame)의 리드 사이에 전도성 매질 예컨대 고순도 금선을 캐필러리(capillary)에 의해 초음파와 열로 접합하여 연결하는 공정이다.
이러한 와이어 본딩 공정을 수행하는 와이어 본딩 기기는, 캐필러리와 와이어 본딩면 간에 적정한 본딩력을 제공하기 위하여 정확한 힘 제어를 수행하여야 한다. 와이어 본딩 기기의 본딩력 감지 장치는, 본딩력을 제어하기 위하여 캐필러리에 연결된 트랜스듀서의 휨(deflection of transducer)을 감지하는 수단이다.
와이어 본딩 기기용 본딩력 감지 장치의 종래 기술이 미국특허 US6,425,514 B1 에 개시되어 있다. 상기 특허에 개시된 본딩력 감지 장치는, 힘 센서(force sensor)를 본딩 헤드 바디(bonding head body) 및 트랜스듀서 홀더(transducer holder)의 상호 인접면(adjacent surfaces) 사이에 개재시키는 구조로 이루어져 있다.
이와 같은 구조하에서는, 본딩 품질 유지 등을 위한 트랜스듀서 교체시 또는 본딩력 감지 장치의 유지 보수시에 힘 센서의 분해, 조립 및 조정이 번거롭다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 트랜스듀서 교체시 등에 그 유지 보수가 용이하고, 트랜스듀서의 휨을 민감하게 감지할 수 있는 구조의 본딩력 감지 장치가 채용된 와이어 본딩 기기를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 와이어 본딩 기기를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 와이어 본딩 기기의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 와이어 본딩 기기에 계측부가 포함된 경우의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 계측부의 바람직한 일 실시예의 회로도이다.
상기한 기술적 과제를 이루기 위해, 캐필러리, 트랜스듀서, 트랜스듀서 홀더, 및 상기 트랜본딩 헤드 바디를 구비하는 본 발명에 의한 와이어 본딩 기기는, 상기 트랜스듀서 홀더의 상단부에 설치되며, 상기 트랜스듀서의 휨을 전달하는 예압부; 및 상기 본딩 헤드 바디의 상단부에서 상기 예압부에 인접한 위치에 설치되며, 상기 예압부에서 전달된 상기 트랜스듀서의 휨을 전기적 신호로 출력하는 힘감지부를 구비한다.
상기 힘 감지부는, 상기 본딩 헤드 바디의 상단부에 설치되며, 소정 크기의 수용부를 갖는 압전 센서 브라켓; 상기 압전 센서 브라켓의 수용부에 동일 극성이 서로 마주보도록 나란하게 마련되며, 가해지는 압력을 센싱하는 두 개의 압전 센서; 상기 두 개의 압전 센서 사이에 마련되며, 상기 압전 센서 사이의 힘을 센싱하는 단자판; 상기 압전 센서에 예압을 인가하는 예압판; 및 상기 두 개의 압전 센서 및 상기 단자판을 수용하며, 상기 압전 센서 및 상기 단자판을 상기 브라켓과 절연하는 절연체를 구비할 수 있다.
상기 예압부는, 상기 트랜스듀서 상단부에 설치되는 예압 브라켓; 및 상기 예압 브라켓에 설치되며, 상기 힘 감지부에 예압을 가하는 예압 조정 수단을 구비할 수 있다.
상기 예압 브라켓에는 너트홀이 형성되어 있고, 상기 예압 조정 수단은, 상기 예압 브라켓의 너트홀에 전진/후퇴 가능하게 결합되는 나사 구조에 의하여 상기 힘 감지부에 가해지는 예압을 조정할 수 있다.
또한 상기 와이어 본딩 기기는, 상기 힘 감지부에 연결되어 상기 힘 감지부의 출력 신호를 계측하는 계측부를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 의하면, 트랜스듀서 교체시 등에 유지 보수가 용이하고, 트랜스듀서의 휨을 민감하게 센싱하여, 캐필러리와 와이어 본딩면 사이에 걸리는 본딩력을 정확하게 감지하여 이를 토대로 정확한 본딩력 제어를 실현할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 본딩력 감지 장치가 채용된 와이어 본딩 기기의 구성과 동작을 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 상세히 설명한다. 각 도면에 도시된 동일한 참조 부호는 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 와이어 본딩 기기를 설명하기 위한 개략적인 사시도로서, 캐필러리(capillary, 100), 트랜스듀서(transducer, 102), 트랜스듀서 홀더(transducer holder, 104), 본딩 헤드 바디(bonding head body, 106), 예압부(pre-load module, 108) 및 힘 감지부(force sensing unit, 110)를 구비한다.
와이어 본딩 공정은, 본딩면(120)에 전도성 매질 예컨대 고순도 금선(122)을 캐필러리(100)에 의해 초음파와 열로 접합하여 연결하는 공정이다.
본 발명에 의한 와이어 본딩 기기에 있어서, 캐필러리(100)와 본딩면(120) 사이에 작용하는 힘 즉 본딩력을 감지하는 힘 감지부(110)가 본딩 헤드 바디(106) 및 트랜스듀서 홀더(104)의 상단부에 외부로 노출되게 마련됨으로써, 트랜스듀서(102) 교체시 등에 유지보수가 용이하다. 또한 힘 감지부(110)는 휨이 발생하는 트랜스듀서(102)의 축으로부터 소정 간격 이격되게 마련됨으로써, 본딩력에 의한 트랜스듀서(102)의 휨에 대한 센싱 민감도가 향상된다.
도 2는 도 1에 도시된 와이어 본딩 기기의 분해 사시도이다.
예압부(108)는 트랜스듀서 홀더(104)의 상단부에 설치되어 트랜스듀서(102)의 휨을 힘 감지부(100)로 전달한다.
힘 감지부(110)는 본딩 헤드 바디(106)의 상단부에서 예압부(108)에 인접한 위치에 설치되며, 예압부(108)에서 전달된 트랜스듀서(102)의 휨(deflection)을 전기적 신호로 변환하여 출력한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 힘 감지부(110)는 트랜스듀서(102)의 휨을 감지함으로써, 실 본딩시 캐필러리와 와이어 본딩면(120)간의 정확한 본딩력을 인식한다. 이를 위하여 힘 감지부(110)는 압전 센서 브라켓(piezo sensor bracket, 110a), 두 개의 압전 센서(piezo force sensor, 110b), 단자판(brass plate, 110c), 예압판(pre-load plate, 110d), 절연체(110e)를 구비할 수 있다.
압전 센서 브라켓(110a)는 본딩 헤드 바디(106)의 상단부에 설치되며, 소정 크기의 수용부(110f)를 갖는다. 압전 센서 브라켓(110a)은 나사 체결 수단(110f)에 의하여 본딩 헤드 바디(106) 상단부에 설치될 수 있다.
두 개의 압전 센서(110b)는 압전 센서 브라켓(110a)의 수용부(110f)에 동일 극성이 서로 마주보도록 나란하게 마련되며, 가해지는 압력을 센싱한다.
단자판(110c)은 두 개의 압전 센서(110b) 사이에 마련되며, 압전 센서(110b) 사이의 힘을 센싱하여 전기적 신호로 출력하는 역할을 한다.
이와 같이 힘 감지부(110)는 압전 센서(110b) 두 개를 상호 동일 극성으로 마주보게 장착하고, 그 사이에 센싱 단자판(110c)을 설치함으로써, 실 본딩시 힘 신호를 생성하는 부위는 별도로 절연하지 않아도 되는 간단한 구조를 가지고 있다.
예압판(110d)은 예압부(108)로부터 전달되는 압력을 압전 센서(110b)에 인가한다.
절연체(110e)는 압전 센서 브라켓(110a)에 수용되며, 플라스틱 재료(plastic material) 등에 의해 제조되어 두 개의 압전 센서(110b) 및 단자판(110c)과 압전 센서 브라켓(110a)을 절연한다.
한편 예압부(108)는, 예압 브라켓(108a) 및 예압 조정 수단(108b)를 구비할 수 있다.
예압 브라켓(108a)은, 예압 브라켓 체결 수단(108c) 예컨대 나사 체결 수단에 의하여 트랜스듀서 홀더(104) 상단부에 설치됨으로써, 트랜스듀서(102) 교체시 등에 분해 및 조립이 용이한 구조로 되어 있다. 다시 말해, 트랜스듀서(102)를 교체할 때 트랜스듀서 홀더(104) 상단부로부터 나사 체결 수단(108c)만을 제거함으로써, 예압부(108)를 분리해 낼 수 있다. 따라서 트랜스듀서(102) 교체 후에 예압부(108)의 예압을 재조정 할 필요가 없다.
예압 조정 수단(108b)은, 예압 브라켓(108a)에 설치되어 압전 센서(110b)에 인가되는 예압을 조정한다. 예압 조정 수단(108b)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 나사 체결 구조에 의하여 예압을 조정하도록 구현될 수 있다.
단자판(110c)에 연결된 도선(112)에 의해 단자판(110c)의 출력 신호가 외부 계측부(114)로 전송된다.
도 3은 도 1에 도시된 와이어 본딩 기기에 계측부(114)가 포함된 경우의 평면도이다. 계측부(114)는 도선(112)에 의하여 단자판(110c)과 연결된다.
계측부(114)는 단자판(110c)을 통하여 힘 감지부(110)에 연결되어 힘 감지부(110)의 전기적 출력 신호를 계측한다. 이를 위하여 계측부(114)는 바람직한일 실시예로서 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 캐패시터(C1), 제2 캐패시터(C2), 리셋 스위치(S), 격리 증폭부(A)을 구비할 수 있다. 계측부(114)의 출력은 외부에 연결된 전압계(미도시)등을 통하여 출력할 수 있다.
제1 캐패시터(C1) 및 제2 캐패시터(C2)에 의하여, 힘 감지부(110)의 즉 단자판(110c)의 출력 전위 Vi에 대한 제2 캐패시터(C2)의 전압 Vo 는 다음 수학식 1과 같다.
리셋 스위치(S)는 제2 캐패시터(C2)에 충전된 출력 전압 Vo를 방전시켜 리셋시킨다.
격리 증폭부(A)는 제2 캐패시터(C2) 출력 전압을 외부의 전압 측정 장치(미도시)와 격리시킨다.
작업자는 격리 증폭부(A)의 출력 전압을 측정하여 트랜스듀서의 휨을 감지할 수 있다. 결국 작업자는 계측부(114)의 출력을 측정함으로써 캐필러리(100)와 본딩면(120)간에 작용하는 본딩력을 측정할 수 있다. 그 뿐만이 아니라 격리 증폭부(A)의 출력 전압을 모니터링 하면서, 예압 조정 수단(108b)에 의하여 압전 센서(110b)에 인가되는 예압을 정확히 조정할 수도 있다.
당업자라면, 본 발명에 채용된 본딩력 감지 장치가 와이어 본딩 기기뿐 아니라 SMD 실장기(Surface mounting device mounter)에도 적용될 수 있음을 이해할 것이다. 이 경우에, 본딩력 감지 장치는, 와이어 본딩 기기에서 캐필러리에 가해지는 힘을 측정하기 위하여 채용된 바와 같이, SMD 실장기에서는 SMD를 흡착하고 PCB 상의 소정 위치로 이동시켜 실장하는 마운터 헤드에 가해지는 힘을 감지하기 위하여 채용될 수 있다.
이상에서 설명한 한 바와 같이, 본 발명에 따른 본딩력 감지 장치가 채용된 와이어 본딩 기기에 의하면, 트랜스듀서 교체시 등에 유지 보수가 용이하고, 트랜스듀서의 휨을 민감하게 센싱하여, 캐필러리와 와이어 본딩면 사이에 걸리는 본딩력을 정확하게 감지하여 이를 토대로 정확한 본딩력 제어를 실현할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 이상에서 설명되고 도면에 예시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 다음에 기재되는 청구의 범위 내에서 더 많은 변형 및 변용예가 가능하다. 특히, 전술한 실시예에서는 와이어 본딩 기기를 예시하여 설명하였으나, 본 발명에 채용된 본딩력 감지 장치는 와이어 본딩 기기의 캐필러리와 유사한 구조를 갖는 SMD(Surface mount device) 장비 등과 같이 작업 대상물이 손상되지 않도록 적정한 힘을 가하여 부품을 실장하는 장비에도 채용될 수 있음을 물론이다.

Claims (5)

  1. 캐필러리, 트랜스듀서, 트랜스듀서 홀더, 및 상기 트랜본딩 헤드 바디를 구비하는 와이어 본딩 기기용 힘 감지 장치에 있어서,
    상기 트랜스듀서 홀더의 상단부에 설치되며, 상기 트랜스듀서의 휨을 전달하는 예압부; 및
    상기 본딩 헤드 바디의 상단부에서 상기 예압부에 인접한 위치에 설치되며, 상기 예압부에서 전달된 상기 트랜스듀서의 휨을 전기적 신호로 출력하는 힘 감지부를 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 기기.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 힘 감지부는,
    상기 본딩 헤드 바디의 상단부에 설치되며, 소정 크기의 수용부를 갖는 압전 센서 브라켓;
    상기 압전 센서 브라켓의 수용부에 동일 극성이 서로 마주보도록 나란하게 마련되며, 가해지는 압력을 센싱하는 두 개의 압전 센서;
    상기 두 개의 압전 센서 사이에 마련되며, 상기 압전 센서 사이의 힘을 센싱하는 단자판;
    상기 압전 센서에 예압을 인가하는 예압판; 및
    상기 두 개의 압전 센서 및 상기 단자판을 수용하며, 상기 압전 센서 및 상기 단자판을 상기 브라켓과 절연하는 절연체를 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 기기.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 예압부는,
    상기 트랜스듀서 상단부에 설치되는 예압 브라켓; 및
    상기 예압 브라켓에 설치되며, 상기 힘 감지부에 예압을 가하는 예압 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 기기.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 예압 브라켓에는 너트홀이 형성되어 있고,
    상기 예압 조정 수단은, 상기 예압 브라켓의 너트홀에 전진/후퇴 가능하게 결합되는 나사 구조에 의하여 상기 힘 감지부에 가해지는 예압을 조정하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 기기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 힘 감지부에 연결되어 상기 힘 감지부의 출력 신호를 계측하는 계측부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 기기.
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KR100869718B1 (ko) * 2006-12-04 2008-11-21 가부시키가이샤 신가와 와이어 본딩 장치 및 와이어 본딩 장치의 본딩 툴 교환방법 및 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체
KR101504646B1 (ko) * 2013-05-30 2015-03-23 서울시립대학교 산학협력단 듀얼모드를 갖는 와이어본딩용 초음파 트랜스듀서 및 이를 구비하는 듀얼모드를 갖는 와이어본딩용 접합 장치
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