KR20050044554A - 절연 와이어를 접합하는 와이어 접합기 및 절연 와이어를접합하는 방법 - Google Patents

절연 와이어를 접합하는 와이어 접합기 및 절연 와이어를접합하는 방법 Download PDF

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송영규
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Abstract

표면(110)에 절연 와이어(100)를 접합하기 위한 와이어 접합기가 개시된다. 이 접합기는 상기 표면(110)에 인접한 접합 위치와 표면(110)으로부터 이격된 와이어 준비 위치를 갖고 있는 접합 헤드(106, 114)를 포함한다. 접합 헤드(106, 114)상에는 와이어 홀더(10)가 존재하고, 와이어 홀더(106)는 접합 헤드(106, 114)가 이격된 위치에 있을 때 절연 와이어(100)의 자유 단부가 와이어 홀더(106)로부터 뻗도록 허용하는 형태와 크기로 되어 있다. 상기 접합 헤드(106, 114)에 대한 절연 와이어(100)의 소스(102) 뿐만 아니라 접합 헤드(106, 114)가 이격된 위치에 있을 때 상기 접합 헤드(106, 114)에 인접하여 위치되는 방전봉(112)이 구비된다. 이 방전봉(112)은 절연 와이어(100)의 뻗어 있는 자유 단부(104)에 충분한 전류를 보내 자유 단부에 접합 볼을 형성한다. 절연 와이어(100)와 관련된 접지(124)가 구비되고 접지(124)는 절연 접합 와이어(100)로부터 떨어져서 전기 에너지를 전도시키는 크기로 위치되어 있으므로 자유 단부(104)로부터 떨어져 있는 접합 와이어상의 절연체가 손상되는 것을 방지한다.

Description

절연 와이어를 접합하는 와이어 접합기 및 절연 와이어를 접합하는 방법{A WIRE BONDER FOR BALL BONDING INSULATED WIRE AND METHOD OF USING SAME}
본 발명은 표면에 와이어를 접합하는 분야에 관한 것이며 보다 상세하게 본 발명은 예를 들면 접합 패드, 칩 패키지, 회로 기판 등의 마이크로일렉트로닉스에 사용되는 타입의 마이크로 접합 와이어에 관한 것이다.
소형화는 최근 일렉트로닉 디바이스의 특징이다. 대부분의 소형화는 예를 들면 다양한 기술을 통해 실리콘 웨이퍼상에서 준비되는 칩에서 나타난다. 일반적으로 칩은 조밀하게 팩킹된 전기 회로를 포함하고 있다. 그러나, 아무리 작고 조밀하게 회로를 팩킹한 칩도 일렉트로닉 디바이스를 완성하기 위해서 다른 디바이스에 연결할 필요가 있다. 예를 들면, 칩은 직접 또는 회로 기판을 통하여 다른 칩에, 또는 직접 또는 간접적으로 다른 일렉트로닉 부품에 연결할 필요가 있다. 그러므로, 일반적으로 칩에는 통상 접합 패드라고 하는 입력 및 출력 포트가 제공되어 기능적인 디바이스를 만들기 위해 와이어가 상기 포트에 연결 또는 접합되도록 허용한다.
일반적으로, 칩은 작고 취약하므로 제조 과정에서 칩을 직접 조작하는 것은 매우 어렵다. 그러므로 일렉트로닉 제조회사는 그 위에 칩이 장착되는 평면의 기판 형태를 갖는 기판 또는 리드 프레임을 사용한다. 기판은 접합 와이어를 사용하여 칩 접합 패드에 전기적으로 연결되는 다수의 접합 패드(때때로 접합 핑거라고 한다)를 포함한다. 일반적으로 접합 핑거는 비접촉 방식(회로 단락을 방지하기 위해)으로 기판의 외측 에지 주위에 배치된다. 접합 핑거는 전기적인 디바이스를 완성하기 위해 필요할 때 다른 부품에 전기적으로 연결될 수 있는 리드의 루트(일반적으로 금속 또는 솔더 볼 연결부)를 기판을 따라 설정한다. 기판에 장착되며 칩 접합 패드와 리드 사이에 뻗은 접합 와이어를 가진 칩은 "패키지" 칩이라 한다.
일반적으로, 리드와 접합 패드 사이의 전기적인 연결은 마이크로 접합 와이어 접합기에 의해 달성된다. 도 1은 비절연 마이크로 와이어(10)가 와이어 홀딩 캐필러리(12)의 형태인 접합 헤드를 통하여 공급되는 일반적인 장치를 도시하고 있다. 접합 헤드는 표면(14)에 와이어 접합을 만들기 위해 내려지고 다음에 표면(14) 위로 올려질 수 있는 요소이다. 캐필러리를 통한 와이어의 스풀링을 용이하게 하기 위하여, 와이어 클램프(18)가 사용된다. 표면의 상이한 지점에 접합 헤드를 접촉하도록 허용하기 위해 표면(14)이 이동되거나 접합 헤드가 이동될 수 있다. 그러므로 비절연 와이어는 필요한 전기적인 연결을 완성하기 위하여 우선 표면상의 한 지점에 그리고 그 후에 다른 지점에 스티치 접합될 수 있다. 일반적으로 캐필러리(12)는 표면(14)에 와이어(10)를 접합하기 위한 충분한 진동 및 압력을 가하는 초음파 아암(20)에 장착된다.
볼-웨지 접합이라고 일컫는 와이어 접합 방법에서, 접합 볼(22)(가상 윤곽선으로 도시)은 그 목적을 위한 와이어(10)의 단부에 형성된다. 접합 볼(22)을 형성하기 위하여, 와이어(10)의 섹션은 표면(14)의 방향으로 캐필러리(12) 또는 접합 헤드를 지나 자유 단부(11)로 뻗는다. 접합 헤드에 인접하여 배치된 것은 와이어(10)의 자유 단부(11)에서 전기 에너지의 아크(25)를 방출하기 위한 아크 방전봉(24)이다. 와이어(10)는 비전도성 캐필러리 바로 위에서 별도로 26에 접지된다. 이 아크 방전봉(24)으로부터 방출된 아크는 와이어(10)의 자유 단부(11)로 점프하고, 와이어를 따라 접지(26)를 통하여 밖으로 진행한다. 전도성 접지(26)와 전기적인 접촉을 보장하기 위하여, 와이어(10)는 도시된 바와 같이 접지 주위로 구부려진다. 대안으로, 접지는 26'으로 도시된 바와 같이 클램프(18)에 배치될 수 있다.
아크(25)는 와이어(10)의 자유 단부(11)를 용융시키기에 충분한 에너지를 갖고 있고 액상의 표면 장력으로 인해 자연적으로 방울 형상 또는 볼(22)을 형성한다. 그 다음에 볼(22)은 우수한 전기적인 연결을 형성하도록 표면에 눌려지고 접합된다. 볼(22)을 갖게 되면 전도성 물질이 존재하고 접합이 와이어/표면 접합 인터페이스의 보다 넓은 단면적을 가로질러 형성되어, 전기적인 연결의 품질과 와이어/표면 접합의 기계적인 강도 모두를 향상시킨다. 게다가, 접합 볼(22)의 존재는 접합을 형성하기 위해 캐필러리(12)를 표면(14)에 충분히 접근시키는 것을 가능하게 하고, 한편 표면(14)과 직접 접촉하는 것을 방지한다. 더욱이, 칩 패드상의 제 1 접합으로서 볼 연결의 이용은 접합 헤드를 임의의 방향으로 이동하도록 허용하므로 기판 접합 핑거상의 제 2 접합을 용이하게 한다. 이러한 "전방향" 접합은 볼 접합 방법의 특징이며, "단일 방향" 웨지-웨지 접합 방법을 능가하는 장점 및 융통성을 허용한다.
이런 타입의 와이어 접합에 사용된 마이크로 와이어는 비절연식이다. 칩 패킹 및 접합 패드는 비절연 마이크로 와이어가 회로 단락을 일으키지 않고 사용될 수 있는 충분히 커다란 갭에 의해 인풋과 아웃풋이 칩을 분리하도록 허용한다. 그러나, 비절연 와이어의 사용은 와이어 사이에 상대적으로 커다란 갭을 나타내고 회로 단락을 회피하도록 접합 와이어에 대한 제한을 둔다. 커다란 갭에 대한 요구는 소형화를 방해하며 조립된 디바이스의 속도 및 효율을 감소시키는 불필요하게 긴 회로 경로를 초래한다. 따라서 최근에 절연 와이어가 사용되는 것이 제안되었다. 그러나, 절연 와이어는 통상적인 방식으로 접합될 수 없다. 보다 상세하게 방전봉이 와이어에 에너지를 방전하면, 떨어져 있는 접지(26)에 도달할 때가지 과도한 전류가 와이어를 따라 통과한다. 이 때 과도한 전류는 절연체에 구멍을 연소하면서 절연체를 통하여 접지(26)로 점프한다. 이것은 사용될 수 없는 손상된 와이어를 초래한다. 따라서, 절연 마이크로 와이어와 함께 사용하기 위해 적합하고 접합 위치로부터 떨어져 있는 와이어 절열체의 품질을 보호하는 접합 방법 및 접합 장치가 요구된다. 극복해야할 난제는 접지 문제를 처리하기 위해 접합 헤드에서 이용가능한 매우 제한된 공간이다.
단지 예시로서 아래의 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 종래 기술의 와이어 접합기의 개략도;
도 2는 본 발명에 따른 와이어 접합기의 개략도;
도 3은 본 발명에 따른 절연 와이어용 와이어 홀더 또는 캐필러리의 상세도;
도 4는 도 3의 5-5 라인에 따른 단면도;
도 5는 본 발명에 따른 방전 아크를 도시하고 있는 상세도; 그리고
도 6은 본 발명에 따라 형성된 접합 볼을 도시하고 있는 상세도이다.
본 발명은 접합 지점으로부터 이격된 와이어를 손상하지 않는 표면에 절연 와이어를 효과적으로 접합하는 접합 장치 및 접합 방법에 관한 것이다. 상기 장치 및 방법은 기존의 장치에 용이하게 통합될 수 있도록 기존의 장치와 호환가능하다. 따라서 완전히 새로운 접합 장치에 대한 필요성이 있는 것이 아니라, 단지 구성요소를 개량할 필요성이 있는 것이다. 따라서 상기와 같은 장치는 절연 와이어에 대한 안정된 접합 결과를 제공함에 있어서 설치가 용이하고 비교적 비용이 저렴하다. 또한 상기 해결책은 마이크로 와이어 접합기의 접합 헤드에서 사용가능한 제한된 스페이스를 극복해야만 한다.
따라서 본 발명의 한 실시 형태에 의하면 표면에 절연 와이어를 접합하는 와이어 접합기가 제공되고, 상기 와이어 접합기는,
상기 표면에 인접한 접합 위치와 상기 표면으로부터 이격된 와이어 준비 위치를 가진 접합 헤드;
상기 접합 헤드 상에 있는 와이어 홀더로서, 상기 접합 헤드가 이격된 위치에 있을 때 상기 절연 와이어의 자유 단부가 와이어 홀더로부터 뻗어있도록 하는 크기와 형태로 된 상기 와이어 홀더;
상기 접합 헤드용 절연 와이어의 공급원;
상기 자유 단부 상에 접합 볼을 형성하도록 상기 절연 와이어의 상기 뻗어있는 자유 단부에 충분한 전기를 보내기 위해 상기 접합 헤드가 이격된 위치에 있을 때 상기 접합 헤드에 인접하게 위치된 방전봉; 그리고
상기 절연 와이어와 연계된 접지부로서, 상기 자유 단부로부터 이격된 상기 접합 와이어 상의 절연부가 손상되는 것을 방지하기 위해 전기 에너지를 상기 접합 와이어로부터 멀어지게 인도하도록 하는 크기와 위치를 가진 상기 접지부를 포함하고 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면 절연 와이어를 접합하는 방법이 제공되고, 상기 방법은,
절연 와이어가 자유 단부에서 접합 헤드를 넘어설때 까지 접합 헤드를 통하여 절연 와이어를 공급하는 단계;
접합 볼을 형성하기 위해 상기 자유 단부에 전기 아크를 방전하는 단계;
상기 방전된 전기가 양 단부로부터 이격된 상기 절연 와이어의 임의의 위치에서 접지되는 것을 방지하기 위해 상기 와이어의 양 단부에서 상기 절연 와이어를 접지시키는 단계; 그리고
표면에 상기 접합 볼 및 상기 절연 와이어를 부착하기 위해서 상기 접합 헤드를 표면상으로 이동시키는 단계를 포함하고 있다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면 비절연 와이어 접합기를 절연 와이어 접합기로 전환하는 장치가 제공되고, 상기 장치는,
비절연 와이어에 적합한 접합 헤드를 교체하도록 하는 크기 및 형태로 된 절연 와이어 접합용 교체 접합 헤드;
절연 와이어가 자유 단부에서 상기 접합 헤드를 넘어서도록 하기 위해 상기 교체 접합 헤드와 연계된 와이어 홀더; 그리고
상기 절연 와이어의 한 단부 또는 양 단부에 위치되어 있는 접지부로서, 상기 절연 와이어의 상기 자유 단부로 인도된 전기가 상기 양 단부 사이의 상기 절연 와이어를 따라서 접지되지 않고 상기 접지부에서 접지되도록 하는 크기 및 형태로 된 상기 접지부를 포함하고 있다.
도 2는 본 발명의 요소들을 도시하고 있다. 절연 접합 와이어(100)는 자유단부로부터 멀리 떨어져 있는 스풀(102)로부터 뻗어있는 것으로 도시되어 있다. 스풀은 본 발명의 접합기용의 절연 와이어의 공급원으로서 기능한다. 도전성 또는 금속 캐필러리(106)도 와이어가 관통하여 공급되는 중앙 보어 또는 튜브(107)를 가진 상태로 도시되어 있다. 캐필러리(106)는 볼 접합을 위한 볼의 형성시에 와이어 홀더로서 기능한다. 많은 유형의 재료가 캐필러리용으로 사용될 수 있지만, 강도, 도전성 및 제작의 용이성의 유리한 조합으로 인해, 텅스텐 카바이드 캐필러리가 선호된다.
와이어 클램프(108)가 와이어(100)가 접합될 표면으로부터 이격된 캐필러리(106) 위에 위치되어 있다. 방전 토치(112)가 와이어(100)의 자유단부(104)에 인접한, 일반적으로 캐필러리 또는 와이어 홀더 아래의 위치에 도시되어 있다. 또한 와이어의 자유단부에서 형성되는 볼을 표면에 접착하기 위해 충분한 초음파 및 압축 에너지를 발생시키는 초음파 트랜스듀서 아암(114)도 도시되어 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 양태에 따른 캐필러리(106)의 확대도이다. 캐필러리(106)의 바람직한 형태는 도 2에 도시된 바와 같이 예컨대 초음파 트랜스듀서(114)와 같은 도전성 요소에 접지된 다음 EFO(Electronic Flame Off) 회로의 전기적 접지부에 자체적으로 접지되는 금속 캐필러리이다. 금속 캐필러리(106)는 가장 바람직하게는 캐필러리(106)로부터의 출구에 인접하여 절연 와이어(100)의 직경에 밀접하게 테이퍼지는 테이퍼 섹션(109)을 포함하고 있는 튜브(107)를 가지고 있다. 본 발명에 의하면 캐필러리(106)내의 와이어용 개구는 가장 바람직하게는 와이어(100)의 직경에 밀접한 치수로 되어 있지만, 와이어가 접합되거나 아니면 캐필러리(106)를 자유롭게 통과하지 못하게 되는 것을 야기할 만큼 밀접하지는 않는다. 가장 바람직하게는 금속 캐필러리에 의해 제공되는 접지부는 절연 와이어가 튜브(107)를 떠나는 지점에서 절연 와이어를 에워싼다.
도 4에는 도 3의 캐필러리(106)의 단부를 통한 단면이 도시되어 있다. 절연 와이어(100)는 도전성 코어(120)와 외측 절연부(122)를 가지고서 도시되어 있다. 금속 캐필러리(106)는 접지(124)에의 전기 연결부를 가지고서 도시되어 있다. 본 발명은 금속 코팅과 같은 도전층으로 코팅된 세라믹 캐필러리와 같은 다양한 형태의 도전성 캐필러리 구조를 포함하는 것으로 이해되어져야 한다. 금속 코팅은 비도전성 코어를 완전히 덮거나 코어의 일부분을 따라서만 뻗어 있을 수 있고, 또는 상기한 바와 같이 캐필러리는 금속과 같은 고체 도전 재료일 수 있다. 필요한 것은 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 아크 전하를 접지부로 보내기에 춘분한 도전체이다. 따라서 접지부가 구비되고 절연 와이어와 함께 사용되는 다양한 형태의 캐필러리가 포함된다. 그와 같은 접지부는 여기에서 제 1 접지부로서 언급된다.
도 5는 벤치-톱형의 수동조작 와이어 접합기에서 작동하는 본 발명의 한 형태를 도시하고 있다. 본 발명은 예컨대 K&S 8028과 같은 자동 와이어 접합기용 와이어 공급 시스템에 동등하게 적용된다는 것이 이해되어져야 한다. 제 1 단계는 와이어가 절연 와이어상에 클램핑되게 하고 와이어의 자유단부가 캐필러리를 넘어설 때까지 와이어가 캐필러리(106)의 튜브(107)를 통해 연장되는 것을 가능하게 하는 것이다. 다음 단계는 방전봉(112)이 개략적으로 도시되어 있는 와이어에 전기 에너지(126)의 전하 또는 아크를 방출하는 것이다. 그러면 이 에너지(126)는 와이어(100)로 튀어 오르고 와이어가 절연되어 있음에도 불구하고 이 에너지(126)는 절연부의 전기적 파괴 내성을 초과하여 절연부(127)를 돌파하여 접지부, 이 경우에서는 128로 표기된 도전성 캐필러리(128)로 향한다. 공정중에 와이어(100)의 자유단부는 용융되고, 절연부는 파괴되고 적합한 볼이 형성된다. 기본적으로 필요한 것은 아크 에너지가 와이어의 자유단부를 강타하고 자유단부로부터 멀리 떨어진 와이어상의 절연부는 손상시키지 않도록 아크 에너지를 관리하는 것이다. 따라서, 캐필러리에 접지부를 구비하는 것은 과잉의 아크가 즉각 제거되도록 하여, 와이어 양단부 중간의 와이어상의 절연부가 손상되는 것을 방지한다. 필요한 것은 와이어상에 형성된 볼에 인접한 접지부에, 아크가 와이어의 자유단부로 첫번째로 튀어 절연부내로 타들어가 접지부에 도달하게 하도록, 충분한 도전성이 존재하는 것이다.
절연부의 파괴가 발생하는 전압이 방전봉에 의해 공급되는 전압보다 훨씬 작은 곳에서 좋은 결과가 성취되었다. 보다 상세하게는, 40 내지 200 볼트의 범위에서 파괴되는 절연부에 대해서는, 방전 전압은 2000 볼트 보다 큰 것이 바람직하다. 따라서, 방전 전압 대 파괴 전압의 바람직한 비는 적어도 10, 50 이상이 될 수 있다.
이제 캐필러리 튜브(107)의 좁은 스로트(throat)로의 테이퍼부가 본 발명의 도전성 캐필러리에서 선호되는 이유가 이해될 수 있을 것이다. 캐필러리의 테이퍼부는 와이어내로 방출되어 좁은 스로트 근처의 접지부에 도달하는 아크 에너지의 능력을 향상시킨다. 일단 아크 에너지가 방출되어 와이어의 자유단부로 튀면 와이어를 에워싸고 있는 절연부는 파괴되기 시작할 것이다. 그렇기 때문에, 캐필러리내에 스로트 개구부를 구비하는 것은 와이어와 잘 맞도록 충분히 밀접한 치수로 이루어지고, 이제 노출된 와이어는 외주 둘레의 몇몇 지점에서 캐필러리와 쉽게 접촉하게 될 것이고, 접촉하지 않을 경우에는 전기 아크 에너지가 스로트 근처에서 접지부로 더 튀어가는 것을 허용하도록 캐필러리에 충분히 근접하게 될 것이다. 일단 와이어로부터 제거된 에너지는 더 이상 자유단부로부터 멀리 떨어진 와이어나 절연부를 손상시킬 수 없다.
당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 캐필러리를 관통하는 튜브(107)를 테이퍼가공하는 것은 접지부와 와이어 사이의 밀접성을 증진시키는 단지 한가지 방법이라는 것을 이해할 것이다. 와이어를 접촉부 둘레로 가압하는 등과 같은 다른 방법들도 본 발명에 포함되지만, 이 방법들은 운용의 자유성을 덜하게 하고 작업하기가 약간 더 어렵기 때문에 덜 선호된다. 하지만 아크가 방출될 때 접지부가 와이어에 매우 밀접하다면 적정한 결과가 얻어질 수 있다. 이러한 개념에서 밀접이란 초과의 아크 에너지가 와이어로부터 접지부로 방출될 만큼 충분히 밀접하다는 것을 의미한다. 이제 아크 에너지가 와이어로 튀는 곳인 자유단부와 아크 에너지가 접지부로 튀는 곳인 인접한 스로트 사이에서 와이어상의 절연부는 손상될 것이라는 것을 이해할 것이다. 절연부에 대한 손상을 제한하기 위해, 스로트를 볼이 형성되는 곳에 인접하게 배치시켜, 접지부로의 아크의 튀는 현상도 볼이 형성되는 곳에 인접하여 발생하게 되는 것이 바람직하다. 이러한 경우에 있어서, 손상되지 않은 절연부가 볼에 근접하게 될 것이고, 회로 단락의 위험을 감소시킨다. 기본적으로 바람직한 것은 절연부의 손상을 볼에 근접한 영역으로 제한하는 것이다. 손상되지 않은 절연부가 볼에 더 근접하여 뻗어 있을수록 더 좋다. 따라서, 스로트를 와이어가 캐필러리로부터 빠져나오는 곳에 배치시킴으로써 좋은 결과가 얻어졌다.
본 발명의 또다른 양태는 전기 에너지가 캐필러리의 단부 근처의 접지부를 통과할 때 약간의 저항을 받게 된다는 것이며, 이는 접지부가 저항으로서 작용하고 열을 발생시킨다는 것을 의미한다. 이 열의 얼마간은 와이어로도 전달되어 볼 접합을 위한 볼 형성을 돕는다.
도 2는 또다른 양태의 본 발명에 따른 전기 아크 에너지의 대안적인 경로를 도시하고 있다. 이 실시예에서, 에너지는 와이어를 따라 자유단부로 튀고, 와이어(100)의 스풀 단부에 배치된 제 2 접지부내로 들어간다. 따라서, 이 또다른 양태의 본 발명에 따르면, 접지부(130)가 볼 접합 단부(104)로부터 멀리 떨어진 와이어(100)의 스풀 단부에 배치될 수 있다. 이와 같은 접지부(130)는 아크 방전시에 제 1 접지부(124)에도 불구하고 절연 와이어(100) 위쪽으로 이동할 수 있는 임의의 추가적인 전하를 방출시키는 데 유용하다. 어떤 경우에 있어서는, 절연 와이어의 짧은 길이 때문에, 아래에 설명되는 바와 같이 제 2 접지부(130)를 사용할 때에만 와이어의 자유단부상에 볼을 형성하는 것이 가능하다. 0.001 인치의 절연 금 와이어의 시험이 수행되었고, 와이어 1 미터의 저항은 48 옴으로 측정되었다. 가변 저항이 와이어의 단부에 부착되었고 보다 긴 길이의 와이어를 모의 실험하기 위해 점점더 증가되었다. 대략 312 미터 와이어 길이에 해당하는 15,000 옴에서는, 보다 낮은 모의 실험 와이어 길이에서와 동일한 EFO 세팅에서 볼을 형성하는 것이 더 어려워졌다. 대략 2083 미터 와이어 길이에 해당하는 100,000 옴에서는, 아크의 전력을 상당히 증가시키지 않고서는 볼을 형성하는 것이 매우 어려웠다. 이러한 실험에서, 캐필러리는 비도전성 형태가 되었다.
또한, 증가된 저항에 대해 볼 직경에 있어서 작은 변화가 존재한다. 기본적으로, 동일한 아크 에너지에 대해 저항이 커질수록 작은 볼이 형성된다. 마찬가지로, 주어진 아크 에너지(또는 특정 EFO 아크 세팅)에 대해 너무 커서 아크가 와이어로 튀게 될 수 없는 저항을 나타내는 임계점이 관찰되었다. 따라서, 보다 긴 길이의 와이어에 대해서는, 아크가 와이어까지의 아크의 튐을 보장하기 위해, 보다 큰 아크 에너지가 요구된다. 따라서, 단부 접지는 짧은 길이의 와이어 스풀 또는 낮은 아크 에너지에 대해 충분하게 되고, 아크 에너지가 증가되지 않는다면 보다 긴 길이의 와이어 스풀에 대해서는 충분하지 않게 될 것이다. 예컨대, 중간 크기에서 큰 크기의 스풀에 해당할 수 있는 1,000 내지 2000 피트 사이의 모의 실험된 와이어 길이에서 적당한 결과가 성취되었다. 따라서 본 발명의 하나의 양태는 와이어의 자유단부까지 아크가 튀도록 유도될 수 있다면, 저항치의 범위(즉 와이어 길이의 범위)에 걸친 볼 크기의 변화는 그겋게 형성된 볼로 표면에 접합부를 형성하는 능력에 그렇게 근 영향을 미치지는 않는다. 따라서, 스풀 단부의 제 2 접지부만을 사용할 때에도 스풀상의 와이어가 소모되어 점점 짧아짐에 따라 아크 에너지를 조정할 필요는 없다.
또한 제 2 접지부를 사용할 때 주의할 점으로서는, 스풀로부터 캐필러리까지의 절연 와이어의 와이어 경로는 와이어의 양 단부로부터 멀리 떨어진 절연부를 통해 원하지 않는 아크발생을 방지하도록 임의의 잠재성 접지부로부터 절연되어 유지되어져야만 한다는 것이 이해되어져야 할 것이다. 도 2는 와이어 클램프(108)상에 부가된 추가의 절연부(130), 풀리(134)상의 절연부(132) 및 스풀(102)상의 절연부(136)를 도시하고 있다. 도면에 설명된 와이어 경로는 단지 개략적인 형태일 뿐이며, 실제에 있어서는 와이어 접합기의 실제 형태에 따라, 특히 수동 및 자동화된 와이어 접합기 모델과 그와 같은 와이어 접합기의 대량 제작자를 고려하여 내장되거나 접합기를 관통하는 와이어 경로를 형성하는 다른 요소들이 존재할 수 있다는 것이 이해되어져야 할 것이다. 따라서, 비절연 와이어를 접지시키는 종래 기술의 접합기에서 사용되는 접지부(26)는 아크 에너지가 그 지점에서 접지부를 찾거나 와이어상의 절연부를 손상시키는 것을 방지하기 위해 제거되거나 보다 높은 절연 재료로 피복되어져야만 한다. 또한, 와이어의 스풀측 단부로부터 캐필러리로부터 뻗어있는 자유단부까지의 와이어 경로의 모든 다른 부품들은 임의의 아크 에너지가 절연부로 튀어 절연부의 구멍을 연소시키는것을 방지하도록 절연될 필요가 있다.
도 6은 본 발명에 따라 형성된 볼(200)을 도시하고 있다. 모세관(106)이 도시되어 있고 절연부(122)는 볼 상부에서의 영역(202)에서 기본적으로 파괴되어 있다. 표면(206)이 또한 도시되어 있고, 볼이 표면상으로 가압될 때, 볼과 표면 사이에서 압축, 초음파용접 등에 의해 접합된다. 도 6은 와이어 준비 위치에서 모세관 및 절연 와이어로 이루어져 있는 접합 헤드를 도시하고 있다. 이 위치에서, 접합 헤드는 표면 상부로 이격되어 있고 방전봉은 와이어에 아주 가까이 접근되어 아크 에너지를 해제한다. 표면 상부에서의 이러한 상승 위치를 와이어 준비 위치라고 한다. 접합 헤드가 하강되어 접합 볼이 표면과 접촉할 때 이를 접합 위치라고 한다. 본 발명은 표면을 이동시켜 접합 헤드와 맞물림 및 맞물림해제시키는 장치 및 접합 헤드를 이동시켜 표면과 맞물림 및 맞물림해제시키는 장치에 마찬가지로 적용된다.
요약하면, 본 발명은 절연 접합 와이어에 대한 와이어 접합 기계에 대한 접지부를 제공하는 것을 포함한다. 하나의 실시예에 있어서, 제 1 접지부는, 볼이 형성될 때 자유단에 인접하여 제공된다. 다른 실시예에 있어서, 제 2 접지부는 스풀끝에 제공되고, 접합기를 통하는 와이어 경로는 전체 와이어 접촉점에서 절연된다. 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 접지부는 양 끝에 제공되고, 전체적으로 절연된 와이어 경로는 제 1 및 제 2 접지부 사이에 제공되어 와이어 길이를 따라 절연이 타서 없어져 버리는 위험을 최소화한다.
따라서, 본 발명은, 그 양 끝의 중간에서, 접합기에서 사용될 때와 같이 절연 마이크로와이어상의 절연의 질이 유지되는 것을 보장하는 해결수단을 제공한다. 본 발명은, 기본적으로 동일 크기 및 기능을 가지고 있지만 추가적인 기능을 가지고 있는 다른 부분으로 소정의 부분을 대체함으로써, 종래의 접합기가 절연 와이어 접합기로 용이하게 변경되게 한다. 한 실시형태에 있어서, 수행해야 할 필요가 있는 것은 유전체 모세관을 접지된 전도성 모세관으로 대체함으로써 절연 마이크로와이어의 자유단에 인접하여 접지부를 제공하는 것이다. 접합기를 통하는 와이어 경로의 절연은 임의의 표류 에너지가 와이어상의 중간 위치에서 절연부를 통하여 아크를 일으키는 것을 방지하는 것이 바람직하다. 다른 실시형태에 있어서, 필요한 것은 자유단으로부터 절연 와이어 경로의 먼 쪽에서 와이어의 스풀끝에 제 2 접지부를 추가하고 상기 와이어를 따라 통과하는 전기 아크 에너지가 상기 와이어 경로의 양끝을 제외하고 접지부로 향하는 것을 방지하도록 와이어 경로를 절연하는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시에에 관해서 설명했지만, 단지 예로서 설명된 것일 뿐이고 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 청구범위를 참조함으로써 결정되어야 한다. 따라서, 본 발명의 다양한 변경과 수정이 청구항에 범위에 포함되고 그 일부는 상기에서 설명하였고, 나머지는 당업자에게는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 여겨진다. 예를 들면, 많은 형태의 접지부가 제공될 수 있고, 자유단 또는 스풀끝에서 그 형태는 양 끝 사이에서 와이어 절연의 완전성을 유지하면서 와이어의 하나 또는 양 끝에서 과도한 아크 에너지의 제거를 제공한다.

Claims (20)

  1. 표면에 절연 와이어를 접합하는 와이어 접합기로서,
    상기 표면에 인접한 접합 위치와 상기 표면으로부터 이격된 와이어 준비 위치를 가진 접합 헤드;
    상기 접합 헤드 상에 있는 와이어 홀더로서, 상기 접합 헤드가 이격된 위치에 있을 때 상기 절연 와이어의 자유 단부가 와이어 홀더로부터 뻗어있도록 하는 크기와 형태로 된 상기 와이어 홀더;
    상기 접합 헤드용 절연 와이어의 공급원;
    상기 자유 단부 상에 접합 볼을 형성하도록 상기 절연 와이어의 상기 뻗어있는 자유 단부에 충분한 전기를 보내기 위해 상기 접합 헤드가 이격된 위치에 있을 때 상기 접합 헤드에 인접하게 위치된 방전봉; 그리고
    상기 절연 와이어와 연계된 접지부로서, 상기 자유 단부로부터 이격된 상기 접합 와이어 상의 절연부가 손상되는 것을 방지하기 위해 전기 에너지를 상기 접합 와이어로부터 멀어지게 인도하도록 하는 크기와 위치를 가진 상기 접지부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접지부는 상기 와이어의 자유 단부에 인접한 도전성 와이어 홀더의 형태로 된 제 1 접지부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 도전성 와이어 홀더는 캐필러리인 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 캐필러리는 유전체의 부분과 도전체의 부분으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 캐필러리는 텅스텐 카바이드로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐필러리는 그 내부에 형성된 와이어 수용 튜브를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 와이어 수용 튜브는 스로트를 형성하도록 테이퍼형태로 되어있고, 상기 스로트는 상기 절연 와이어를 긴밀하게 둘러싸도록 하는 크기와 형태로 되어 있으며, 또한 상기 와이어가 상기 스로트를 통하여 자유롭게 진행할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 접지부는 상기 스로트에 인접해 있는 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 스로트는 상기 와이어의 자유 단부가 돌출되어 있는 상기 캐필러리의 한 단부에 인접해 있는 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 접지부는 상기 절연 와이어를 둘러싸고 있으며 절연 와이어가 와이어 홀더로부터 뻗어 있는 지점에 인접해 있는 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 접지부는 상기 와이어의 스풀 단부에서 접지하도록 전기 접속부의 형태로 된 제 2 접지부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 와이어 접합기는 상기 절연 와이어의 자유 단부와 상기 절연 와이어의 스풀 단부 사이에 형성되어 있는 와이어 경로를 포함하고 있고, 상기 와이어 경로는 접지에 의해 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 접합기.
  13. 절연 와이어를 접합하는 방법으로서,
    절연 와이어가 자유 단부에서 접합 헤드를 넘어설때 까지 접합 헤드를 통하여 절연 와이어를 공급하는 단계;
    접합 볼을 형성하기 위해 상기 자유 단부에 전기 아크를 방전하는 단계;
    상기 방전된 전기가 양 단부로부터 이격된 상기 절연 와이어의 임의의 위치에서 접지되는 것을 방지하기 위해 상기 와이어의 양 단부에서 상기 절연 와이어를 접지시키는 단계; 그리고
    표면에 상기 접합 볼 및 상기 절연 와이어를 부착하기 위해서 상기 접합 헤드를 표면상으로 이동시키는 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 절연 와이어를 접합하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 절연 와이어의 공급원과 상기 접합 헤드 사이의 와이어 경로를 절연시키는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 절연 와이어를 접합하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 절연 와이어를 접지시키는 단계는 도전체로 상기 접합 헤드를 형성함으로써 상기 절연 와이어의 상기 자유 단부를 접지시키는 단계를 포함하는 것을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 절연 와이어를 접합하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 절연 와이어를 접지시키는 단계는 상기 절연 와이어가 상기 도전성 접합 헤드로부터 뻗어 있는 지점에서 상기 도전성 접합 헤드로 상기 절연 와이어를 밀접하게 둘러싸는 단계를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 절연 와이어를 접합하는 방법.
  17. 비절연 와이어 접합기를 절연 와이어 접합기로 전환하는 장치로서,
    비절연 와이어에 적합한 접합 헤드를 교체하도록 하는 크기 및 형태로 된 절연 와이어 접합용 교체 접합 헤드;
    절연 와이어가 자유 단부에서 상기 접합 헤드를 넘어서도록 하기 위해 상기 교체 접합 헤드와 연계된 와이어 홀더; 그리고
    상기 절연 와이어의 한 단부 또는 양 단부에 위치되어 있는 접지부로서, 상기 절연 와이어의 상기 자유 단부로 인도된 전기가 상기 양 단부 사이의 상기 절연 와이어를 따라서 접지되지 않고 상기 접지부에서 접지되도록 하는 크기 및 형태로 된 상기 접지부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 비절연 와이어 접합기를 절연 와이어 접합기로 전환하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 절연 와이어의 제 1 단부와 제 2 단부 사이의 와이어 경로를 절연시키는 절연체를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 비절연 와이어 접합기를 절연 와이어 접합기로 전환하는 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 접지부는 도전성 교체 접합 헤드를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 비절연 와이어 접합기를 절연 와이어 접합기로 전환하는 장치.
  20. 제 17 항에 있어서, 상기 접지부는 상기 절연 와이어의 스풀 단부에 위치된 접지부에 전기 접속부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 비절연 와이어 접합기를 절연 와이어 접합기로 전환하는 장치.
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