KR20190046943A

KR20190046943A - 와이어 본딩 장치

Info

Publication number: KR20190046943A
Application number: KR1020197009574A
Authority: KR
Inventors: 시게루 시오자와; 켄타로 코미야
Original assignee: 가부시키가이샤 신가와
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-05-07
Also published as: TWI663494B; KR102206867B1; CN109923652A; TW201812493A; CN109923652B; JP6659857B2; WO2018047896A1; JPWO2018047896A1

Abstract

모터(40)로 상하 방향으로 구동되고, 전극에 와이어를 누르는 캐필러리(15)와, 캐필러리(15)의 누름 하중에 따른 변위가 발생하는 판 스프링(31)과, 판 스프링(31)의 변위를 검출하는 각도 센서(52)와, 캐필러리(15)의 누름 하중을 조정하는 제어부(60)를 구비하고, 제어부(60)는 모터(40)에 소정값의 전류를 인가하여 판 스프링(31)을 캐필러리(15)로 누르고, 각도 센서(52)에 의해 판 스프링(31)의 변위를 검출하고, 검출한 변위에 기초하여 캐필러리(15)의 누름 하중을 교정한다. 이것에 의해, 간편한 구성으로 본딩 동작에 연속하여 본딩 툴의 누름 하중의 교정이 가능하게 된다.

Description

와이어 본딩 장치

본 발명은 본딩 툴의 누름 하중의 교정을 행하는 와이어 본딩 장치에 관한 것이다.

본딩 툴에 의해 기판의 전극 또는 전자부품의 전극에 와이어를 누르고 기판과 전자부품 혹은 전자부품끼리를 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치가 많이 사용되고 있다. 본딩 장치는 장시간 연속해서 동작시키면, 주위 환경 등의 영향으로 경시적으로 누름 하중이 변화되어 버리는 경우가 있다. 누름 하중은 본딩 시의 와이어와 전극과의 합금의 형성에 큰 영향을 미치는 것으로, 누름 하중이 경시적으로 변화되면 본딩 품질이 저하되어 가는 경우가 있다. 이 때문에, 와이어 본딩 장치에서는, 소정의 시간, 예를 들면, 1000시간 정도, 연속 운전을 행하면, 와이어 본딩 장치를 정지하여 누름 하중의 교정을 행하여, 적절한 누름 하중을 유지하도록 하고 있다.

누름 하중의 교정은, 예를 들면, 다음과 같은 수순으로 행해진다. 우선, 히트 블록 위에 로드 셀을 부착하고, 다음에 본딩 툴의 선단을 로드 셀 위에 접촉시킨 상태에서, 본딩 하중을 설정한다. 이것에 의해, 와이어 본딩 장치는 본딩 툴이 설정 하중으로 로드 셀을 누르도록 동작한다. 한편, 본딩 툴의 실제의 누름 하중은 로드 셀에서 검출된다. 그리고, 로드 셀에서 검출된 실체 누름 하중과 설정 누름 하중에 차이가 있었을 경우에는, 실제 누름 하중이 설정 누름 하중이 되도록, 본딩 툴을 구동하는 모터의 인가 전류값을 조절한다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

일본 특개 평10-284532호 공보

특허문헌 1에 기재된 것과 같은 누름 하중의 교정은 와이어 본딩 장치의 히트 블록 위에 로드 셀을 부착할 필요가 있기 때문에, 히트 블록의 히터를 오프로 하고 로드 셀을 사용할 수 있는 온도까지 히트 블록의 온도가 저하할 때까지 기다릴 필요가 있었다. 또한, 누름 하중의 교정이 종료하고 나서, 히트 블록의 히터를 온으로 하고 히트 블록이 본딩 가능한 온도가 될 때까지 대기할 필요가 있었다. 또한, 히트 블록의 위에는 기판, 전자부품 등의 품종에 따라 높이를 조정하기 위한 판 형상의 히트판이 부착되어 있는 경우에는, 로드 셀을 부착할 때 히트판을 떼어낼 필요가 있다. 이 때문에, 누름 하중의 교정이 종료한 후에 본딩 패러미터의 재조정이 필요하게 된다. 이와 같이, 누름 하중의 교정 간격을 짧게 하여 누름 하중을 가능한 한 일정하게 유지하도록 하여 본딩 품질을 확보하려고 하면, 생산성이 저하되어 버린다고 하는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은 간편한 구성으로 본딩 동작에 연속하여 본딩 툴의 누름 하중의 교정이 가능한 본딩 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 와이어 본딩 장치는 모터로 상하 방향으로 구동되어, 전극에 와이어를 누르는 본딩 툴과, 본딩 툴의 누름 하중에 따른 변위가 발생하는 탄성 부재와, 탄성 부재의 변위를 검출하는 변위 검출 수단과, 본딩 툴의 누름 하중을 조정하는 제어부를 구비하고, 제어부는 모터에 소정값의 전류를 인가하여 탄성 부재를 본딩 툴로 누르고, 변위 검출 수단에 의해 탄성 부재의 변위를 검출하고, 검출한 변위에 기초하여 본딩 툴의 누름 하중을 교정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 제어부가 행하는 본딩 툴의 누름 하중의 교정은 검출한 변위와 미리 설정된 기준 변위를 비교하고, 검출한 변위와 기준 변위와의 차가 작아지도록, 모터에 인가하는 전류갑을 증감하는 것으로 해도 된다.

본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 탄성 부재는 모터에 인가되는 복수의 전류값에 대응하는 복수의 누름점을 갖고, 제어부는 모터에 복수의 전류값을 차례로 인가하여 탄성 부재의 각 누름점을 본딩 툴로 차례로 누르고, 변위 검출 수단에 의해 각 누름점의 각 변위를 차례로 검출하고, 검출한 각 변위에 기초하여 본딩 툴의 누름 하중을 교정하는 것으로 해도 된다.

본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 복수의 누름점은 모터에 복수의 전류값을 차례로 인가하여 각 전류값에 대응하는 탄성 부재의 각 누름점을 본딩 툴로 차례로 눌렀을 때의 각 변위가 소정의 범위 내가 되도록 배치되어 있는 것으로 해도 된다.

본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 제어부가 행하는 본딩 툴의 누름 하중의 교정은 검출한 각 변위를 각 누름점에 인가된 각 하중으로 변환하고, 모터에 인가한 복수의 전류값과 각 누름점에 인가된 하중의 관계를 나타내는 특성 곡선을 생성하고, 생성한 특성 곡선에 기초하여 모터에의 인가 전류값을 조정하는 것으로 해도 된다.

본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 탄성 부재는 판 스프링인 것으로 해도 된다.

본 발명의 본딩 장치는 간편한 구성으로 본딩 동작에 연속하여 본딩 툴의 누름 하중의 교정을 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치를 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치의 계통 구성을 나타내는 계통도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치의 판 스프링 어셈블리를 도시하는 사시도와 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 판 스프링 어셈블리의 누름점과 누름 하중과 변위를 나타내는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치의 제어부가 실행하는 제1 누름 하중 교정 프로그램의 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 실시형태의 와이어 본딩 장치의 제어부가 실행하는 제2 누름 하중 교정 프로그램의 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 7은 도 6에 나타내는 동작에서 생성되는 모터 인가 전류값과 하중과의 특성 곡선이다.
도 8은 본 실시형태의 와이어 본딩 장치의 다른 판 스프링 어셈블리를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 실시형태의 와이어 본딩 장치의 다른 판 스프링 어셈블리를 도시하는 사시도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)는 프레임(10)과, 프레임(10)의 위에 부착된 XY 테이블(11)과, XY 테이블(11)의 위에 부착된 본딩 헤드(12)와, 본딩 헤드(12)에 부착된 본딩 암(13)과, 본딩 암(13)의 선단에 부착된 초음파 혼(14)과, 초음파 혼(14)의 선단에 부착된 본딩 툴인 캐필러리(15)와, 반도체 다이 등의 전자 부품(19)이 부착된 기판(18)과, 기판(18)을 X 방향으로 가이드 하는 가이드 레일(16)과, 히트 블록(17)과, 판 스프링 어셈블리(20)를 구비하고 있다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 본딩 헤드(12)의 내부에는, 본딩 암(13)을 상하 방향(Z 방향)으로 구동하는 모터(40)가 설치되어 있다. 모터(40)는 본딩 헤드(12)에 고정된 고정자(41)와, 회전축(45)의 주위를 회전하는 가동자(42)로 구성된다. 가동자(42)는 본딩 암(13)의 후부와 일체로 되어 있고, 가동자(42)가 회전 이동하면, 본딩 암(13)의 선단은 상하 방향(Z 방향)으로 이동한다. 본딩 암(13)의 선단에는, 초음파 혼(14)의 플랜지(14b)가 볼트(14c)로 고정되어 있다. 또한, 본딩 암(13)의 선단 부분의 하측면에는, 초음파 혼(14)의 초음파 진동자(14a)를 수용하는 오목부(13a)가 설치되어 있다. 초음파 혼(14)의 선단에는, 캐필러리(15)가 부착되어 있다. 또한, 히트 블록(17)은 2개의 가이드 레일(16) 사이의 프레임(10)의 위에 부착되어 있고, 판 스프링 어셈블리(20)는 히트 블록(17)과 가이드 레일(16) 사이의 프레임(10)의 위에 부착되어 있다. 또한, 히트 블록(17)에는, 히트 블록(17)을 가열하는 히터(17a)가 부착되어 있다.

판 스프링 어셈블리(20)의 판 스프링(31)의 상면의 높이는 히트 블록(17)의 위에 기판(18)이 진공 흡착되었을 때의 전자 부품(19)의 전극의 상면의 높이인 본딩면(도 2 중에서 1점 쇄선(47)으로 나타냄)과 대략 동일한 높이로 되어 있다. 또한, 가동자(42)의 회전축(45)의 회전 중심(43)(도 2 중에서 1점 쇄선(47)과 1점 쇄선(46)의 교점으로 나타냄)의 높이도 본딩면과 대략 동일한 높이로 되어 있다. 따라서, 가동자(42)가 회전 이동하면, 캐필러리(15)의 선단은 전자 부품(19)의 전극면 및 판 스프링(31)의 상면에 대하여 대략 수직 방향으로 상하로 이동한다.

모터(40)의 고정자(41)에는, 전원(49)으로부터 구동 전력이 공급되고 있다. 고정자(41)에 공급되는 전류값은 전류 센서(51)에서 검출되고, 전류값은 모터 드라이버(48)에 의해 조정된다. 또한, 가동자(42)의 회전축(45)에는, 가동자(42)의 회전각도(φ)를 검출하는 각도 센서(52)가 부착되어 있다. 또한, 본딩 헤드(12)의 근방에는, 와이어 본딩 장치(100)의 대표 온도를 검출하는 온도 센서(53)가 부착되어 있다.

와이어 본딩 장치(100)는 내부에 연산이나 신호 처리를 행하는 CPU(61)와, 와이어 본딩 장치(100)를 동작시키는 프로그램이나 프로그램의 실행에 필요한 데이터를 저장하는 메모리(62)를 구비하는 컴퓨터이며, 와이어 본딩 장치(100) 전체의 동작을 제어하는 제어부(60)를 구비하고 있다. 제어부(60)는 각도 센서(52), 전류 센서(51), 온도 센서(53)가 검출한 신호가 입력된다. 제어부(60)는 모터(40)의 고정자(41)에 공급하는 전류값을 결정하고, 전류값의 지령을 모터 드라이버(48)에 출력한다. 모터 드라이버(48)는 제어부(60)로부터 입력된 지령에 기초하여 고정자(41)에 인가하는 전류값을 조정한다. 또한, 제어부(60)는 도 1에 도시하는 XY 테이블(11)에도 접속되어 있어, 캐필러리(15)의 XY 방향의 위치의 지령을 XY 테이블(11)에 출력한다. XY 테이블(11)은 제어부(60)가 지령한 위치에 캐필러리(15)의 XY 방향의 위치를 조정한다.

제어부(60)의 CPU(61)는 각도 센서(52), 전류 센서(51), 온도 센서(53)가 검출한 신호, 및 도시하지 않은 촬상 장치 등으로부터 입력되는 전자 부품(19)이나 기판(18)의 전극의 위치 신호, 미리 메모리(62)에 저장된 전자 부품(19)의 종류나 전극의 피치 등의 정보에 기초하여 메모리(62)에 저장되어 있는 본딩 프로그램을 실행하여 모터(40)를 동작시켜 캐필러리(15)를 상하 방향으로 동작시킴과 아울러, XY 테이블(11)을 XY 방향으로 이동시켜, 전자 부품(19)의 전극과 기판(18)의 전극을 와이어로 접속해 가는 본딩 동작을 실행시킨다.

또한, 제어부(60)는 메모리(62)에 뒤에서 설명하는 누름 하중 교정 프로그램을 저장하고 있다. 제어부(60)의 CPU(61)는 각도 센서(52), 전류 센서(51), 온도 센서(53)가 검출한 신호 등에 기초하여 메모리(62)에 저장되어 있는 누름 하중 교정 프로그램을 실행하여 모터(40)에 소정값의 전류를 인가하여 판 스프링(31)을 캐필러리(15)의 선단에서 누르고, 판 스프링(31)의 변위를 검출하고, 검출한 변위에 기초하여 캐필러리(15)의 누름 하중을 교정하는 동작을 실행한다.

도 3(a)에 도시하는 바와 같이, 판 스프링 어셈블리(20)는 사각의 평판 형상의 베이스(21)와, 베이스(21)의 선단부(X 방향 마이너스측의 부분)의 상방으로 돌출한 지지대(22)와, 베이스(21)의 하측(Z 방향 마이너스측)의 면에 설치된 플랜지(26)와, 지지대(22)의 상면(Z 방향 상측면)에 볼트(25)로 고정된 외팔보의 판 스프링(31)을 구비하고 있다. 판 스프링(31)은 얇은 금속의 판이며, 지지대(22)의 상면으로부터 X 방향 마이너스측을 향하여 돌출해 있다. 지지대(22)의 판 스프링(31)의 근원측에 대응하는 부분은 판 스프링(31)이 하측으로 휨 변형할 수 있도록, 절결부(23)가 설치되어 있다. 또한, 플랜지(26)에는, 프레임(10)에 판 스프링 어셈블리(20)를 볼트로 고정하기 위한 볼트 구멍(27)이 설치되어 있다.

캐필러리(15)의 선단으로 판 스프링(31)을 눌렀을 때의 Z 방향의 변위는 하중에 비례한다. 이 때문에, 예를 들면, 5g용의 누름점(32)을 200g의 하중으로 누르면, 5g의 하중으로 눌렀을 때의 40배나 변위가 발생해 버린다. 또한, 반대로 200g용의 누름점을 5g의 하중으로 눌러도 변위는 200g의 하중으로 눌렀을 때의 1/40이 되어 버린다. 이 때문에, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 판 스프링(31)은 선단으로 갈수록(X 방향 마이너스측으로 갈수록) 폭이 좁아지는 테이퍼부와 폭이 일정한 띠 형상부를 조합하여, 전체의 폭이 선단으로 갈수록 좁아지는 것과 같은 형상으로 되어 있다. 이것에 의해, 선단으로 갈수록, 적은 하중으로 큰 변위가 발생하고, 근본일수록 동일한 변위를 발생시키는데 큰 하중이 필요하게 되는 구조로 되어 있다.

도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 판 스프링(31)의 상면에는, 본딩 툴인 캐필러리(15)의 선단을 세게 누르는 누름점(32, 33, 34)이 마크되어 있다. 각 누름점은 선단의 누름점(32)은 캐필러리(15)의 누름 하중이, 예를 들면, 5g 정도의 작은 경우에 사용하는 누름점이고, 중앙의 누름점(33)은 캐필러리(15)의 누름 하중이, 예를 들면, 20g 정도의 중위의 크기의 경우에 사용하는 누름점이며, 근본측의 누름점(34)은 캐필러리(15)의 누름 하중이, 예를 들면, 200g 정도의 큰 하중의 경우에 사용하는 점이다.

이와 같이 구성함으로써, 도 4(a)에 도시하는 바와 같이, 작은 하중(W1)(예를 들면, 5g)으로 가장 선단의 누름점(32)을 눌렀을 때의 변위(Δ1)와, 도 4(b)에 도시하는 바와 같이, 중간 정도의 하중(W2)(예를 들면, 20g)으로 중간의 누름점(33)을 눌렀을 때의 변위(Δ2)와, 도 4(c)에 도시하는 바와 같이, 큰 하중(W3)(예를 들면, 200g)으로 근본의 누름점(34)을 눌렀을 때의 변위(Δ3)는 대략 동일한 크기가 된다. 이 때문에, 누름 하중에 대응한 누름점을 사용함으로써, 변위를 대략 일정, 또는 소정의 범위 내로 할 수 있어, 누름점을 눌렀을 때의 캐필러리(15)의 선단의 위치가 본딩면에서 크게 벗어나는 것을 억제하여, 캐필러리(15)에 의한 누름 하중과 변위와의 관계를 적확하게 파악할 수 있다.

<제1 누름 하중 교정 프로그램의 동작>

이상에서 설명한 와이어 본딩 장치(100)의 제어부(60)의 CPU(61)가 실행하는 제1 누름 하중 교정 프로그램의 동작에 대하여 도 5를 참조하면서 설명한다.

도 5의 스텝 S101에 나타내는 바와 같이, 제어부(60)는 와이어 본딩 장치(100)를 시동하는 지령을 출력한다. 와이어 본딩 장치(100)는 히트 블록(17)의 히터(17a)를 온으로 하여 히트 블록(17)의 온도를 소정의 온도까지 상승시킨다. 히트 블록(17)의 온도가 소정의 온도가 되면, 표면에 전자 부품(19)이 부착된 기판(18)을 가이드 레일(16)을 따라 도시하지 않은 이송 기구에 의해 히트 블록(17)의 위까지 이동시킨다. 기판(18)이 히트 블록(17)의 위에 오면, 기판(18)은 히트 블록(17)의 위에 진공 흡착된다.

그리고, 와이어 본딩 장치(100)는 메모리(62)에 격납되어 있는 본딩 프로그램에 따라, 캐필러리(15)를 상하 방향으로 이동시킴과 아울러, XY 테이블(11)을 XY 방향으로 이동시켜 전자 부품(19)의 전극과 기판(18)의 전극을 와이어로 접속해 간다.

기판(18)에 부착되어 있는 모든 전자 부품(19)의 전극과 기판(18)의 전극과의 본딩이 종료되면, 와이어 본딩 장치(100)는, 히트 블록(17)의 진공을 파괴하여 기판(18)을 가이드 레일(16)을 따라 히트 블록(17)으로부터 도시하지 않은 스토리지로 이동시킨다. 이러한 동작을 반복하여, 많은 기판(18)에 부착된 전자 부품(19)의 전극과 기판(18)의 전극을 본딩해 간다.

본딩 개시 당초는 히터(17a)에 의한 열이 와이어 본딩 장치(100) 전체에 돌고 있지 않으므로, 온도 센서(53)에 의해 검출되는 와이어 본딩 장치(100)의 대표온도는 정상 운전 온도에는 도달해 있지 않다. 도 5의 스텝 S102에 나타내는 바와 같이, 제어부(60)는 와이어 본딩 장치(100)의 대표 온도가 정상 운전 온도에 도달할 때까지 대기한다. 그리고, 도 5의 스텝 S102에서 와이어 본딩 장치(100)의 대표 온도가 정상 운전 온도에 도달했다고 판단하면, 도 5의 스텝 S103으로 진행되어, 본딩 동작을 일단 정지하고, XY 테이블(11)을 동작시켜 캐필러리(15)의 위치를 판 스프링(31)에 누름점(32)의 위로 이동시키고, 캐필러리(15)의 선단의 높이를 누름점(32)의 높이에 맞춘다. 그리고, 모터(40)에 소정값의 전류를 인가한다. 이때, 히터(17a)는 온의 상태로 한다.

모터(40)에 인가하는 전류값은, 예를 들면, 도 4(a)를 참조하여 설명한 것과 같은, 판 스프링(31)의 누름점(32)에 5g 정도의 하중이 걸리는 전류값이다. 이 전류값은 로드 셀 위에 캐필러리(15)를 내리눌러 로드 셀의 검출 하중이 5g이 되는 것과 같은 시험에 의해 미리 정한 전류값이면 된다.

도 4(a)를 참조하여 설명한 바와 같이, 판 스프링(31)이 Δ1만큼 변위하면, 캐필러리(15)의 선단도 Δ1만큼 Z 방향 마이너스측으로 이동한다. 이때, 본딩 암(13)은 회전축(45)의 주위로 소정의 각도만큼 회전한다. 제어부(60)는 각도 센서(52)의 신호로부터, 본딩 암(13)의 회전각도(φ)를 취득하고, 회전각도(φ)를 캐필러리(15)의 선단의 변위(Δ1), 즉, 판 스프링(31)의 변위(Δ1)로 변환하여 판 스프링(31)의 누름점(32)의 변위(Δ1)를 검출한다(도 5의 스텝 S104). 따라서, 각도 센서(52)는 판 스프링(31)의 누름점(32)의 변위(Δ1)를 검출하는 변위 검출 수단을 구성한다.

제어부(60)는, 도 5의 스텝 S105에 도시하는 바와 같이, 도 5의 스텝 S104에서 검출한 변위(Δ1)를 기준 변위(Δ1S)로서 메모리(62)에 저장한다.

기준 변위(Δ1S)를 메모리(62)에 저장하면, 제어부(60)는 본딩 동작을 재개하여 도 5의 스텝 S106으로 진행되고, 와이어 본딩 장치(100)가, 예를 들면, 1000시간 등의 소정 시간만큼 운전되어, 다음의 누름 하중의 교정 타이밍이 다가올 때까지 본딩 동작을 행한다.

제어부(60)는 소정의 시간이 경과하고, 누름 하중의 교정의 타이밍이 다가왔다고 판단하면, 도 5의 스텝 S107로 진행되고, 앞에 스텝 S103에서 설명한 것과 마찬가지로, 본딩 동작을 일단 정지하고, 히터(17a)는 온의 상태에서, XY 테이블(11)을 동작시켜 캐필러리(15)의 위치를 판 스프링(31)의 누름점(32)의 위로 이동시키고, 캐필러리(15)의 선단의 높이를 누름점(32)의 높이에 맞춘다. 그리고, 모터(40)에 소정값의 전류를 인가한다. 그리고, 앞에 설명한 바와 마찬가지로, 각도 센서(52)의 신호로부터, 본딩 암(13)의 회전각도(φ)를 취득하고, 회전각도(φ)를 판 스프링(31)의 변위(Δ1)로 변환하여 판 스프링(31)의 누름점(32)의 변위(Δ1)를 검출한다(도 5의 스텝 S108).

그리고, 제어부(60)는 도 5의 스텝 S109로 진행되고, 앞에 설정한 기준 변위(Δ1S)와 금회 검출한 변위(Δ1)의 차의 절대값(d=|검출 변위(Δ1)-기준 변위(Δ1S)|)을 산출하고, 스텝 S110로 진행되어 소정의 임계값을 초과했는지 아닌지를 판단한다. d가 소정의 임계값 이하인 경우에는, 누름 하중의 교정을 행할 필요는 없다고 판단하여 도 5의 스텝 S106으로 돌아가, 본딩 동작을 재개한다.

한편, 차의 절대값(d)이 소정의 임계값을 초과한 경우에는, 누름 하중이 초기의 누름 하중으로부터 벗어나 있어, 교정이 필요하다고 판단하고, 차의 절대값(d)이 작아지도록 모터에 인가하는 전류값을 증감한다. 예를 들면, 검출 변위(Δ1)가 기준 변위(Δ1S)의 110% 정도로 되어 있는 경우에는, 모터(40)에 인가하는 전류값을 (100/110)으로 저감해도 된다. 반대로, 검출 변위(Δ1)가 기준 변위(Δ1S)의 90% 정도로 되어 있는 경우에는, 모터(40)에 인가하는 전류값을 (100/90)으로 증가시켜도 된다.

그리고, 와이어 본딩 장치(100)가 운전을 계속하고 있는 동안, 제어부(60)는 도 5의 스텝 S106으로부터 S112의 동작을 반복하고, 와이어 본딩 장치(100)가 정지되면, 프로그램의 동작을 정지한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)는 본딩 동작에 연속하여 캐필러리(15)에 의해 판 스프링(31)을 누르고, 판 스프링(31)의 변위에 기초하여 모터(40)에의 인가 전류값을 조정한다고 하는 간편한 방법으로, 히터(17a)를 정지하지 않고 캐필러리(15)의 누름 하중의 교정을 행할 수 있으므로, 생산성의 저하를 억제하면서 캐필러리(15)의 누름 하중을 가능한 한 일정하게 유지하여 본딩 품질을 확보할 수 있다.

<제2 누름 하중 교정 프로그램의 동작>

다음에 도 6을 참조하면서, 본 발명의 와이어 본딩 장치(100)의 CPU(61)가 실행하는 제2 누름 하중 교정 프로그램의 동작에 대하여 설명한다. 이 동작은 제어부(60)의 메모리(62) 속에, 도 7에 나타내는 바와 같은 누름 하중(W)과 모터 인가 전류값(i)과의 관계를 나타내는 특성 곡선을 저장하고 있고, 본딩의 위치, 전자 부품(19)의 종류 등으로부터 정해지는 필요 누름 하중에 따라, 이 특성 곡선을 참조하여 필요한 모터 인가 전류값(i)의 지령값을 모터 드라이버(48)에 출력하고, 필요한 누름 하중을 인가하는 것과 같은 본딩 동작을 행하는 와이어 본딩 장치(100)에 있어서 누름 하중의 교정을 행하는 것이다. 또한, 도 5를 참조하여 설명한 것과 동일한 동작에 대해서는, 간단하게 설명한다.

도 6의 스텝 S201에 도시하는 바와 같이, 제어부(60)는 와이어 본딩 장치(100)를 시동하는 지령을 출력하면, 와이어 본딩 장치(100)는 히트 블록(17)의 히터(17a)를 온으로 하여 히트 블록(17)의 온도를 소정의 온도까지 상승시킨다. 그리고, 히트 블록(17)의 온도가 소정의 온도가 되면, 표면에 전자 부품(19)이 부착된 기판(18)을 가이드 레일(16)을 따라 도시하지 않은 이송 기구에 의해 히트 블록(17)의 위까지 이동시킨다. 기판(18)이 히트 블록(17)의 위에 오면, 기판(18)은 히트 블록(17)의 위에 진공 흡착된다.

그리고, 와이어 본딩 장치(100)는, 메모리(62)에 저장되어 있는 본딩 프로그램에 따라, 캐필러리(15)를 상하 방향으로 이동시킴과 아울러, XY 테이블(11)을 XY 방향으로 이동시켜 전자 부품(19)의 전극과 기판(18)의 전극을 와이어로 접속해 간다. 와이어 본딩 장치(100)는 메모리(62) 속에 도 7의 실선(a)으로 나타내는 바와 같은 본딩 시의 캐필러리(15)의 누름 하중(W)을 발생시키기 위해 필요한 모터 인가 전류값(i)의 특성 곡선을 저장하고 있다. 실선(a)으로 나타내는 초기 특성 곡선은 시험 등에서 미리 설정된 특성 곡선이다. 또한, 메모리(62)에는, 전자 부품(19)의 종류나 와이어의 직경 등의 정보가 저장되어 있다. 제어부(60)는 메모리(62)에 저장된 이들 정보에 기초하여, 와이어를 전극에 내리누를 때의 누름 하중(W)을 결정한다. 그리고, 제어부(60)는 도 7의 실선(a)의 특성 곡선에 기초하여 와이어를 누를 때에 모터(40)에 인가하는 모터 인가 전류값(i)의 지령값을 모터 드라이버(48)에 출력한다. 모터 드라이버(48)는 모터(40)에 인가되는 전류값이 전류값 지령이 되도록 조정한다. 이와 같이, 본딩 시에는 도 7에 실선(a)으로 나타내는 특성 곡선에 기초하여 캐필러리(15)의 누름 하중(W)이 제어되고 있다.

기판(18)에 부착되어 있는 모든 전자 부품(19)의 전극과 기판(18)의 전극의 본딩이 종료되면, 와이어 본딩 장치(100)는 히트 블록(17)의 진공을 파괴하여 기판(18)을 가이드 레일(16)을 따라 히트 블록(17)으로부터 도시하지 않은 스토리지로 이동시킨다. 이러한 동작을 반복하여, 많은 기판(18)에 부착된 전자 부품(19)의 전극과 기판(18)의 전극을 본딩해 간다.

도 6의 스텝 S202에 나타내는 바와 같이, 와이어 본딩 장치(100)는 온도 센서(53)에서 검출한 와이어 본딩 장치(100)의 대표 온도가 소정의 정상 운전 온도가 될 때까지 대기하고, 대표 온도가 소정의 온도가 되면, 도 6의 스텝 S203으로 진행되고, 대표 온도가 정상 운전 온도에 도달하고 나서, 예를 들면, 1000시간 등의 소정 운전 시간만큼 운전할 때까지 대기한다. 그리고, 소정 운전 시간만큼 운전하면, 도 6의 스텝 S204로 진행된다.

제어부(60)는, 도 6에 나타내는 스텝 S204로 진행되면, 카운터(N)를 1로 리셋한다. 여기에서, N은 판 스프링(31)의 위에 배치된 누름점(32, 33, 34)의 번호이다. 이하의 설명에서는, 누름점 32는 N=1에 대응하는 제1 누름점(32), 누름점 33은 N=2에 대응하는 제2 누름점(33), 누름점 34는 N=3에 대응하는 제3 누름점(34)으로서 설명한다. 제1 누름점(32)은 도 7에 나타내는 작은 누름 하중(W10), 예를 들면, 5g 정도로 눌려지는 것에 대응하는 누름점이고, 제2 누름점(33)은 도 7에 나타내는 중간 정도의 누름 하중(W20), 예를 들면, 20g 정도로 눌려지는 것에 대응하는 누름점이며, 제3 누름점(34)은 도 7에 나타내는 큰 누름 하중(W30), 예를 들면, 200g 정도로 눌려지는 것에 대응하는 누름점이다. 그리고, 도 7에 나타내는 모터 인가 전류값(i10)은 누름 하중(W10)을 발생시킬 때에 모터(40)에 인가되는 전류값이고, 모터 인가 전류값(i20)은 누름 하중(W20)을 발생시킬 때에 모터(40)에 인가되는 전류값이며, 모터 인가 전류값(i30)은 누름 하중(W30)을 발생시킬 때에 모터(40)에 인가되는 전류값이다.

제어부(60)는, 도 6의 스텝 S204에서 N이 1로 세팅되어 있었을 경우, 도 6의 스텝 S205로 진행되고, N=1에 대응하는 제1 누름점(32)을 제1 누름점(32)에 대응하는 누름 하중(W10)으로 누르도록 모터(40)에 도 7에 나타내는 모터 인가 전류값(i10)을 인가한다. 그리고, 스텝 S207로 진행되고, 각도 센서(52)의 신호로부터, 본딩 암(13)의 회전각도(φ)를 취득하고, 회전각도(φ)를 제1 누름점(32)의 변위(Δ11)로 변환하여 제1 누름점(32)의 변위(Δ11)를 검출한다(도 6의 스텝 S208). 제1 누름점(32)의 변위(Δ11)와 제1 누름점(32)에 가해지고 있는 누름 하중과는 비례관계에 있기 때문에, 제어부(60)는 검출한 변위(Δ11)에 제1 누름점(32)의 변위와 누름 하중의 관계를 나타내는 비례상수(K1)를 곱하여, 변위(Δ11)를 제1 누름점(32)에 관한 누름 하중(W11)으로 변환한다. 제어부(60)는 변위(Δ11)를 누름 하중(W11)으로 변환하면, 누름 하중(W11)을 메모리(62)에 저장한다.

제어부(60)는 누름 하중(W11)을 메모리(62)에 저장하면, 도 6의 스텝 S209로 진행되고, N이 최종값인 Nend(실시형태에서는, 누름점은 32, 33, 34 3개이므로, Nend는 3)가 되었는지 아닌지 판단한다. 그리고, N이 3으로 되지 않은 경우에는, 도 6의 스텝 S210에서 N을 1만큼 증가하고(이 경우, N은 2가 됨) 스텝 S205로 되돌아온다.

그리고, 앞에 설명한 것과 마찬가지로, N=2에 대응하는 제2 누름점(33)을 제2 누름점(33)에 대응하는 누름 하중(W20)으로 누르도록 모터(40)에 도 7에 나타내는 모터 인가 전류값(i20)을 인가한다. 그리고, 스텝 S207로 진행되어 제2 누름점(33)의 변위(Δ21)를 검출한다. 그리고, 제어부(60)는 검출한 변위(Δ21)에 제2 누름점(33)의 변위와 누름 하중의 관계를 나타내는 비례상수(K2)를 곱하여, 변위(Δ21)를 제2 누름점(33)에 관한 누름 하중(W21)으로 변환한다. 제어부(60)는, 변위(Δ21)를 누름 하중(W21)으로 변환하면, 누름 하중(W21)을 메모리(62)에 저장한다. 제어부(60)는 도 6의 스텝에서 N이 최종값인 Nend(실시형태에서는 Nend는 3)가 되었는지 아닌지 판단한다. 그리고, N이 3으로 되지 않은 경우에는, 도 6의 스텝 S210에서 N을 1만큼 증가하고(이 경우, N은 3이 됨) 스텝 S205로 되돌아온다.

그리고, 앞에 설명한 바와 같이, N=3에 대응하는 제3 누름점(34)을 제2 누름점(34)에 대응하는 누름 하중(W30)으로 누르도록 모터(40)에 도 7에 나타내는 모터 인가 전류값(i30)을 인가한다. 그리고, 스텝 S207로 진행되어 제3 누름점(34)의 변위(Δ31)를 검출한다. 그리고, 제어부(60)는 검출한 변위(Δ31)에 제3 누름점(34)의 변위와 누름 하중의 관계를 나타내는 비례상수(K3)를 곱하여, 변위(Δ31)를 제2 누름점(34)에 관한 누름 하중(W31)으로 변환한다. 제어부(60)는 변위(Δ31)를 누름 하중(W31)으로 변환하면, 누름 하중(W31)을 메모리(62)에 저장한다. 제어부(60)는 도 6의 스텝에서 N이 최종값인 Nend(실시형태에서는 Nend는 3)가 되었는지 아닌지 판단한다. 지금, N=3이기 때문에, 제어부(60)는 도 6의 스텝 S209에서 YES로 판단하여 도 6의 스텝 S211로 진행된다.

또한, 도 4(a)로부터 도 4(c)를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 판 스프링(31)의 각 누름점(32, 33, 34)은 각각의 누름점(32, 33, 34)에 대응하는 누름 하중(W10)(예를 들면, 5g), W20(예를 들면, 20g), W30(예를 들면, 200g)이 걸린 경우의 변위(Δ10, Δ20, Δ30)가 대략 동일한 값이 되도록 배치되어 있다. 이 때문에, 각 누름점(32, 33, 34)의 변위와 각 누름점(32, 33, 34)에 따른 누름 하중의 관계를 나타내는 비례상수 K1, K2, K3은 동일하지 않고, K1<K2<K3으로 되어 있다. 앞의 예시와 같이, W10이 5g, W20이 20g, W30이 200g인 경우에는, K2는 K1의 4배, K3은 K1의 40배로 되어 있다. K1∼K3의 값은 W10, W20, W30의 값과 판 스프링(31)의 각 누름점(32∼34)의 위치에 따라 미리 설정되고, 메모리(62)에 저장되어 있다.

제어부(60)는 도 6의 스텝 S205로부터 S208을 N회(상기의 경우에는 3회) 반복하여 실행하여, 모터 인가 전류값(i10, i20, i30)을 모터(40)에 인가한 경우의 누름 하중(W11, W21, W31)을 검출한다. 예를 들면, 경시 변화에 의해, 도 7의 1점 쇄선(b)으로 나타내는 바와 같이, 검출한 W11, W21, W31은 당초의 W10, W20, W30보다도 커져 있다. 그래서, 제어부(60)는 스텝 S205에서 S208의 결과로부터, 도 7에 1점 쇄선(b)으로 나타내는 바와 같이, 와이어를 누를 때에 모터(40)에 인가하는 모터 인가 전류값(i)의 지령값을 결정하는 새로운 특성 곡선을 생성한다. 특성 곡선은 (i10, W11), (i20, W21), (i30, W31)의 3개의 점을 선형 보완하여 생성해도 되고, 3개의 점으로부터 회귀 곡선을 구하고, 이것으로부터 특성 곡선을 설정해도 된다.

제어부(60)는, 도 7의 1점 쇄선(b)으로 나타내는 바와 같은 새로운 특성 곡선을 생성하면, 도 6의 스텝 S212로 진행되고, 캐필러리(15)에 의해 와이어를 누를 때의 누름 하중(W)을 조정하는 특성 곡선을, 스텝 S212에서 생성한 새로운 특성 곡선으로 치환하고, 본딩 동작을 재개한다. 재개된 본딩 동작에서는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 누름 하중(W10)을 인가하고자 할 때는, 제어부(60)는 모터 인가 전류값(i)을 i10보다도 작은 i11로 하는 지령을 모터 드라이버(48)에 출력한다. 모터 드라이버(48)는 이 지령에 기초하여 모터의 인가 전류값(i)이 i11이 되도록 조정한다.

그리고, 와이어 본딩 장치(100)가 운전을 계속하고 있는 동안, 제어부(60)는 도 6의 스텝 S203으로부터 S213의 동작을 반복하고, 와이어 본딩 장치(100)가 정지되면, 프로그램의 동작을 정지한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)는 본딩 동작에 연속하여, 히터(17a)를 정지하지 않고, 모터(40)에 복수의 전류값(i10, i20, i30)을 차례로 인가하여 판 스프링(31)의 각 누름점(32, 33, 34)을 캐필러리(15)로 차례로 누르고, 각 누름점(32, 33, 34)의 각 변위(Δ11, Δ21, Δ31)로부터 각 누름점(32, 33, 34)에 인가되는 각 하중(W11, W12, W13)을 취득하고, 와이어를 누를 때에 모터(40)에 인가하는 모터 인가 전류값(i)의 지령값을 결정하는 새로운 특성 곡선을 생성하고, 새롭게 생성한 특성 곡선에 기초하여 모터(40)에의 인가 전류값을 조정하도록 한다. 이것에 의해, 본 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)는 생산성의 저하를 억제하면서 캐필러리(15)의 누름 하중을 가능한 한 일정하게 유지하여 본딩 품질을 확보할 수 있다.

본 실시형태에서는, 판 스프링(31), 도 3(a)를 참조하여 설명한 바와 같이, 선단으로 갈수록(X 방향 마이너스측으로 갈수록) 폭이 좁아지는 테이퍼부와 폭이 일정한 띠 형상부를 조합하여, 전체의 폭이 선단으로 갈수록 좁아지는 것과 같은 형상의 외팔보로서 설명했지만, 판 스프링(31)은, 이러한 형상 대신에, 예를 들면, 도 8에 도시하는 바와 같이, 2개의 지지대(22)에 양단이 고정되는 판 스프링(71)이어도 된다. 이 경우도 판 스프링(71)의 상면에는, 복수의 누름점(72, 73, 74)이 설치되어 있어도 된다. 또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 근본으로 향할수록 폭이 넓어지는 것 대신에, 근본으로 향할수록, 두께를 두껍게 하도록 구성하고, 그 위에 누름점(76, 77, 78)을 설치하는 것과 같은 판 스프링(75)과 같이 해도 된다.

도 8, 도 9에 도시하는 바와 같은 판 스프링(71, 75)을 사용한 경우에도 앞에 설명한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

10 프레임
11 테이블
12 본딩 헤드
13 본딩 암
13a 오목부
14 초음파 혼
14a 초음파 진동자
14b 플랜지
14c 볼트
15 캐필러리
16 가이드 레일
17 히트 블록
17a 히터
18 기판
19 전자부품
20 어셈블리
21 베이스
22 지지대
23 절결부
25 볼트
26 플랜지
27 볼트 구멍
32-34, 72-74, 76-78 누름점
40 모터
41 고정자
42 가동자
43 회전 중심
45 회전축
46, 47 1점 쇄선
48 모터 드라이버
49 전원
51 전류 센서
52 각도 센서
53 온도 센서
60 제어부
61 CPU
62 메모리
100 와이어 본딩 장치.

Claims

와이어 본딩 장치로서,
모터로 상하 방향으로 구동되고, 전극에 와이어를 누르는 본딩 툴과,
본딩 툴의 누름 하중에 따른 변위가 발생하는 탄성 부재와,
상기 탄성 부재의 변위를 검출하는 변위 검출 수단과,
상기 본딩 툴의 누름 하중을 조정하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는
상기 모터에 소정값의 전류를 인가하여 상기 탄성 부재를 상기 본딩 툴로 누르고,
상기 변위 검출 수단에 의해 상기 탄성 부재의 변위를 검출하고,
검출한 변위에 기초하여 상기 본딩 툴의 누름 하중을 교정하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부가 행하는 상기 본딩 툴의 누름 하중의 교정은
검출한 상기 변위와 미리 설정된 기준 변위를 비교하고,
검출한 상기 변위와 상기 기준 변위와의 차가 작아지도록, 상기 모터에 인가하는 전류값을 증감하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
제1항에 있어서,
상기 탄성 부재는 상기 모터에 인가되는 복수의 전류값에 대응하는 복수의 누름점을 갖고,
상기 제어부는
상기 모터에 복수의 전류값을 차례로 인가하여 상기 탄성 부재의 각 누름점을 상기 본딩 툴로 차례로 누르고,
상기 변위 검출 수단에 의해 상기 각 누름점의 각 변위를 차례로 검출하고,
검출한 각 변위에 기초하여 상기 본딩 툴의 누름 하중을 교정하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
제3항에 있어서,
복수의 누름점은
상기 모터에 복수의 전류값을 차례로 인가하여 각 전류값에 대응하는 상기 탄성 부재의 각 누름점을 상기 본딩 툴로 차례로 눌렀을 때의 각 변위가 소정의 범위 내가 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부가 행하는 상기 본딩 툴의 누름 하중의 교정은
검출한 각 변위를 각 누름점에 인가된 각 하중으로 변환하고,
상기 모터에 인가한 복수의 전류값과 각 누름점에 인가된 하중과의 관계를 나타내는 특성 곡선을 생성하고,
생성한 상기 특성 곡선에 기초하여, 상기 모터에의 인가 전류값을 조정하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부가 행하는 상기 본딩 툴의 누름 하중의 교정은
검출한 각 변위를 각 누름점에 인가된 각 하중으로 변환하고,
상기 모터에 인가한 복수의 전류값과 각 누름점에 인가된 하중과의 관계를 나타내는 특성 곡선을 생성하고,
생성한 상기 특성 곡선에 기초하여, 상기 모터에의 인가 전류값을 조정하는 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 탄성 부재는 판 스프링인 것을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.