KR20220120563A - 와이어 본딩 장치 - Google Patents

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오사무 카쿠타니
시게루 하야타
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가부시키가이샤 신가와
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Abstract

본딩 스테이지(12)와, 본딩 헤드(20)와, XY 구동 기구(30)와, 프레임(50)을 포함하는 와이어 본딩 장치(100)로서, XY 구동 기구(30)는, 프레임(50)에 부착되는 X방향 가이드(31)와, X방향 가이드(31)에 의해 지지됨과 아울러 X방향으로 이동하고, X방향 가동자(41)가 부착되는 X방향 슬라이더(32)와, X방향 슬라이더(32)의 하측에 부착되는 Y방향 가이드(33)와, Y방향 가이드(33)에 의해 지지됨과 아울러 Y방향으로 이동하고, 본딩 헤드(20)가 부착되는 Y방향 슬라이더(34)를 갖추고, XY 구동 기구(30)는 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)보다 상방 또한 본딩 스테이지(12)의 Y방향 후방에서, Y방향 가이드(33)의 일부가 재치면(12a)에 겹치도록 프레임(50)에 부착되어 있다.

Description

와이어 본딩 장치
본 발명은 와이어 본딩 장치의 구조에 관한 것이다.
반도체 다이의 전극과 기판의 전극 사이를 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치가 사용되고 있다.
이러한 와이어 본딩 장치에서는, 본딩 대상물을 재치하는 본딩 스테이지와, 상측에 부착된 장치를 XY방향으로 구동시키는 XY 구동 기구를 가대 상에 나란히 배치하고, XY 구동 기구 상에 본딩 아암의 선단을 Z방향으로 구동시키는 본딩 헤드를 부착하고, 본딩 아암의 선단을 XYZ방향으로 구동시켜 와이어의 본딩 또는 반도체 다이의 본딩을 행하는 구조가 사용되고 있다(예를 들면 특허문헌 1의 도 6 참조).
일본 특허 제3537890호 명세서
종래기술의 와이어 본딩 장치에서는, XY 구동 기구, 또는 XY 구동 기구 상에 부착되어 있는 본딩 헤드가 본딩 스테이지와 간섭하지 않도록 하기 위해서, XY 구동 기구와 본딩 헤드를 본딩 스테이지로부터 떨어뜨려 배치할 필요가 있었다. 이 때문에, 본딩 헤드의 무게중심 위치가 XY 구동 기구의 추력 중심으로부터 떨어져버려 XY 구동 기구로 본딩 헤드를 구동시켰을 때의 본딩 헤드의 진동이 커지고, 본딩 품질이 저하되는 경우가 있었다. 또 본딩의 속도를 고속으로 하면 진동이 커져버려, 본딩의 속도를 높일 수 없다는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은 와이어 본딩 장치의 진동의 저감과 본딩의 고속화를 목적으로 한다.
본 발명의 와이어 본딩 장치는, 재치면에 본딩 대상물이 재치되는 본딩 스테이지와, 본딩 아암이 부착되는 본딩 헤드와, 본딩 헤드를 본딩 아암의 길이 방향인 Y방향과, 수평면 내에서 Y방향에 직교하는 전후 방향인 X방향으로 구동시키는 XY 구동 기구와, XY 구동 기구를 지지하는 프레임을 포함하는 와이어 본딩 장치로서, XY 구동 기구는, 프레임에 부착되는 X방향 가이드와, X방향 가이드에 의해 상하 방향으로 지지됨과 아울러 X방향으로 가이드되어 X방향으로 이동하고, 상측에 X방향 모터의 X방향 가동자가 부착되는 X방향 슬라이더와, X방향 슬라이더의 하측에 부착되는 Y방향 가이드와, Y방향 가이드에 의해 상하 방향으로 지지됨과 아울러 Y방향으로 가이드되어 Y방향으로 이동하고, 본딩 헤드가 부착되는 Y방향 슬라이더를 갖추고, XY 구동 기구는, 본딩 스테이지의 재치면보다 상방 또한 본딩 스테이지의 Y방향 후방에서, 상방향으로부터 보았을 때, Y방향 가이드의 전방의 일부가 본딩 스테이지의 재치면에 겹치도록 프레임에 부착되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이, Y방향 가이드의 전방의 일부가 본딩 스테이지의 재치면에 겹치도록 프레임에 부착하므로, Y방향 가이드와 X방향 모터의 가동자가 부착되는 X방향 슬라이더의 위치를 본딩 스테이지에 근접시킬 수 있다. 이것에 의해 XY 구동 기구의 X방향의 추력 중심의 Y방향의 위치가 되는 X방향 모터의 가동자의 중심 위치를 본딩 스테이지에 근접시킬 수 있다. 이것에 의해 본딩 헤드의 무게중심 위치와 X방향 모터의 가동자의 중심 위치의 어긋남량의 최대값을 종래기술의 와이어 본딩 장치보다 작게 할 수 있다. 이 때문에, XY 구동 기구로 본딩 헤드를 X방향으로 구동시켰을 때 본딩 헤드에 가해지는 요우잉 모먼트를 종래기술의 와이어 본딩 장치보다 저감시켜, 본딩 헤드의 수직축 둘레의 진동을 저감시킬 수 있고, 본딩 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 본딩 아암은, 후단부가 X방향으로 뻗는 회전축의 둘레에 회전이 자유롭게 부착되고 전단이 본딩 스테이지의 재치면에 접리하는 방향으로 이동 가능하게 본딩 헤드에 부착되어 있고, 회전축의 높이가 본딩 스테이지의 재치면에 재치된 본딩 대상물의 본딩면과 동일해도 된다.
이것에 의해 본딩시에 본딩 툴의 선단을 본딩면에 대하여 수직 방향으로 이동시킬 수 있고, 본딩 헤드의 강성을 높일 수 있다. 또 이것에 의해 와이어 본딩 장치를 고속화할 수 있다.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 본딩 아암의 전단이 본딩 스테이지의 Y방향의 중앙에 위치하고 있을 때의 X방향 모터의 X방향 가동자에 의해 X방향으로 이동되는 부품의 집합체인 부하체의 무게중심의 Y방향 위치와, X방향 가동자의 중심의 Y방향 위치와의 Y방향의 거리가, 본딩 아암의 Y방향의 스트로크의 1/10보다 작아도 된다.
이것에 의해 부하체의 무게중심 위치와 X방향 모터의 가동자의 중심 위치를 근접시켜, XY 구동 기구로 본딩 헤드를 X방향으로 구동시켰을 때의 본딩 헤드의 수직축 둘레의 진동을 저감시켜 본딩 품질을 향상시킬 수 있음과 아울러, 본딩의 고속화를 도모할 수 있다.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 본딩 아암의 전단이 본딩 스테이지의 Y방향의 중앙에 위치하고 있을 때의 부하체의 무게중심의 Y방향 위치는, X방향 가동자의 중심의 Y방향 위치와 동일 위치, 또는 X방향 가동자의 중심의 Y방향 위치보다 Y방향 후방으로 해도 된다.
이와 같이, 본딩 아암의 전단이 본딩 스테이지의 Y방향의 중앙에 위치하고 있을 때의 부하체의 무게중심의 Y방향 위치와 X방향 가동자의 중심의 Y방향 위치를 동일 위치로 함으로써, 부하체의 무게중심 위치와 X방향 모터의 가동자의 중심 위치의 어긋남량을 최소로 할 수 있다. 이 때문에, XY 구동 기구로 본딩 헤드를 X방향으로 구동시켰을 때의 본딩 헤드의 수직축 둘레의 진동을 더욱 저감시켜 본딩 품질을 향상시킬 수 있음과 아울러, 본딩의 고속화를 도모할 수 있다.
또 본딩 아암의 전단이 본딩 스테이지의 Y방향의 중앙에 위치하고 있을 때의 부하체의 무게중심의 Y방향 위치를 X방향 가동자의 중심의 Y방향 위치보다 Y방향 후방으로 함으로써, 본딩 아암의 전단이 본딩 스테이지의 전단 근방에 위치하는 경우의 본딩 헤드의 수직축 둘레의 진동을 보다 저감시킬 수 있고, 본딩 품질을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 부하체가, Y방향 가이드와, Y방향 슬라이더와, 본딩 헤드와, 본딩 아암으로 구성되어도 된다.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 본딩 헤드에는, 촬상 장치와, 본딩 대상물로부터의 광을 촬상 장치로 이끄는 경통이 부착되어 있고, 부하체가, Y방향 가이드와, Y방향 슬라이더와, 본딩 헤드와, 본딩 아암과, 촬상 장치와, 경통으로 구성되어도 된다.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, Y방향 슬라이더는 본딩 스테이지의 재치면의 상방에서 Y방향으로 이동하고, 본딩 아암은 본딩 헤드로부터 Y방향 전방을 향하여 뻗도록 본딩 헤드에 부착되어 있고, 본딩 헤드는 본딩 아암이 본딩 스테이지의 재치면의 상방에서 Y방향으로 이동하도록 Y방향 슬라이더의 하측에 부착되어 있어도 된다.
본 발명의 와이어 본딩 장치에 있어서, 본딩 아암의 후단부는 2장의 스프링판을 십자형으로 교차시킨 십자 판스프링에 의해 회전이 자유롭게 본딩 헤드에 부착되고, 회전축은 2장의 스프링판이 교차하는 선을 따른 축으로 해도 된다.
본딩 아암이 십자 판스프링에 의해 회전축의 둘레에 회전 지지되어 있으므로, 회전축받이 등과 같은 마찰저항이 없고, 회전에 대한 저항이 거의 발생하지 않는다. 이 때문에, 미소한 본드 하중을 와이어, 접합물에 인가하는 것이 가능하게 되어 본딩 정밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 와이어 본딩 장치는 와이어 본딩 장치의 진동의 저감과 본딩의 고속화를 도모할 수 있다.
도 1은 실시형태의 와이어 본딩 장치를 나타내는 측면도로서, 본딩 아암의 전단이 본딩 스테이지의 Y방향의 중앙에 위치하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 XY 구동 기구와, XY 구동 기구에 부착된 본딩 헤드와, 본딩 헤드에 부착된 본딩 아암과 경통을 나타내는 사시도이다.
도 3은 XY 구동 기구의 Y방향 슬라이더와, Y방향 슬라이더에 부착된 본딩 헤드를 나타내는 사시도이다.
도 4는 XY 구동 기구의 Y방향 가동자와 Y방향 가동자의 슬라이드 기구를 나타내는 사시도이다.
도 5는 XY 구동 기구의 Y방향 슬라이더와 Y방향 가동자 베이스를 접속하는 크로스 롤러 가이드를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 1에 나타내는 와이어 본딩 장치의 본딩 아암의 사시도이다.
도 7은 본딩 아암을 본딩 헤드에 부착하는 십자 판스프링의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 1에 나타내는 와이어 본딩 장치의 측면도로서, 본딩 아암의 전단이 본딩 스테이지의 전단 근방에 위치하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 1에 나타내는 와이어 본딩 장치의 측면도로서, 본딩 아암의 전단이 본딩 스테이지의 후단 근방에 위치하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는, 와이어 본딩 장치(100)는 반도체 다이의 전극과 기판의 전극 사이를 와이어로 접속하는 와이어 본딩 장치인 것으로 하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 와이어 본딩 장치(100)는, 가대(11)와, 본딩 스테이지(12)와, 프레임(50)과, XY 구동 기구(30)와, 본딩 헤드(20)와, 본딩 아암(21)과, 경통(23)으로 구성되어 있다. 또한 이하의 설명에서는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 본딩 스테이지(12)로부터 본딩 헤드(20)를 향하는 본딩 아암(21)의 길이 방향을 전후 방향인 Y방향, 수평면 내에서 Y방향과 직교하는 방향을 본딩 대상물의 반송 방향인 X방향, 상하 방향을 Z방향으로서 설명한다. 또 Y방향 마이너스측의 본딩 스테이지(12)를 향하는 방향을 전방, 반대인 Y방향 플러스측을 후방, X방향 플러스측을 반송 방향, Z방향 플러스측을 상방, Z방향 마이너스측을 하방으로서 설명한다.
가대(11)는 도시하지 않는 와이어 본딩 장치(100)의 베이스에 고정되어 있다. 본딩 스테이지(12)는 가대(11)의 전방의 상측에 부착되어 있다. 본딩 스테이지(12)의 상면은 기판이나 반도체 다이 등의 본딩 대상물이 재치되는 재치면(12a)으로 되어 있다. 또 기판 등의 본딩 대상물은 도시하지 않는 반송 장치에 의해 재치면(12a) 상을 X방향 플러스측을 향하여 반송된다.
프레임(50)은 가대(11)의 상면에 부착되어 XY 구동 기구(30)를 상방향으로부터 매다는 지지 구조물이다. 프레임(50)은 가대(11) 상에 고정되는 기둥(51)과, 기둥(51) 사이를 접속하는 대들보(52)와, 대들보(52)로부터 하방향으로 뻗어 하단에 XY 구동 기구(30)의 X방향 가이드(31)가 부착되는 2개의 지지 아암(53)으로 구성되어 있다.
XY 구동 기구(30)는 프레임(50)으로부터 매달려 지지되어 하측에 부착된 본딩 헤드(20)를 XY방향으로 구동시킨다. XY 구동 기구(30)는 X방향 가이드(31)와, X방향 슬라이더(32)와, Y방향 가이드(33)와, Y방향 슬라이더(34)와, X방향 모터(40)와, Y방향 모터(47)로 구성되어 있다.
X방향 가이드(31)는 프레임(50)의 2개의 지지 아암(53)의 하단에 각각 1개씩 부착되는 X방향으로 뻗는 사각의 봉형상의 부재이며, 측면에 길이 방향으로 뻗는 산형 단면의 돌조부(311)가 설치되어 있다.
X방향 슬라이더(32)는 2개의 X방향 슬라이드 부재(32a)와 X방향 슬라이드판(32b)으로 구성되어 있다. 각 X방향 슬라이드 부재(32a)는 X방향으로 뻗는 사각의 봉형상의 부재이며 측면에 수용홈(321)이 설치되어 있다. 수용홈(321)은 길이 방향으로 뻗어, X방향 가이드(31)의 돌조부(311)가 끼워져들어가는 V자형의 홈이다. X방향 슬라이드판(32b)은 2개의 X방향 슬라이드 부재(32a) 사이를 접속하는 판형상 부재이며, 측단에 X방향 슬라이드 부재(32a)가 상측에 부착되는 플랜지부가 설치되어 있다. 2개의 X방향 슬라이드 부재(32a)는 양측단의 각 플랜지부 상에 볼트로 체결되어 고정되어 있다. X방향 슬라이더(32)의 X방향 슬라이드 부재(32a)의 수용홈(321)에 X방향 가이드(31)의 돌조부(311)가 끼워져들어가면, X방향 슬라이더(32)는 X방향 가이드(31)에 의해 상하 방향으로 지지됨과 아울러, X방향 가이드(31)에 가이드되어 X방향으로 이동한다.
X방향 슬라이더(32)의 X방향 슬라이드판(32b)의 상측에는 X방향 모터(40)를 구성하는 X방향 가동자(41)가 부착되어 있다. 또 프레임(50)의 각 지지 아암(53)의 X방향 가동자(41)의 측에는 X방향 고정자(42)가 X방향 가동자(41)와 대향하도록 각각 고정되어 있다. X방향 가동자(41)와 X방향 고정자(42)는 X방향 슬라이더(32)를 X방향으로 구동시키는 X방향 모터(40)를 구성한다. 또 X방향 가동자(41)의 중심(43)은 X방향 모터(40)의 X방향으로의 추력 중심이 된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, Y방향 가이드(33)는 2개의 Y방향 가이드 부재(33a)와, 2개의 Y방향 가이드 부재(33a)가 부착되는 Y방향 가이드 프레임(33b)으로 구성되어 있다. Y방향 가이드 프레임(33b)은 하측이 개방되어 Y방향으로 뻗는 홈형 단면 부재이며, 상측의 볼록부가 X방향 슬라이더(32)의 X방향 슬라이드판(32b)의 하측에 부착되어 있다.
Y방향 가이드 부재(33a)는 Y방향으로 뻗는 사각의 봉형상의 부재이며, 측면에 길이 방향으로 뻗는 산형 단면의 돌조부(331)가 설치되어 있다. 2개의 Y방향 가이드 부재(33a)는 각 돌조부(331)가 대향하도록 Y방향 가이드 프레임(33b)의 하측의 양측 단부에 각각 볼트로 고정되어 있다. Y방향 가이드 부재(33a)의 Y방향 전방의 단면은 Y방향 가이드 프레임(33b)의 Y방향 전방의 단면보다 조금 Y방향 전방을 향하여 돌출되어 있다. 그리고, Y방향 가이드 부재(33a)의 Y방향 전방의 단면은 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)의 Y방향 후단면(12d)으로부터 거리(d)만큼 Y방향 전방으로 돌출되어 있다.
이와 같이, Y방향 가이드(33)는 상방향으로부터 보았을 때, 전방의 일부가 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)에 d만큼 겹치도록 X방향 슬라이드판(32b)의 하측에 부착되어 있다. 또 X방향 슬라이드판(32b)은 X방향 가이드(31)를 통하여 프레임(50)에 부착되어 있다. 따라서, Y방향 가이드(33)는 상방향으로부터 보았을 때, Y방향의 전방의 일부가 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)에 겹치도록 프레임(50)에 부착되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, Y방향 슬라이더(34)는 Y방향으로 뻗는 사각의 봉형상의 부재이며 측면에 수용홈(341)이 설치되어 있다. 수용홈(341)은 길이 방향으로 뻗고, Y방향 가이드 부재(33a)의 돌조부(331)가 끼워져들어가는 V자형의 홈이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, Y방향 슬라이더(34)는 본딩 헤드(20)의 상단의 Y방향의 양측면에 수용홈(341)이 외측이 되도록 볼트로 고정되어 있다. 따라서, 도 2에 나타내는 바와 같이, Y방향 슬라이더(34)의 수용홈(341)에 Y방향 가이드(33)의 Y방향 가이드 부재(33a)의 돌조부(331)가 끼워져들어가도록 Y방향 슬라이더(34)와 Y방향 가이드(33)를 조립하면, Y방향 슬라이더(34)는 Y방향 가이드(33)에 의해 상하 방향으로 지지됨과 아울러 Y방향으로 이동한다. 또 Y방향 슬라이더(34)에 부착되어 있는 본딩 헤드(20)는 Y방향 슬라이더(34)와 함께 Y방향 가이드(33)에 의해 상하 방향으로 지지됨과 아울러, Y방향으로 이동한다.
도 1로 되돌아가, 본딩 헤드(20)의 후측에는 Y방향 모터 지지대(13)와, Y방향 고정자(46)와, Y방향 가동자(45)와, Y방향 가동자 베이스(36)가 배치되어 있다. Y방향 모터 지지대(13)는 가대(11) 상에 고정된 지지 구조물이며, 중앙부의 상측에는 Y방향 고정자(46)가 부착되어 있다. 또 Y방향 모터 지지대(13)의 Y방향의 전측단과 후측단의 상단에는, Y방향 가동자 베이스(36)의 슬라이더(36a)를 Y방향으로 가이드하는 가이드 레일(35)이 부착되어 있다. Y방향 가동자 베이스(36)에는, Y방향 고정자(46)와 대향하도록 Y방향 가동자(45)가 부착되어 있다. 또 Y방향 가동자 베이스(36)와 본딩 헤드(20)의 후단은 직선 가이드(37)에 의해 접속되어 있다. 또한 직선 가이드(37)에는 예를 들면 크로스 롤러 가이드, 니들 가이드를 사용할 수 있다.
직선 가이드(37)는 도 3에 나타내는 바와 같이 본딩 헤드(20)의 후단에 부착되는 상하 2개의 종동측 가이드(37a)와, 도 4에 나타내는 바와 같이 Y방향 가동자 베이스(36)의 Y방향 전단에 고정되는 구동측 가이드(37b)로 구성된다. 구동측 가이드(37b)는 봉형상의 긴 부재이며, 상하의 면에 산형 단면의 돌조부(372)가 설치되어 있다. 종동측 가이드(37a)는 기둥형상의 긴 부재이며, 상면 또는 하면에 구동측 가이드(37b)의 돌조부(372)에 끼워져들어가는 V자형의 수용홈(371)이 설치되어 있다.
구동측 가이드(37b)의 돌조부(372)와 종동측 가이드(37a)의 수용홈(371)이 걸어맞춰지도록 조합하면, 도 5에 나타내는 바와 같이, 종동측 가이드(37a)는 구동측 가이드(37b)에 대하여 X방향으로 슬라이드하면서, 구동측 가이드(37b)의 Y방향의 이동에 종동하여 Y방향으로 이동한다. 이 때문에, Y방향 가동자(45)에 의해 Y방향 가동자 베이스(36)가 Y방향으로 이동하면, 종동측 가이드(37a)는 X방향으로 이동하면서, 접속되어 있는 본딩 헤드(20)를 Y방향으로 종동시킨다. 이와 같이, 본딩 헤드(20)는 X방향 모터(40)의 X방향 가동자(41)와 Y방향 모터(47)의 Y방향 가동자(45)에 의해 XY방향으로 구동된다.
이상 설명한 바와 같이, XY 구동 기구(30)를 구성하는 X방향 가이드(31)와, X방향 슬라이더(32)와, Y방향 가이드(33)와, Y방향 슬라이더(34)는 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)보다 상방에서, 본딩 스테이지(12)의 Y방향 후방측에 위치하도록 프레임(50)에 부착되어 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 본딩 아암(21)은 본체(21a)와, 본체(21a)의 Y방향 전방에 부착된 초음파 혼(21b)으로 구성되어 있다. 초음파 혼(21b)의 전단(21f)에는 본딩 툴인 캐필러리(22)가 부착되어 있다. 본체(21a)의 길이 방향 중앙에는 초음파 진동자가 부착되는 개구가 설치되어 있다.
본체(21a)의 후단부(21r)는 X방향 플러스측과 마이너스측으로 각각 퍼지는 삼각형의 부착용 리브(21c)가 설치되어 있다. 부착용 리브(21c)의 후단에는, 십자 판스프링(26)이 부착되는 부착 시트(21d)가 부착되어 있고, 본딩 아암(21)의 후단부(21r)는 부착 시트(21d)에 부착된 십자 판스프링(26)에 의해 본딩 헤드(20)의 Y방향 전방의 구조 부재(20a)에 부착되어 있다. 또 본체(21a)의 후단부(21r)로부터 Y방향 후방을 향하여 판형상의 Z방향 모터의 Z방향 가동자 부착판(21m)이 뻗어 있다. Z방향 가동자 부착판(21m)에는 Z방향 가동자(48)가 부착되어 있다. Z방향 가동자 부착판(21m)과 Z방향 가동자(48)는 본딩 헤드(20)의 내부에 수용되어 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 십자 판스프링(26)은 볼트 구멍(27b, 28b)이 설치된 수평 스프링판(27)과 수직 스프링판(28)을 십자형으로 교차하도록 조합한 것이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 수평 스프링판(27)의 후단(Y방향 플러스측)은 본딩 헤드(20)의 구조 부재(20a)에 볼트(27a)에 의해 고정되고, 선단(Y방향 마이너스측)은 본딩 아암(21)의 부착 시트(21d)의 하면에 볼트에 의해 고정되어 있다. 또 수직 스프링판(28)의 상단은 볼트(28a)에 의해 본딩 아암(21)의 부착 시트(21d)의 후단의 수직면에 고정되어 있고, 하단은 본딩 헤드(20)의 구조 부재(20a)에 볼트로 고정되어 있다. 그리고, 수평 스프링판(27)과 수직 스프링판(28)이 교차하는 X방향으로 뻗는 선이 본딩 아암(21)의 회전축(29)이 되고, 십자 판스프링(26)은 본딩 아암(21)을 회전축(29)의 둘레에 회전이 자유롭게 지지한다.
이와 같이, 본딩 아암(21)은 후단부(21r)가 X방향으로 뻗는 회전축(29)의 둘레에 회전이 자유롭게 부착되어 있다. 또 본딩 헤드(20)의 내부에 수용된 Z방향 가동자(48)의 양측에는 도시하지 않는 Z방향 고정자가 부착되어 있다. Z방향 고정자는 Z방향 가동자(48)를 회전축(29)의 둘레에 회전시키도록 구동되고, 초음파 혼(21b)의 전단(21f)에 부착된 캐필러리(22)의 하단이 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)에 접리하는 방향으로 구동된다.
본딩 아암(21)은 회전축(29)의 높이가 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)에 재치된 본딩 대상물의 본딩면과 동일하게 되도록 본딩 헤드(20)에 부착되어 있다. 이 때문에, 캐필러리(22)의 하단은 본딩 대상물의 본딩면에 대하여 수직 방향으로 접리된다.
이와 같이, 본딩 아암(21)은 본딩 헤드(20)로부터 Y방향 전방을 향하여 뻗고, 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)의 상방에서 Y방향으로 이동하도록 본딩 헤드(20)에 부착되어 있다.
경통(23)은 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a) 상에 재치된 본딩 대상물로부터의 광을 본딩 헤드(20)의 내부에 부착된 촬상 장치로 이끄는 광학 부재이다. 경통(23)은 본딩 헤드(20)에 부착된 Y방향 전방으로 뻗는 부착 아암(23a)의 전단에 부착되어 본딩 아암(21)의 전단(21f)의 상방에 배치되어 있다. 또 본딩 헤드(20)에는 경통(23)으로부터 본딩 대상물로부터의 광을 화상으로서 취득하는 촬상 장치(도시하지 않음)가 부착되어 있다.
이상과 같이 구성된 와이어 본딩 장치(100)에서는, Y방향 가동자(45)가 Y방향으로 이동하면, Y방향 가동자(45)에 접속된 본딩 헤드(20)와, 본딩 헤드(20)에 부착되어 있는 Y방향 슬라이더(34)가 Y방향으로 이동한다. 또 X방향 가동자(41)가 X방향으로 이동하면, X방향 슬라이더(32)의 하측에 부착되어 있는 Y방향 가이드(33)와, Y방향 가이드(33)에 상하 방향으로 지지되어 Y방향으로 이동하는 Y방향 슬라이더(34)와, Y방향 슬라이더(34)에 부착되어 있는 본딩 헤드(20)가 일체가 되어 X방향으로 이동한다. 이것에 의해 XY 구동 기구(30)는 본딩 헤드(20)를 XY방향으로 구동시킨다.
여기서, X방향 가동자(41)가 X방향으로 이동했을 때 X방향 가동자(41)와 함께 X방향으로 이동하는 Y방향 가이드(33)와, Y방향 슬라이더(34)와, 본딩 헤드(20)와, 본딩 헤드(20)에 부착되어 있는 본딩 아암(21)과, 경통(23)과, 촬상 장치는 X방향 가동자(41)에 의해 X방향으로 이동되는 부품의 집합체인 부하체를 구성한다. 도 1에 있어서, 중심 마크는 상기한 부하체 전체의 무게중심 위치(25)를 나타낸다. 또 일점쇄선(20c)은 부하체의 무게중심 위치(25)를 통과하여 상하 방향으로 뻗는 선이다. 또 도 1, 8, 9에 있어서, 일점쇄선(40c)은 X방향 모터(40)의 X방향의 추력 중심이 있는 X방향 가동자(41)의 중심(43)을 통과하고, 상하 방향으로 뻗는 선이며, 일점쇄선(12c)은 본딩 스테이지(12)의 Y방향의 중심을 통과하고 상하 방향으로 뻗는 선이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 Y방향 중앙에 위치하고 있는, 즉, 도 1에 나타내는 바와 같이, 캐필러리(22)의 중심이 일점쇄선(12c)에 위치하고 있을 때, 부하체의 무게중심 위치(25)의 Y방향 위치는 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 Y방향의 위치와 대략 동일 위치로 되어 있다.
또 도 8에 나타내는 바와 같이, 본딩 헤드(20)가 도 1에 나타내는 위치로부터 Y방향 마이너스측으로 거리(L1)만큼 이동하고, 본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 전단 근방까지 이동하는 경우에는, Y방향 슬라이더(34)는 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)의 상방에서 Y방향으로 이동하고, 본딩 아암(21)은 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)의 상방에서 Y방향으로 이동한다. 그리고, 부하체의 무게중심 위치(25)의 Y방향 위치는 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 Y방향 위치보다 거리(L1)만큼 Y방향 전방으로 어긋나 있다.
반대로, 도 9에 나타내는 바와 같이, 본딩 헤드(20)가 도 1에 나타내는 위치로부터 Y방향 플러스측으로 거리(L1)만큼 이동하고, 본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 후단 근방까지 이동하는 경우에는, 부하체의 무게중심 위치(25)의 Y방향 위치는 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 Y방향 위치보다 거리(L1)만큼 Y방향 후방으로 어긋나 있다.
이와 같이, 부하체의 무게중심 위치(25)의 Y방향 위치와 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 Y방향 위치의 어긋남량은 도 8, 9에 나타내는 바와 같이 본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 Y방향의 전단 또는 후단에 위치하고 있는 경우에 가장 커진다.
실시형태의 와이어 본딩 장치(100)는, Y방향 가이드(33)의 전방의 일부가 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)에 겹치도록 XY 구동 기구(30)를 프레임(50)에 부착하고, Y방향 가이드(33)와 X방향 가동자(41)가 부착되는 X방향 슬라이더(32)의 Y방향의 위치를 본딩 스테이지(12)에 근접시켜 배치함으로써, 부하체의 무게중심 위치(25)가 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 근방의 전후에서 Y방향으로 이동하도록 구성하고 있다. 이것에 의해 부하체의 무게중심 위치(25)와 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 어긋남량의 최대값을 특허문헌 1에 기재된 종래기술의 와이어 본딩 장치보다 작게 할 수 있다. 이 때문에, XY 구동 기구(30)로 본딩 헤드(20)를 X방향으로 구동시켰을 때 본딩 헤드(20)에 가해지는 요우잉 모먼트를 종래기술의 와이어 본딩 장치보다 저감시켜, 본딩 헤드(20)의 수직축 둘레의 진동을 저감시킬 수 있다. 그리고, 본딩 헤드(20)의 수직축 둘레의 진동을 저감시킴으로써, 본딩 헤드(20)의 수직축 둘레의 진동의 진폭을 저감시킬 수 있다. 또 본딩 헤드(20)에 가해지는 요우잉 모먼트를 저감시킴으로써, 본딩 헤드(20)의 수직축 둘레의 고유 진동수를 높게 하여, 본딩 헤드(20)의 수직축 둘레의 진동의 진폭을 저감시킬 수 있다.
그리고, 본딩 헤드(20)의 수직축 둘레의 진동의 진폭을 저감시킴으로써, 진동에 의한 본딩 아암(21)의 전단(21f)에 부착되어 있는 캐필러리(22)의 X방향의 진동의 진폭을 작게 할 수 있고, 본딩 품질을 향상시킬 수 있다.
또 본 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)는, 본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 Y방향의 중앙에 위치하고 있을 때의 부하체의 무게중심 위치(25)의 Y방향 위치와 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 Y방향 위치를 동일 위치로 함으로써, 부하체의 무게중심 위치(25)가 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 전후에서 Y방향으로 이동하도록 하고 있다. 이것에 의해 도 8, 9에 나타내는 거리(L1)는 본딩 헤드(20)의 Y방향의 스트로크의 1/2이 되고, 부하체의 무게중심 위치(25)와 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 어긋남량의 최대값을 최소로 할 수 있다. 이 때문에, XY 구동 기구(30)로 본딩 헤드(20)를 X방향으로 구동시켰을 때 본딩 헤드(20)에 가해지는 요우잉 모먼트를 더욱 저감시켜 수직축 둘레의 진동을 더욱 저감시키고, 본딩 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
또 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)는, Y방향 슬라이더(34)가 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)의 상방에서 Y방향으로 이동하고, 본딩 아암(21)은 본딩 헤드(20)로부터 Y방향 전방을 향하여 뻗도록 본딩 헤드(20)에 부착되어 있으며, 본딩 헤드(20)는 본딩 아암(21)이 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)의 상방에서 Y방향으로 이동하도록 Y방향 슬라이더(34)의 하측에 부착되어 있다. 이것에 의해 본딩 아암(21)의 전단(21f)의 Y방향의 이동 스트로크를 길게 할 수 있어, 큰 기판에 본딩을 행할 수 있다.
또한 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)에서는, 본딩 아암(21)은 회전축(29)의 높이가 본딩 스테이지(12)의 재치면(12a)에 재치된 본딩 대상물의 본딩면과 동일하게 되도록 본딩 헤드(20)에 부착되어 있다. 이것에 의해 본딩시에 캐필러리(22)의 하단을 본딩면에 대하여 수직 방향으로 이동시킬 수 있고, 본딩 품질을 향상시킬 수 있다.
또 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)는, 십자 판스프링(26)에 의해 본딩 아암(21)을 본딩 헤드(20)에 회전이 자유롭게 부착하고 있으므로, 회전축받이 등과 같은 마찰저항이 없고, 회전에 대한 저항이 거의 발생하지 않는다. 이 때문에, 미소한 본드 하중을 와이어, 접합물에 인가하는 것이 가능하게 되어 본딩 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 와이어 본딩 장치(100)에서는, 본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 Y방향의 중앙에 위치하고 있을 때의 부하체의 무게중심 위치(25)의 Y방향 위치와 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 Y방향 위치를 동일 위치로 하는 것으로서 설명했지만 이것에 한정되지 않고, 부하체의 무게중심 위치(25)의 Y방향 위치와 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 Y방향 위치와의 Y방향의 거리가 본딩 아암(21)의 Y방향 스트로크의 1/10보다 작은 범위여도 된다. 이것에 의해 부하체의 무게중심 위치(25)와 X방향 가동자(41)의 중심(43)을 근접시켜, 본딩 헤드(20)를 X방향으로 구동시켰을 때의 본딩 헤드(20)의 수직축 둘레의 진동을 저감시켜 본딩 품질을 향상시킬 수 있음과 아울러, 본딩의 고속화를 도모할 수 있다.
또 본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 Y방향의 중앙에 위치하고 있을 때의 부하체의 무게중심 위치(25)의 Y방향 위치를 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 Y방향 위치보다 Y방향 후방이 되도록 XY 구동 기구(30)를 배치해도 된다.
본딩 헤드(20)를 X방향으로 구동시켰을 때 본딩 헤드(20)의 수직축 둘레의 진동이 가장 커지는 것은, 도 8에 나타내는 바와 같이 본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 전단 근방에 위치하는 경우이다. 이것은 캐필러리(22)가 부착되어 있는 본딩 아암(21)의 전단(21f)과 X방향의 추력 중심이 되는 X방향 가동자(41)의 중심(43)과의 거리가 가장 커지기 때문이다. 이 때문에, XY 구동 기구(30)의 위치를 약간 Y방향 전측으로 어긋나게 하고, 본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 Y방향의 중앙에 위치하고 있을 때의 부하체의 무게중심 위치(25)의 Y방향 위치를 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 Y방향 위치보다 조금 Y방향 후방으로 함으로써, 본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 전단 근방에 위치하는 경우의 부하체의 무게중심 위치(25)의 Y방향 위치와 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 Y방향 위치의 어긋남량을 작게 할 수 있다. 이것에 의해 본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 전단 근방에 위치하는 경우의 본딩 헤드(20)의 수직축 둘레의 진동을 보다 저감시킬 수 있고, 본딩 품질을 보다 향상시킬 수 있다.
본딩 아암(21)의 전단(21f)이 본딩 스테이지(12)의 Y방향의 중앙에 위치하고 있을 때의 부하체의 무게중심 위치(25)의 Y방향 위치를 X방향 가동자(41)의 중심(43)의 Y방향 위치보다 어느 정도 Y방향 후방으로 어긋나게 하면 되는지는 본딩 헤드(20)의 질량이나 본딩 아암(21)의 질량, 길이에 따라 설정 가능한데, 예를 들면 본딩 아암(21)의 Y방향의 스트로크의 1/50 내지 1/10만큼 Y방향 후방으로 어긋나게 해도 된다.
또 실시형태의 와이어 본딩 장치(100)에서는, Y방향 가이드(33)와, Y방향 슬라이더(34)와, 본딩 헤드(20)와, 본딩 아암(21)과, 경통(23)은 X방향 가동자(41)에 의해 X방향으로 이동되는 부품의 집합체인 부하체를 구성하는 것으로서 설명했지만 이것에 한정되지 않는다.
예를 들면 본딩 헤드(20)에 극히 경량의 광파이버 등의 광학 소자를 부착하여 본딩 대상으로부터의 광을 촬상 장치에 보내도록 구성하고 경통(23)을 갖추지 않는 경우에는, 부하체는 경통(23)을 포함하지 않는 Y방향 가이드(33)와, Y방향 슬라이더(34)와, 본딩 헤드(20)와, 본딩 아암(21)과 촬상 장치로 구성되어도 되고, 촬상 장치도 본딩 헤드(20)에 부착되어 있지 않은 경우에는, 부하체는 경통(23)과 촬상 장치를 포함하지 않는 Y방향 가이드(33)와, Y방향 슬라이더(34)와, 본딩 헤드(20)와, 본딩 아암(21)으로 구성되어 있어도 된다.
11…가대, 12…본딩 스테이지, 12a…재치면, 12d…Y방향 후단면, 13…Y방향 모터 지지대, 20…본딩 헤드, 20a…구조 부재, 21…본딩 아암, 21a…본체, 21b…초음파 혼, 21c…부착용 리브, 21d…부착 시트, 21f…전단, 21m…Z방향 가동자 부착판, 21r…후단부, 22…캐필러리, 23…경통, 23a…아암, 25…무게중심 위치, 26…십자 판스프링, 27…수평 스프링판, 27a, 28a…볼트, 27b, 28b…볼트 구멍, 28…수직 스프링판, 29…회전축, 30…XY 구동 기구, 31…X방향 가이드, 32…X방향 슬라이더, 32a…X방향 슬라이드 부재, 32b…X방향 슬라이드판, 33…Y방향 가이드, 33a…Y방향 가이드 부재, 33b…Y방향 가이드 프레임, 34…Y방향 슬라이더, 35…가이드 레일, 36…Y방향 가동자 베이스, 36a…슬라이더, 37…직선 가이드, 37a…종동측 가이드, 37b…구동측 가이드, 40…X방향 모터, 41…X방향 가동자, 42…X방향 고정자, 43…중심, 45…Y방향 가동자, 46…Y방향 고정자, 47…Y방향 모터, 48…Z방향 가동자, 50…프레임, 51…기둥, 52…대들보, 53…지지 아암, 100…와이어 본딩 장치, 311, 331, 372…돌조부, 321, 341, 371…수용홈.

Claims (8)

  1. 재치면에 본딩 대상물이 재치되는 본딩 스테이지와,
    본딩 아암이 부착되는 본딩 헤드와,
    상기 본딩 헤드를 상기 본딩 아암의 길이 방향인 Y방향과, 수평면 내에서 Y방향에 직교하는 전후 방향인 X방향으로 구동시키는 XY 구동 기구와,
    상기 XY 구동 기구를 지지하는 프레임을 포함하는 와이어 본딩 장치로서,
    상기 XY 구동 기구는,
    상기 프레임에 부착되는 X방향 가이드와,
    상기 X방향 가이드에 의해 상하 방향으로 지지됨과 아울러 X방향으로 가이드되어 X방향으로 이동하고, 상측에 X방향 모터의 X방향 가동자가 부착되는 X방향 슬라이더와,
    상기 X방향 슬라이더의 하측에 부착되는 Y방향 가이드와,
    상기 Y방향 가이드에 의해 상하 방향으로 지지됨과 아울러 Y방향으로 가이드되어 Y방향으로 이동하고, 상기 본딩 헤드가 부착되는 Y방향 슬라이더를 갖추고,
    상기 XY 구동 기구는, 상기 본딩 스테이지의 상기 재치면보다 상방 또한 상기 본딩 스테이지의 Y방향 후방에서, 상방향으로부터 보았을 때, 상기 Y방향 가이드의 전방의 일부가 상기 본딩 스테이지의 상기 재치면에 겹치도록 상기 프레임에 부착되어 있는 것,
    을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본딩 아암은, 후단부가 X방향으로 뻗는 회전축의 둘레에 회전이 자유롭게 부착되고 전단이 상기 본딩 스테이지의 상기 재치면에 접리하는 방향으로 이동 가능하게 상기 본딩 헤드에 부착되어 있고,
    상기 회전축의 높이가, 상기 본딩 스테이지의 상기 재치면에 재치된 상기 본딩 대상물의 본딩면과 동일한 것,
    을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 본딩 아암의 전단이 상기 본딩 스테이지의 Y방향의 중앙에 위치하고 있을 때의 상기 X방향 모터의 상기 X방향 가동자에 의해 X방향으로 이동되는 부품의 집합체인 부하체의 무게중심의 Y방향 위치와, 상기 X방향 가동자의 중심의 Y방향 위치와의 Y방향의 거리가, 상기 본딩 아암의 Y방향의 스트로크의 1/10보다 작은 것,
    을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 본딩 아암의 전단이 상기 본딩 스테이지의 Y방향의 중앙에 위치하고 있을 때의 상기 부하체의 무게중심의 Y방향 위치는, 상기 X방향 가동자의 중심의 Y방향 위치와 동일 위치, 또는 상기 X방향 가동자의 중심의 Y방향 위치보다 Y방향 후방인 것,
    을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 부하체가, 상기 Y방향 가이드와, 상기 Y방향 슬라이더와, 상기 본딩 헤드와, 상기 본딩 아암으로 구성되는 것,
    을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 본딩 헤드에는, 촬상 장치와, 상기 본딩 대상물로부터의 광을 상기 촬상 장치로 이끄는 경통이 부착되어 있고,
    상기 부하체가, 상기 Y방향 가이드와, 상기 Y방향 슬라이더와, 상기 본딩 헤드와, 상기 본딩 아암과, 상기 촬상 장치와, 상기 경통으로 구성되는 것,
    을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Y방향 슬라이더는, 상기 본딩 스테이지의 상기 재치면의 상방에서 Y방향으로 이동하고,
    상기 본딩 아암은, 상기 본딩 헤드로부터 Y방향 전방을 향하여 뻗도록 상기 본딩 헤드에 부착되어 있고,
    상기 본딩 헤드는, 상기 본딩 아암이 상기 본딩 스테이지의 상기 재치면의 상방에서 Y방향으로 이동하도록 상기 Y방향 슬라이더의 하측에 부착되어 있는 것,
    을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 본딩 아암의 상기 후단부는, 2장의 스프링판을 십자형으로 교차시킨 십자 판스프링에 의해 회전이 자유롭게 상기 본딩 헤드에 부착되고, 상기 회전축은, 2장의 상기 스프링판이 교차하는 선을 따른 축인 것,
    을 특징으로 하는 와이어 본딩 장치.
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