(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が水平方向に移動可能で、かつ回転自在にボンディングヘッドに接続された第１の接続部を有し、他端が下方前方に傾斜したホーンホルダと、このホーンホルダに保持され、一端にキャピラリを保持した超音波ホーンと、一端が前記ホーンホルダに回転自在に接続された第２の接続部を有し、他端が前記ボンディングヘッドに対して相対的に回転自在に接続された第３の接続部を有するリンクアームと、前記第１の接続部を水平移動させるか、又は前記第３の接続部を回転させる駆動モータとを備え、
前記第２の接続部は、前記キャピラリの先端と前記第１の接続部とを結ぶ線上に設けられ、前記第３の接続部は、前記第１の接続部の水平線上に設けられ、前記第２の接続部から前記第３の接続部の長さをＬ１、前記キャピラリの先端から前記第２の接続部の長さをＬ２、前記第１の接続部から前記第２の接続部の長さをＬ３とすると、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３の関係が成り立つように構成されていることを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
一端が水平方向に移動可能で、かつ回転自在にボンディングヘッドに接続された第１の接続部を有し、他端が下方前方に傾斜したホーンホルダと、このホーンホルダに保持され、一端にキャピラリを保持した超音波ホーンと、一端が前記ホーンホルダに回転自在に接続された第２の接続部を有し、他端が前記ボンディングヘッドに対して相対的に回転自在に接続された第３の接続部を有するリンクアームと、前記第１の接続部を水平移動させるか、又は前記第３の接続部を回転させる駆動モータとを備え、
前記第２の接続部は、前記キャピラリの先端と前記第１の接続部とを結ぶ線上に設けられ、前記第３の接続部は、前記第１の接続部の水平線上に設けられ、前記第２の接続部から前記第３の接続部の長さをＬ１、前記キャピラリの先端から前記第２の接続部の長さをＬ２、前記第１の接続部から前記第２の接続部の長さをＬ３とすると、Ｌ１：Ｌ３＝Ｌ３：Ｌ２の関係が成り立つように構成されていることを特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
前記駆動モータで駆動される前記第１の接続部又は前記第３の接続部の初期位置を自在に設定できる初期位置設定手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のボンディング装置。
【請求項４】
前記初期位置設定手段は、前記第１の接続部又は前記第３の接続部と共に駆動される部材に設けられた初期位置検出用部材と、この初期位置検出用部材に対応してボンディングヘッドに固定されたセンサとからなることを特徴とする請求項３記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディング装置に係り、特にボンディングエリアの大きなワークのボンディングに好適なボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バンプ形成又はワイヤ接続等を行うワイヤボンディング装置は、一般に次の２つに大別される。
【０００３】
第１は垂直駆動タイプであり、垂直なガイド部を有するリニヤガイドにスライダを上下動可能に設け、キャピラリを保持した超音波ホーンをホーンホルダに取付け、ホーンホルダを前記スライダに固定している。なお、この種の垂直駆動タイプとして、例えば特許第３２２０４８３号公報が挙げられる。
【０００４】
第２は支点揺動タイプであり、キャピラリを保持した超音波ホーンをホーンホルダに取付け、ホーンホルダを支持する十字板ばねの支点を中心として揺動させるか、又はホーンホルダを回転自在に支承された支軸に固定し、支軸を中心として揺動させる。なお、この種の支点揺動タイプとして、例えば特許第２８１４１５４号公報、特許第２８６０６５０号公報等が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
第１の垂直駆動タイプは、リニヤガイドの長さを、キャピラリがワークに当接するに十分な長さにする必要があり、ワークのボンディング面の水平面より下方に延在させている。このため、ワークは、リニヤガイドに当接しない大きさに限定される。また超音波ホーン、ホーンホルダ、スライダ等よりなる重量物である駆動部を上下動させるので、高速駆動させると慣性が大きく、特に小ボールのボンディングは困難になる。
【０００６】
第２の支点揺動タイプは、キャピラリがワークに当接した状態においては、キャピラリはワークに対して垂直である必要があるので、ホーンホルダの回転中心である支点又は支軸は、キャピラリの先端と同じ高さとなっている。このため、ワークのボンディング面の水平面上にホーンホルダ及び支点又は支軸が位置し、前記第１の垂直駆動タイプと同様に、ワークの大きさが限定される。またキャピラリは支点又は支軸を中心として揺動するので、キャピラリをほぼ垂直に上下動させるには、前後方向（超音波ホーンの軸心方向）の補正が必要となる。
【０００７】
本発明の課題は、キャピラリをボンディング面に対して垂直若しくはほぼ垂直に上下動させることができ、かつボンディングエリアの広いワークもボンディングが可能なボンディング装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の請求項１は、一端が水平方向に移動可能で、かつ回転自在にボンディングヘッドに接続された第１の接続部を有し、他端が下方前方に傾斜したホーンホルダと、このホーンホルダに保持され、一端にキャピラリを保持した超音波ホーンと、一端が前記ホーンホルダに回転自在に接続された第２の接続部を有し、他端が前記ボンディングヘッドに対して相対的に回転自在に接続された第３の接続部を有するリンクアームと、前記第１の接続部を水平移動させるか、又は前記第３の接続部を回転させる駆動モータとを備え、
前記第２の接続部は、前記キャピラリの先端と前記第１の接続部とを結ぶ線上に設けられ、前記第３の接続部は、前記第１の接続部の水平線上に設けられ、前記第２の接続部から前記第３の接続部の長さをＬ１、前記キャピラリの先端から前記第２の接続部の長さをＬ２、前記第１の接続部から前記第２の接続部の長さをＬ３とすると、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３の関係が成り立つように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の請求項２は、一端が水平方向に移動可能で、かつ回転自在にボンディングヘッドに接続された第１の接続部を有し、他端が下方前方に傾斜したホーンホルダと、このホーンホルダに保持され、一端にキャピラリを保持した超音波ホーンと、一端が前記ホーンホルダに回転自在に接続された第２の接続部を有し、他端が前記ボンディングヘッドに対して相対的に回転自在に接続された第３の接続部を有するリンクアームと、前記第１の接続部を水平移動させるか、又は前記第３の接続部を回転させる駆動モータとを備え、
前記第２の接続部は、前記キャピラリの先端と前記第１の接続部とを結ぶ線上に設けられ、前記第３の接続部は、前記第１の接続部の水平線上に設けられ、前記第２の接続部から前記第３の接続部の長さをＬ１、前記キャピラリの先端から前記第２の接続部の長さをＬ２、前記第１の接続部から前記第２の接続部の長さをＬ３とすると、Ｌ１：Ｌ３＝Ｌ３：Ｌ２の関係が成り立つように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の請求項３は、前記請求項１又は２において、前記駆動モータで駆動される前記第１の接続部又は前記第３の接続部の初期位置を自在に設定できる初期位置設定手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するための本発明の請求項４は、前記請求項１又は２において、前記初期位置設定手段は、前記第１の接続部又は前記第３の接続部と共に駆動される部材に設けられた初期位置検出用部材と、この初期位置検出用部材に対応してボンディングヘッドに固定されたセンサとからなることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１乃至図３により説明する。図１において、ボンディングヘッド１０の上面は、ＸＹ軸方向に駆動される図示しないＸＹテーブルに固定されており、ＸＹテーブルは、ボンディング装置の図示しない架台の天上部に固定されている。即ち、ボンディングヘッド１０は天吊り構造となっている。ボンディングヘッド１０には、水平に配設されたガイド軸１１の両端が固定されており、ガイド軸１１には、リニアブッシュ１２が摺動自在に嵌挿されている。リニアブッシュ１２には、クロスガイドベアリングよりなる支軸１３が固定されており、支軸１３には、斜め前方に伸びたホーンホルダ１４が回転自在に支承されている。
【００１３】
ホーンホルダ１４の下端部には、超音波ホーン２０の後方側の振動の節部が固定されている。超音波ホーン２０の端部にはキャピラリ２１が固定されており、キャピラリ２１には図示しないワイヤスプールに巻回された図示しないワイヤが挿通されている。キャピラリ２１の先端Ａと支軸１３の中心Ｂを結ぶ線上におけるホーンホルダ１４の部分には、支軸２２を介してリンクアーム２３の一端が回転自在に支承されている。リンクアーム２３の他端は、支軸１３の水平線上におけるボンディングヘッド１０の側面に支軸２４を介して回転自在に支承されている。即ち、支軸１３の中心Ｂと支軸２４の中心Ｃとを結ぶ線分ＢＣは水平線上となっている。
【００１４】
ボンディングヘッド１０には、リニアブッシュ１２を水平駆動させる駆動モータ３０が固定されている。駆動モータ３０は、周知の如く、コイル３１と磁石３２とからなり、コイル３１はボンディングヘッド１０に固定され、磁石３２はガイド軸１１に遊嵌されてリニアブッシュ１２に固定されている。なお、コイル３１が内側で、磁石３２が外側の構成よりなるタイプの駆動モータ３０においては、コイル３１をリニアブッシュ１２に固定し、磁石３２をボンディングヘッド１０に固定してもよいことは言うまでもない。
【００１５】
図１及び図２に示すように、駆動モータ３０で駆動される支軸１３の初期位置を設定する初期位置設定手段として、リニアブッシュ１２に初期設定用ピン４０が固定され、ボンディングヘッド１０には、初期設定用ピン４０を検出するフォトインタラプタ等よりなるセンサ４１が固定されている。なお、図１において点線で示すセンサ４１は、ボンディングヘッド１０への取付け位置を変えた場合を示す。
【００１６】
まず、支軸１３の初期位置を設定する。図３に示すように、初期設定用ピン４０がセンサ４１を通過すると、センサ４１より出力信号４２が出力する。この出力信号４２のエッジ信号４２ａを初期位置として設定する。支軸１３の駆動の初期位置を調整・変更する場合、超音波ホーン２０に保持されたキャピラリ２１が垂直になるように、超音波ホーン２０とホーンホルダ１４の固定角度を変える必要がある。そこで、超音波ホーン２０とホーンホルダ１４の接続は、ねじ等によって可変可能に固定されている。ホーンホルダ１４の駆動角θである駆動モータ３０の移動量とキャピラリ２１の先端Ａの上下移動量との関係、即ちゲインを駆動モータ３０の初期位置によって可変とできるので、最適なゲイン設定が行える。
【００１７】
初期位置の検出方法は、初期設定用ピン４０の幅等によりヒステリシスが存在するので、図３に示すように必ず一定の方向、例えば初期設定用ピン４０をセンサ４１に対して右側から進入させ、センサ４１の出力信号４２のエッジ信号４２ａを初期位置として設定する。センサ４１が立ち下がり信号の場合も信号のエッジ信号を初期位置として設定する。図１において、センサ４１を点線で示すようにボンディングヘッド１０に固定する位置を変えることにより、支軸１３の初期位置が変わる。
【００１８】
前記した構成において、支軸２４の中心Ｃから支軸２２の中心Ｄまでの長さをＬ１、キャピラリ先端Ａから支軸２２の中心Ｄまでの長さをＬ２、支軸１３の中心Ｂから支軸２２の中心Ｄまでの長さをＬ３とすると、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、Ｌ１：Ｌ３＝Ｌ３：Ｌ２の関係になるような長さ及び配置で結合されている。更に本実施の形態においては、Ｌ１：Ｌ３＝Ｌ３：Ｌ２＝１：１となっている。即ち、Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３となっている。
【００１９】
前記したように、線分ＢＣは水平線上であり、また中心Ｄは線分ＡＢ上にあり、更にＬ１＝Ｌ２＝Ｌ３である。従って、本実施の形態においては、中心Ｃはキャピラリ先端Ａの垂直線上にあり、三角形ＡＢＣは、中心Ｃを直角とする直角三角形となる。そこで、中心Ｂが水平移動しても、三角形ＡＢＣの中心Ｃは常に直角であり、キャピラリ先端Ａは常に垂直に移動する。
【００２０】
従って、駆動モータ３０によってリニアブッシュ１２がガイド軸１１に沿って左方向及び右方向に移動させられると、支軸２２が下方及び上方に移動させられ、キャピラリ２１の先端Ａは下方及び上方に垂直に移動し、Ｙ軸方向（超音波ホーン２０の軸心方向）には移動しない。また本実施の形態においては、ホーンホルダ１４、リンクアーム２３、支軸１３、２２、２４及び駆動モータ３０等は、超音波ホーン２０の上方に配設され、キャピラリ２１の先端Ａの水平面上、即ちワークのボンディング面の水平面上には超音波ホーン２０を支持及び駆動する部材等が存在しないので、ボンディングエリアの広いワークもボンディングが可能である。
【００２１】
本発明の第２の実施の形態を図４により説明する。なお、前記第１の実施の形態と同じ又は相当部材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。前記第１の実施の形態は、リニアブッシュ１２を駆動モータ３０によって水平移動させた。本実施の形態は、支軸２４をリンクアーム２３に固定し、該支軸２４をボンディングヘッド１０に固定された駆動モータ３５によって回動させる。また、初期設定用ピン４０がリンクアーム２３に固定され、センサ４１はリンクアーム２３に対応してボンディングヘッド１０に固定されている。その他の構成は前記第１の実施の形態と同じである。
【００２２】
そこで、駆動モータ３５によってリンクアーム２３が回動させられると、リニアブッシュ１２がガイド軸１１に沿って水平移動するので、その詳細は説明するまでもなく、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２３】
本発明の第３及び第４の実施の形態を図５及び図６により説明する。なお、前記各実施の形態と同じ又は相当部材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図５は前記第１の実施の形態（図１）と同様にリニアブッシュ１２を駆動モータ３０で駆動する実施の形態を示し、図６は前記第２の実施の形態（図４）と同様に支軸２４を駆動モータ３５で駆動する実施の形態を示す。前記各実施の形態は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を、Ｌ１：Ｌ３＝Ｌ３：Ｌ２の関係で、更にＬ１：Ｌ３＝Ｌ３：Ｌ２＝１：１になるような長さ及び配置で結合されている。本実施の形態は、Ｌ１：Ｌ３＝Ｌ３：Ｌ２の関係の条件のみで長さ及び配置で結合させたものであり、その他の構成は前記各実施の形態と同じである。
【００２４】
そこで、図７に示す３角形ＣＢＤにおいて、中心Ｃの角度をθ、中心Ｂの角度をφとし、中心Ｃを原点として、超音波ホーン２０の軸心方向の水平方向をＹ軸、高さ方向をＺ軸とすると、キャピラリ先端ＡのＹ軸方向の座標Ｙａ及びＺ軸方向の座標Ｚａは、〔数１〕で表される。この座標Ｙａ及びＺａをリンクアーム２３の角度θの関数で表すと次のようになる。Ｌ１・ｓｉｎθ＝Ｌ３・ｓｉｎφであるので、ｓｉｎφ＝（Ｌ１／Ｌ３）ｓｉｎθとなる。従って、角度φは〔数２〕で表される。〔数２〕を〔数１〕に代入すると、Ｙａ及びＺａは〔数３〕のようになる。
【００２５】
【数１】
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【数２】
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【数３】
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【００２６】
今、１例としてＬ１：Ｌ３＝Ｌ３：Ｌ２＝１：１．５の関係に設定した場合、Ｌ1 を例えばＬ１＝３０ｍｍとすると、Ｌ２＝６７．５ｍｍ、Ｌ３＝４５ｍｍとなる。この場合における角度θとキャピラリ２１の水平方向の移動量（偏倚量）Ｙａの関係は図８のようになり、Ｙａとキャピラリ先端Ａの高さＺａの関係は図９のようになる。図８より明らかなように、θが１３度以内であれば、キャピラリ２１のＹａは約５μｍであり、また図９より明らかなように、Ｚａが０から１７ｍｍであると、Ｙａは５μｍであり、キャピラリ２１は殆ど近似的に垂直に移動する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の請求項１及び２の構成は、一端が水平方向に移動可能で、かつ回転自在にボンディングヘッドに接続された第１の接続部を有し、他端が下方前方に傾斜したホーンホルダと、このホーンホルダに保持され、一端にキャピラリを保持した超音波ホーンと、一端が前記ホーンホルダに回転自在に接続された第２の接続部を有し、他端が前記ボンディングヘッドに対して相対的に回転自在に接続された第３の接続部を有するリンクアームと、前記第１の接続部を水平移動させるか、又は前記第３の接続部を回転させる駆動モータとを備えた構成よりなる。従って、ホーンホルダ、リンクアーム、支軸及び駆動モータ等は、超音波ホーンの上方に配設され、キャピラリの先端の水平面上、即ちワークのボンディング面の水平面上には超音波ホーンを支持及び駆動する部材等が存在しないので、ボンディングエリアの広いワークもボンディングが可能である。
【００２８】
また前記第２の接続部は、前記キャピラリの先端と前記第１の接続部とを結ぶ線上に設けられ、前記第３の接続部は、前記第１の接続部の水平線上に設けられ、前記第２の接続部から前記第３の接続部の長さをＬ１、前記キャピラリの先端から前記第２の接続部の長さをＬ２、前記第１の接続部から前記第２の接続部の長さをＬ３とすると、請求項１はＬ１＝Ｌ２＝Ｌ３の関係が成り立つように構成されているので、キャピラリをボンディング面に対して垂直に上下動させることができる。請求項２はＬ１：Ｌ３＝Ｌ３：Ｌ２の関係が成り立つように構成されているので、キャピラリをボンディング面に対してほぼ垂直に上下動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボンディング装置の第１の実施の形態を示す側面図である。
【図２】初期位置設定手段の一実施の形態を示す斜視説明図である。
【図３】初期位置設定方法を示す説明図である。
【図４】本発明のボンディング装置の第２の実施の形態を示す側面図である。
【図５】本発明のボンディング装置の第３の実施の形態を示す側面図である。
【図６】本発明のボンディング装置の第４の実施の形態を示す側面図である。
【図７】図５及び図６の場合におけるキャピラリ先端の作動原理を説明するための線図である。
【図８】リンクアームの駆動角とキャピラリ先端の水平位置関係を示す図である。
【図９】キャピラリ先端水平偏倚量とキャピラリ先端高さ関係を示す図である。
【符号の説明】
１０    ボンディングヘッド
１１    ガイド軸
１２    リニアブッシュ
１３    支軸
１４    ホーンホルダ
２０    超音波ホーン
２１    キャピラリ
２２    支軸
２３    リンクアーム
２４    支軸
３０、３５    駆動モータ
４０    初期設定用ピン
４１    センサ
Ａ    キャピラリ先端
Ｂ    支軸１３の中心
Ｃ    支軸２４の中心
Ｄ    支軸２２の中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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