(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の超音波ウェルディング接合装置であって、
リードフレームを供給するリードフレームローディング部１００と；ＤＢＣ基板を供給する基板ローディング部４００と；前記ＤＢＣ基板とリードフレームが安置されるインデックスレール２００と；前記インデックスレール２００に安置されたリードフレームとＤＢＣ基板を超音波ウェルディングにより接合する超音波ウェルディング部５００と；前記超音波ウェルディング部５００で接合されたリードフレームとＤＢＣ基板を搬出するアンローディング部６００とを含み；
前記超音波ウェルディング部５００は、
前記インデックスレール２００の一側に配置され、ホーン５１２がインデックスレール２００の一側の上方に水平に配置されてＤＢＣ基板の上部に置かれたリードフレームを上方で加圧しながら振動させ、ＤＢＣ基板にリードフレームをウェルディング接合する超音波融着機５１０と；
前記超音波融着機５１０をＹ軸方向に移送するＹ軸方向移送手段５２０と；
前記超音波融着機５１０をＸ軸方向に移送するＸ軸方向移送手段５４０と；
前記超音波融着機５１０をＺ軸方向に移送するＺ軸方向移送手段５３０とを含むことを特徴とする、半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項２】
前記リードフレームローディング部１００は、
多数のリードフレームを多層積載された状態で昇降移動させるスタックローダ１１０と；
前記スタックローダ１１０に積載されて供給されるリードフレームを一つずつピックアップ分離し、前記インデックスレール２００に供給するセパレータ１２０とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項３】
前記スタックローダ１１０は、
モータ１１１と；前記モータ１１１とベルト１１３により連結されるボールスクリュー１１２と；前記ボールスクリュー１１２に結合されるナットブロック１１２ａと；内側に多数個のリードフレームが積層され、前記ナットブロック１１２ａと結合されてモータ１１１の駆動により昇下降する昇降スタック１１５とを含むことを特徴とする、請求項２に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項４】
前記セパレータ１２０は、
前記スタックローダ１１０に積層されたリードフレームのうち最上層に積層されたリードフレームを持ち上げるピックアップ部材１２１と；前記ピックアップ部材１２１が取り付けられるピックアップ部材装着片１２２と；前記ピックアップ部材装着片１２２を回転させ、ピックアップ部材１２１によりピックアップされたリードフレームをインデックスレール２００に移送するロータリシリンダ１２３と；前記ロータリシリンダ１２３の上側に結合される昇降シリンダ１２５とを含むことを特徴とする、請求項２または３に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項５】
前記インデックスレール２００は、中央部が凹に陥没して両側縁部分と段差をなすように構成され、ＤＢＣ基板は、前記凹な中央部に安置され、リードフレームは、前記ＤＢＣ基板の上側に配置され、左右両端が前記インデックスレール２００の左右縁部分に安置されることを特徴とする、請求項１に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項６】
前記リードフレームローディング部１００からインデックスレール２００に供給されたリードフレームを前記超音波ウェルディング部５００に移送し、
超音波ウェルディング部５００で接合されたリードフレームとＤＢＣ基板を前記アンローディング部６００に移送するリードフレーム移送部３００をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項７】
前記リードフレーム移送部３００は、
前記リードフレームの側端部を把持するクランプ３１０と；前記クランプ３１０を水平移動させるリニアモータ３２０とを含むことを特徴とする、請求項６に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項８】
前記基板ローディング部４００は、
ＤＢＣ基板を多層積層した状態で昇降供給する基板昇降供給モジュール４１０と；
前記基板昇降供給モジュール４１０により供給されるＤＢＣ基板をピックアップしてインデックスレール２００に供給する基板インサートモジュール４２０とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項９】
前記基板昇降供給モジュール４１０は、
ＤＢＣ基板を多層積層された状態で収容する基板カートリッジ４１１と；前記基板カートリッジ４１１の内部に積層されたＤＢＣ基板を押して上昇移動させるプッシャ４１３と；前記プッシャ４１３を昇降させる昇降駆動手段４１５とを含むことを特徴とする、請求項８に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項１０】
前記プッシャ４１３は、基板カートリッジ４１１の内部に積層されたＤＢＣ基板を下方で支持する支持ブロック４１３ｂと；前記支持ブロック４１３ｂを下方で支持しながら上下垂直方向に昇降する昇降棒４１３ａとを含むことを特徴とする、請求項９に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項１１】
前記昇降駆動手段４１５は、
モータ４１５ａと；前記モータ４１５ａとベルト４１５ｃにより連結されるボールスクリュー４１５ｂと；前記ボールスクリュー４１５ｂに結合されるナットブロック４１５ｄと；前記プッシャ４１３の昇降棒４１３ａが結合され、前記ナットブロック４１５ｄに結合されて昇降する昇降片４１６ｅとを含むことを特徴とする、請求項９に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項１２】
前記基板インサートモジュール４２０は、
前記基板カートリッジ４１１の一側の上部に配置され、水平および垂直移動により前記基板カートリッジ４１１に供給されたＤＢＣ基板をピックアップしてインデックスレール２００に供給するピックアップアーム４２２と；
前記ピックアップアーム４２２を水平移動させる水平移送手段４２４と；
前記ピックアップアーム４２２を昇降移動させる昇降手段４２８とを含むことを特徴とする、請求項９に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項１３】
前記ピックアップアーム４２２は、
先端部側に下方に向かって取り付けられる吸着ノズル４２２ａと；
ピックアップアーム４２２の水平位置を調節するためのエアシリンダ４２２ｂとを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項１４】
前記水平移送手段４２４は、ボールスクリュー４２４ｂおよびモータ４２４ａを含み；
前記ボールスクリュー４２４ｂは、ピックアップアーム４２２の下側に長手方向に沿って平行に配置され、前記ボールスクリュー４２４ｂに結合されたナットブロック４２４ｅは、側方に配置された移送プレート４２４ｆの下端部側に結合され、前記移送プレート４２４ｆの上端部は、前記ピックアップアーム４２２の一側面に結合され、前記移送プレート４２４ｆの外側面には、ＬＭガイド４２４ｇが設けられ、前記ＬＭガイド４２４ｇは、支持ブラケット４２６の垂直プレート４２６ｂの内側面に結合され、前記ボールスクリュー４２４ｂの下側には、モータ４２４ａが配置され、前記ボールスクリュー４２４ｂとモータ４２４ａは、ベルト４２４ｄにより連結されたことを特徴とする、請求項１２に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項１５】
前記昇降手段４２８は、
前記ピックアップアーム４２２と水平移送手段４２４が取り付けられる支持ブラケット４２６と、前記支持ブラケット４２６を昇降移動させる昇降シリンダ４２８ａとを含むことを特徴とする、請求項１２に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項１６】
前記Ｚ軸方向移送手段５３０は、
前記超音波融着機５１０の一側に軸が下方に向かうように配置されたＺ軸移送モータ５３１と；
前記Ｚ軸移送モータ５３１の側方に並んで垂直に配置され、前記超音波融着機５１０の下側に配置されてベルト５３２によりＺ軸移送モータ５３１と連結されるボールスクリュー５３３と；
前記ボールスクリュー５３３に結合され、Ｚ軸移送モータ５３１の作動によって昇降するナットブロック５３４と；
下部は前記ナットブロック５３４と連結され、上部は前記超音波融着機５１０に連結されるカプラー５３５とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項１７】
前記カプラー５３５は、第１カプラー５３５ａと第２カプラー５３５ｂとで構成され；
前記第１カプラー５３５ａは、内部にボールスクリュー５３３が挿入され得る空間が形成された円柱状に構成され、下部縁面が前記ナットブロック５３４と結合され；
前記第２カプラー５３５ｂは、前記第１カプラー５３５ａの上部に結合され、前記超音波融着機５１０を支持する支持プレート４１２を下方で支持するブロック型本体と、前記ブロック型本体の上下にそれぞれ突設された軸とを含んで構成され、前記各軸の外周面にはねじ山が形成され、前記第１カプラー５３５ａおよび支持プレート４１２にそれぞれねじ結合されることを特徴とする、請求項１６に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項１８】
前記超音波融着機５１０の昇降時、安定した案内のためのガイド５３６をさらに含み；
前記ガイド５３６は、前記支持プレート４１２の下部に結合されるガイド棒５３６ｂと、中央に垂直に貫通溝が形成され、前記第２カプラー５３５ｂおよびボールスクリュー５３３が通過できるように構成され、エッジ部分に前記ガイド棒５３６ｂがスライド可能に結合されるガイドブロック５３６ａとを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項１９】
前記支持プレート４１２とガイドブロック５３６ａとの間のガイド棒５３６ｂの外周面には、超音波融着機５１０の下降時、緩衝力を提供するためのばね５３６ｃが介在されたことを特徴とする、請求項１８に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項２０】
前記Ｘ軸方向移送手段５４０は、Ｘ軸移送モータ５４２とＸ軸移送ブロック５４６とを含み；
前記Ｘ軸移送モータ５４２は、リニアモータで構成され、前記Ｘ軸移送ブロック５４６は、Ｘ軸移送モータ５４２と結合されてＸ軸方向に移送され、上部は前記ガイドブロック５３６ａに結合され、下部は前記ボールスクリュー５３３が回転可能に取り付けられたボールスクリューブラケット５３３ａに結合されたことを特徴とする、請求項１８に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項２１】
前記インデックスレール２００上に安置されたＤＢＣ基板を上方で加圧固定する基板加圧固定手段５５０をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【請求項２２】
前記基板加圧固定手段５５０は、ＤＢＣ基板の表面を上方で加圧する加圧固定具５５２と；前記加圧固定具５５２を昇降移動させる加圧シリンダ５５４とを含むことを特徴とする、請求項２１に記載の半導体基板の超音波ウェルディング接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波ウェルディング接合装置に関し、さらに詳細には、半導体パッケージのＤＢＣ基板にリードフレームを超音波ウェルディングにより接合する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＤＢＣ基板を用いた電力用半導体チップパッケージは、図１に示されたように、ＤＢＣ基板１０、半導体チップ２０、リードフレーム３０およびケースボディ６０を含んで構成され、リードフレーム１６０は、ソルダー等の接着剤によりＤＢＣ基板１０の銅パターン上に接合され、導電性クリップ４０またはボンディングワイヤ５０により半導体チップ２０と電気的に連結される。
ところが、このように、リードフレーム１６０をソルダリングによりＤＢＣ基板１０に接合する場合、物理的振動やソルダークラックに脆弱で、接合品質に劣って生産性が非常に低く、鉛や有害ガスなどの環境汚染物質を生じるという短所が存在する。これによって、リードフレーム１６０の接合のためのソルダリング方法の代わりの接合方法およびその装置に対する開発が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上述のような従来のリードフレームの接合方法の問題点を解消するために創案されたものであり、ＤＢＣ基板とリードフレームとをソルダリング方式ではなく超音波ウェルディング方式で接合することにより、接合品質を向上させ、環境汚染物質の発生を防止することができ、自動制御により生産性を向上させることができる半導体基板の超音波ウェルディング接合装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述のような課題を解決するための本発明に係る超音波ウェルディング接合装置は、リードフレームを供給するリードフレームローディング部と；ＤＢＣ基板を供給する基板ローディング部と；前記ＤＢＣ基板とリードフレームが安置されるインデックスレールと；前記インデックスレールに安置されたリードフレームとＤＢＣ基板を超音波ウェルディングにより接合する超音波ウェルディング部と；前記超音波ウェルディング部で接合されたリードフレームとＤＢＣ基板を搬出するアンローディング部とを含む。
ここで、前記リードフレームローディング部は、多数のリードフレームを多層積載された状態で昇降移動させるスタックローダと；前記スタックローダに積載されて供給されるリードフレームを一つずつピックアップ分離して前記インデックスレールに供給するセパレータとを含む。
そして、前記スタックローダは、モータと；前記モータとベルトにより連結されるボールスクリューと；前記ボールスクリューに結合されるナットブロックと；内側に多数個のリードフレームが積層され、前記ナットブロックと結合されてモータ駆動により昇下降する昇降スタックとを含む。
そして、前記セパレータは、前記スタックローダに積層されたリードフレームのうち最上層に積層されたリードフレームを持ち上げるピックアップ部材と；前記ピックアップ部材が取り付けられるピックアップアームと；前記ピックアップアームを回転させ、ピックアップ部材によりピックアップされたリードフレームをインデックスレールに移送するロータリシリンダと；前記ロータリシリンダの上側に結合される昇降シリンダとを含む。
そして、前記インデックスレールは、中央部が凹に陥没して両側縁部分と段差をなすように構成され、ＤＢＣ基板は、前記凹な中央部に安置され、リードフレームは、前記ＤＢＣ基板の上側に配置され、左右両端が前記インデックスレールの左右縁部分に安置されることが好ましい。
そして、前記リードフレームローディング部からインデックスレールに供給されたリードフレームを前記超音波ウェルディング部に移送し、超音波ウェルディング部で接合されたリードフレームとＤＢＣ基板を前記アンローディング部に移送するリードフレーム移送部をさらに含む。
そして、前記リードフレーム移送部は、前記リードフレームの側端部を把持するクランプと；前記クランプを水平移動させるリニアモータとを含む。
一方、前記基板ローディング部は、ＤＢＣ基板を多層積層した状態で昇降供給する基板昇降供給モジュールと；前記基板昇降供給モジュールにより供給されるＤＢＣ基板をピックアップしてインデックスレールに供給する基板インサートモジュールとを含む。
ここで、前記基板昇降供給モジュールは、ＤＢＣ基板を多層積層された状態で収容する基板カートリッジと；前記基板カートリッジの内部に積層されたＤＢＣ基板を押して上昇移動させるプッシャと；前記プッシャを昇降させる昇降駆動手段とを含む。
そして、前記プッシャは、基板カートリッジの内部に積層されたＤＢＣ基板を下方で支持する支持ブロックと；前記支持ブロックを下方で支持しながら上下垂直方向に昇降する昇降棒とを含む。
そして、前記昇降駆動手段は、モータと；前記モータとベルトにより連結されるボールスクリューと；前記ボールスクリューに結合されるナットブロックと；前記プッシャの昇降棒が結合され、前記ナットブロックに結合されて昇降する昇降片とを含む。
そして、前記基板インサートモジュールは、前記基板カートリッジの一側の上部に配置され、水平および垂直移動により前記基板カートリッジに供給されたＤＢＣ基板をピックアップしてインデックスレールに供給するピックアップアームと；前記ピックアップアームを水平移動させる水平移送手段と；前記ピックアップアームを昇降移動させる昇降手段とを含む。
ここで、前記ピックアップアームは、先端部側に下方に向かって取り付けられる吸着ノズルと；ピックアップアームの水平位置を調節するためのエアシリンダとを含む。
そして、前記水平移送手段は、ボールスクリューおよびモータを含み；前記ボールスクリューは、ピックアップアームの下側に長手方向に沿って平行に配置され、前記ボールスクリューに結合されたナットブロックは、側方に配置された移送プレートの下端部側に結合され、前記移送プレートの上端部は、前記ピックアップアームの一側面に結合され、前記移送プレートの外側面には、ＬＭガイドが設けられ、前記ＬＭガイドは、Ｌ字型ブラケットの垂直プレートの内側面に結合され、前記ボールスクリューの下側には、モータが配置され、前記ボールスクリューとモータは、ベルトにより連結されることが好ましい。
そして、前記昇降手段は、前記ピックアップアームと水平移送手段とが取り付けられる支持ブラケットと、前記支持ブラケットを昇降移動させる昇降シリンダとを含む。
一方、前記超音波ウェルディング部は、前記インデックスレールの一側に配置され、ホーンがインデックスレールの一側の上方に水平に配置されてＤＢＣ基板の上部に置かれたリードフレームを上方で加圧しながら振動させてＤＢＣ基板にリードフレームをウェルディング接合する超音波融着機と；前記超音波融着機をＹ軸方向に移送するＹ軸方向移送手段と；前記超音波融着機をＸ軸方向に移送するＸ軸方向移送手段と；前記超音波融着機をＺ軸方向に移送するＺ軸方向移送手段とを含む。
ここで、前記Ｚ軸方向移送手段は、前記超音波融着機の一側に軸が下方に向かうように配置されたＺ軸移送モータと；前記Ｚ軸移送モータの側方に並んで垂直に配置され、前記超音波融着機の下側に配置されてベルトによりＺ軸移送モータと連結されるボールスクリューと；前記ボールスクリューに結合され、Ｚ軸移送モータの作動によって昇降するナットブロックと；下部は前記ナットブロックと連結され、上部は前記超音波融着機に連結されるカプラーとを含む。
そして、前記カプラーは、第１カプラーと第２カプラーとで構成され；前記第１カプラーは、内部にボールスクリューが挿入され得る空間が形成された円柱状に構成され、下部縁面が前記ナットブロックと結合され；前記第２カプラーは、前記第１カプラーの上部に結合され、前記超音波融着機を支持する支持プレートを下方で支持するブロック型本体と、前記ブロック型本体の上下にそれぞれ突設された軸とを含んで構成され、前記各軸の外周面にはねじ山が形成され、前記第１カプラーおよび支持プレートにそれぞれねじ結合されることが好ましい。
そして、前記超音波融着機の昇降時、安定した案内のためのガイドをさらに含み；前記ガイドは、前記支持プレートの下部に結合されるガイド棒と、中央に垂直に貫通溝が形成され、前記第２カプラーおよびボールスクリューが通過できるように構成され、エッジ部分に前記ガイド棒がスライド可能に結合されるガイドブロックとを含む。
また、前記支持プレートとガイドブロックとの間のガイド棒の外周面には、超音波融着機の下降時、緩衝力を提供するためのばねが介在されることが好ましい。
そして、前記Ｘ軸方向移送手段は、Ｘ軸移送モータとＸ軸移送ブロックとを含み；前記Ｘ軸移送モータは、リニアモータで構成され、前記Ｘ軸移送ブロックは、Ｘ軸移送モータと結合されてＸ軸方向に移送され、上部は、前記ガイドブロックに結合され、下部は、前記ボールスクリューが回転可能に取り付けられたボールスクリューブラケットに結合されることが好ましい。
また、前記インデックスレール上に安置されたＤＢＣ基板を上方で加圧固定する加圧固定手段をさらに含むことが好ましく、前記加圧固定手段は、ＤＢＣ基板の表面を上方で加圧する加圧固定具と；前記加圧固定具を昇降移動させるシリンダとを含む。
【発明の効果】
【０００５】
上述のような本発明によれば、ＤＢＣ基板とリードフレームとをソルダリング方式ではなく超音波ウェルディング方式で接合することにより、接合品質を向上させ、環境汚染物質の発生を防止することができ、自動制御により生産性を向上させることができる長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ＤＢＣ基板を用いた電力用半導体チップパッケージの構成図。
【図２】本発明に係る超音波ウェルディング接合装置の平面図。
【図３】本発明に係る超音波ウェルディング接合装置の正面図。
【図４】本発明に係る超音波ウェルディング接合装置のリードフレームローディング部の構成図。
【図５】本発明に係る超音波ウェルディング接合装置のインデックスレールとリードフレーム移送部の構成図。
【図６】本発明に係る超音波ウェルディング接合装置の基板ローディング部の側面図。
【図７】本発明に係る超音波ウェルディング接合装置の基板インサートモジュールの正面図。
【図８】本発明に係る超音波ウェルディング接合装置の超音波ウェルディング部の側面図。
【図９】本発明に係る超音波ウェルディング接合装置の超音波ウェルディング部の正面図。
【図１０】本発明に係る超音波ウェルディング接合装置の接合作業作動図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明に係る半導体基板の超音波ウェルディング接合装置の構成および作用を、添付の図面と好ましい実施例を参照して詳細に説明する。
図２および図３に示されたように、本発明に係る超音波ウェルディング接合装置は、リードフレームローディング部１００、インデックスレール２００、リードフレーム移送部３００、基板ローディング部４００、超音波ウェルディング部５００およびアンローディング部６００を含む。
リードフレームローディング部１００は、ＤＢＣ基板Ｓに接合するリードフレームＬＦを自動で供給する部分であり、図４に示されたように、スタックローダ１１０とセパレータ１２０とを含む。
スタックローダ１１０は、多数のリードフレームＬＦを多層積載された状態で昇降移動させ、前記セパレータ１２０に供給する。図４に示されたように、前記スタックローダ１１０は、上向き傾斜した「Ｌ」字型のブラケット１１４に取り付けられたモータ１１１と、前記モータ１１１とベルト１１３により連結されるボールスクリュー１１２とを含み、前記ボールスクリュー１１２に結合されたナットブロック１１２ａは、昇降スタック１１５の下端部に結合される。前記昇降スタック１１５は、上部が開放された四角函体状に構成され、内側には、水平に横切るように配置されたバー形態の安置部１１６が形成されて多数個のリードフレームＬＦが多層積層され得るように構成され、下部には、昇降時、円滑な移動のために、ＬＭガイド１１７のようなガイド手段により下側ブラケットと結合される。
一方、前記スタックローダ１１０に安置されるリードフレームは、大体、横に長く延びた金属帯状（または、板状）に構成され、ＤＢＣ基板に取り付けられる複数のリードフレームの輪郭がパンチ加工により形成されており、図４の（ｂ）に示されたように、昇降スタック１１５の内側に横に配置された安置部１１６に多層積載される。
このような構成を通して、モータ１１１が作動すると、ベルト１１３によりボールスクリュー１１２に回転力が伝達されてボールスクリュー１１２が回転し、ボールスクリュー１１２と結合されたナットブロック１１２ａが移動される。そして、ナットブロック１１２ａは、昇降スタック１１５に結合されているので、結果的に昇降スタック１１５が移動することとなる。ここで、前記モータ１１１は、正逆回転可能なステッピングモータが用いられることで、リードフレームの供給時には正方向に回転して昇降スタック１１５を上昇させ、積層されたリードフレームが全て供給完了した後には、また逆方向に回転して本来の位置に復帰する。
上述したスタックローダ１１０により供給されたリードフレームは、セパレータ１２０により一つずつピックアップ分離され、後述するインデックスレール２００に供給される。図４に示されたように、前記セパレータ１２０は、ピックアップ部材１２１、ロータリシリンダ１２３および昇降シリンダ１２５を含む。
前記ピックアップ部材１２１は、スタックローダ１１０の昇降スタック１１５に多層積載されたリードフレームのうち最上層に積載されたリードフレームを持ち上げる手段であって、真空によりリードフレームをピックアップする吸着ノズルで構成されることが好ましい。図示されたように、前記ピックアップ部材１２１は、リードフレームの長さによって適切な個数で備えられることが好ましく、ピックアップ部材装着片１２２に取り付けられる。
前記ピックアップ部材装着片１２２の上部には、ロータリシリンダ１２３が備えられる。前記ロータリシリンダ１２３は、ピックアップ部材装着片１２２を１８０゜だけ回転させ、ピックアップ部材１２１でピックアップされたリードフレームをインデックスレール２００に移送する。
一方、前記ピックアップ部材１２１（およびピックアップ部材装着片１２２）は、リードフレームのピックアップおよびインデックスレール２００への供給のために昇降可能に構成され、このために、前記ロータリシリンダ１２３の上側には、昇降シリンダ１２５が備えられる。図４に示されたように、ロータリシリンダ１２３は、ロータリシリンダブラケット１２４の下側に取り付けられ、前記ロータリシリンダブラケット１２４の上側には、一定間隔離隔されて昇降シリンダブラケット１２６が配置され、前記昇降シリンダブラケット１２６の上側に昇降シリンダ１２５が取り付けられる。前記昇降シリンダ１２５のロッドは、昇降シリンダブラケット１２６を貫通してロータリシリンダブラケット１２４に結合される。前記昇降シリンダブラケット１２６は、別のブラケットに固定結合され、前記ロータリシリンダブラケット１２４と昇降シリンダブラケット１２６との間には、ロータリシリンダブラケット１２４の昇降を円滑に案内するためのＬＭシャフト１２７のようなガイド手段が備えられる。前記セパレータ１２０によりピックアップされて移送されたリードフレームは、後述するインデックスレール２００に安置される。
インデックスレール２００は、本発明に係る超音波ウェルディング接合装置のリードフレームローディング部１００と基板ローディング部４００、超音波ウェルディング部５００およびアンローディング部６００を横切るように長手方向に長く延長形成されたレールであり、相互接合されるリードフレームとＤＢＣ基板が安置される部分である。
図５に示されたように、前記インデックスレール２００は、中央部が凹に陥没して両側縁部分と段差をなし、ＤＢＣ基板Ｓは、前記凹な中央部に安置され、リードフレームＬＦは、前記ＤＢＣ基板Ｓの上側に配置され、左右両端が前記インデックスレール２００の左右縁部分に安置される。一方、前記インデックスレール２００の中央部は、超音波ウェルディング作業時、振動による衝撃によく耐えるように超硬合金で構成されることが好ましい。前記インデックスレール２００は、メインフレーム２１０上に必要に応じてアップダウン可能に設けられる。
セパレータ１２０によりピックアップされてインデックスレール２００に安置されたリードフレームは、リードフレーム移送部３００により後述する超音波ウェルディング部５００に移送される。前記リードフレーム移送部３００は、図５に示されたように、クランプ３１０、クランプブラケット３１２およびリニアモータ３２０を含む。
前記クランプ３１０は、エアの供給および排気によってトングが互いに反対方向に移動するように構成され、リードフレームの側端部を上下で加圧して把持する。このようなクランプ３１０の構成は、通常のものであり、詳細な説明は省略する。前記クランプ３１０は、クランプブラケット３１２に取り付けられる。前記クランプブラケット３１２は、図５に示されたように、「¬」字状に構成され、水平部の上部にクランプ３１０が取り付けられ、垂直部は、リニアモータ３２０に結合されて水平移動される。ここで、前記リニアモータ３２０は、インデックスレール２００が設けられたメインフレーム２１０の一側の下部に長手方向に長く延長形成される。
このような構成を通して、リードフレームローディング部１００のセパレータ１２０によりインデックスレール２００上に安着されたリードフレームは、リニアモータ３２０に沿って水平移動されるクランプ３１０により把持された後、インデックスレール２００に沿って超音波ウェルディング部５００に水平移送される。
一方、図２および図３に示されたように、本発明においては、工程時間の短縮のために、超音波ウェルディング部５００が複数個備えられることが好ましく、これによって、前記リードフレーム移送部３００のクランプ３１０も複数個が備えられることが好ましい。好ましい実施例として、図面には、２つの超音波ウェルディング部５００、即ち、第１超音波ウェルディング部５００ａと第２超音波ウェルディング部５００ｂが一定間隔離隔配置された形態で示され、後述するように、第１超音波ウェルディング部５００ａで一部のリードフレームのウェルディングが遂行された後、第２超音波ウェルディング部５００ｂで残りのリードフレームのウェルディングが遂行されるが、この場合、リードフレームローディング部１００から第１超音波ウェルディング部５００ａまで、第１超音波ウェルディング部５００ａから第２超音波ウェルディング部５００ｂまで、第２超音波ウェルディング部５００ｂからアンローディング部６００までリードフレームをそれぞれ移送する合計３個のクランプ３１０が備えられることが好ましい。そして、この場合、前記３個のクランプ３１０は、３軸リニアモータによりそれぞれ個別に制御および駆動可能に構成されることが好ましい。
一方、リードフレームと超音波ウェルディングにより接合されるＤＢＣ基板は、基板ローディング部４００により供給される。前記基板ローディング部４００は、図６および図７に示されたように、基板昇降供給モジュール４１０と基板インサートモジュール４２０とを含む。
前記基板昇降供給モジュール４１０は、ＤＢＣ基板を多層積層した状態で自動供給する部分であり、基板カートリッジ４１１、プッシャ４１３および昇降駆動手段４１５を含む。
基板カートリッジ４１１は、ＤＢＣ基板を多層積層された状態で収容する部分であり、大体、直方体函体状に構成され、上下が開口され、内部の中央には隔壁が形成されてそれぞれＤＢＣ基板が積層される２つの隔室が形成されるように構成される。前記基板カートリッジ４１１は、図６に示されたように、支持プレート４１２上に設けられる。
プッシャ４１３は、前記基板カートリッジ４１１の内部に積層されたＤＢＣ基板を上昇移動させるものであり、支持ブロック４１３ｂと昇降棒４１３ａとを含む。前記支持ブロック４１３ｂは、基板カートリッジ４１１の内部に積層された基板を下方で支持するブロック体であり、前記昇降棒４１３ａは、支持ブロック４１３ｂを下方で支持しながら上下垂直方向に昇降する棒状部材であって、基板カートリッジ４１１の下側に垂直に配置され、前記支持プレート４１２を貫通して基板カートリッジ４１１の下部開口に挿入され、後述する昇降駆動手段４１５により上昇して前記支持ブロック４１３ｂおよびその上に積層されたＤＢＣ基板を上方に供給する。
前記昇降駆動手段４１５は、図６に示されたように、モータ４１５ａ、ボールスクリュー４１５ｂおよび昇降片４１６ｅを含む。モータ４１５ａとボールスクリュー４１５ｂは、ブラケットに並んで取り付けられた状態でベルト４１５ｃで連結され、ボールスクリュー４１５ｂのナットブロック４１５ｄには昇降片４１６ｅが結合される。
このような構成を通して、モータ４１５ａの作動によりボールスクリュー４１５ｂが回転し、ボールスクリュー４１５ｂに結合されたナットブロック４１５ｄが上昇し、ナットブロック４１５ｄに結合された昇降片４１６ｅおよびここに結合された昇降棒４１３ａが上昇して基板カートリッジ４１１の内部に積層されたＤＢＣ基板を押し上げる。積層されたＤＢＣ基板は、超音波ウェルディングのために、後述する基板インサートモジュール４２０により一つずつピックアップされて超音波ウェルディング部５００に供給されるが、積層されたＤＢＣ基板の個数が減ることで、自動でモータ４１５ａが作動して最上層のＤＢＣ基板を基板カートリッジ４１１の最上端の高さに常に一定に維持させる。
一方、図６に示されたように、前記基板インサートモジュール４２０は、基板昇降供給モジュール４１０によりローディングされるＤＢＣ基板をピックアップしてインデックスレール２００に供給する部分であり、ピックアップアーム４２２、水平移送手段４２４および昇降手段４２８を含む。
ピックアップアーム４２２は、前記基板カートリッジ４１１の一側の上部に配置され、水平および垂直移動により前記基板カートリッジ４１１に供給されたＤＢＣ基板をピックアップしてインデックスレール２００に供給する。このために、前記ピックアップアーム４２２は、先端部側に下方に向かって吸着ノズル４２２ａが取り付けられる。そして、前記ピックアップアーム４２２の他端部側には、エアシリンダ４２２ｂが備えられ、前記エアシリンダ４２２ｂの作動によってピックアップアーム４２２の水平位置が調節される。ここで、前記エアシリンダ４２２ｂは、下方でシリンダ支持ブラケット４２２ｃにより支持される。
前記ピックアップアーム４２２は、水平移送手段４２４により水平移動可能に構成される。図６および図７に示されたように、前記水平移送手段４２４は、移送プレート４２４ｆ、ボールスクリュー４２４ｂおよびモータ４２４ａを含む。
前記ボールスクリュー４２４ｂは、ピックアップアーム４２２の下側に長手方向に沿って平行に配置される。図７に示されたように、前記ボールスクリュー４２４ｂは、支持ブラケット４２６の垂直プレート４２６ｂの中央部に結合されて水平配置される支持板４２４ｃ上に設けられ、前記ボールスクリュー４２４ｂに結合されたナットブロック４２４ｅは、側方に配置された移送プレート４２４ｆの下端部側に結合される。そして、前記移送プレート４２４ｆの上端部は、前記ピックアップアーム４２２の一側面に結合される。前記移送プレート４２４ｆの外側面には、ＬＭガイド４２４ｇが設けられ、前記ＬＭガイド４２４ｇは、支持ブラケット４２６の垂直プレート４２６ｂの内側面に結合される。前記ボールスクリュー４２４ｂ（および支持板４２４ｃ）の下側には、モータ４２４ａが配置され、前記ボールスクリュー４２４ｂとモータ４２４ａは、ベルト４２４ｄにより連結される。
このような構成を通して、モータ４２４ａの作動によってベルト４２４ｄにより回転力が伝達されてボールスクリュー４２４ｂが回転してナットブロック４２４ｅが水平移動され、ナットブロック４２４ｅに結合された移送プレート４２４ｆが移動されることで、ピックアップアーム４２２が基板カートリッジ４１１に向かって、またはその反対方向に水平移送される。
一方、ピックアップアーム４２２が基板カートリッジ４１１から供給されたＤＢＣ基板をピックアップするためには、前記ピックアップアームが垂直に昇降可能に構成されなければならず、このために、基板インサートモジュール４２０は、昇降手段４２８をさらに含む。図６および図７に示されたように、前記昇降手段４２８は、ピックアップアーム４２２が取り付けられた前記支持ブラケット４２６全体を昇降移動させる昇降シリンダ４２８ａで構成されることが好ましい。前記昇降シリンダ４２８ａは、支持プレート４１２に取り付けられ、シリンダロッドが支持ブラケット４２６の水平プレート４２６ａの下方に結合されて支持ブラケット４２６を昇降させるように設けられる。そして、前記支持プレート４１２と支持ブラケット４２６の水平プレート４２６ａとの間には、安定した案内のために、ＬＭシャフト４２８ｂが設けられる。
このような構成を通して、最初の昇降シリンダ４２８ａの膨張により支持ブラケット４２６が上昇してピックアップアーム４２２が上昇した後、エアシリンダ４２２ｂの作動によりピックアップアーム４２２が水平方向に移動して基板カートリッジ４１１の上側に配置され、また昇降シリンダ４２８ａの収縮によりピックアップアーム４２２が下降して基板カートリッジ４１１にローディングされたＤＢＣ基板を吸着ピックアップし、また昇降シリンダ４２８ａの膨張によりピックアップアーム４２２が上昇した後、モータ４２４ａの作動によりピックアップアーム４２２を水平移動させてピックアップされたＤＢＣ基板をインデックスレール２００の上側に移送させ、また昇降シリンダ４２８ａの収縮によりピックアップアーム４２２を下降させてインデックスレール２００上にＤＢＣ基板を下ろした後、また元の位置に復帰する。このような動作の繰り返しによりＤＢＣ基板がインデックスレール２００に自動供給される。
インデックスレール２００上に安着されたリードフレームとＤＢＣ基板は、超音波ウェルディング部５００で相互接合される。前記超音波ウェルディング部５００は、インデックスレール２００を基準に前記基板ローディング部４００の反対側に位置される。図８には、前記超音波ウェルディング部５００の側面図が、図９には、前記超音波ウェルディング部５００の正面図がそれぞれ示される。図示されたように、前記超音波ウェルディング部５００は、超音波融着機５１０、Ｙ軸方向移送手段５２０、Ｘ軸方向移送手段５４０、Ｚ軸方向移送手段５３０および基板加圧固定手段５５０を含む。
超音波融着機５１０は、高周波電気エネルギーを振動エネルギーに変換し、振動により２つの母材の接合表面を融着させて接合する工具であって、振動子（図示しない）と、ブースター（図示しない）およびホーン５１２を含む。このような超音波融着機５１０の構造は、通常のものであるので、詳細な説明は省略する。本発明においては、このような超音波融着機５１０が図８に示されたように、インデックスレール２００の一側に支持プレート４１２上に配置され、ホーン５１２部分がインデックスレール２００の一側の上方に水平に配置されてＤＢＣ基板の上部に置かれたリードフレームを上方で加圧しながら振動させてＤＢＣ基板にリードフレームをウェルディング接合する。このために、前記超音波融着機５１０は、支持プレート４１２上に設けられた状態でＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸にそれぞれ移動可能に構成される。
前記超音波融着機５１０のＹ軸方向移送のためにＹ軸方向移送手段５２０が備えられる。前記Ｙ軸方向移送手段５２０は、図８および図９に示されたように、Ｙ軸移送モータ５２２とＹ軸移送プレート５２４とを含む。ここで、前記Ｙ軸移送モータ５２２は、リニアモータであり、前記Ｙ軸移送プレート５２４は、前記Ｙ軸移送モータ５２２の移動子（図示しない）に結合されてＹ軸方向に水平移動される。前記Ｙ軸移送モータ５２２は、Ｙ軸移送プレート５２４の一側の下部に結合され、Ｙ軸移送プレート５２４の他側の下部には、ＬＭガイドが配置される。
前記超音波融着機５１０のＺ軸方向移送のためにＺ軸方向移送手段５３０が備えられる。前記Ｚ軸方向移送手段５３０は、超音波融着機５１０のホーン５１２部分がリードフレームとＤＢＣ基板の超音波ウェルディング接合時に下方に押す加圧力を提供するように超音波融着機５１０をＺ軸方向に移動させる。
前記Ｚ軸方向移送手段５３０は、Ｚ軸移送モータ５３１とボールスクリュー５３３およびカプラー５３５を含む。図９に示されたように、前記Ｚ軸移送モータ５３１は、超音波融着機５１０の一側に軸が下方に向かうように配置され、下側に減速機５３１ａが連結される。減速機５３１ａには、スプロケットが結合され、ベルト５３２でボールスクリュー５３３と連結される。前記ボールスクリュー５３３は、前記Ｚ軸移送モータ５３１および減速機５３１ａの側方に並んで垂直に配置され、前記超音波融着機５１０の下側に配置されてボールスクリューブラケット５３３ａに回転可能に取り付けられる。前記ボールスクリュー５３３に結合されたナットブロック５３４は、カプラー５３５により超音波融着機５１０が設けられた支持プレート４１２の下側に結合される。
このような構成を通して、Ｚ軸移送モータ５３１が作動すると、減速機５３１ａを経てベルト５３２を通して回転力が伝達されてボールスクリュー５３３が回転し、ボールスクリュー５３３に結合されたナットブロック５３４が昇降する。これによって、前記ナットブロック５３４と結合されたカプラー５３５が昇降しながら支持プレート４１２および超音波融着機５１０が昇降する。
ここで、前記カプラー５３５は、ナットブロック５３４と支持プレート４１２を連結する単一部材で構成されてもよいが、本発明の好ましい実施例においては、第１カプラー５３５ａと第２カプラー５３５ｂとで構成される。前記第１カプラー５３５ａは、大体、内部にボールスクリュー５３３が挿入され得る空間が形成された円柱状に構成され、下部縁面が前記ナットブロック５３４とボルトなどの締結具により結合される。前記第１カプラー５３５ａの内部には溝が形成されており、ナットブロック５３４の昇降時、ボールスクリュー５３３との干渉が防止される。一方、前記第１カプラー５３５ａの上部には、第２カプラー５３５ｂが結合される。前記第２カプラー５３５ｂは、図９に示されたように、支持プレート４１２を下方で支持するブロック型本体と、それぞれ上下に突設された軸とを含んで構成される。そして、各軸の外周面にはねじ山が形成され、前記第１カプラー５３５ａおよび支持プレート４１２にそれぞれねじ結合される。
一方、前記超音波融着機５１０の昇降時、安定した案内のために、ガイド５３６が備えられることが好ましい。前記ガイド５３６は、ガイドブロック５３６ａとガイド棒５３６ｂとを含む。ガイドブロック５３６ａは、直方体ブロック体であって、中央に垂直に貫通溝が形成され、上記した第２カプラー５３５ｂおよびボールスクリュー５３３が通過できるように構成され、四隅部分には、ガイド棒５３６ｂがスライド可能に結合される。前記ガイド棒５３６ｂは、図９に示されたように、上端が支持プレート４１２の下部に結合され、他端は別の板に結合される。そして、前記支持プレート４１２とガイドブロック５３６ａとの間のガイド棒５３６ｂの外周面には、超音波融着機５１０の下降時、緩衝力を提供するためのばね５３６ｃが介在される。前記ガイドブロック５３６ａは、後述するＸ軸方向移送手段５４０のＸ軸移送モータ５４２と結合され、Ｘ軸方向に移動可能に構成される。
Ｘ軸方向移送手段５４０は、Ｘ軸移送モータ５４２とＸ軸移送ブロック５４６とを含む。前記Ｘ軸移送モータ５４２は、リニアモータで構成され、図８に示されたように、Ｙ軸移送プレート５２４上に結合された垂直ブラケット５４４に取り付けられる。そして、前記Ｘ軸移送ブロック５４６は、Ｘ軸移送モータ５４２の移動子（図示しない）と結合されてＸ軸方向に移送され、上部は、上記したＺ軸方向移送手段５３０のガイドブロック５３６ａに結合され、下部は、ボールスクリューブラケット５３３ａに結合される。そして、前記ボールスクリューブラケット５３３ａとＹ軸移送プレート５２４との間には、ＬＭガイド５３３ｂが設けられる。
一方、超音波ウェルディング部５００は、リードフレームとＤＢＣ基板の接合時、ＤＢＣ基板が動かないように固定するための基板加圧固定手段５５０をさらに含む。前記基板加圧固定手段５５０は、図５および図１０に示されたように、加圧固定具５５２と加圧シリンダ５５４とを含む。加圧固定具５５２は、インデックスレール２００の中央に配置されたＤＢＣ基板を上方で加圧するブロック体であり、上部に配置された加圧シリンダ５５４により昇降移動される。前記加圧シリンダ５５４は、別のブラケットに固定設置される。
図１０には、上述したような超音波ウェルディング部５００でリードフレームとＤＢＣ基板の接合が遂行される様子が示される。先ず、リードフレームは、リードフレーム移送部３００によりインデックスレール２００の超音波ウェルディング作業位置に供給され、リードフレーム移送部３００のクランプ３１０がリードフレームを把持固定している。そして、ＤＢＣ基板は、ピックアップアーム４２２に吸着ピックアップされた状態でインデックスレール２００に供給される。このとき、前記ピックアップアーム４２２は、ＤＢＣ基板を吸着ノズル４２２ａにより吸着した状態で下降し、ＤＢＣ基板の一側を加圧してインデックスレール２００上に固定する。また、インデックスレール２００の上側に備えられた基板加圧固定手段５５０の加圧シリンダ５５４が膨張することで加圧固定具５５２が下降してＤＢＣ基板の他側を加圧してインデックスレール２００上に固定する。このように、リードフレームとＤＢＣ基板がインデックスレール２００上に固定された状態で、超音波融着機５１０のホーン５１２がリードフレームとＤＢＣ基板の接合部を上側で加圧しながら振動を加え、リードフレームとＤＢＣ基板の超音波ウェルディング接合がなされる。このような超音波ウェルディング部５００は、図示されたように、一つ以上の複数個が備えられ、作業時間を短縮できるように構成されることが好ましい。
リードフレームとＤＢＣ基板の接合が完了すると、リードフレーム移送部３００のまた他のクランプ３１０が、リードフレームが接合されたＤＢＣ基板の完製品を把持してアンローディング部６００に移送する。アンローディング部６００には、マガジン６１０が備えられ、移送された完製品が多層積載後、搬出される。
以上、本発明の特定の実施例について詳述した。しかし、本発明の思想および範囲は、このような特定の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲内で多様に修正および変形が可能であるということを、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば理解するだろう。
従って、以上において記述した実施例は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであるので、全ての面で例示的なものであって、限定的ではないものと理解すべきであり、本発明は、請求項の範疇により定義されるだけである。
【符号の説明】
【０００８】
１００：リードフレームローディング部、１１０：スタックローダ
１１１：モータ、１１２：ボールスクリュー
１１２ａ：ナットブロック、１１３：ベルト
１１４：ブラケット、１１５：昇降スタック
１１６：安置部、１１７：ＬＭガイド
１２０：セパレータ、１２１：ピックアップ部材
１２２：ピックアップアーム、１２３：ロータリシリンダ
１２４：ロータリシリンダブラケット、１２５：昇降シリンダ
１２６：昇降シリンダブラケット、１２７：ＬＭシャフト
２００：インデックスレール、２１０：メインフレーム
３００：リードフレーム移送部、３１０：クランプ
３１２：クランプブラケット、３２０：リニアモータ
４００：基板ローディング部、４１０：基板昇降供給モジュール
４１１：基板カートリッジ、４１２：支持プレート
４１３：プッシャ、４１３ａ：昇降棒
４１３ｂ：支持ブロック、４１５：昇降駆動手段
４１５ａ：モータ、４１５ｂ：ボールスクリュー
４１５ｃ：ベルト、４１５ｄ：ナットブロック
４１６ｅ：昇降片、４２０：基板インサートモジュール
４２２：ピックアップアーム、４２２ａ：吸着ノズル
４２２ｂ：エアシリンダ、４２２ｃ：シリンダ支持ブラケット
４２４：水平移送手段、４２４ａ：モータ
４２４ｂ：ボールスクリュー、４２４ｃ：支持板
４２４ｄ：ベルト、４２４ｅ：ナットブロック
４２４ｆ：移送プレート、４２４ｇ：ＬＭガイド
４２６：支持ブラケット、４２６ａ：水平プレート
４２６ｂ：垂直プレート、４２８：昇降手段
４２８ａ：昇降シリンダ、４２８ｂ：ＬＭシャフト
５００：超音波ウェルディング部、５１０：超音波融着機
５１２：ホーン、５１４：支持プレート
５２０：Ｙ軸方向移送手段、５２２：Ｙ軸移送モータ
５２４：Ｙ軸移送プレート、５３０：Ｚ軸方向移送手段
５３１：Ｚ軸移送モータ、５３１ａ：減速機
５３２：ベルト、５３３：ボールスクリュー
５３３ａ：ボールスクリューブラケット、５３３ｂ：ＬＭガイド
５３４：ナットブロック、５３５：カプラー
５３５ａ：第１カプラー、５３５ｂ：第２カプラー
５３６：ガイド、５３６ａ：ガイドブロック
５３６ｂ：ガイド棒、５３６ｃ：ばね
５４０：Ｘ軸方向移送手段、５４２：Ｘ軸移送モータ
５４４：垂直ブラケット、５４６：Ｘ軸移送ブロック
５５０：基板加圧固定手段、５５２：加圧固定具
５５４：加圧シリンダ、６００：アンローディング部
６１０：マガジン
【図１】
0006433618.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
0006433618.tif 000005
【図４（ｂ）】
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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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【図１０】
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