(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディングヘッドベースと、前記ボンディングヘッドベースに設けられた支持手段に被支持部が支持されることによって前記ボンディングヘッドベースに取り付けられたボンディングアームと、前記ボンディングアームに取り付けられた、ボンディング面へのボンディングを行うボンディング手段と、前記ボンディングアームを駆動する駆動手段とを有するボンディングヘッドを備えたボンディング装置であって、前記被支持部は「ハ」の字形状に倣って移動するように前記支持手段に支持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】
前記支持手段は、「ハ」の字状のレールまたは「ハ」の字状の窓構造を成していることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
【請求項３】
前記被支持部は、「ハ」の字状のレールまたは「ハ」の字状の窓構造を成していることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
【請求項４】
前記支持手段、および／または、前記被支持部には、回動自在な転がり部材が備えられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のボンディング装置。
【請求項５】
前記支持手段または前記被支持部には、「ハ」の字状のレールが設置されており、前記被支持部または前記支持手段は、前記レールに沿ってスライドするスライダに支持されていることを特徴とする請求項１に記載のボンディング装置。
【請求項６】
前記被支持部または前記支持手段は、前記スライダに備えられた玉軸受に支持されていることを特徴とする請求項５に記載のボンディング装置。
【請求項７】
前記スライダに前記駆動手段が連結されていることを特徴とする請求項５または６に記載のボンディング装置。
【請求項８】
前記「ハ」の字状の窓構造の支持手段若しくは前記「ハ」の字状の窓構造の被支持部と前被支持部若しくは前記支持手段との間、または、前記スライドと該スライドがスライドする前記「ハ」の字状のレールとの間は、非接触にて結合されていることを特徴とする請求項２から７のいずれかに記載のボンディング装置。
【請求項９】
前記非接触の結合が、エアー軸受あるいは磁気軸受にて達成されていることを特徴とする請求項８に記載のボンディング装置。
【請求項１０】
前記ボンディングツールが前記ボンディング面に接触するときに、「ハ」の字形状の、前記支持手段と前記被支持部との接触部若しくは最近接部に立てられた二つの垂線の交点が、前記ボンディング面が存在している平面上に位置していることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のボンディング装置。
【請求項１１】
前記ボンディングツールが前記ボンディング面に接触するときに、前記ボンディング手段が前記ボンディング面に垂直であることを特徴とする請求項１０に記載のボンディング装置。
【請求項１２】
前記ボンディングアームが、超音波エネルギーを前記ボンディング手段へ伝達するホーンであることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のボンディング装置。
【請求項１３】
前記ボンディング手段が、キャピラリ、ウエッジまたはＴＡＢリードをボンディングするツールであることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のボンディング装置。
【請求項１４】
前記駆動手段が、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）であることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のボンディング装置。
【請求項１５】
前記ボンディングヘッドベースは、上方から支持されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに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、ボンディング装置のボンディングヘッドに関し、特にボンディング時におけるボンディングアームの揺動中心をボンディングヘッドベースより下に位置させることが可能であるボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤボンダ、シングルポイント型のＴＡＢ（Tape Automated Bonding）リードボンダなどは、その動作機構によって、直動型と揺動型に分類される。図６は、直動型のボンディング装置のボンディングヘッドを、ワイヤボンダを例として、示している。図６に示すように、直動型ボンディング装置のボンディングヘッド６０１のボンディングヘッドベース６０２に取り付けられたガイド６２０によって支持されたボンディングアーム６０３が、ボイスコイルモータ（以下、ＶＣＭ）６０４の働きによってガイド６２０に沿って上下運動し、ボンディングアーム６０３に取りつけられたボンディングツール６０５が、搬送ユニット６２１上のワークのボンディング面６０７の電極に対してボンディングを行う。このような直動型ボンディング装置は、一般に、ボンディングアーム６０３の上下動のイナーシャが大きく、高速動作が困難であるとともに、ボンディング時の衝撃荷重が大きいという欠点を有する。
【０００３】
一方、揺動型ボンディング装置は、一般に、ボンディングアームのイナーシャを小さく構成でき、したがって高速化を図ることが可能であり、同時にボンディング時の衝撃荷重を抑制できることが知られている。図７は、十字板ばねを揺動の支点とした揺動型ボンディング装置のボンディングヘッドの側面図である。図７に示すように、ボンディングヘッド７０１のボンディングヘッドベース７０２に取り付けられた十字板ばね７２２によって支持されたボンディングアーム７０３が、ＶＣＭ７０４の働きによって揺動中心７２３を中心として揺動し、ボンディングアーム７０３に取りつけられ、ボンディングワイヤが挿通されたボンディングツール７０５が、搬送ユニット７２１上のワークのボンディング面７０７の電極に対してボンディングを行う。なお、７２４は板ばね押さえである。ボンディングアーム７０３が、揺動中心７２３を中心として揺動することによってボンディングが行なわれるため、ボンディングアームのイナーシャを小さくし、したがって高速化を図ることが可能となり、同時にボンディング時の衝撃荷重を抑制することが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の揺動型ボンディング装置では、品質のよいボンディングをするために、揺動中心７２３がワークのボンディング面７０７内に位置するようにボンディングヘッド７０１を配置し、ボンディングツール７０５が、ワークのボンディング面７０７に垂直に接触・加圧するようにする。そのため、ボンディングヘッドベース７０２は、搬送ユニット７２１の上面よりも下に配置されることとなる。その結果、ボンディングヘッドベース７０２が搬送ユニット７２１を避けるように構成されなければならず、ボンディングエリアが広い場合には、ボンディングアーム７０３が長くなってしまう。このため、ボンディングアーム７０３のイナーシャが増大して高速化を制限する要因となる。
【０００５】
本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、ボンディング面よりも高い位置にボンディングヘッドを支持し、且つボンディング時にボンディングアームの揺動中心がボンディング面内に位置するようにすることによって、ボンディングヘッドをワーク平面よりも高い位置に維持しながら、品質のよいボンディングを行うことが可能な揺動型ボンディング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、ボンディングヘッドベースと、前記ボンディングヘッドベースに設けられた支持手段に被支持部が支持されることによって前記ボンディングヘッドベースに取り付けられたボンディングアームと、前記ボンディングアームに取り付けられた、ボンディング面へのボンディングを行うボンディング手段と、前記ボンディングアームを駆動する駆動手段とを有するボンディングヘッドを備えたボンディング装置であって、前記被支持部は「ハ」の字形状に倣って移動するように前記支持手段に支持されていることを特徴とするボンディング装置、が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図〔（ａ）〕と側面図〔（ｂ）〕である。図１（ａ）に示すように、本実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッド１０１は、ボンディングヘッドベース１０２、ボンディングアーム１０３、ボンディングアーム１０３の各側面について２個の支軸１０３Ａ、ＶＣＭ１０４、キャピラリよりなるボンディングツール１０５、ボンディングヘッドベース１０２に形成されたガイドレール１０６、を有している。ボンディングヘッドベース１０２は、図示が省略されたＸ−Ｙテーブルにより上方から支持されている。２個の支軸１０３Ａは、回転自在にボンディングアーム１０３に取りつけられている。２個の支軸１０３Ａは、また、予圧バネ１１０によって、ガイドレール１０６に押しつけられている。ボンディングアーム１０３は、２個の支軸１０３Ａを、ガイドレール１０６に押しつけられることによって、ボンディングヘッドベース１０２に直接に取り付けられている。ガイドレール１０６は、左右の２本の直線状ガイドレール１０６ａ、１０６ｂより成り、「ハ」の字状の形状を有している。図１において、ガイドレールは、ボンディングヘッドベース１０２の片側側面にのみしか示されていないが、実際には、逆側の側面にも形成されており、そのガイドレールに、予圧バネを介して、ボンディングアーム１０３のさらに２個の支軸が、押しつけられている。
【０００８】
ボンディングヘッド１０１は、全体として、搬送ユニット（図示せず）の上に載置されたワークのボンディング面１０７の図１紙面上方に配置されている。ボンディングアーム１０３には、その駆動源となるＶＣＭ１０４が取り付けられている。ＶＣＭ１０４を有するボンディングアーム１０３は、ＶＣＭドライバ（図示せず）からの操作電流（ＶＣＭ電流）がＶＣＭ１０４に供給されることにより、ボンディング面１０７に平行な推力を受けて駆動され、ボンディングヘッドベース１０２の両側面にあるガイドレールをガイドとして、ボンディングヘッドベース１０２の紙面前方の側面のガイドレール１０６とボンディングアーム１０３の２個の支軸１０３Ａとの接点から引いた２本の垂線の交点Ｏと紙面後方の側面の同様の交点とを結ぶ線分である、移動する擬似搖動軸１０９を中心として揺動する。ボンディングアーム１０３の各支軸が回転可能に取りつけられているため、ボンディングアーム１０３の揺動が、スムーズに行われる。
【０００９】
ボンディングアーム１０３の先端には、ボンディングツール１０５が取り付けられている。ボンディングツール１０５の先端にはボンディングワイヤが挿通されており、ボンディングアーム１０３の揺動によって、ボンディングツール１０５の先端がボンディング面１０７上の電極に断続的に接触することによって、ボンディングが行われる。
図１（ｂ）に示すように、ボンディングヘッド１０１は、ボンディングツール１０５がボンディング面１０７に対し垂直であるときに、ボンディングツール１０５の先端がボンディング面１０７に接触するように配置される。このとき、交点Ｏが、すなわち擬似搖動軸１０９がボンディング面１０７内に位置するように、左右のガイドレール１０６ａと１０６ｂとのなす角度が調整されている。
【００１０】
以上説明したように、擬似搖動軸１０９がボンディング面１０７内にあり、ボンディングツール１０５の先端がボンディング面１０７に接触してボンディングを行うときに、ボンディングツール１０５の先端が、ボンディング面１０７に垂直に接触・加圧するため、品質のよいボンディングが可能になる。また、ボンディングヘッドベース１０２、ボンディングアーム１０３、ＶＣＭ１０４、ボンディングツール１０５を含むボンディングヘッド１０１全体が、ワークのボンディング面よりも高い位置にあるため、ボンディングエリアが広い場合にも、ボンディングアーム１０３を長くする必要がなく、したがって、ボンディングアーム１０３のイナーシャが増大して高速化が制限されるということがない。
【００１１】
以上の説明においては、「ハ」の字形状のガイドレールが、その下部のボンディングヘッドベースを全てくりぬいて形成されているが、図２に示すように、ボンディングヘッドベースに窓構造を成して形成されてもよい。また、それらの窓構造を成すガイドは、転がり軸受等の転がり部材で置き換えられてもよい。その場合には、ボンディングアームの支軸は、ボンディングアームに固着されていてもよい。また、それらの窓構造を成すガイドは、エアー軸受あるいは磁気軸受等の非接触支持構造で置き換えられてもよい。その場合には、支軸は、窓構造の内壁の一部に沿う形状の部材に置き換えられる。
【００１２】
〔第２の実施の形態〕
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図である。図３において、図１に示す第１の実施の形態の部分と同等の部分には、下２桁が共通する参照番号を付し、重複する説明は省略する。本実施の形態においては、ボンディングアーム２０３の各側面に「ハ」の字状の形状の支軸２０３Ａが固着されている。ボンディングヘッドベース２０２には、２個のガイドローラ２１１が回転自在に取りつけられている。支軸２０３Ａは、予圧バネ２１０によって、２個のガイドローラ２１１に押しつけられている。動作は、第１の実施の形態の場合と同様である。即ち、ボンディングアーム２０３は、操作電流がＶＣＭ２０４に供給されることにより、ボンディング面２０７に平行な推力を受けて駆動され、ボンディングアーム２０３の支軸２０３Ａは、ボンディングヘッドベース２０２の両側面にある２個のガイドローラ２１１をガイドとして、擬似搖動軸２０９を中心に揺動する。
【００１３】
ボンディングヘッド２０１は、ボンディングツール２０５がボンディング面２０７に垂直であるときに、ボンディングツール２０５の先端がボンディング面２０７に接触するように配置される。このとき、２個のガイドローラ２１１と支軸２０３Ａとの接点から引いた２本の垂線の交点Ｏが、ボンディング面２０７内に位置するように、「ハ」の字状の支軸２０３Ａの左右の直線部のなす角度が調整されている。
【００１４】
なお、本実施の形態において、支軸２０３Ａは、予圧バネ２１０により２個のガイドローラ２１１に押しつけられて保持されているが、予圧バネを用いずに、その上下をガイドローラで挟持される構造にしてもよい。また、ボンディングアームの支軸のガイドとして、ローラが使用されたが、ローラに限定されることなく、転がり部材を備えた軸あるいは固定軸など、ボンディングアームの支軸を支持しつつボンディングアームの支軸の移動を容易にする構造のものはいずれも用いられ得る。さらに、支軸２０３Ａは、窓構造を成して形成されてもよい。その場合には、２個のガイドローラ２１１は、窓構造の内部に、窓構造の内壁に接して形成される。また、それらの窓構造を成す支軸は、転がり軸受等の転がり部材で置き換えられてもよい。その場合には、ガイドローラは、ボンディングヘッドベースに固着された固定軸であってもよい。また、それらの窓構造を成す支軸は、エアー軸受あるいは磁気軸受等の非接触支持構造で置き換えられてもよい。その場合には、ガイドローラは、窓構造の内壁の一部に沿う形状の部材に置き換えられる。
【００１５】
〔第３の実施形態〕
図４（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの側面図である。図４（ａ）において、図１に示す第１の実施の形態の部分と同等の部分には、下２桁が共通する参照番号を付し、重複する説明は省略する。本実施の形態においては、ボンディングアーム３０４の紙面表側と裏側の両側面に、２個の支軸３０３Ａが固着されており、支軸３０３Ａは、スライダ３１２の基部３１２ｂ先端に設けられた玉軸受３１２ｃに支承されている。ボンディングヘッドベース３０２には、「ハ」の字状のガイドレール３０６が固定されている。スライダ３１２の先端部３１２ａは、ガイドレール３０６に沿って移動するように、ガイドレール３０６に連結されている。図４（ｂ）は、ガイドレール３０６とスライダ３１２との連結部の断面図である。図４（ｂ）に示すように、ガイドレール３０６の断面は、「ロ」の字に切り込みを入れた形状を有しており、この切込みよりも大きな幅を持つ、スライダ３１２の先端部３１２ａを、ガイドレール３０６にはめこむことによって、ガイドレール３０６とスライダ３１２とが、連結されている。
【００１６】
ボンディングアーム３０３は、操作電流がＶＣＭ３０４に供給されることにより、ボンディング面３０７に平行な推力を受けて駆動され、ボンディングアーム３０３の支軸３０３Ａは、ボンディングヘッドベース３０２の両側面にある２個のガイドレール３０６に沿ってスライダ３１２が移動することによって、ボンディングアーム３０３の擬似搖動軸３０９を中心に揺動する。
【００１７】
ボンディングヘッド３０１は、ボンディングツール３０５がワークのボンディング面３０７に垂直であるときに、ボンディングツール３０５の先端がボンディング面３０７に接触するように配置される。このとき、２個の支軸３０３Ａの中心からガイドレール３０６に下ろした垂線の交点がボンディング面３０７内に位置するように、「ハ」の字状のガイドレール３０６の左右の直線部のなす角度が調整されている。
【００１８】
なお、本実施の形態において、スライダ３１２はガイドレール３０６に機械的に支持される構造としたが、ガイドレール３０６とスライダ３１２の先端部３１２ａとを磁性材料で形成し、スライダ３１２の先端部３１２ａをガイドレール３０６内の空間に浮上させることによって支持するなど、スライダを支持しつつボンディングアームの支軸の移動を容易にするものであれば、ガイドレールとスライダとの連結構造として、いずれも用いられ得る。また、ガイドレールは、ボンディングアーム側に設けてもよい。その場合には、ボンディングヘッドベースにはスライダの玉軸受に挿入される固定軸が設けられる。
【００１９】
〔第４の実施の形態〕
図５は、本発明の第４の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの側面図である。図５において、図４（ａ）に示す第３の実施の形態の部分と同等の部分には、下２桁が共通する参照番号を付している。本実施の形態において、ＶＣＭ４０４がスライダの先端部４１２ａに接続されている点を除けば、本実施の形態のボンディング装置の構造および動作は、第３の実施の形態と同様である。
【００２０】
以上、本発明をその好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明のボンディング装置は、上述した実施の形態のみに制限されるものではなく、本願発明の要旨を変更しない範囲で種々の変化を施したボンディング装置も、本発明の範囲に含まれる。例えば、ＶＣＭの駆動方向は、ボンディング面に平行に限られず、擬似搖動軸を中心にボンディングツールが揺動するようなトルクを発生させるような方向であれば、どのような方向であってもよい。また、ボンディングアームやボンディングヘドベースに取りつけたローラ、玉軸受、スライダ等は、２個に限定されず、複数個であれば何個であってもよい。さらに、ボンディングアームは超音波エネルギーを伝達するホーンであってもよい。また、ボンディングツールは、ウエッジボンディングを行うウエッジであってもよい。さらに、ＴＡＢリードをシングルポイント方式でボンディングするツールであってもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るボンディング装置は、ボンディングヘッドをボンディング面よりも高い位置に支持しながら動作可能であるため、そしてこの構造を簡素な構成により実現できるため、広いボンディングエリアのボンディングにおいても、搬送ユニット等の影響を受けずに、ボンディングアームのイナーシャを低くして、高速動作を可能にする。
また、本発明に係るボンディング装置は、ボンディング時において、ボンディングアームの揺動中心をボンディング面と一致させることが可能であるため、高品質のボンディングが実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図〔（ａ）〕と側面図〔（ｂ）〕。
【図２】  本発明の第１の実施の形態に係る他のボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図。
【図３】  本発明の第２の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの斜視図。
【図４】  本発明の第３の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの側面図〔（ａ）〕とＡ−Ａ線に沿う断面図〔（ｂ）〕。
【図５】  本発明の第４の実施の形態に係るボンディング装置のボンディングヘッドの側面図。
【図６】  従来のボンディング装置のボンディングヘッドの側面図。
【図７】  従来の別のボンディング装置のボンディングヘッドの側面図。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１、６０１、７０１  ボンディングヘッド
１０２、２０２、３０２、４０２、６０２、７０２  ボンディングヘッドべース
１０３、２０３、３０３、４０３、６０３、７０３  ボンディングアーム
１０３Ａ、２０３Ａ、３０３Ａ、４０３Ａ  支軸
１０４、２０４、３０４、４０４、６０４、７０４  ＶＣＭ
１０５、２０５、３０５、４０５、６０５、７０５  ボンディングツール
１０６、１０６ａ、１０６ｂ、３０６、４０６  ガイドレール
１０７、２０７、３０７、４０７、６０７、７０７  ボンディング面
１０８、２０８、３０８、４０８  揺動方向
１０９、２０９、３０９、４０９  擬似搖動軸
１１０、２１０  予圧バネ
２１１  ガイドローラ
３１２  スライダ
３１２ａ  スライダの先端部
３１２ｂ  スライダの基部
３１２ｃ  玉軸受
６２０  ガイド
６２１、７２１  搬送ユニット
７２２  十字板ばね
７２３  揺動中心
７２４  板ばね押さえ
【図１】
0003956773.tif 000002
【図２】
0003956773.tif 000003
【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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