説明

ワイヤーボンディング機械のためのボンドヘッド連結アセンブリ

【解決手段】 ボンディング機械と併用するためのボンドヘッドアセンブリは、ワイヤーボンディングツールと、前記ワイヤーボンディングツールと前記ボンディング機械の間に連結された連結機構とを含む。この連結機構は、フレームと、このフレームに枢着された複数のアーム連結部材と、前記ワイヤーボンディングツールを支持し前記アーム連結部材のそれぞれに枢着されたツール支持部材とを含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は2005年6月15日出願済み米国特許出願第11/152,861号(言及によりその内容を本明細書に組み込むものとする)に基づく利益を主張するものである。
【0002】
本発明は、ワイヤーボンディング機器に関し、より具体的には、ワイヤーボンディング機械用の連結アセンブリに関する。
【背景技術】
【0003】
ワイヤーボンディング機械は、通常、そのワイヤーボンディング機械で結合する金属ワイヤーを受容するキャピラリーなどのワイヤーボンディングツールを含む。結合されたワイヤーを使用する一例は、半導体装置(ダイなど)を基板(回路基板など)に電気的に連結する場合である。特定のワイヤーボンディング機械では、ワイヤーボンディング中、ボンドヘッドによりキャピラリーがワークピース(被加工物)に対し上下に移動される。ボールボンディング工程では、ワイヤー先端にボール(free air ball)を形成する工程において、ボンディングツールの垂直運動によりワイヤー端部へのアクセスも可能である。
【0004】
ある種の従来のワイヤーボンディング機械にはツールアーム部材が含まれ、このアーム部材はその一端付近でキャピラリーを支持する。このツールアーム部材は、その反対端付近において水平軸の回りで枢動するよう支持される。この水平軸回りでのツールアーム部材の枢動により、ワイヤーボンディングツールに望ましい垂直(Z軸)方向の運動をさせることができる。ただし、このツールの動きは水平成分および垂直成分の双方を含む、弧に沿ったものであるため、直線的な動き(例えば垂直成分のみ)が望ましい場合も、このツールアーム部材は同時に平行移動されうる。このツールアーム部材が枢動すると、支持されているツールも不要に枢動してしまう。このようなツール枢動の結果、ルーピング軌跡の一貫性は失われてしまう。
【0005】
ある種の従来のワイヤーボンディング機械におけるボンディング可能領域は、ツール支持アーム部材の位置またはその下にある前記ツール支持アーム部材の支持構造がワークピースと干渉することにより制限される。したがって、このようなワイヤーボンディング機械でカバーできる面積は、このツール支持アーム部材の長さにより制限されてしまう。従来のワイヤーボンディング機械による潜在的な到達範囲は、その機械の「首」(throat)と呼ばれる場合がある。
【0006】
ある種のワイヤーボンディング機械には、ワークピースに対してワイヤーボンディングツールを上下に移動させるための連結機構が含まれている。この連結機構には、ツール支持部材と、このツール支持部材に枢着され上部から支持されている一対のアーム連結部材が含まれている。これらのアーム連結部材は、その仮想延長線が前記ツール支持部材の下の点で交差することにより干渉を最小化して「首」を伸ばせるよう互いに斜角を成している。しかし、この機構の運動中の前記ツール支持部材の動きには、水平成分および垂直成分の双方が含まれ、また、このツール支持部材はこの機構の運動中に枢動する。
【0007】
このため、ワイヤーボンディングツールを上下に移動させて従来のワイヤーボンディング機械に関する特定の短所を克服する機構を含むワイヤーボンディング機械を提供することが望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の例示的な実施形態によると、ボンディング機械と併用するためのボンドヘッドアセンブリは、ワイヤーボンディングツールと、このワイヤーボンディングツールおよび前記ボンディング機械の間に連結された連結機構とを有する。この連結機構は、フレームと、このフレームに枢着された複数のアーム連結部材と、これらのアーム連結部材の各々に枢着されたカプラー連結部材とを含む。前記カプラー連結部材は、前記ワイヤーボンディングツールを支持する。この機構の前記アーム連結部材は、前記連結機構の動きの範囲内の前記連結機構の少なくとも1つの位置で実質的に互いに平行である。
【0009】
本発明の異なる別の例示的実施形態によると、ワイヤーボンディング機械用の連結アセンブリは、フレームと、一対の枢動連結部材と、ワイヤーボンディングツールを支持するツール支持部材とを有する。前記一対の枢動連結部材は、前記フレームに枢着されており、前記ツール支持部材は、前記枢動連結部材のそれぞれに枢着されている。前記フレームと、前記枢動連結部材と、前記ツール支持部材とは、前記枢動連結部材が同じ角度方向に枢動して前記ツール支持部材が実質的に一定な角度配向になるようにする連結機構を画成する。
【0010】
本発明のさらに異なる別の例示的実施形態によれば、ワイヤーボンディング機械のワイヤーボンディングツールをワークピースに対し上下に移動させる連結アセンブリが提供される。この連結アセンブリは、フレームと、実質的に平行な一対の枢動部材と、前記ワイヤーボンディングツールを支持するツール支持部材とを有する。前記枢動部材は前記フレームに枢着され、前記ツール支持部材は前記枢動部材のそれぞれに枢着されて、4棒機構を画成している。前記一対の枢動部材は、前記4棒機構の動きの範囲内の前記4棒機構の少なくとも1つの位置で実質的に互いに平行である。
【0011】
さらに異なる別の例示的実施形態によると、ワイヤーボンディング機械のワイヤーボンディングツールを垂直方向に変位させる連結機構は、前記ワイヤーボンディングツールを支持するよう適合したツール支持部材と、第1および第2のアーム部材とを有する。これらの各アーム部材は、前記ワイヤーボンディング機械のフレームと、前記ツール支持部材とに、各前記アーム部材の第1および第2の位置でそれぞれ枢着されている。前記アーム部材のそれぞれの枢動長は、前記アーム部材の前記第1の位置および前記第2の位置の間に画成される。前記第1のアーム部材の枢動長は、この第1のアーム部材の前記第2の位置に、垂直成分および水平成分を有した軌跡を提供する。前記第2のアーム部材の枢動長は前記第1のアーム部材の枢動長より短く、これにより前記ツール支持部材が前記フレームに対し枢動する。前記ツール支持部材が枢動する結果、前記第1のアーム部材に対し、水平成分を含む前記ツールのツール枢動が生じる。前記第1のアーム部材の軌跡および前記ツール枢動の前記水平成分は、実質的に等しく互いに反対方向であるため、実質的に直線的な動きを前記ワイヤーボンディングツールに提供することとなる。
【0012】
さらに異なる別の例示的実施形態によれば、ワイヤーボンディング機械の連結機構を構成する方法が提供される。この方法は、前記ワイヤーボンディングツールについて望ましい垂直変位量を決定する工程を含む。また、前記ワイヤーボンディングツールを支持するよう適合したツール支持部材が提供される。第1および第2のアーム部材も提供され、これらはそれぞれ前記ワイヤーボンディング機械のフレームと、前記ツール支持部材とに、前記アーム部材の第1および第2の位置でそれぞれ枢動自在に連結するよう適合している。この方法は、前記第1のアーム部材の前記第2の位置用に事前選択された軌跡を提供するため、前記第1のアーム部材の前記第1の位置および前記第2の位置の間に画成される前記第1のアーム部材の枢動長を決定する工程も含む。この方法は、前記ワイヤーボンディング機械の前記フレームに対し、事前選択された枢動角度だけ前記ツール支持部材を枢動させるよう選択される、前記第2のアーム部材の枢動長を決定する工程を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明は、ワークピース(被加工物)にワイヤーをボンディング(結合)するため使用されるワイヤーボンディング機械に関する。用語「ワークピース」は、ダイやチップなどの半導体装置、またこれらの半導体装置がボンディングされたワイヤーにより電気的に接続されるプリント基板やリードフレームなどの基板を広義に含むよう意図されている。
【0014】
本明細書における用語「ワイヤーボンディングツール」とは、ボンディングワイヤーを受容し、ワイヤーをワークピースにボンド(結合)するよう適合したワイヤーボンディング機械の任意のツール(キャピラリーツールなど)を指す。
【0015】
本明細書における用語「ボンドヘッド」とは、ワイヤーボンディングツールを支持する、ワイヤーボンディング機械の任意の構造を指す。
【0016】
本明細書における用語「閉ループ連結アセンブリ」とは、継手で相互連結されて閉リンクを形成する、実質的に硬質な一連の部材を指す。
【0017】
本明細書における用語「連結機構」とは、アセンブリの2若しくはそれ以上の連結が固定連結に対し移動自在である連結(リンク)アセンブリを指す。
【0018】
本明細書における用語「平面状連結機構」とは、機構の動きが略平面状である連結機構を指す。この用語は、実質的に平面状な棒(バー)またはプレート部材を含む機構に限定されるよう意図したものではない。したがって、その連結部材は、運動平面から実質的に横方向に延出した寸法を有しうる。
【0019】
本明細書における用語「フレーム」または「フレーム連結部材」とは、連結機構の固定連結を指す。
【0020】
本明細書における用語「4棒連結」とは、フレームと、このフレームに枢着された一対の側部連結部材と、これら側部連結部材の各々に枢着されたカプラー連結部材とを含む閉ループ連結アセンブリを指す。
【0021】
本明細書における用語「…に連結された(coupled to)」と「…および…の間に連結された(coupled between)」と「…に連結された(connected to)」とは、直接相互連結された要素と、1若しくはそれ以上の中間要素により相互接続された要素との双方を広義にカバーするよう意図したものである。
【0022】
図面を参照すると、同様な参照番号は同様な要素を表しており、図1aには、本発明の第1の例示的実施形態に係るワイヤーボンディング機械と併用するボンドヘッドアセンブリ100が例示されている。このボンドヘッドアセンブリ100は、図の実施形態に示したキャピラリー104などのワイヤーボンディングツールを支持するツール支持部材102を含み、このワイヤーボンディングツール104を、その下位にあるワークピース106に対し、上方および下方の位置間で移動させる機構を提供する。以下より詳しく説明するように、このボンドヘッドアセンブリ100は、前記ワイヤーボンディングツール104をこのツール104の上方にある位置から支持する。この構成は、支持構造がワイヤーボンディングツールの位置またはその下の位置にある従来のワイヤーボンディング機械と比べ、より長い首を前記ワイヤーボンディング機械に提供することが望ましい。また、この第1の例示的実施形態の機構は、この機構の動きの範囲全般にわたり、前記ワイヤーボンディングツールおよびワークピースの直交性を維持することが望ましい。
【0023】
図示した実施形態のキャピラリー104は、トランスデューサ108により支持されており、このトランスデューサ108は、前記ツール支持部材102に下端に隣接して前記ツール支持部材102に固定されている。前記トランスデューサ108は、固定部材を使って前記ツール支持部材102に固定されれることが好ましい。ただし、溶接など前記トランスデューサ108を固定するいかなる適切な手段も使用しうる。このトランスデューサ108は、前記キャピラリー104に係合しており、このキャピラリー104に振動エネルギーを伝達して、ボンドワイヤーと、半導体装置または基板との間のボンディング相互作用を促進する。トランスデューサは、それ自体よく知られているため、付加的な説明は不要とする。
【0024】
前記ボンドヘッドアセンブリ100は、前記キャピラリー104および前記トランスデューサ108の上方で前記ツール支持部材102に固定されたワイヤークランプ112も含む。このワイヤークランプ112は、供給システム(図示せず)からのボンドワイヤーを受容し、そのワイヤーを前記キャピラリー104へ垂直下方に方向付けるよう適合している。このワイヤークランプ112は、前記キャピラリー104からのボンドワイヤー供給排出を無効または有効にするため、ボンドワイヤーをそれぞれ係合またはリリースするよう適合している。前記ワイヤークランプ112は、これ自体よく知られているため、付加的な説明は不要とする。
【0025】
前記ツール支持部材102は、上方アーム連結部材および下方アーム連結部材118、120も含む連結アセンブリ116の一部を形成する。これら上方アーム連結部材および下方アーム連結部材118、120は、実質的に互いに平行になるよう構成されることが好ましい。前記上方アーム連結部材および前記下方アーム連結部材118、120は、枢動軸122a、122bの回りでそれぞれ枢動するよう前記ツール支持部材102に枢着されている。これら上方アーム連結部材および下方アーム連結部材118、120は、前記ツール支持部材102の両側でそれぞれ前記ツール支持部材102に連結されることが好ましい。
【0026】
ボンドヘッドアセンブリ100の前記連結アセンブリ116は、連結支持部材124も含む。この連結アセンブリ116の前記上方アーム連結部材および前記下方アーム連結部材118、120は、枢動軸126a、126bの回りでそれぞれ枢動するよう前記連結支持部材124に枢着されている。この連結支持部材124は、前記ボンドヘッドアセンブリ100に対し固定されたフレームを前記連結アセンブリ116に提供している。前記連結アセンブリ116のフレームに適用される用語「固定(された)」は、前記アーム連結部材枢118、120の動作用に対する該フレームの角度配向について言及しているものである。したがって、このフレームは自由に平行移動し、あるいは可変方向に移動することができる。
【0027】
前記連結アセンブリ116は閉ループ連結アセンブリであり、実質的に硬質の部材が継手で相互接続されて閉リンクを形成しているアセンブリである。この連結アセンブリ116は、4棒機構として知られている一種の閉ループ連結アセンブリを画成しており、これは前記固定フレームに対し移動自在な3つの部材を有する平面状の機構である。これらの可動部材は、別個の枢動軸の回りで枢動するよう、離間された位置で前記フレームに枢着された一対の枢動連結部材を含む。他の可動部材はカプラー連結部材と呼ばれることがあり、前記枢動連結部材の各々に枢着されている。この4棒機構の前記枢動連結部材が実質的に平行な場合、この構成はときに平行四辺形機構と呼ばれ、前記カプラー連結部材の角度配向は、前記枢動連結部材の枢動中、一定であり続ける。
【0028】
平行四辺形機構であるボンドヘッドアセンブリ100の前記連結アセンブリ116に適用した場合、ツール支持部材102およびアーム連結部材118、120は、それぞれ前記機構の前記カプラー連結部材および枢動連結部材を画成することになる。ボンドヘッドアセンブリ100の前記アーム連結支持部材124は、前記機構の枢動作用について固定されており、この平行四辺形機構のフレームを画成する。図2および図4を比べると理解されるであろうが、上方および下方の位置間の前記機構の動きの範囲全般にわたり、前記アーム連結部材118、120は実質的に互いに平行であり続け、ツール支持部材102の角度配向は実質的に一定であり続ける。
【0029】
図示したボンドヘッドアセンブリ100は、枢動位置122a、122b、126a、126bで前記連結アセンブリ116の部材間に相対的な枢動を提供するコネクタ手段128を含む。このコネクタ手段128は、取り外し自在な連結を提供するためのネジ、スタッド、ボルト、ナットといったピンやネジ式固定部材を含み、あるいはより永久的な取り付けが望ましい場合はリベットを含みうる。図示したボンドヘッドアセンブリ100は、望ましい相対枢動を提供するため前記枢動位置にコネクタ手段128を含んでいるが、本発明はそれに限定されるものではない。実質的に硬質の部材間に相対的な枢動を提供するかなる適切な手段も使用しうる。
【0030】
図示したボンドヘッドアセンブリ100は、ワークピース106に対し、Y軸などの水平軸に沿って前記ツール支持部材102を平行移動させるため、直線状摺動機構の摺動部材130に取り付けられている。前記摺動部材130は、前記摺動部材自体を支持するため、各側面に沿ってV字状の溝130aを画成している。直線状の摺動機構は、それ自体よく知られているため、付加的な説明は不要とする。前記連結支持部材124は、摺動部材130の下方表面から実質的に硬質に下方へ延長しており、前記枢動位置126a、126bで前記上方アーム連結部材および前記下方アーム連結部材118、120に枢動自在な支持を提供している。
【0031】
図示したボンドヘッドアセンブリ100は、ワークピース106に対して水平方向の平行移動を前記ワイヤーボンディングツールに提供するため、直線状の摺動機構に取り付けられた状態で示されているが、本発明はそれに限定されるものではない。水平方向のツール移動を提供するには、X−Y位置決め装置など他の手段を使用するか、前記ワイヤーボンディング機械の一部を垂直軸の回りに枢動させてもよい。
【0032】
前記ボンドヘッドアセンブリ100は、ワークピース106に対し前記ツール支持部材102を上下に移動させる駆動システム132を含むことが好ましい。この駆動システム132は、一対の永久磁石134と、これら一対の永久磁石134間に画成された空間に位置する通電可能なコイル136とを含む。図示した駆動システム132の磁石134は、その一部が摺動部材130の中央開口部138により受容される。図2を参照すると、コイル支持部材140は、前記コイル136を支持しており、このコイル136と、連結アセンブリ116の前記上方アーム連結部材118との間に連結されている。前記駆動システム132は磁気回路を提供するものであり、この磁気回路では、通電時の前記コイル136および前記永久磁石134の間の電磁相互作用により前記スライド部材130に対し前記連結アセンブリ116が駆動されて、前記ツール支持部材102が上下に移動される。前記駆動システムは、必ずしも示したように前記枢動軸122a、122b、126a、126bの間に配置する必要はなく、また必ずしも前記上方アーム連結部材118に係合する必要はない。この代替例として、前記駆動システムは、枢動軸126a、126bの後方でツール支持部材102の反対側に配置でき、前記下方アーム連結部材120に対し駆動するよう係合させることができる。このような構成は、前記連結アセンブリ116を駆動するため大きな力が必要になりうるが、均衡上および動的安定性上の理由からは望ましいことがある。また、図示した駆動システム132は一対の永久磁石134および中間コイル136を含んでいるが、ワイヤーボンディング機械に対し前記連結アセンブリを移動させる代替システムも企図されている。
【0033】
図1および図2を参照すると、前記ボンドヘッドアセンブリ100は、前記ツール支持部材102に運ばれる前記キャピラリー104がワークピース106に直接的または間接的に接触する位置に配置されるよう、ワークピース106に対し下方へ移動された位置で示されている。図3および図4を参照すると、前記連結アセンブリ116は、駆動システム132により駆動されて、前記アーム連結部材118、120を前記図面に示した視点から時計回り方向に枢動させている。示したように、前記フレーム部材124に対し前記アーム連結部材118、120が枢動することにより、前記ツール支持部材102が上方へ移動されて、前記キャピラリー104がワークピース106から分離される。
【0034】
前記連結アセンブリ116の前記上方アーム連結部材および前記下方アーム連結部材118、120は、前記枢動位置122a、122b、126a、126bが前記アーム連結部材118、120の端部に隣接して位置するよう、長さが決定される。ただし、これらアーム部材連結118、120のどちらか一方または双方が前記枢動位置を越えて延出する端部を有しうることは言うまでもない。
【0035】
図2および図4の比較により示されるように、前記ツール支持部材102の角度配向は、この連結アセンブリ116が前記下方および上方の位置の間で運動する間、実質的に一定であり続ける。その結果、前記キャピラリー104の垂直配向は、実質的に一定であり続ける。これにより、前記連結アセンブリ116の動きの範囲全般にわたり、ワークピース106に対する前記キャピラリー104の直交性が保たれる。前記キャピラリー104の直交性が保たれることにより、このキャピラリー104を通じて供給されるボンドワイヤーの経路は、ループ形成中、前記ワイヤーボンディング機械により前記ツール支持部材102が平行移動される方向にかかわらず一定であり続ける。このキャピラリー配向の同一性は、ループ形状の一貫性に寄与することが望ましい。
【0036】
図示した連結アセンブリ116は、実質的に平行な一対のアーム連結部材118、120を含んでいる。前記ボンドヘッドアセンブリは、可能性として前記ツール支持部材102に枢着された実質的に平行な追加アーム連結部材を含みうる。
【0037】
図2を参照すると、前記枢動位置122aおよび126a間の距離は、上方アーム連結部材118の枢動長を画成している。同様に、前記枢動位置122bおよび126b間の距離は、下方アーム連結部材120の枢動長を画成している。アーム連結部材118、120各々の枢動長により、前記連結アセンブリ116が前記下方のおよび上方の位置の間で運動する間、前記枢動位置122a、122bがそれぞれ辿る移動軌跡が決定する。前記アーム部材連結部材118の枢動長が前記アーム部材連結部材120の枢動長に実質的に等しいため、ボンドヘッドアセンブリ100の前記連結アセンブリ116は、実質的に一定な角度配向を前記ツール支持部材102に提供するよう機能する。その結果、アーム連結部材118、120の前記枢動位置122a、122bの軌跡は、実質的に等しくなる。
【0038】
平行四辺形機構にはある種の利点があるが、本発明はそれに限定されるものではない。前記アーム連結部材の前記枢動長を調整することにより、4棒機構は、特定の望ましい特徴を提供するようカスタマイズが可能である。例えば、上記のように、平行四辺形機構では前記ツール支持部材の動きに望ましくない水平成分が含まれる。支持されたキャピラリーが直線運動(例えば垂直方向のみ)することが望まれる場合は、この平行四辺形機構を同時に平行移動させて前記ツールの動きの水平成分を相殺することが可能である。
【0039】
機構の動きについて望ましい特徴を提供するため4棒連結機構を調整する例示的な方法とは、次のとおりである。以下の説明において、前記連結機構は第1および第2のアーム連結部材を含んでおり、これらアーム連結部材は、フレームおよびツール支持部材に枢動自在に連結するよう適合した第1および第2の位置をそれぞれ画成している。各アーム部材の枢動長は、そのアーム部材の前記第1の位置および前記第2の位置間の距離により画成される。
【0040】
前記第1のアーム連結部材の枢動長は、この第1のアーム連結部材が前記フレームに対し枢動した場合に、この第1のアーム連結部材の前記第2の位置の軌跡が決定するよう選択される。この第1のアーム連結部材の軌跡が確立されると、前記第2のアーム連結部材の枢動長は、上方および下方の位置間の前記機構の動きの範囲にわたり前記フレームに対し事前選択された角度だけ前記ツール支持部材が枢動されるよう選択される。
【0041】
このツール支持部材は、キャピラリーなどのワイヤーボンディングツールを、前記第1のアーム部材の前記第2の位置から一定距離をおいて支持している。前記ツール支持部材が前記フレームに対し枢動することにより、前記キャピラリーは、前記第1のアーム部材の前記第2の位置の回りでツール枢動を生じる。前記ツール支持部材の枢動角度は、前記第1のアーム部材の前記第2の位置の回りで一定のツール枢動がもたらされ、これによりこの4棒連結機構に望ましい運動学的特徴または慣性的特徴がもたらされるよう選択される。
【0042】
図5を参照すると、本発明の第2の例示的実施形態に係るボンドヘッドアセンブリ200が示されており、この場合、アーム部材の枢動長は、支持されているキャピラリー204に実質的に直線状の動きを提供するよう調整されている。前記ワイヤーボンディングツール104の直線的なZ軸運動は、同時平行移動を要する先行機械の非直線的な動きと比べ、望ましい態様で前記ワイヤーボンディングツールの運動制御を簡易化する。
【0043】
前記第1の例示的なボンドヘッドアセンブリ100と同様、このボンドヘッドアセンブリ200はツール支持部材202を含み、このツール支持部材202は、キャピラリー204を支持し、このキャピラリーをその下方にあるワークピース206に対し、上方および下方の位置間で移動させる。前記ボンドヘッドアセンブリ200は、前記キャピラリー204に係合したトランスデューサ208と、ワイヤークランプ212とを含む。このボンドヘッドアセンブリ200は、前記機構を上下に移動させる駆動システムなしで図示しているが、言うまでもなく、この駆動システムとしては前記ワイヤーボンディングツール204を上下に移動させる任意の適切な手段を使用することができる。
【0044】
前記ツール支持部材202は、上方アーム部材および下方アーム部材218、220と、フレーム部材224とにより、4棒機構の連結を形成している。前記上方アーム連結部材および前記下方アーム連結部材218、220は、枢動軸の位置226a、226bの回りでそれぞれ枢動するよう前記フレーム部材224に枢着されている。前記上方アーム連結部材および前記下方アーム連結部材218、220は、位置222a、222bの回りでもそれぞれ枢動するよう前記ツール支持部材に枢着されている。
【0045】
ボンドヘッドアセンブリ100のフレーム部材124と同様、図示したボンドヘッドアセンブリ200の前記フレーム部材224も、対向するV字状の溝230aを画成する直線状摺動機構の摺動部材230の下方面から下方へ延出している。フレーム部材224は前方へ延出した部分を含んでおり、この部分に、上方アーム連結部材218の前記枢動軸の位置226aが、下方アーム連結部材220の前記枢動軸の位置226bより前方に位置するよう前記上方アーム連結部材218が連結されている。これは、上方アーム連結部材および下方アーム連結部材118、120の前記枢動軸の位置126a、126bが実質的に垂直線上に位置するよう整列されている図2のボンドヘッドアセンブリ100の構造と異なる。
【0046】
位置226aが226bより前方にある結果、位置222aおよび位置226a間に画成された上方連結部材218のアーム部材枢動長は、位置222bおよび位置226b間に画成された下方連結部材220のアーム部材枢動長より短くなっている。
【0047】
図6A〜6Cを参照すると、前記ボンドヘッドアセンブリ200がワークピース206に対し、下方へ移動された位置と、一部上方へ移動された位置と、完全に上方へ移動された位置とで、それぞれ示されている。図6Aの下方の位置では、前記上方アーム連結部材および下方アーム連結部材218、220は、実質的に互いに平行になっている。しかし、図6Bおよび図6Cに示すように、上方アーム連結部材および下方アーム連結部材218、220は枢動長が異なるため、結果としてこれら上方アーム連結部材および下方アーム連結部材218、220の枢動量も異なる。その結果、これら上方アーム連結部材および下方アーム連結部材218、220は、前記機構の動きの範囲全体にわたり互いに平行ではあり続けない。結果として、前記ツール支持部材202は、この4棒機構の運動中、前記フレーム部材224に対し枢動することになる。
【0048】
図6Aおよび図6Cを比較すると、前記下方連結部材220は、下方連結部材220の位置222bが垂直成分および水平成分の双方を含む軌跡に沿って移動するよう、位置226bの回りで枢動している。これらの図の視点から見た場合、前記機構は図6Aの下方位置および図6Bの上方位置の間で移動するに伴い、位置222bの軌跡の水平成分は右向きになる。図6Aおよび図6Cを比較するとわかるように、前記ツール支持部材202は、前記機構が前記下方位置および上方位置の間で移動するに伴い、位置222bの回りで枢動する。これらの図の視点から見た場合、前記ツール支持部材202の位置222bの回りの枢動は、時計回り方向である。
【0049】
前記ボンドヘッドアセンブリ200の前記キャピラリー204は、下方アーム連結部材220の位置222bから一定距離をおいて支持されている。その結果、前記キャピラリーには、位置222bに対し、水平成分および垂直成分の双方を有するツール枢動が生じる。図6A〜6Cの視点から見た場合、このツール枢動の水平成分は左向きになる。このように、このツール枢動の水平成分は、下方連結部材220の位置22bの軌跡の水平成分と反対方向になる。
【0050】
位置222bに対する前記ツール支持部材202の枢動角度は、前記ツール枢動の水平成分が前記下方連結部材の軌跡の水平成分に実質的に等しくなるよう選択されている。このため、前記キャピラリー204の水平成分は相殺され、図6A〜6Cにわたる垂直線で示したように、前記キャピラリーに実質的に直線的な(垂直方向にのみ)動きがもたらされる。
【0051】
前記ツール支持部材202の角度配向は一定ではないが、前記位置222bの回りの前記ツール支持部材202の枢動角度は小さく、約1度未満である。これにより、支持されている前記キャピラリー204は、前記ボンドヘッドアセンブリ200の運動中、ワークピース206に実質的に直交し続ける。
【0052】
図示したボンドヘッドアセンブリ200では、前記上方アーム連結部材218は前記下方アーム連結部材220よりアーム部材枢動長を短くしているが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば、企図される代替構成では、前記下方アーム連結部材220の枢動アーム部材長を、前記上方アーム連結部材218の枢動アーム部材長より短くすることができる。
【0053】
ボンドヘッドアセンブリ100およびボンドヘッドアセンブリ200のそれぞれについて、前記上方アーム連結部材および前記下方アーム連結部材は、ワークピース206に対し下方へ移動された位置で実質的に互いに平行である(前記キャピラリー204がボンディングワイヤーにより直接的または間接的にワークピース206に接触するよう位置付けられた場合)。示したように、前記下方の位置において、前記連結部材は、前記キャピラリー204が前記ボンディング面に直交するよう、ワークピース206により画成されるボンディング面にも実質的に平行である。通常、前記キャピラリー204およびワークピース206の接触中には、ワイヤーをボンディング(結合)させるための力が前記キャピラリー204に適用される。このボンディング力が前記キャピラリーに適用されると、結果として前記機構にたわみが生じる。前記連結部材は前記下方の位置で互いに平行であり、前記キャピラリーは(ワークピースに)直交してるため、上記結合力に応答した前記機構のたわみは実質的に垂直方向に生じる。このため、ボンディング力の適用中、前記ボンディングツールに横方向の動きは生じない。ボンディング力の適用中に横方向の動きが生じないことにより、結果として得られるボンドにツールの「横滑り」が与える損傷は制限されることが望ましい。前記下方の位置において前記連結アーム部材218、220は互いに平行であることが好ましいが、前記ツールの接触位置でこれらの連結部材が平行でない他の構成も考えられる。
【0054】
図7A〜7Cを参照すると、上記の実施形態の種々の特徴および利点がグラフで例示されている。図7A〜7Cのグラフは、図1のボンドヘッドアセンブリ100と、図5のボンドヘッドアセンブリ200と、先行ボンドヘッド連結アセンブリについて、それぞれ連結アセンブリが移動している間のツール枢動角度およびツール水平運動を例示したものである。図7Aを参照すると、図1のボンドヘッドアセンブリ100は、これに付随した前記キャピラリー104を、約320ミルの垂直位置へ上方へ移動させるよう適合している。前記キャピラリーが下方の位置(ゼロ)から上方の位置(約320ミル)へ動く間、このキャピラリーは水平方向に約17ミル移動した。しかし、示したように、この機構の運動中のツール枢動角度は、実質的にゼロに等しい。この実施形態については、直線的な運動(垂直方向のみ)が望ましい場合、前記ボンドヘッド100は、水平成分を相殺するため同時に平行移動されうる。
【0055】
図7Bを参照すると、ボンドヘッドアセンブリ200のツール枢動角度およびツール水平運動が例示されている。上記のように、前記下方アーム連結部材の軌跡および前記ツール枢動の水平成分は、ワークピース206に対する前記ツール204の水平運動が実質的にゼロに等しくなるよう、実質的に等しく互いに反対方向である。したがって、ボンドヘッドアセンブリ200の前記連結アセンブリの構成では、この機構の望ましい動きの範囲内で水平方向のツール運動を実質的に排除するため、わずかなツール枢動が妥協され許されている。
【0056】
前記ボンドヘッドアセンブリ100および200のそれぞれの利点は、先行ボンドヘッドアセンブリのツール枢動角度およびツール水平運動を例示した図7Cのグラフを、図7Aおよび図7Bと比べると理解することができる。示したように、この機構の運動中、支持された前記ツールには、前記ツール変位約17ミルの望ましくない水平変位と、5度を超える望ましくない枢動角度およびとの双方が生じる。
【0057】
ボンドヘッドアセンブリ200と、これに付随した、枢動長を変化させて前記連結機構を構成する方法とに関する上記の説明において、望ましい目的は、支持された前記キャピラリー204の水平運動を相殺することである。ただし言うまでもなく、例えば最適な慣性特性または動力要件を提供するなど、水平方向のツール運動を相殺する上記の運動学的利点以外の、もしくはそれに加えた望ましい利点を提供する方法も使用することができる。
【0058】
ワイヤーボンディング機械のワイヤーボンディングツールは、通常、ボールボンディング機械用にルーピングを行うため、もしくはボール(free air ball)形成用のアクセスを提供するため、その下方の接触位置から加速される。所望される高速度を考慮すると、この加速は相当のものでありうる。慣性上の観点からすると、枢動するツールアーム部材の末端部におけるワイヤーボンディングツールの支持は、例えば図7Cの先行ボンドヘッドアセンブリにより提供されるが、駆動システムにより加速しなければならない質量は望ましい速度を達成するよう分布させることが理想的である。このような慣性上の利点は、ひいては動力要件の低減に寄与する。図7Cの構成に付随した望ましい慣性/動力特性(純粋な枢動および分布質量)は、質量が集中している純粋な平行移動システム(エレベーターなど)と対照をなしうる。純粋な平行移動システムでは、そのシステムの質量全体が1ユニットとして、垂直方向の移動経路に沿ってまとめて加速される。ただし、図7Cに例示したように、先行ボンドヘッドアセンブリの枢動ツールアーム部材による前記ツールの支持では、望ましい垂直方向の動きに加え、望ましくないツール枢動および水平方向の平行移動が生じる。
【0059】
ボンドヘッドアセンブリ100の平行四辺形構造は、結果的に前記ツール支持部材102に付随する前記キャピラリー104に隣接した位置に若干の質量集中を生じる。すなわち、非枢動ツール特徴を提供しようとすると、慣性/動力の立場からは、図7Cの先行ワイヤーボンディング機械の純粋な枢動構造と、ボンドヘッドアセンブリ100とは二律背反的な関係になる。
【0060】
上述したように、前記ボンドヘッドアセンブリ200では、水平運動を望ましく相殺するよう前記ツール204の枢動がある程度許されているため、運動学上、ボンドヘッドアセンブリ100からの妥協を伴う。ただし、ボンドヘッドアセンブリ200に伴う慣性/動力特性は、ボンドヘッドアセンブリ100と比べ、ある程度改善されている。再び図6Aおよび図6Cを参照すると、位置222bに対し前記ツール支持部材202が枢動する結果、キャピラリー204のツール枢動は水平成分および垂直成分の双方を有することになる。図6A〜6Cの視点から見た場合、前記機構が前記下方の位置から前記上方の位置へ移動される際、前記ツール枢動の垂直成分は上向きになる。したがって、このツール枢動の垂直成分は、前記下方アーム連結部材の軌跡の垂直成分と同じ方向になる。これらの垂直成分は、同方向であるため加法的になる。このため、所与の量の垂直ツール変位を達成する前記機構の動きの範囲が前記平行四辺形構造の場合と比べ低減されて、動力要件を低減している。
【0061】
本発明は、本明細書において具体的な実施形態を参照して例示および説明しているが、示した詳細事項に限定されることを意図したものではない。むしろ、本発明の範囲を逸脱しない、請求項の等価物の範囲内で、細部において種々の変更(修正)形態が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0062】
本発明は、添付の図面と併せて以下の[発明を実施するための最良の形態]を読むことにより最もよく理解される。一般的な慣行に従い、これら図面の種々の特徴は縮尺どおりでないことに留意されたい。むしろ種々の特徴の寸法は、任意に拡大されているか、明瞭性のため縮小されている。図面に含まれている図は以下のとおりである。
【図1】図1は、本発明の例示的な実施形態に係るワイヤーボンディング機械用のボンドヘッドアセンブリが、ワークピースに対し下方へ移動された位置にある斜視図である。
【図2】図2は、図1のボンドヘッドアセンブリの側面図である。
【図3】図3は、図1のボンドヘッドアセンブリが、ワークピースに対し上方へ移動された位置で示された斜視図である。
【図4】図4は、図3のボンドヘッドアセンブリの側面図である。
【図5】図5は、本発明の第2の例示的な実施形態に係るワイヤーボンディング機械用のボンドヘッドアセンブリの斜視図である。
【図6】図6A〜6Cは、図5のボンドヘッドアセンブリを異なる位置で示した側面図である。
【図7】図7A〜7Cは、図1のボンドヘッドアセンブリと、図5のボンドヘッドアセンブリと、先行ワイヤーボンディング機械のボンドヘッドアセンブリとについて、それぞれツールの枢動および水平方向のツールの動きを示したグラフである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワイヤーボンディング機械に使用するボンドヘッドアセンブリであって、
ワイヤーボンディングツールと、
前記ワイヤーボンディングツールと前記ワイヤーボンディング機械の間に連結された連結機構であって、この連結機構はフレームと、前記フレームに枢着された複数のアーム連結部材と、各アーム連結部材に枢着されたカプラー連結部材と
を有し、
前記カプラー連結部材は前記ワイヤーボンディングツールを支持し、前記アーム連結部材は、前記連結機構の動きの範囲内の前記連結機構の少なくとも1つの位置で実質的に互いに平行であり、
前記複数のアーム連結部材は、(1)第1の枢動長を有する第1のアーム連結部材と、(2)第2の枢動長を有する第2のアーム連結部材とを含み、前記第1の枢動長は前記第2の枢動長と異なるものである、前記連結機構と
を有するボンドヘッドアセンブリ。
【請求項2】
請求項1記載のボンドヘッドアセンブリにおいて、このボンドヘッドアセンブリは、さらに、
駆動システムを有し、この駆動システムは前記連結機構に係合して前記フレームに対して前記アーム連結部材を枢動させるものである。
【請求項3】
請求項2記載のボンドヘッドアセンブリにおいて、前記駆動システムは、前記連結機構に連結された磁気回路を含むものである。
【請求項4】
請求項3記載のボンドヘッドアセンブリにおいて、前記磁気回路は、一対の永久磁石と、前記一対の永久磁石間に画成された空間に位置する通電可能なコイルとを含むものである。
【請求項5】
請求項1記載のボンドヘッドアセンブリにおいて、前記アーム連結部材は、前記連結機構の動きの範囲内で前記連結機構がいかなる位置にあっても実質的に互いに平行である。
【請求項6】
請求項1記載のボンドヘッドアセンブリにおいて、前記第2のアーム連結部材は、前記ワイヤーボンディング機械のボンディング領域に対して前記第1のアーム連結部材の上方に配置され、前記第1の枢動長は前記第2の枢動長より長いものである。
【請求項7】
請求項1記載のボンドヘッドアセンブリにおいて、このボンドヘッドアセンブリは、さらに、
前記ワイヤーボンディングツールと前記連結機構の前記カプラー連結部材との間に連結されたトランスデューサを有するものである。
【請求項8】
ワイヤーボンディング機械用の連結アセンブリであって、
フレームと、
前記フレームに枢着された一対の枢動連結部材と、
前記ワイヤーボンディング機械のワイヤーボンディングツールを支持し、前記枢動連結部材のそれぞれに枢着されたツール支持部材と
を有し、
前記フレーム、前記枢動連結部材、および前記ツール支持部材は、前記枢動連結部材が同じ角度方向に枢動して前記ツール支持部材が実質的に一定な角度配向になるようにする連結機構を画成し、前記枢動連結部材は(1)第1の枢動長を有する第1の枢動連結部材と(2)第2の枢動長を有する第2の枢動連結部材とを含み、前記第1の枢動長は前記第2の枢動長と異なるものである
連結アセンブリ。
【請求項9】
請求項8記載の連結アセンブリにおいて、前記連結機構の前記枢動連結部材は、前記連結機構の動きの範囲内の前記連結機構の少なくとも1つの位置で実質的に互いに平行である。
【請求項10】
請求項9記載の連結アセンブリにおいて、前記連結機構の前記枢動連結部材は、前記連結機構の動きの範囲全般にわたり実質的に互いに平行である。
【請求項11】
請求項8記載の連結アセンブリにおいて、前記第2の枢動連結部材は、前記ワイヤーボンディング機械のボンディング領域に対して前記第1の枢動連結部材の上方に配置され、前記第1の枢動長は前記第2の枢動長より長いものである。
【請求項12】
請求項8記載の連結アセンブリにおいて、この連結アセンブリは、さらに、
駆動システムを有し、この駆動システムは前記フレームに対して前記枢動連結部材を枢動させるよう前記連結機構に係合するものである。
【請求項13】
ワイヤーボンディング機械のワイヤーボンディングツールをワークピースに対し上下に移動させる連結アセンブリであって、
フレームと、
前記フレームに枢着された一対の枢動部材と、
前記枢動部材のそれぞれに枢着されて前記枢動部材および前記フレームとともに4棒機構を画成し、前記ワイヤーボンディング機械の前記ワイヤーボンディングツールを支持するツール支持部材と
を有し、
前記一対の枢動部材は、前記4棒機構の動きの範囲内の前記4棒機構の少なくとも1つの位置で実質的に互いに平行であり、前記枢動部材は(1)第1の枢動長を有する第1の枢動部材と(2)第2の枢動長を有する第2の枢動部材とを含み、前記第1の枢動長は前記第2の枢動長と異なるものである
連結アセンブリ。
【請求項14】
請求項13記載の連結アセンブリにおいて、前記一対の枢動部材は、前記4棒機構の動きの範囲全般にわたり実質的に互いに平行である。
【請求項15】
請求項13記載の連結アセンブリにおいて、前記第2の枢動部材は、前記ワイヤーボンディング機械のボンディング領域に対して前記第1の枢動部材の上方に配置され、前記第1の枢動長は前記第2の枢動長より長いものである。
【請求項16】
請求項13記載の連結アセンブリにおいて、この連結アセンブリは、さらに、
駆動システムを有し、この駆動システムは前記4棒機構に係合して前記フレームに対し前記枢動部材を枢動させるものである。
【請求項17】
ワイヤーボンディング機械のワイヤーボンディングツールを垂直方向に変位させる連結機構であって、
前記ワイヤーボンディングツールを支持するように適合したツール支持部材と、
第1および第2のアーム部材であって、各前記アーム部材は、前記ワイヤーボンディング機械のフレームおよび前記ツール支持部材に、各前記アーム部材の第1および第2の位置でそれぞれ枢着されたものである、前記第1および第2のアーム部材と
を有し、
前記第1のアーム部材は、前記第1のアーム部材の前記第1および第2の位置の間に画成された枢動長を有し、前記第1のアーム部材の前記第2の位置に軌跡を提供し、この軌跡は垂直および水平成分を有するものであり、
前記第2のアーム部材は、前記第2のアーム部材の前記第1および第2の位置の間に画成された枢動長を有し、前記第2のアーム部材の枢動長は前記第1のアーム部材の枢動長より短く、これにより前記ワイヤーボンディング機械の前記フレームに対して前記ツール支持部材が枢動し、前記ツール支持部材が枢動する結果、前記第1のアーム部材に対して、水平成分を含む前記ツールのツール枢動が生じ、
前記軌跡および前記ツール枢動の前記水平成分は、実質的に等しく互いに反対方向であるため、実質的に直線的な動きを前記ワイヤーボンディングツールに提供するものである
連結機構。
【請求項18】
ワイヤーボンディングツールを垂直方向に変位させるよう適合したワイヤーボンディング機械の連結機構を構成する方法であって、
前記ワイヤーボンディングツールについて望ましい垂直変位量を決定する工程と、
前記ワイヤーボンディングツールを支持するよう適合したツール支持部材を提供する工程と、
第1および第2のアーム部材を提供する工程であって、各前記アーム部材は、前記ワイヤーボンディング機械のフレームと、前記ツール支持部材とに、各前記アーム部材の第1および第2の位置でそれぞれ枢動自在に連結するよう適合したものである、前記第1および第2のアーム部材を提供する工程と、
前記第1のアーム部材の前記第2の位置用に事前選択された軌跡を提供するため、前記第1のアーム部材の前記第1の位置および前記第2の位置の間に画成される前記第1のアーム部材の枢動長を決定する工程と、
前記第2のアーム部材の前記第1の位置および前記第2の位置の間に画成される前記第2のアーム部材の枢動長を決定する工程であって、前記第2のアーム部材の枢動長は、前記ワイヤーボンディング機械の前記フレームに対し、事前選択された枢動角度だけ前記ツール支持部材を枢動させるよう選択される、前記第2のアーム部材の枢動長を決定する工程と
を有する方法。
【請求項19】
請求項18記載の方法において、前記第2のアーム部材の枢動長を決定する工程は、前記ツール支持部材用に枢動角度を選択する工程を含み、その結果、前記第1のアーム部材に対し、前記第1のアーム部材の前記事前選択された軌跡の水平成分と実質的に等しく互いに反対方向である水平成分を含む前記ツールのツール枢動が生じるものである。
【請求項20】
請求項1記載のボンドヘッドアセンブリにおいて、前記第1の枢動長は、前記第1のアーム部材の枢動中、前記第1のアーム部材の第2の位置に垂直成分および水平成分を有する軌跡が画成されるよう、前記第1のアーム部材の第1の位置および前記第2の位置の間に画成されるものであり、
前記第2の枢動長は、前記第2のアーム部材の第1および第2の位置の間に画成され、前記フレームに対し前記ツール支持部材が枢動する結果、前記第1のアーム部材に対し、水平成分を含む前記ツールのツール枢動が生じるよう、前記第2の枢動長は前記第1の枢動長より短いものであり、
前記軌跡および前記ツール枢動の前記水平成分は、実質的に等しく互いに反対方向であるため、実質的に直線的な動きを前記ワイヤーボンディングツールに提供するものである。

【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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【公表番号】特表2008−509574(P2008−509574A)
【公表日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−525889(P2007−525889)
【出願日】平成18年5月23日(2006.5.23)
【国際出願番号】PCT/US2006/019946
【国際公開番号】WO2006/138024
【国際公開日】平成18年12月28日(2006.12.28)
【出願人】(506395943)クリック アンド ソッファ インダストリーズ、インク. (11)
【Fターム(参考)】