DE19650311A1 - Translationsantrieb für eine Drehzange - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Translationsantrieb für eine Drahtzange zur Verwendung in einem Drahtbonder zur Montage von elektronischen Bauelementen, bei dem die Drahtzange an einer Geradführung befestigt und in Längsrichtung des zum Bonden verwendeten Bonddrahtes bewegbar ist.

Bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen ist es erforderlich, zwischen den Halbleiterchips auf Trägerelementen und den Trägerelementen selbst, bzw. Außenanschlüssen, eine elektrische Verbindung herzustellen. In den derzeit über­ wiegenden Fällen geschieht dies durch die Herstellung von Drahtbrücken zwischen den auf den Halbleiterchips befindlichen Bondpads und den Kontaktflächen auf den Trägerelementen. Die Herstellung der Drahtbrücken erfolgt mit Hilfe von Drahtbond­ einrichtungen, die nach den bekannten Drahtbondverfahren, wie Thermokompressions-, Ultraschall- oder Thermosonicdraht­ bondverfahren, arbeiten.

Beim Ultraschalldrahtbonden, bei dem in der Regel Aluminium­ draht verwendet wird, erfolgt die Herstellung der jeweiligen Kontakte (Bonds) mit Hilfe eines Keilbondwerkzeuges (Wedge), dessen technischer Aufbau allgemein bekannt ist. Zur Reali­ sierung eines vollständigen Bondzyklus ist dem Wedge eine Drahtzange, oder auch Fadenklammer genannt, vorgeordnet, mit deren Hilfe der Bonddraht entweder festgehalten, oder bedarfs­ weise in Richtung zum Wedge vorgeschoben oder von diesem zu­ rückgezogen werden kann.

Dabei ist es vor der Ausführung der jeweils ersten Bondung einer Drahtbrücke notwendig, den Bonddraht unter die Arbeits­ fläche des Wedges vorzuschieben, also ein Tail zu erzeugen, welches die Ausführung der ersten Bondung erlaubt. Nach dieser ersten Bondung wird die Drahtbrücke in Form eines Bogens zur zweiten Bondung hergestellt und nach der Ausführung des zwei­ ten Bonds der Bonddraht auf eine definierte Weise abgerissen.

Die Taillänge selbst ist von den geometrischen Verhältnissen des Wedges und der Bondpads abhängig. Wird die Taillänge zu lang bemessen, so besteht die Gefahr von Kurzschlüssen zu be­ nachbarten Bondpads. Wird die Taillänge zu kurz bemessen, so muß unter Umständen mit einer fehlerhaften Bondung gerechnet werden. Die Länge des Abrißhubes nach der zweiten Bondung ist zwar nicht entscheidend für die Bondung selbst, jedoch mitent­ scheidend für die Zykluszeit insgesamt. Außerdem sind Tail­ länge und Abrißhub voneinander abhängig, so daß eine Verände­ rung der Taillänge immer auch eine Veränderung des Abrißhubes nach sich zieht.

Bei den allgemein bekannten Drahtbondeinrichtungen erfolgt der Antrieb der Drahtzange mit Hilfe von Hubmagneten, die eine schnelle Beschleunigung und Bewegung der Drahtzange ermögli­ chen. Die Einstellung der Weglängen der unterschiedlichen Bewegungen der Drahtzange kann hier nur durch die exakte Posi­ tionierung von Anschlägen vorgenommen werden. Da mit der Ver­ änderung der Taillänge gleichzeitig auch eine Veränderung des Abrißhubes notwendig ist, ist ein erheblicher Einstellaufwand erforderlich. Dieser Einstellaufwand wird noch dadurch ver­ größert, daß nach einer Veränderung der Einstellungen stets einige Bonds durchgeführt werden müssen, die dann unter dem Mikroskop zu untersuchen sind, um sicherzustellen, daß der gewünschte Effekt auch tatsächlich eingetreten ist.

Daraus wird ersichtlich, daß die Taillänge und der Abrißhub optimiert werden müssen, so daß auch möglichst kurze Zyklus­ zeiten erreicht werden. Nur so ist die wirtschaftliche Her­ stellung von Halbleiterbauelementen mit einer Vielzahl von Drahtbrücken möglich.

In der Regel ist die Drahtzange am Bondkopf schwenkbar oder in einer Linearführung gelagert. Der Antrieb besteht üblicher­ weise aus zwei parallel nebeneinander angeordneten Hubmagne­ ten, deren Magnetanker auf einen schwenkbar gelagerten Zwischenhebel arbeiten. Dieser Zwischenhebel ist über einen Abtrieb mit der Drahtzange gekoppelt. Der Zwischenhebel ist weiterhin mit einer Zugfeder verbunden, so daß dieser an den Magnetankern der Hubmagnete anliegt und durch die Magnetanker der Hubmagnete entgegen der Federkraft in Richtung zur Draht­ zange gedrückt werden kann. Aufgrund dessen, daß der Zwischen­ hebel schwenkbar gelagert ist und die parallel nebeneinander angeordneten Hubmagnete in unterschiedlichem Abstand zum Schwenkpunkt des Zwischenhebels angreifen, besteht die Mög­ lichkeit, den Zwischenhebel durch Aktivierung eines der Hub­ magnete in vorgegebene Positionen zu bewegen. Mit Hilfe des äußeren Hubmagneten, der vom Schwenkpunkt des Zwischenhebels am weitesten entfernt ist, kann eine Mittenposition angefahren und mit dem anderen Hubmagneten der maximale Hub ausgeführt werden.

Ein derartiger Antrieb geht aus der DE 43 26 478 A1 hervor, wobei dieser infolge der Vielzahl von Einzelteilen und deren Masse ungünstige dynamische Eigenschaften aufweist. Darüber­ hinaus muß auch wegen der Vielzahl der Einzelteile mit einem nennenswerten Verschleiß gerechnet werden. Die Folge ist eine Reduzierung des Hubes und damit eine Reduzierung der Bewegung der Drahtzange. Um dies ausgleichen zu können und gleichzeitig eine Grundeinstellung vornehmen zu können, sind an den Magnet­ ankern der Hubmagnete Einstellschrauben vorgesehen, mit deren Hilfe die Grundstellung der Magnetanker innerhalb der Hub­ magnete justiert werden kann. Damit ist klar, daß auch jede gewünschte Veränderung der Einstellung einen erheblichen Auf­ wand erfordert.

Ein ähnlicher Antrieb geht auch aus der JP 60-84829 A hervor, der in der Hauptsache aus einem längs auf einem Bondarm beweg­ baren Gleittisch besteht, an dem die Drahtzange befestigt ist. Der Antrieb der Drahtzange erfolgt hier mit zwei Hubmagneten entgegen einer Federkraft. Beide Hubmagnete führen unter­ schiedliche Hübe aus, so daß einerseits der Drahtvorschub (Erzeugen der Taillänge) und andererseits der Drahtabriß (Rückbewegung der Drahtzange) realisiert werden können.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Trans­ lationsantrieb für eine Drahtzange zur Verwendung in einem Drahtbonder zur Montage von elektronischen Bauelementen zu schaffen, bei dem die Einstellung der Taillänge und des Abriß­ hubes jederzeit problemlos durch die Steuerungssoftware des Drahtbonders vorgenommen werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird bei einem Translationsantrieb der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Antrieb und die Lagepositionierung der Draht­ zange aus einer Nullage in beiden Richtungen entgegen einer Federkraft mit Hilfe eines mit der Programmsteuerung des Drahtbonders verbundenen Linearmotors erfolgt, der die beweg­ ten Elemente der Geradführung miteinander koppelt.

Dieser äußerst einfach aufgebaute Translationsantrieb erlaubt eine präzise Positionierung und Bewegung der Drahtzange, wobei auf Anschläge vollkommen verzichtet werden kann. Da die An­ steuerung des Linearmotors unmittelbar über die Programmsteue­ rung des Drahtbonders erfolgt, lassen sich Änderungen der Taillänge und des Abrißhubes durch einfache Programmänderungen vornehmen.

Der Linearmotor ist bevorzugt in Form eines Tauchspulantriebes mit elektronischer Lageregelung ausgebildet.

In einer Variante kann als Linearmotor ein für die Mikroposi­ tionierung geeigneter Linearschrittmotor verwendet werden, der eine besonders einfache Positionssteuerung erlaubt. Zusätz­ liche Einrichtungen zur Messung der jeweiligen Position der Drahtzange sind in diesem Fall nicht erforderlich.

In einer Fortbildung der Erfindung ist die Geradführung als Parallelführung ausgebildet, wobei die Verwendung einer Blattfederparallelführung den besonderen Vorteil aufweist, daß die Nullage des Systems durch die Nullage der Blattfedern bestimmt wird.

Die Blattfederparallelführung besteht bevorzugt aus einer feststehenden Grundplatte und einer parallel zu dieser an­ geordneten Platte, die über Blattfedern miteinander verbunden sind, wobei der Linearantrieb der Grundplatte zugeordnet ist und mit seinem beweglichen Teil mit der beweglichen Platte gekoppelt ist. Diese konstruktive Lösung hat den besonderen Vorteil, daß damit eine völlig verschleißfrei arbeitende Linearführung geschaffen wird.

Die Blattfedern sind vorteilhaft lösbar mit der Grundplatte 1 bzw. der Platte 2 verbunden, so daß im Falle einer Beschädigung ein einfacher Austausch derselben möglich.

Anstelle der Blattfederparallelführung kann die Geradführung als kugelgelagerte Linearführung ausgebildet werden.

Weiterhin lassen sich Kostenvorteile erreichen, wenn die aus den Teilen Grundplatte, Platte und Blattfedern bestehende Ein­ heit einstückig ausgebildet wird, was mit bekannten Schneide- oder Erodierverfahren erfolgen kann.

Weiterhin besteht der Tauchspulantrieb aus einem Joch, zwi­ schen dessen Schenkeln ein beweglicher Voice-Coil-Aktor an­ geordnet ist. Dieser Voice-Coil-Aktor erlaubt eine besonders präzise Positionierung mit ausreichend großer Betätigungs­ kraft, so daß gute Beschleunigungswerte erreicht werden.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Aus der zugehörigen Zeichnung ist eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Trans­ lationsantriebes ersichtlich.

Der Translationsantrieb besteht aus einer biegesteifen Grund­ platte 1 und einer weiteren biegesteifen Platte 2, die mittels zweier Blattfedern 3, 4 parallelogrammartig und relativ zuei­ nander verschiebbar miteinander verbunden sind. Die Verbindung der Blattfedern 3, 4 mit den Platten 1, 2 erfolgt dabei durch eine form- und kraftschlüssige Verbindung mittels einer Ver­ schraubung, indem zusätzliche Andruckplatten 5, 6, 7, 8 unter Zwischenlage der Enden der Blattfedern 3, 4 mit den Stirn­ seiten der Platten 1, 2 verschraubt oder vernietet werden.

Alternativ besteht die Möglichkeit, die aus Grundplatte 1, Platte 2 und Blattfedern 3, 4 bestehende Einheit aus einem Stück zu fertigen, was mit bekannten Schneide- oder Erodier­ verfahren erfolgen kann.

Die Grundplatte 1 ist mit dem nicht dargestellten Bondkopf fest verbunden, so daß die Platte 2 im wesentlichen parallel zu dieser verschoben werden kann. Der besondere Vorteil dieser konstruktiven Lösung ist darin zu sehen, daß die Bewegung der Platte 2 entgegen der Federkraft der Blattfedern 3, 4 völlig reibungsfrei erfolgen kann.

An der Platte 2 ist weiterhin eine in Längsrichtung des zum Bonden verwendeten Bonddrahtes zu bewegende Drahtzange 9 be­ festigt. Die Drahtzange 9 besteht dabei aus zwei ebenfalls relativ zueinander bewegbaren Zangenbacken 10, 11, die über eine weitere Blattfederparallelführung, bestehend aus den Blattfedern 12, 13, miteinander verbunden sind. Der Träger 14 der feststehenden Zangenbacke 11 ist hier mit der Platte 2 verbunden. Der Antrieb für die Zangenbacken 10, 11 ist hier nicht näher beschrieben, kann jedoch auf entsprechende Weise erfolgen, wie nachfolgend anhand des Translationsantriebes für die Drahtzange 9 dargestellt ist.

Um die Drahtzange 9 in Längsrichtung des Bonddrahtes bewegen zu können, sind die Grundplatte 1 und die Platte 2 über einen Antrieb 15 miteinander gekoppelt. Dieser Antrieb 15 ist als Linearmotor, vorzugsweise in Form eines Tauchspulantriebes ausgebildet und erlaubt in Verbindung mit einer schnellen Lageregelung und zugehöriger Positionsbestimmung eine präzise Lagepositionierung und Bewegung der Drahtzange 9. Dieser Linearmotor besteht aus einem Joch 16, das auf der Grundplatte 1 mittels einer Basisplatte 17 befestigt ist und einem zwi­ schen den Schenkeln 18, 19 des Jochs 16 bewegbaren Voice-Coil- Aktor 20, der auf einen mit der Platte 2 verbundenen Mitnehmer 21 arbeitet. Dabei sind der Voice-Coil-Aktor 20 und der Mit­ nehmer 21 fest miteinander verbunden, um ausgehend von der mechanischen Nullage des Systemes eine gesteuerte Linearbewe­ gung in beide Richtungen ausführen zu können. Der Betrag der Bewegung und die Endstellung kann bei dieser Anordnung durch die Lageregelung und die Programmsteuerung des Bonders erfol­ gen. Damit erübrigt sich die Anordnung von Endanschlägen, da das System von sich aus eine präzise und schnelle Lageregelung erlaubt.

Das hat den besonderen Vorteil, daß die Änderung der Taillänge und des Abrißhubes nunmehr ausschließlich auf programmtech­ nischem Wege erfolgen kann und die bisher erforderlichen auf­ wendigen Justageschritte vollkommen entfallen können. Damit wird mit einfachen technischen Mitteln eine erhebliche Ver­ besserung der Gebrauchseigenschaften des Bonders erreicht, da ein Arbeiten auf harte Anschläge vermieden wird. Das bedeutet, daß auch die ansonsten notwendigen Beruhigungszeiten für das System nach dem Anfahren von Anschlägen eingespart werden können, was weitere Vorteile mit sich bringt.

Anstelle des Tauchspulantriebes kann natürlich auch ein speziell für die Mikropositionierung geeigneter Linearschritt­ motor eingesetzt werden. Der Linearschrittmotor erlaubt eine direkte Positionierung der Drahtzange 9, ohne daß hierzu eine Positionsbestimmung und eine zugehörige Lageregelung erforder­ lich wäre. Die Positionierung der Drahtzange 9, d. h. der Be­ trag der gewünschten Bewegung, kann hier durch die Vorgabe einer Anzahl von Impulsen durch die Programmsteuerung des Bonders erfolgen.

Es ist weiterhin auch möglich, für die Führung der Platte 2 an der Grundplatte 1 eine kugelgelagerte Linearführung zu verwen­ den.

Bezugszeichenliste

1

Grundplatte

2

Platte

3

Blattfeder

4

Blattfeder

5

Andruckplatte

6

Andruckplatte

7

Andruckplatte

8

Andruckplatte

9

Drahtzange

10

Zangenbacke

11

Zangenbacke

12

Blattfeder

13

Blattfeder

14

Träger

15

Antrieb

16

Joch

17

Basisplatte

18

Schenkel

19

Schenkel

20

Voice-Coil-Aktor

21

Mitnehmer

Claims (10)

1. Translationsantrieb für eine Drahtzange zur Verwendung in einem Drahtbonder zur Montage von elektronischen Bau­ elementen, bei dem die Drahtzange an einer Geradführung befestigt und in Längsrichtung des zum Bonden verwendeten Bonddrahtes bewegbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Antrieb und die Lagepositionie­ rung der Drahtzange (9) aus einer Nullage in beiden Rich­ tungen entgegen einer Federkraft mit Hilfe eines mit der Programmsteuerung des Drahtbonders verbundenen Linear­ motors erfolgt, der die bewegten Elemente der Geradführung miteinander koppelt.

2. Translationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Linearmotor in Form eines Tauchspulantriebes mit elektronischer Lageregelung ausge­ bildet ist.

3. Translationsantrieb nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Linearmotor als Linear­ schrittmotor ausgebildet ist.

4. Translationsantrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geradführung als Parallelführung ausgebildet ist.

5. Translationsantrieb nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geradführung eine Blatt­ federparallelführung ist.

6. Translationsantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Blatt­ federparallelführung aus einer feststehenden Grundplatte (1) und einer parallel zu dieser angeordneten Platte (2) besteht, die über Blattfedern (3, 4) miteinander verbunden sind, wobei der Linearantrieb der Grundplatte (1) zugeord­ net ist und mit seinem beweglichen Teil mit der bewegli­ chen Platte (2) gekoppelt ist.

7. Translationsantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Blatt­ federn (3, 4) lösbar mit der Grundplatte (1) bzw. der Platte (2) verbunden sind.

8. Translationsantrieb nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Geradführung als kugelge­ lagerte Linearführung ausgebildet ist.

9. Translationsantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die aus den Teilen Grundplatte (1), Platte (2) und Blattfedern (3, 4) bestehende Einheit einstückig ausgebildet ist.

10. Translationsantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Tauch­ spulantrieb aus einem Joch (16) besteht, zwischen dessen Schenkeln (18, 19) ein beweglicher Voice-Coil-Aktor (20) angeordnet ist.