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WO2022176182A1 - ワイヤボンディング装置 - Google Patents

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WO2022176182A1
WO2022176182A1 PCT/JP2021/006549 JP2021006549W WO2022176182A1 WO 2022176182 A1 WO2022176182 A1 WO 2022176182A1 JP 2021006549 W JP2021006549 W JP 2021006549W WO 2022176182 A1 WO2022176182 A1 WO 2022176182A1
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WO
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bonding
center
arm
head
stage
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/006549
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English (en)
French (fr)
Inventor
修 角谷
滋 早田
Original Assignee
株式会社新川
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Publication date
Application filed by 株式会社新川 filed Critical 株式会社新川
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Priority to US17/913,441 priority patent/US12057427B2/en
Priority to CN202180008066.3A priority patent/CN115244668A/zh
Priority to JP2022519699A priority patent/JP7236782B2/ja
Priority to KR1020227020089A priority patent/KR102622020B1/ko
Priority to TW111105722A priority patent/TWI825590B/zh
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Definitions

  • the present invention relates to the structure of a wire bonding apparatus.
  • a wire bonding device is used to connect the electrodes of the semiconductor die and the electrodes of the substrate with wires.
  • a bonding stage on which an object to be bonded is placed and an XY drive mechanism for driving the device mounted on the upper side in the XY directions are arranged side by side on a base, and a bonding stage is arranged on the XY drive mechanism.
  • a structure is used in which a bonding head that drives the tip of the arm in the Z direction is attached, and the tip of the bonding arm is driven in the XYZ directions to perform wire bonding or semiconductor die bonding (see, for example, FIG. 6 of Patent Document 1). reference).
  • the XY driving mechanism and the bonding head are placed away from the bonding stage so that the XY driving mechanism or the bonding head mounted on the XY driving mechanism does not interfere with the bonding stage. I had to.
  • the center of gravity of the bonding head is separated from the thrust center of the XY drive mechanism, and the vibration of the bonding head increases when the bonding head is driven by the XY drive mechanism.
  • the vibration increases, and the bonding speed cannot be increased.
  • an object of the present invention is to reduce the vibration of the wire bonding apparatus and increase the speed of bonding.
  • the wire bonding apparatus of the present invention comprises a bonding stage on which an object to be bonded is placed on a mounting surface, a bonding head on which a bonding arm is attached, and the bonding head in the Y direction, which is the longitudinal direction of the bonding arm, and in the horizontal plane.
  • a wire bonding apparatus including an XY drive mechanism that drives in an X direction, which is a front-rear direction orthogonal to the Y direction, and a frame that supports the XY drive mechanism, wherein the XY drive mechanism is an X-direction guide attached to the frame. is vertically supported by an X-direction guide and guided in the X-direction to move in the X-direction.
  • a Y-direction slider supported vertically by the Y-direction guide, guided in the Y direction and moved in the Y direction, and on which a bonding head is mounted.
  • a bonding head is mounted above the mounting surface of the bonding stage and behind the bonding stage in the Y direction so that a part of the front of the Y-direction guide overlaps the mounting surface of the bonding stage when viewed from above.
  • the position of the X-direction slider to which the Y-direction guide and the mover of the X-direction motor are attached is adjusted to the position of the bonding stage. can be brought closer to As a result, the center position of the mover of the X-direction motor, which is the Y-direction position of the X-direction thrust force center of the XY drive mechanism, can be brought closer to the bonding stage. As a result, the maximum amount of deviation between the center of gravity of the bonding head and the center of the mover of the X-direction motor can be made smaller than in the conventional wire bonding apparatus.
  • the bonding head when the bonding head is driven in the X direction by the XY drive mechanism, the yawing moment applied to the bonding head can be reduced more than the conventional wire bonding apparatus, and the vibration of the bonding head around the vertical axis can be reduced. Bonding quality can be improved.
  • the bonding arm has a rear end rotatably mounted around a rotation axis extending in the X direction, and a front end movable to and from the mounting surface of the bonding stage. and the height of the rotating shaft may be the same as the bonding surface of the bonding object placed on the mounting surface of the bonding stage.
  • the tip of the bonding tool can be moved in the direction perpendicular to the bonding surface during bonding, and the rigidity of the bonding head can be increased.
  • the load body is a collection of parts that are moved in the X direction by the X direction mover of the X direction motor when the front end of the bonding arm is positioned at the center of the bonding stage in the Y direction. and the Y-direction distance of the center of the X-direction mover may be smaller than 1/10 of the Y-direction stroke of the bonding arm.
  • the center of gravity of the load body and the center position of the mover of the X-direction motor are brought close to reduce vibration of the bonding head around the vertical axis when the bonding head is driven in the X-direction by the XY drive mechanism.
  • the bonding quality can be improved, and the speed of bonding can be increased.
  • the Y-direction position of the center of gravity of the load when the front end of the bonding arm is positioned at the Y-direction center of the bonding stage is the same position as the Y-direction position of the center of the X-direction mover.
  • it may be located behind the Y-direction position of the center of the X-direction mover.
  • the Y direction position of the center of gravity of the load and the Y direction position of the center of the X direction mover are the same.
  • the amount of deviation between the center of gravity of the load and the center of the mover of the X-direction motor can be minimized. Therefore, it is possible to further reduce the vibration of the bonding head around the vertical axis when the bonding head is driven in the X direction by the XY drive mechanism, thereby improving the bonding quality and speeding up the bonding.
  • the Y direction position of the center of gravity of the load body is positioned rearward in the Y direction from the Y direction position of the center of the X direction mover.
  • the vibration of the bonding head around the vertical axis can be further reduced, and the bonding quality can be further improved.
  • the load body may be composed of a Y-direction guide, a Y-direction slider, a bonding head, and a bonding arm.
  • the bonding head is provided with an imaging device and a lens barrel for guiding light from the bonding object to the imaging device, and the load body is a Y-direction guide and a Y-direction slider. , a bonding head, a bonding arm, an imaging device, and a lens barrel.
  • the Y-direction slider moves in the Y-direction above the mounting surface of the bonding stage, and the bonding arm is attached to the bonding head so as to extend forward in the Y-direction from the bonding head.
  • the bonding head may be mounted under the Y-direction slider such that the bonding arm moves in the Y-direction above the mounting surface of the bonding stage.
  • the rear end of the bonding arm is rotatably attached to the bonding head by means of a cross leaf spring in which two spring leaves cross each other in a cross shape, and the rotating shaft is formed by the two spring leaves.
  • a cross leaf spring in which two spring leaves cross each other in a cross shape, and the rotating shaft is formed by the two spring leaves.
  • the bonding arm is rotatably supported around the rotating shaft by the cross leaf spring, there is no frictional resistance such as a rotating bearing, and almost no resistance to rotation is generated. Therefore, it is possible to apply a minute bond load to the wire and the object to be bonded, thereby improving the bonding accuracy.
  • the wire bonding apparatus of the present invention can reduce vibration of the wire bonding apparatus and speed up bonding.
  • FIG. 4 is a side view showing the wire bonding apparatus of the embodiment, showing a state where the front end of the bonding arm is positioned at the center of the bonding stage in the Y direction.
  • 1 is a perspective view showing an XY driving mechanism, a bonding head attached to the XY driving mechanism, a bonding arm attached to the bonding head, and a lens barrel;
  • FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a Y-direction slider of an XY drive mechanism and a bonding head attached to the Y-direction slider;
  • FIG. 4 is a perspective view showing a Y-direction mover of the XY drive mechanism and a slide mechanism of the Y-direction mover;
  • FIG. 1 is a perspective view showing an XY driving mechanism, a bonding head attached to the XY driving mechanism, a bonding arm attached to the bonding head, and a lens barrel;
  • FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a Y-direction slider of
  • FIG. 4 is a perspective view showing a cross roller guide connecting a Y-direction slider and a Y-direction mover base of the XY drive mechanism;
  • 2 is a perspective view of a bonding arm of the wire bonding apparatus shown in FIG. 1;
  • FIG. FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of a cross leaf spring for attaching a bonding arm to a bonding head;
  • 2 is a side view of the wire bonding apparatus shown in FIG. 1, showing a state in which the front end of the bonding arm is positioned near the front end of the bonding stage;
  • FIG. 2 is a side view of the wire bonding apparatus shown in FIG. 1, showing a state in which the front end of the bonding arm is positioned near the rear end of the bonding stage;
  • the wire bonding apparatus 100 is described as a wire bonding apparatus that connects electrodes of a semiconductor die and electrodes of a substrate with wires.
  • the wire bonding apparatus 100 includes a base 11, a bonding stage 12, a frame 50, an XY drive mechanism 30, a bonding head 20, a bonding arm 21, and a lens barrel 23.
  • the longitudinal direction of the bonding arm 21 from the bonding stage 12 toward the bonding head 20 is the Y direction, which is the front-rear direction, and the direction perpendicular to the Y direction in the horizontal plane is the object to be bonded.
  • the X direction which is the conveying direction of the sheet, and the vertical direction are defined as the Z direction. Also, the direction toward the bonding stage 12 on the negative side in the Y direction is forward, the positive side in the Y direction is backward, the positive side in the X direction is the transport direction, the positive side in the Z direction is upward, and the negative side in the Z direction is downward.
  • the pedestal 11 is fixed to the base of the wire bonding apparatus 100 (not shown).
  • the bonding stage 12 is attached to the upper front side of the pedestal 11 .
  • the upper surface of the bonding stage 12 serves as a mounting surface 12a on which a bonding object such as a substrate and a semiconductor die is mounted.
  • a bonding object such as a substrate is transported toward the positive side in the X direction on the mounting surface 12a by a transport device (not shown).
  • the frame 50 is a support structure that is attached to the upper surface of the pedestal 11 and suspends the XY drive mechanism 30 from above.
  • the frame 50 includes columns 51 fixed on the base 11, large beams 52 connecting between the columns 51, and extending downward from the large beams 52, and the X direction guide 31 of the XY drive mechanism 30 is attached to the lower end 2. It consists of one support arm 53 .
  • the XY drive mechanism 30 drives in the XY directions the bonding head 20 that is suspended from the frame 50 and attached to the lower side.
  • the XY driving mechanism 30 is composed of an X-direction guide 31 , an X-direction slider 32 , a Y-direction guide 33 , a Y-direction slider 34 , an X-direction motor 40 and a Y-direction motor 47 .
  • the X-direction guides 31 are square rod-shaped members that extend in the X-direction and are attached to the lower ends of the two support arms 53 of the frame 50 one by one. there is
  • the X-direction slider 32 is composed of two X-direction slide members 32a and an X-direction slide plate 32b.
  • Each X-direction slide member 32a is a square rod-shaped member extending in the X-direction, and has a receiving groove 321 on its side surface.
  • the receiving groove 321 is a V-shaped groove that extends in the longitudinal direction and into which the protrusion 311 of the X-direction guide 31 is fitted.
  • the X-direction slide plate 32b is a plate-like member that connects between the two X-direction slide members 32a, and is provided with a flange portion at the side end to which the X-direction slide member 32a is attached on the upper side.
  • the two X-direction slide members 32a are fixed by bolting onto the respective flange portions on both side ends.
  • the protrusion 311 of the X-direction guide 31 is fitted into the receiving groove 321 of the X-direction slide member 32a of the X-direction slider 32, the X-direction slider 32 is vertically supported by the X-direction guide 31 and moves in the X direction. Guided by the guide 31, it moves in the X direction.
  • An X-direction mover 41 that constitutes an X-direction motor 40 is attached to the upper side of the X-direction slide plate 32 b of the X-direction slider 32 .
  • An X-direction stator 42 is fixed to the X-direction mover 41 side of each support arm 53 of the frame 50 so as to face the X-direction mover 41 .
  • the X-direction movable element 41 and the X-direction stator 42 constitute an X-direction motor 40 that drives the X-direction slider 32 in the X direction.
  • the center 43 of the X-direction mover 41 is the center of thrust of the X-direction motor 40 in the X direction.
  • the Y-direction guide 33 is composed of two Y-direction guide members 33a and a Y-direction guide frame 33b to which the two Y-direction guide members 33a are attached.
  • the Y-direction guide frame 33b is a groove-shaped cross-sectional member with an open bottom extending in the Y-direction.
  • the Y-direction guide member 33a is a square bar-shaped member extending in the Y direction, and has a longitudinally extending ridge 331 with a chevron cross section on the side surface.
  • the two Y-direction guide members 33a are fixed with bolts to both lower side ends of the Y-direction guide frame 33b so that the ridges 331 face each other.
  • the Y-direction front end face of the Y-direction guide member 33a protrudes slightly forward in the Y-direction from the Y-direction front end face of the Y-direction guide frame 33b.
  • the Y-direction front end surface of the Y-direction guide member 33a protrudes forward in the Y-direction from the Y-direction rear end surface 12d of the mounting surface 12a of the bonding stage 12 by a distance d.
  • the Y-direction guide 33 is attached to the lower side of the X-direction slide plate 32b so that a portion of the front side overlaps the mounting surface 12a of the bonding stage 12 by d when viewed from above.
  • the X-direction slide plate 32 b is attached to the frame 50 via the X-direction guide 31 . Therefore, the Y-direction guide 33 is attached to the frame 50 so that a part of the front in the Y-direction overlaps the mounting surface 12a of the bonding stage 12 when viewed from above.
  • the Y-direction slider 34 is a square rod-shaped member extending in the Y-direction and has receiving grooves 341 on its side surfaces.
  • the receiving groove 341 is a V-shaped groove that extends in the longitudinal direction and into which the protrusion 331 of the Y-direction guide member 33a is fitted.
  • the Y-direction slider 34 is fixed with bolts to both side surfaces of the upper end of the bonding head 20 in the Y-direction so that the receiving groove 341 faces outward. Therefore, as shown in FIG.
  • the Y-direction slider 34 and the Y-direction guide 33 are assembled so that the protrusion 331 of the Y-direction guide member 33a of the Y-direction guide 33 fits into the receiving groove 341 of the Y-direction slider 34. Then, the Y-direction slider 34 is vertically supported by the Y-direction guide 33 and moves in the Y direction. The bonding head 20 attached to the Y-direction slider 34 is vertically supported by the Y-direction guide 33 together with the Y-direction slider 34 and moves in the Y-direction.
  • a Y-direction motor support 13 is a support structure fixed on the base 11, and a Y-direction stator 46 is attached to the upper side of the central portion.
  • Guide rails 35 for guiding the slider 36a of the Y-direction mover base 36 in the Y-direction are attached to the upper ends of the Y-direction front and rear ends of the Y-direction motor support base 13. As shown in FIG.
  • a Y-direction mover 45 is attached to the Y-direction mover base 36 so as to face the Y-direction stator 46.
  • the Y-direction mover base 36 and the rear end of the bonding head 20 form a linear guide. connected by 37.
  • a linear guide 37 for example, a cross roller guide or a needle guide can be used.
  • the linear guides 37 are composed of two upper and lower driven side guides 37a attached to the rear end of the bonding head 20 as shown in FIG. side guide 37b.
  • the drive-side guide 37b is a rod-shaped longitudinal member, and has a ridge portion 372 having a chevron cross section on its upper and lower surfaces.
  • the driven-side guide 37a is a columnar longitudinal member, and is provided with a V-shaped receiving groove 371 that fits into the protrusion 372 of the driving-side guide 37b on its upper or lower surface.
  • the X-direction guide 31, the X-direction slider 32, the Y-direction guide 33, and the Y-direction slider 34 that constitute the XY drive mechanism 30 are arranged above the mounting surface 12a of the bonding stage 12. , are attached to the frame 50 so as to be located on the rear side of the bonding stage 12 in the Y direction.
  • the bonding arm 21 is composed of a main body 21a and an ultrasonic horn 21b attached to the front of the main body 21a in the Y direction.
  • a capillary 22, which is a bonding tool, is attached to the front end 21f of the ultrasonic horn 21b.
  • An opening to which an ultrasonic transducer is attached is provided in the center of the main body 21a in the longitudinal direction.
  • a rear end portion 21r of the main body 21a is provided with triangular mounting ribs 21c that extend on the positive side and the negative side in the X direction, respectively.
  • a mounting seat 21d to which a cross leaf spring 26 is mounted is provided at the rear end of the mounting rib 21c.
  • 20 is attached to the front structural member 20a in the Y direction.
  • a plate-like Z-direction mover attachment plate 21m of the Z-direction motor extends rearward in the Y-direction from the rear end portion 21r of the main body 21a.
  • a Z-direction mover 48 is attached to the Z-direction mover attachment plate 21m.
  • the Z-direction mover mounting plate 21m and the Z-direction mover 48 are accommodated inside the bonding head 20. As shown in FIG.
  • the cross leaf spring 26 is obtained by combining a horizontal spring leaf 27 provided with bolt holes 27b and 28b and a vertical spring leaf 28 so as to cross each other in a cross shape.
  • the rear end (Y-direction positive side) of the horizontal spring plate 27 is fixed to the structural member 20a of the bonding head 20 by a bolt 27a
  • the tip (Y-direction negative side) is a mounting seat for the bonding arm 21.
  • 21d is fixed with a bolt.
  • the upper end of the vertical spring plate 28 is fixed by a bolt 28a to the vertical surface of the rear end of the mounting seat 21d of the bonding arm 21, and the lower end is fixed to the structural member 20a of the bonding head 20 by a bolt.
  • a line extending in the X direction where the horizontal spring plate 27 and the vertical spring plate 28 intersect becomes the rotation shaft 29 of the bonding arm 21, and the cross leaf spring 26 supports the bonding arm 21 rotatably around the rotation shaft 29. .
  • the bonding arm 21 is rotatably mounted around the rotation shaft 29 extending in the X direction at the rear end 21r.
  • Z-direction stators (not shown) are mounted on both sides of the Z-direction mover 48 housed inside the bonding head 20 .
  • the Z-direction stator drives the Z-direction mover 48 so as to rotate around the rotary shaft 29, and the lower end of the capillary 22 attached to the front end 21f of the ultrasonic horn 21b contacts the mounting surface 12a of the bonding stage 12. Drive away.
  • the bonding arm 21 is attached to the bonding head 20 so that the height of the rotating shaft 29 is the same as the bonding surface of the bonding object placed on the mounting surface 12 a of the bonding stage 12 . Therefore, the lower end of the capillary 22 contacts and separates from the bonding surface of the bonding object in the vertical direction.
  • the bonding arm 21 extends forward in the Y direction from the bonding head 20 and is attached to the bonding head 20 so as to move in the Y direction above the mounting surface 12a of the bonding stage 12 .
  • the lens barrel 23 is an optical member that guides light from the bonding object placed on the placement surface 12 a of the bonding stage 12 to an imaging device mounted inside the bonding head 20 .
  • the lens barrel 23 is attached to the front end of an attachment arm 23a attached to the bonding head 20 and extending forward in the Y direction, and is arranged above the front end 21f of the bonding arm 21.
  • the bonding head 20 is also provided with an imaging device (not shown) that acquires an image of the light from the object to be bonded from the lens barrel 23 .
  • the bonding head 20 connected to the Y-direction mover 45 and the Y-direction slider attached to the bonding head 20 move. 34 moves in the Y direction.
  • the X-direction mover 41 moves in the X-direction
  • the Y-direction guide 33 attached to the lower side of the X-direction slider 32 and the Y-direction guide 33 which moves in the Y direction while being vertically supported by the Y-direction guide 33 move in the Y direction.
  • the slider 34 and the bonding head 20 attached to the Y-direction slider 34 move together in the X-direction.
  • the XY driving mechanism 30 drives the bonding head 20 in the XY directions.
  • the Y-direction guide 33 moves in the X-direction together with the X-direction mover 41, the Y-direction slider 34, the bonding head 20, and the bonding head 20.
  • the bonding arm 21 , the lens barrel 23 , and the imaging device constitute a load body that is an assembly of parts that are moved in the X direction by the X-direction mover 41 .
  • the center-of-gravity mark indicates the center-of-gravity position 25 of the entire load.
  • a dashed line 20c is a line extending vertically through the center of gravity 25 of the load.
  • the dashed line 40c is a line extending vertically through the center 43 of the X-direction mover 41, which is the center of the X-direction thrust of the X-direction motor 40.
  • the dashed-dotted line 12c is This line extends vertically through the center of the bonding stage 12 in the Y direction.
  • the position of the center of gravity 25 of the load in the Y direction is substantially the same as the position of the center 43 of the X-direction mover 41 in the Y direction.
  • the amount of deviation between the Y-direction position of the center of gravity 25 of the load and the Y-direction position of the center 43 of the X-direction mover 41 is the front end 21f of the bonding arm 21 as shown in FIGS. becomes the largest when positioned at the front end or the rear end of the Y direction.
  • the XY driving mechanism 30 is attached to the frame 50 so that the front part of the Y-direction guide 33 overlaps the mounting surface 12a of the bonding stage 12, and the Y-direction guide 33 and the X-direction mover are mounted.
  • the center of gravity 25 of the load moves in the Y-direction in the vicinity of the center 43 of the X-direction mover 41.
  • the maximum value of the amount of deviation between the center of gravity 25 of the load and the center 43 of the X-direction mover 41 can be made smaller than that of the conventional wire bonding apparatus described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-200012. Therefore, when the bonding head 20 is driven in the X direction by the XY driving mechanism 30, the yawing moment applied to the bonding head 20 is reduced more than the conventional wire bonding apparatus, and the vibration of the bonding head 20 around the vertical axis is reduced. be able to. By reducing the vibration of the bonding head 20 about the vertical axis, the amplitude of the vibration of the bonding head 20 about the vertical axis can be reduced. Also, by reducing the yawing moment applied to the bonding head 20, the natural frequency of the bonding head 20 about the vertical axis can be increased, and the amplitude of vibration of the bonding head 20 about the vertical axis can be reduced.
  • the amplitude of vibration in the X direction of the capillary 22 attached to the front end 21f of the bonding arm 21 due to vibration can be reduced, and the bonding quality can be improved. can be improved.
  • the position of the center of gravity 25 of the load in the Y direction and the X direction mover 41 By aligning the center 43 of the center 43 of the load in the Y direction, the center of gravity 25 of the load moves in the Y direction before and after the center 43 of the X-direction mover 41 .
  • the distance L1 shown in FIGS. 8 and 9 is 1/2 of the Y-direction stroke of the bonding head 20, and the maximum amount of deviation between the center of gravity 25 of the load and the center 43 of the X-direction mover 41 is can be minimized.
  • the bonding head 20 when the bonding head 20 is driven in the X direction by the XY driving mechanism 30, the yawing moment applied to the bonding head 20 can be further reduced, vibration about the vertical axis can be further reduced, and the bonding quality can be further improved.
  • the Y-direction slider 34 moves in the Y-direction above the mounting surface 12a of the bonding stage 12, and the bonding arm 21 extends forward in the Y-direction from the bonding head 20.
  • the bonding head 20 is mounted below a Y-direction slider 34 so that the bonding arm 21 moves in the Y-direction above the mounting surface 12a of the bonding stage 12. .
  • the movement stroke in the Y direction of the front end 21f of the bonding arm 21 can be lengthened, and bonding can be performed on a large substrate.
  • the bonding arm 21 is configured such that the height of the rotating shaft 29 is the same as the bonding surface of the bonding object placed on the mounting surface 12 a of the bonding stage 12 . It is attached to the head 20. As a result, the lower end of the capillary 22 can be moved in the direction perpendicular to the bonding surface during bonding, and the bonding quality can be improved.
  • the bonding arm 21 is rotatably attached to the bonding head 20 by the cross leaf spring 26, there is no frictional resistance such as a rotary bearing, and almost no resistance to rotation occurs. . Therefore, it is possible to apply a minute bond load to the wire and the object to be bonded, thereby improving the bonding accuracy.
  • the Y-direction position of the center of gravity 25 of the load and the center 43 of the X-direction mover 41 are not limited to this. A range smaller than 1/10 of the Y-direction stroke of the bonding arm 21 is also acceptable.
  • the center of gravity 25 of the load body and the center 43 of the X-direction mover 41 are brought close to reduce vibration of the bonding head 20 around the vertical axis when the bonding head 20 is driven in the X-direction, thereby improving the bonding quality. can be improved, and the speed of bonding can be increased.
  • the center of gravity 25 of the load body in the Y direction is positioned more Y than the center 43 of the X direction mover 41 in the Y direction.
  • the XY drive mechanism 30 may be arranged so as to be rearward in the direction.
  • the vibration of the bonding head 20 around the vertical axis is maximized when the front end 21f of the bonding arm 21 is positioned near the front end of the bonding stage 12, as shown in FIG. is the case. This is because the distance between the front end 21f of the bonding arm 21 to which the capillary 22 is attached and the center 43 of the X-direction mover 41, which is the center of thrust in the X-direction, is the largest.
  • the position of the XY drive mechanism 30 is slightly shifted forward in the Y direction, and the Y direction position of the center of gravity 25 of the load when the front end 21f of the bonding arm 21 is positioned at the center of the bonding stage 12 in the Y direction.
  • the center 43 of the X-direction mover 41 is located slightly behind the center 43 in the Y-direction.
  • the amount of deviation between the position and the center 43 of the X-direction mover 41 in the Y-direction can be reduced.
  • the vibration of the bonding head 20 about the vertical axis can be further reduced when the front end 21f of the bonding arm 21 is positioned near the front end of the bonding stage 12, and the bonding quality can be further improved.
  • the Y-direction guide 33, the Y-direction slider 34, the bonding head 20, the bonding arm 21, and the barrel 23 are moved in the X-direction by the X-direction mover 41.
  • the load body is an assembly of parts that hold the load, the present invention is not limited to this.
  • the load body is the lens barrel 23 , the Y-direction slider 34, the bonding head 20, the bonding arm 21, and the imaging device.
  • the load body may be composed of the lens barrel 23 , the Y-direction guide 33 that does not include the imaging device, the Y-direction slider 34 , the bonding head 20 and the bonding arm 21 .

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Abstract

ボンディングステージ（１２）と、ボンディングヘッド（２０）と、ＸＹ駆動機構（３０）と、フレーム（５０）と、を含むワイヤボンディング装置（１００）であって、ＸＹ駆動機構（３０）は、フレーム（５０）に取付けられるＸ方向ガイド（３１）と、Ｘ方向ガイド（３１）によって支持されると共にＸ方向に移動し、Ｘ方向可動子（４１）が取付けられるＸ方向スライダ（３２）と、Ｘ方向スライダ（３２）の下側に取付けられるＹ方向ガイド（３３）と、Ｙ方向ガイド（３３）によって支持されると共にＹ方向に移動し、ボンディングヘッド（２０）が取付けられるＹ方向スライダ（３４）と、を備え、ＸＹ駆動機構（３０）は、ボンディングステージ（１２）の載置面（１２ａ）よりも上方且つボンディングステージ（１２）のＹ方向後方で、Ｙ方向ガイド（３３）の一部が載置面（１２ａ）に重なるようにフレーム（５０）に取付けられている。

Description

ワイヤボンディング装置
　本発明は、ワイヤボンディング装置の構造に関する。
　半導体ダイの電極と基板の電極との間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置が用いられている。
　これらのワイヤボンディング装置では、ボンディング対象物を載置するボンディングステージと、上側に取付けられた装置をＸＹ方向に駆動するＸＹ駆動機構とを架台の上に並べて配置し、ＸＹ駆動機構の上にボンディングアームの先端をＺ方向に駆動するボンディングヘッドを取付け、ボンディングアームの先端をＸＹＺ方向に駆動してワイヤのボンディング或いは半導体ダイのボンディングを行う構造が用いられている（例えば、特許文献１の図６参照）。
特許第３５３７８９０号明細書
　従来技術のワイヤボンディング装置では、ＸＹ駆動機構、或いはＸＹ駆動機構の上に取付けられているボンディングヘッドがボンディングステージと干渉しないようにするために、ＸＹ駆動機構とボンディングヘッドをボンディングステージから離して配置する必要があった。このため、ボンディングヘッドの重心位置がＸＹ駆動機構の推力中心から離れてしまいＸＹ駆動機構でボンディングヘッドを駆動した際のボンディングヘッドの振動が大きくなり、ボンディング品質が低下する場合があった。また、ボンディングの速度を高速にすると振動が大きくなってしまい、ボンディングの速度を高くできないという問題があった。
　そこで、本発明は、ワイヤボンディング装置の振動の低減とボンディングの高速化を目的とする。
　本発明のワイヤボンディング装置は、載置面にボンディング対象物が載置されるボンディングステージと、ボンディングアームが取付けられるボンディングヘッドと、ボンディングヘッドをボンディングアームの長手方向であるＹ方向と、水平面内でＹ方向に直交する前後方向であるＸ方向とに駆動するＸＹ駆動機構と、ＸＹ駆動機構を支持するフレームと、を含むワイヤボンディング装置であって、ＸＹ駆動機構は、フレームに取付けられるＸ方向ガイドと、Ｘ方向ガイドによって上下方向に支持されると共にＸ方向にガイドされてＸ方向に移動し、上側にＸ方向モータのＸ方向可動子が取付けられるＸ方向スライダと、Ｘ方向スライダの下側に取付けられるＹ方向ガイドと、Ｙ方向ガイドによって上下方向に支持されると共にＹ方向にガイドされてＹ方向に移動し、ボンディングヘッドが取付けられるＹ方向スライダと、を備え、ＸＹ駆動機構は、ボンディングステージの載置面よりも上方且つボンディングステージのＹ方向後方で、上方向から見た際に、Ｙ方向ガイドの前方の一部がボンディングステージの載置面に重なるようにフレームに取付けられていること、を特徴とする。
　このように、Ｙ方向ガイドの前方の一部がボンディングステージの載置面に重なるようにフレームに取付けるので、Ｙ方向ガイドとＸ方向モータの可動子とが取付けられるＸ方向スライダの位置をボンディングステージに近づけることができる。これにより、ＸＹ駆動機構のＸ方向の推力中心のＹ方向の位置となるＸ方向モータの可動子の中心位置をボンディングステージに近づけることができる。これにより、ボンディングヘッドの重心位置とＸ方向モータの可動子の中心位置とのずれ量の最大値を従来技術のワイヤボンディング装置よりも小さくすることができる。このため、ＸＹ駆動機構でボンディングヘッドをＸ方向に駆動した際にボンディングヘッドに加わるヨーイングモーメントを従来技術のワイヤボンディング装置よりも低減し、ボンディングヘッドの垂直軸周りの振動を低減することができ、ボンディング品質を向上させることができる。
　本発明のワイヤボンディング装置において、ボンディングアームは、後端部がＸ方向に延びる回転軸の回りに回転自在に取付けられて前端がボンディングステージの載置面に接離する方向に移動可能にボンディングヘッドに取付けられており、回転軸の高さが、ボンディングステージの載置面に載置されたボンディング対象物のボンディング面と同一でもよい。
　これにより、ボンディングの際にボンディングツールの先端をボンディング面に対して垂直方向に移動させることができ、ボンディングヘッドの剛性を高めることができる。また、これによりワイヤボンディング装置を高速化することができる。
　本発明のワイヤボンディング装置において、ボンディングアームの前端がボンディングステージのＹ方向の中央に位置している際のＸ方向モータのＸ方向可動子によってＸ方向に移動される部品の集合体である負荷体の重心のＹ方向位置と、Ｘ方向可動子の中心のＹ方向位置とのＹ方向の距離が、ボンディングアームのＹ方向のストロークの１／１０よりも小さくてもよい。
　これにより、負荷体の重心位置とＸ方向モータの可動子の中心位置とを近接させて、ＸＹ駆動機構でボンディングヘッドをＸ方向に駆動した際のボンディングヘッドの垂直軸周りの振動を低減してボンディング品質を向上させることができると共に、ボンディングの高速化を図ることができる。
　本発明のワイヤボンディング装置において、ボンディングアームの前端がボンディングステージのＹ方向の中央に位置している際の負荷体の重心のＹ方向位置は、Ｘ方向可動子の中心のＹ方向位置と同一位置、又は、Ｘ方向可動子の中心のＹ方向位置よりもＹ方向後方としてもよい。
　このように、ボンディングアームの前端がボンディングステージのＹ方向の中央に位置している際の負荷体の重心のＹ方向位置とＸ方向可動子の中心のＹ方向位置とを同一位置とすることにより、負荷体の重心位置とＸ方向モータの可動子の中心位置とのずれ量を最小にできる。このため、ＸＹ駆動機構でボンディングヘッドをＸ方向に駆動した際のボンディングヘッドの垂直軸周りの振動を更に低減してボンディング品質を向上させることができると共に、ボンディングの高速化を図ることができる。
　また、ボンディングアームの前端がボンディングステージのＹ方向の中央に位置している際の負荷体の重心のＹ方向位置をＸ方向可動子の中心のＹ方向位置よりもＹ方向後方とすることにより、ボンディングアームの前端がボンディングステージの前端近傍に位置する場合のボンディングヘッドの垂直軸周りの振動をより低減することができ、ボンディング品質をより向上させることができる。
　本発明のワイヤボンディング装置において、負荷体が、Ｙ方向ガイドと、Ｙ方向スライダと、ボンディングヘッドと、ボンディングアームとで構成されてもよい。
　本発明のワイヤボンディング装置において、ボンディングヘッドには、撮像装置と、ボンディング対象物からの光を撮像装置に導く鏡筒とが取付けられており、負荷体が、Ｙ方向ガイドと、Ｙ方向スライダと、ボンディングヘッドと、ボンディングアームと、撮像装置と、鏡筒とで構成されてもよい。
　本発明のワイヤボンディング装置において、Ｙ方向スライダは、ボンディングステージの載置面の上方でＹ方向に移動し、ボンディングアームは、ボンディングヘッドからＹ方向前方に向かって延びるようにボンディングヘッドに取付けられており、ボンディングヘッドは、ボンディングアームがボンディングステージの載置面の上方でＹ方向に移動するようにＹ方向スライダの下側に取付けられてもよい。
　本発明のワイヤボンディング装置において、ボンディングアームの後端部は、２枚のばね板を十字型に交差させた十字板ばねによって回転自在にボンディングヘッドに取り付けられ、回転軸は、２枚のばね板の交差する線に沿った軸としてもよい。
　ボンディングアームが十字板ばねによって回転軸の周りに回転支持されているので、回転軸受けなどのような摩擦抵抗がなく、回転に対する抵抗がほとんど発生しない。このため、微小なボンド荷重をワイヤ、接合物に印加することが可能になりボンディング精度を向上させることができる。
　本発明のワイヤボンディング装置は、ワイヤボンディング装置の振動の低減とボンディングの高速化を図ることができる。
実施形態のワイヤボンディング装置を示す側面図であって、ボンディングアームの前端がボンディングステージのＹ方向の中央に位置している状態を示す図である。 ＸＹ駆動機構と、ＸＹ駆動機構に取付けられたボンディングヘッドと、ボンディングヘッドに取付けられたボンディングアームと鏡筒とを示す斜視図である。 ＸＹ駆動機構のＹ方向スライダと、Ｙ方向スライダに取付けられたボンディングヘッドとを示す斜視図である。 ＸＹ駆動機構のＹ方向可動子とＹ方向可動子のスライド機構とを示す斜視図である。 ＸＹ駆動機構のＹ方向スライダとＹ方向可動子ベースとを接続するクロスローラガイドを示す斜視図である。 図１に示すワイヤボンディング装置のボンディングアームの斜視図である。 ボンディングアームをボンディングヘッドに取付ける十字板ばねの構成を示す斜視図である。 図１に示すワイヤボンディング装置の側面図であって、ボンディングアームの前端がボンディングステージの前端近傍に位置している状態を示す図である。 図１に示すワイヤボンディング装置の側面図であって、ボンディングアームの前端がボンディングステージの後端近傍に位置している状態を示す図である。
　以下、図面を参照しながら実施形態のワイヤボンディング装置１００について説明する。以下の説明では、ワイヤボンディング装置１００は、半導体ダイの電極と基板の電極との間をワイヤで接続するワイヤボンディング装置であるとして説明する。図１に示すように、ワイヤボンディング装置１００は、架台１１と、ボンディングステージ１２と、フレーム５０と、ＸＹ駆動機構３０と、ボンディングヘッド２０と、ボンディングアーム２１と、鏡筒２３とで構成されている。尚、以下の説明では、図１に示すように、ボンディングステージ１２からボンディングヘッド２０に向かうボンディングアーム２１の長手方向を前後方向であるＹ方向、水平面内でＹ方向と直交する方向をボンディング対象物の搬送方向であるＸ方向、上下方向をＺ方向として説明する。また、Ｙ方向マイナス側のボンディングステージ１２に向かう方向を前方、反対のＹ方向プラス側を後方、Ｘ方向プラス側を搬送方向、Ｚ方向プラス側を上方、Ｚ方向マイナス側を下方として説明する。
　架台１１は図示しないワイヤボンディング装置１００のベースに固定されている。ボンディングステージ１２は、架台１１の前方の上側に取付けられている。ボンディングステージ１２の上面は、基板や半導体ダイ等のボンディング対象物が載置される載置面１２ａとなっている。また、基板等のボンディング対象物は、図示しない搬送装置によって載置面１２ａの上をＸ方向プラス側に向かって搬送される。
　フレーム５０は、架台１１の上面に取付けられてＸＹ駆動機構３０を上方向から吊り下げる支持構造物である。フレーム５０は、架台１１の上に固定される柱５１と、柱５１の間を接続する大梁５２と、大梁５２から下方向に延びて下端にＸＹ駆動機構３０のＸ方向ガイド３１が取付けられる２つの支持アーム５３とで構成されている。
　ＸＹ駆動機構３０は、フレーム５０から吊り下げ支持されて下側に取付けられたボンディングヘッド２０をＸＹ方向に駆動する。ＸＹ駆動機構３０は、Ｘ方向ガイド３１と、Ｘ方向スライダ３２と、Ｙ方向ガイド３３と、Ｙ方向スライダ３４と、Ｘ方向モータ４０と、Ｙ方向モータ４７とで構成されている。
　Ｘ方向ガイド３１は、フレーム５０の２つの支持アーム５３の下端にそれぞれ１つずつ取付けられるＸ方向に延びる四角い棒状の部材で、側面に長手方向に延びる山形断面の突条部３１１が設けられている。
　Ｘ方向スライダ３２は、２つのＸ方向スライド部材３２ａとＸ方向スライド板３２ｂとで構成されている。各Ｘ方向スライド部材３２ａは、Ｘ方向に延びる四角い棒状の部材で側面に受溝３２１が設けられている。受溝３２１は、長手方向に延びて、Ｘ方向ガイド３１の突条部３１１が嵌まり込むＶ字型の溝である。Ｘ方向スライド板３２ｂは、２つのＸ方向スライド部材３２ａの間を接続する板状部材で、側端にＸ方向スライド部材３２ａが上側に取付けられるフランジ部が設けられている。２つのＸ方向スライド部材３２ａは両側端の各フランジ部の上にボルトで締結されて固定されている。Ｘ方向スライダ３２のＸ方向スライド部材３２ａの受溝３２１にＸ方向ガイド３１の突条部３１１が嵌り込むと、Ｘ方向スライダ３２は、Ｘ方向ガイド３１によって上下方向に支持されると共に、Ｘ方向ガイド３１にガイドされてＸ方向に移動する。
　Ｘ方向スライダ３２のＸ方向スライド板３２ｂの上側には、Ｘ方向モータ４０を構成するＸ方向可動子４１が取付けられている。また、フレーム５０の各支持アーム５３のＸ方向可動子４１の側には、Ｘ方向固定子４２がＸ方向可動子４１と対向するようにそれぞれ固定されている。Ｘ方向可動子４１とＸ方向固定子４２とはＸ方向スライダ３２をＸ方向に駆動するＸ方向モータ４０を構成する。また、Ｘ方向可動子４１の中心４３は、Ｘ方向モータ４０のＸ方向への推力中心となる。
　図２に示すように、Ｙ方向ガイド３３は、２つのＹ方向ガイド部材３３ａと、２つのＹ方向ガイド部材３３ａが取付けられるＹ方向ガイドフレーム３３ｂとで構成されている。Ｙ方向ガイドフレーム３３ｂは、下側が開放でＹ方向に延びる溝形断面部材で、上側の凸部がＸ方向スライダ３２のＸ方向スライド板３２ｂの下側に取付けられている。
　Ｙ方向ガイド部材３３ａは、Ｙ方向に延びる四角い棒状の部材で、側面に長手方向に延びる山形断面の突条部３３１が設けられている。２つのＹ方向ガイド部材３３ａは、各突条部３３１が対向するようにＹ方向ガイドフレーム３３ｂの下側の両側端部にそれぞれボルトで固定されている。Ｙ方向ガイド部材３３ａのＹ方向前方の端面は、Ｙ方向ガイドフレーム３３ｂのＹ方向前方の端面よりも少しＹ方向前方に向かって突出している。そして、Ｙ方向ガイド部材３３ａのＹ方向前方の端面は、ボンディングステージ１２の載置面１２ａのＹ方向後端面１２ｄから距離ｄだけＹ方向前方に突出している。
　このように、Ｙ方向ガイド３３は、上方向から見た際に、前方の一部がボンディングステージ１２の載置面１２ａにｄだけ重なるようにＸ方向スライド板３２ｂの下側に取付けられている。また、Ｘ方向スライド板３２ｂは、Ｘ方向ガイド３１を介してフレーム５０に取付けられている。従って、Ｙ方向ガイド３３は、上方向から見た際に、Ｙ方向の前方の一部がボンディングステージ１２の載置面１２ａに重なるようにフレーム５０に取付けられている。
　図３に示すように、Ｙ方向スライダ３４は、Ｙ方向に延びる四角い棒状の部材で側面に受溝３４１が設けられている。受溝３４１は長手方向に延びて、Ｙ方向ガイド部材３３ａの突条部３３１が嵌まり込むＶ字型の溝である。図３に示すように、Ｙ方向スライダ３４はボンディングヘッド２０の上端のＹ方向の両側面に受溝３４１が外側になるようにボルトで固定されている。従って、図２に示すように、Ｙ方向スライダ３４の受溝３４１にＹ方向ガイド３３のＹ方向ガイド部材３３ａの突条部３３１が嵌り込むようにＹ方向スライダ３４とＹ方向ガイド３３とを組み立てると、Ｙ方向スライダ３４はＹ方向ガイド３３によって上下方向に支持されると共にＹ方向に移動する。また、Ｙ方向スライダ３４に取りつけられているボンディングヘッド２０は、Ｙ方向スライダ３４と共にＹ方向ガイド３３によって上下方向に支持されると共に、Ｙ方向に移動する。
　図１に戻って、ボンディングヘッド２０の後側には、Ｙ方向モータ支持台１３と、Ｙ方向固定子４６と、Ｙ方向可動子４５と、Ｙ方向可動子ベース３６とが配置されている。Ｙ方向モータ支持台１３は架台１１の上に固定された支持構造物で、中央部の上側には、Ｙ方向固定子４６が取付けられている。また、Ｙ方向モータ支持台１３のＹ方向の前側端と後側端の上端には、Ｙ方向可動子ベース３６のスライダ３６ａをＹ方向にガイドするガイドレール３５が取付けられている。Ｙ方向可動子ベース３６には、Ｙ方向固定子４６と対向するようにＹ方向可動子４５が取付けられている、また、Ｙ方向可動子ベース３６とボンディングヘッド２０の後端とは、直線ガイド３７によって接続されている。なお、直線ガイド３７には、例えばクロスローラガイド、ニードルガイドを用いることができる。
　直線ガイド３７は、図３に示すようにボンディングヘッド２０の後端に取付けられる上下２つの従動側ガイド３７ａと、図４に示すようにＹ方向可動子ベース３６のＹ方向前端に固定される駆動側ガイド３７ｂとで構成される。駆動側ガイド３７ｂは、棒状の長手部材で、上下の面に山形断面の突条部３７２が設けられている。従動側ガイド３７ａは柱状の長手部材で、上面又は下面に駆動側ガイド３７ｂの突条部３７２に嵌まり込むＶ字型の受溝３７１が設けられている。
　駆動側ガイド３７ｂの突条部３７２と従動側ガイド３７ａの受溝３７１とが係合するように組み合わせると、図５に示すように、従動側ガイド３７ａは駆動側ガイド３７ｂに対してＸ方向にスライドしつつ、駆動側ガイド３７ｂのＹ方向の移動に従動してＹ方向に移動する。このため、Ｙ方向可動子４５によりＹ方向可動子ベース３６がＹ方向に移動すると、従動側ガイド３７ａはＸ方向に移動しつつ、接続されているボンディングヘッド２０をＹ方向に従動させる。このように、ボンディングヘッド２０は、Ｘ方向モータ４０のＸ方向可動子４１とＹ方向モータ４７のＹ方向可動子４５によってＸＹ方向に駆動される。
　以上説明したように、ＸＹ駆動機構３０を構成するＸ方向ガイド３１と、Ｘ方向スライダ３２と、Ｙ方向ガイド３３と、Ｙ方向スライダ３４とは、ボンディングステージ１２の載置面１２ａよりも上方で、ボンディングステージ１２のＹ方向後方側に位置するようにフレーム５０に取付けられている。
　図６に示すように、ボンディングアーム２１は、本体２１ａと、本体２１ａのＹ方向前方に取りけられた超音波ホーン２１ｂとで構成されている。超音波ホーン２１ｂの前端２１ｆにはボンディングツールであるキャピラリ２２が取付けられている。本体２１ａの長手方向中央には、超音波振動子が取付けられる開口が設けられている。
　本体２１ａの後端部２１ｒは、Ｘ方向プラス側とマイナス側とにそれぞれ広がる三角形の取付け用リブ２１ｃが設けられている。取付け用リブ２１ｃの後端には、十字板ばね２６が取付けられる取付け座２１ｄが設けられており、ボンディングアーム２１の後端部２１ｒは、取付け座２１ｄに取付けられた十字板ばね２６によってボンディングヘッド２０のＹ方向前方の構造部材２０ａに取付けられている。また、本体２１ａの後端部２１ｒからＹ方向後方に向かって板状のＺ方向モータのＺ方向可動子取付け板２１ｍが延びている。Ｚ方向可動子取付け板２１ｍにはＺ方向可動子４８が取付けられている。Ｚ方向可動子取付け板２１ｍとＺ方向可動子４８とはボンディングヘッド２０の内部に収容されている。
　図７に示すように、十字板ばね２６は、ボルト孔２７ｂ、２８ｂが設けられた水平ばね板２７と垂直ばね板２８とを十字型に交差するように組み合わせたものである。図６に示すように、水平ばね板２７の後端（Ｙ方向プラス側）はボンディングヘッド２０の構造部材２０ａにボルト２７ａによって固定され、先端（Ｙ方向マイナス側）は、ボンディングアーム２１の取付け座２１ｄの下面にボルトによって固定されている。また、垂直ばね板２８の上端はボルト２８ａによってボンディングアーム２１の取付け座２１ｄの後端の垂直面に固定されており、下端はボンディングヘッド２０の構造部材２０ａにボルトで固定されている。そして、水平ばね板２７と垂直ばね板２８との交差するＸ方向に延びる線がボンディングアーム２１の回転軸２９となり、十字板ばね２６はボンディングアーム２１を回転軸２９の周りに回転自在に支持する。
　このように、ボンディングアーム２１は、後端部２１ｒがＸ方向に延びる回転軸２９の回りに回転自在に取付けられている。また、ボンディングヘッド２０の内部に収容されたＺ方向可動子４８の両側には、図示しないＺ方向固定子が取付けられている。Ｚ方向固定子はＺ方向可動子４８を回転軸２９の回りに回転させるように駆動し、超音波ホーン２１ｂの前端２１ｆに取付けられたキャピラリ２２の下端がボンディングステージ１２の載置面１２ａに接離する方向に駆動する。
　ボンディングアーム２１は、回転軸２９の高さが、ボンディングステージ１２の載置面１２ａに載置されたボンディング対象物のボンディング面と同一となるようにボンディングヘッド２０に取付けられている。このため、キャピラリ２２の下端は、ボンディング対象物のボンディング面に対して垂直方向に接離する。
　このように、ボンディングアーム２１は、ボンディングヘッド２０からＹ方向前方に向かって延び、ボンディングステージ１２の載置面１２ａの上方でＹ方向に移動するようにボンディングヘッド２０に取付けられている。
　鏡筒２３は、ボンディングステージ１２の載置面１２ａの上に載置されたボンディング対象物からの光をボンディングヘッド２０の内部に取付けられた撮像装置に導く光学部材である。鏡筒２３は、ボンディングヘッド２０に取りつけられたＹ方向前方に延びる取付けアーム２３ａの前端に取付けられてボンディングアーム２１の前端２１ｆの上方に配置されている。また、ボンディングヘッド２０には、鏡筒２３からボンディング対象物からの光を画像として取得する撮像装置（図示せず）が取付けられている。
　以上の様に構成されたワイヤボンディング装置１００では、Ｙ方向可動子４５がＹ方向に移動すると、Ｙ方向可動子４５に接続されたボンディングヘッド２０と、ボンディングヘッド２０に取付けられているＹ方向スライダ３４とがＹ方向に移動する。また、Ｘ方向可動子４１がＸ方向に移動すると、Ｘ方向スライダ３２の下側に取付けられているＹ方向ガイド３３と、Ｙ方向ガイド３３に上下方向に支持されてＹ方向に移動するＹ方向スライダ３４と、Ｙ方向スライダ３４に取付けられているボンディングヘッド２０とが、一体となってＸ方向に移動する。これにより、ＸＹ駆動機構３０は、ボンディングヘッド２０をＸＹ方向に駆動する。
　ここで、Ｘ方向可動子４１がＸ方向に移動した際にＸ方向可動子４１と共にＸ方向に移動するＹ方向ガイド３３と、Ｙ方向スライダ３４と、ボンディングヘッド２０と、ボンディングヘッド２０に取付けられているボンディングアーム２１と、鏡筒２３と、撮像装置とは、Ｘ方向可動子４１によってＸ方向に移動される部品の集合体である負荷体を構成する。図１において、重心マークは、上記の負荷体全体の重心位置２５を示す。また、一点鎖線２０ｃは負荷体の重心位置２５を通り上下方向に延びる線である。また、図１、８、９において、一点鎖線４０ｃは、Ｘ方向モータ４０のＸ方向の推力中心のあるＸ方向可動子４１の中心４３を通り、上下方向に延びる線であり、一点鎖線１２ｃはボンディングステージ１２のＹ方向の中心を通り上下方向に延びる線である。
　図１に示すように、ボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２のＹ方向中央に位置している、つまり、図１に示すように、キャピラリ２２の中心が一点鎖線１２ｃの位置している際、負荷体の重心位置２５のＹ方向位置は、Ｘ方向可動子４１の中心４３のＹ方向の位置と略同一位置となっている。
　また、図８に示すように、ボンディングヘッド２０が図１に示す位置からＹ方向マイナス側に距離Ｌ１だけ移動し、ボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２の前端近傍まで移動する場合には、Ｙ方向スライダ３４は、ボンディングステージ１２の載置面１２ａの上方でＹ方向に移動し、ボンディングアーム２１は、ボンディングステージ１２の載置面１２ａの上方でＹ方向に移動する。そして、負荷体の重心位置２５のＹ方向位置は、Ｘ方向可動子４１の中心４３のＹ方向位置よりも距離Ｌ１だけＹ方向前方にずれている。
　逆に、図９に示すように、ボンディングヘッド２０が図１に示す位置からＹ方向プラス側に距離Ｌ１だけ移動し、ボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２の後端近傍まで移動する場合には、負荷体の重心位置２５のＹ方向位置は、Ｘ方向可動子４１の中心４３のＹ方向位置よりも距離Ｌ１だけＹ方向後方にずれている。
　このように、負荷体の重心位置２５のＹ方向位置とＸ方向可動子４１の中心４３のＹ方向位置のずれ量は、図８、９に示すようにボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２のＹ方向の前端又は後端に位置している場合に最も大きくなる。
　実施形態のワイヤボンディング装置１００は、Ｙ方向ガイド３３の前方の一部がボンディングステージ１２の載置面１２ａに重なるようにＸＹ駆動機構３０をフレーム５０に取付け、Ｙ方向ガイド３３とＸ方向可動子４１とが取付けられるＸ方向スライダ３２のＹ方向の位置をボンディングステージ１２に近づけて配置することにより、負荷体の重心位置２５がＸ方向可動子４１の中心４３の近傍の前後でＹ方向に移動するように構成している。これにより、負荷体の重心位置２５とＸ方向可動子４１の中心４３とのずれ量の最大値を特許文献１に記載された従来技術のワイヤボンディング装置よりも小さくすることができる。このため、ＸＹ駆動機構３０でボンディングヘッド２０をＸ方向に駆動した際にボンディングヘッド２０に加わるヨーイングモーメントを従来技術のワイヤボンディング装置よりも低減し、ボンディングヘッド２０の垂直軸周りの振動を低減することができる。そして、ボンディングヘッド２０の垂直軸周りの振動を低減することにより、ボンディングヘッド２０の垂直軸周りの振動の振幅を低減することができる。また、ボンディングヘッド２０に加わるヨーイングモーメントを低減することにより、ボンディングヘッド２０の垂直軸周りの固有振動数を高くして、ボンディングヘッド２０の垂直軸周りの振動の振幅を低減することができる。
　そして、ボンディングヘッド２０の垂直軸周りの振動の振幅を低減することにより、振動によるボンディングアーム２１の前端２１ｆに取付けられているキャピラリ２２のＸ方向の振動の振幅を小さくすることができ、ボンディング品質を向上させることができる。
　また、本実施形態のワイヤボンディング装置１００は、ボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２のＹ方向の中央に位置している際の負荷体の重心位置２５のＹ方向位置とＸ方向可動子４１の中心４３のＹ方向位置とを同一位置とすることにより、負荷体の重心位置２５がＸ方向可動子４１の中心４３の前後でＹ方向に移動するようにしている。これにより、図８、９に示す距離Ｌ１は、ボンディングヘッド２０のＹ方向のストロークの１／２となり、負荷体の重心位置２５とＸ方向可動子４１の中心４３とのずれ量の最大値を最小にできる。このため、ＸＹ駆動機構３０でボンディングヘッド２０をＸ方向に駆動した際にボンディングヘッド２０に加わるヨーイングモーメントを更に低減して垂直軸周りの振動を更に低減し、ボンディング品質を更に向上させることができる。
　また、実施形態のワイヤボンディング装置１００は、Ｙ方向スライダ３４が、ボンディングステージ１２の載置面１２ａの上方でＹ方向に移動し、ボンディングアーム２１は、ボンディングヘッド２０からＹ方向前方に向かって延びるようにボンディングヘッド２０に取付けられており、ボンディングヘッド２０は、ボンディングアーム２１がボンディングステージ１２の載置面１２ａの上方でＹ方向に移動するようにＹ方向スライダ３４の下側に取付けられている。これにより、ボンディングアーム２１の前端２１ｆのＹ方向の移動ストロークを長くすることができ、大きな基板にボンディングを行うことができる。
　更に、実施形態のワイヤボンディング装置１００では、ボンディングアーム２１は、回転軸２９の高さが、ボンディングステージ１２の載置面１２ａに載置されたボンディング対象物のボンディング面と同一となるようにボンディングヘッド２０に取付けられている。これにより、ボンディングの際にキャピラリ２２の下端をボンディング面に対して垂直方向に移動させることができ、ボンディング品質を向上させることができる。
　また、実施形態のワイヤボンディング装置１００は、十字板ばね２６によってボンディングアーム２１をボンディングヘッド２０に回転自在に取付けているので、回転軸受けなどのような摩擦抵抗がなく、回転に対する抵抗がほとんど発生しない。このため、微小なボンド荷重をワイヤ、接合物に印加することが可能になりボンディング精度を向上させることができる。
　以上説明したワイヤボンディング装置１００では、ボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２のＹ方向の中央に位置している際の負荷体の重心位置２５のＹ方向位置とＸ方向可動子４１の中心４３のＹ方向位置とを同一位置とすることとして説明したがこれに限らず、負荷体の重心位置２５のＹ方向位置とＸ方向可動子４１の中心４３のＹ方向位置とのＹ方向の距離がボンディングアーム２１のＹ方向ストロークの１／１０よりも小さい範囲でもよい。これにより、負荷体の重心位置２５とＸ方向可動子４１の中心４３とを近接させて、ボンディングヘッド２０をＸ方向に駆動した際のボンディングヘッド２０の垂直軸周りの振動を低減してボンディング品質を向上させることができると共に、ボンディングの高速化を図ることができる。
　また、ボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２のＹ方向の中央に位置している際の負荷体の重心位置２５のＹ方向位置をＸ方向可動子４１の中心４３のＹ方向位置よりもＹ方向後方となるようにＸＹ駆動機構３０を配置してもよい。
　ボンディングヘッド２０をＸ方向に駆動した際にボンディングヘッド２０の垂直軸周りの振動が最も大きくなるのは、図８に示すように、ボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２の前端近傍に位置する場合である。これは、キャピラリ２２の取付けられているボンディングアーム２１の前端２１ｆとＸ方向の推力中心となるＸ方向可動子４１の中心４３との距離が最も大きくなるためである。このため、ＸＹ駆動機構３０の位置を少しＹ方向前側にずらし、ボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２のＹ方向の中央に位置している際の負荷体の重心位置２５のＹ方向位置をＸ方向可動子４１の中心４３のＹ方向位置よりも少しＹ方向後方とすることにより、ボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２の前端近傍に位置する場合の負荷体の重心位置２５のＹ方向位置とＸ方向可動子４１の中心４３とのＹ方向位置とのずれ量を小さくすることができる。これにより、ボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２の前端近傍に位置する場合のボンディングヘッド２０の垂直軸周りの振動をより低減することができ、ボンディング品質をより向上させることができる。
　ボンディングアーム２１の前端２１ｆがボンディングステージ１２のＹ方向の中央に位置している際の負荷体の重心位置２５のＹ方向位置をＸ方向可動子４１の中心４３のＹ方向位置よりもどのくらいＹ方向後方にずらせばよいかは、ボンディングヘッド２０の質量やボンディングアーム２１の質量、長さによって設定可能であるが、例えば、ボンディングアーム２１のＹ方向のストロークの１／５０から１／１０だけＹ方向後方にずらしてもよい。
　また、実施形態のワイヤボンディング装置１００では、Ｙ方向ガイド３３と、Ｙ方向スライダ３４と、ボンディングヘッド２０と、ボンディングアーム２１と、鏡筒２３とは、Ｘ方向可動子４１によってＸ方向に移動される部品の集合体である負荷体を構成するとして説明したがこれに限らない。
　例えば、ボンディングヘッド２０にごく軽量の光ファイバ等の光学素子を取付けてボンディング対象からの光を撮像装置に送るように構成して鏡筒２３を備えない場合には、負荷体は、鏡筒２３を含まないＹ方向ガイド３３と、Ｙ方向スライダ３４と、ボンディングヘッド２０と、ボンディングアーム２１と撮像装置とで構成されてもよいし、撮像装置もボンディングヘッド２０に取付けられていない場合には、負荷体は、鏡筒２３と撮像装置を含まないＹ方向ガイド３３と、Ｙ方向スライダ３４と、ボンディングヘッド２０と、ボンディングアーム２１とで構成されていてもよい。
　１１　架台、１２　ボンディングステージ、１２ａ　載置面、１２ｄ　Ｙ方向後端面、１３　Ｙ方向モータ支持台、２０　ボンディングヘッド、２０ａ　構造部材、２１　ボンディングアーム、２１ａ　本体、２１ｂ　超音波ホーン、２１ｃ　取付け用リブ、２１ｄ　取付け座、２１ｆ　前端、２１ｍ　Ｚ方向可動子取付け板、２１ｒ　後端部、２２　キャピラリ、２３　鏡筒、２３ａ　アーム、２５　重心位置、２６　十字板ばね、２７　水平ばね板、２７ａ、２８ａ　ボルト、２７ｂ、２８ｂ　ボルト孔、２８　垂直ばね板、２９　回転軸、３０　ＸＹ駆動機構、３１　Ｘ方向ガイド、３２　Ｘ方向スライダ、３２ａ　Ｘ方向スライド部材、３２ｂ　Ｘ方向スライド板、３３　Ｙ方向ガイド、３３ａ　Ｙ方向ガイド部材、３３ｂ　Ｙ方向ガイドフレーム、３４　Ｙ方向スライダ、３５　ガイドレール、３６　Ｙ方向可動子ベース、３６ａ　スライダ、３７　直線ガイド、３７ａ　従動側ガイド、３７ｂ　駆動側ガイド、４０　Ｘ方向モータ、４１　Ｘ方向可動子、４２　Ｘ方向固定子、４３　中心、４５　Ｙ方向可動子、４６　Ｙ方向固定子、４７　Ｙ方向モータ、４８　Ｚ方向可動子、５０　フレーム、５１　柱、５２　大梁、５３　支持アーム、１００　ワイヤボンディング装置、３１１、３３１、３７２　突条部、３２１、３４１、３７１　受溝。

Claims (8)

  1. 　載置面にボンディング対象物が載置されるボンディングステージと、
    　ボンディングアームが取付けられるボンディングヘッドと、
    　前記ボンディングヘッドを前記ボンディングアームの長手方向であるＹ方向と、水平面内でＹ方向に直交する前後方向であるＸ方向とに駆動するＸＹ駆動機構と、
    　前記ＸＹ駆動機構を支持するフレームと、を含むワイヤボンディング装置であって、
    　前記ＸＹ駆動機構は、
    　前記フレームに取付けられるＸ方向ガイドと、
    　前記Ｘ方向ガイドによって上下方向に支持されると共にＸ方向にガイドされてＸ方向に移動し、上側にＸ方向モータのＸ方向可動子が取付けられるＸ方向スライダと、
    　前記Ｘ方向スライダの下側に取付けられるＹ方向ガイドと、
    　前記Ｙ方向ガイドによって上下方向に支持されると共にＹ方向にガイドされてＹ方向に移動し、前記ボンディングヘッドが取付けられるＹ方向スライダと、を備え、
    　前記ＸＹ駆動機構は、前記ボンディングステージの前記載置面よりも上方且つ前記ボンディングステージのＹ方向後方で、上方向から見た際に、前記Ｙ方向ガイドの前方の一部が前記ボンディングステージの前記載置面に重なるように前記フレームに取付けられていること、
    　を特徴とするワイヤボンディング装置。
  2. 　請求項１に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　前記ボンディングアームは、後端部がＸ方向に延びる回転軸の回りに回転自在に取付けられて前端が前記ボンディングステージの前記載置面に接離する方向に移動可能に前記ボンディングヘッドに取付けられており、
    　前記回転軸の高さが、前記ボンディングステージの前記載置面に載置された前記ボンディング対象物のボンディング面と同一であること、
    　を特徴とするワイヤボンディング装置。
  3. 　請求項１又は２に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　前記ボンディングアームの前端が前記ボンディングステージのＹ方向の中央に位置している際の前記Ｘ方向モータの前記Ｘ方向可動子によってＸ方向に移動される部品の集合体である負荷体の重心のＹ方向位置と、前記Ｘ方向可動子の中心のＹ方向位置とのＹ方向の距離が、前記ボンディングアームのＹ方向のストロークの１／１０よりも小さいこと、
    　を特徴とするワイヤボンディング装置。
  4. 　請求項３に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　前記ボンディングアームの前端が前記ボンディングステージのＹ方向の中央に位置している際の前記負荷体の重心のＹ方向位置は、前記Ｘ方向可動子の中心のＹ方向位置と同一位置、又は、前記Ｘ方向可動子の中心のＹ方向位置よりもＹ方向後方であること、
    　を特徴とするワイヤボンディング装置。
  5. 　請求項３又は４に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　前記負荷体が、前記Ｙ方向ガイドと、前記Ｙ方向スライダと、前記ボンディングヘッドと、前記ボンディングアームとで構成されること、
    　を特徴とするワイヤボンディング装置。
  6. 　請求項３又は４に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　前記ボンディングヘッドには、撮像装置と、前記ボンディング対象物からの光を前記撮像装置に導く鏡筒とが取付けられており、
    　前記負荷体が、前記Ｙ方向ガイドと、前記Ｙ方向スライダと、前記ボンディングヘッドと、前記ボンディングアームと、前記撮像装置と、前記鏡筒とで構成されること、
    　を特徴とするワイヤボンディング装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　前記Ｙ方向スライダは、前記ボンディングステージの前記載置面の上方でＹ方向に移動し、
    　前記ボンディングアームは、前記ボンディングヘッドからＹ方向前方に向かって延びるように前記ボンディングヘッドに取付けられており、
    　前記ボンディングヘッドは、前記ボンディングアームが前記ボンディングステージの前記載置面の上方でＹ方向に移動するように前記Ｙ方向スライダの下側に取付けられていること、
    　を特徴とするワイヤボンディング装置。
  8. 　請求項２に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　前記ボンディングアームの前記後端部は、２枚のばね板を十字型に交差させた十字板ばねによって回転自在に前記ボンディングヘッドに取り付けられ、前記回転軸は、２枚の前記ばね板の交差する線に沿った軸であること、
    　を特徴とするワイヤボンディング装置。
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