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CH675035A5 - - Google Patents

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Publication number
CH675035A5
CH675035A5 CH608/88A CH60888A CH675035A5 CH 675035 A5 CH675035 A5 CH 675035A5 CH 608/88 A CH608/88 A CH 608/88A CH 60888 A CH60888 A CH 60888A CH 675035 A5 CH675035 A5 CH 675035A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
pin
wire
bonding
sonotrode
guide tube
Prior art date
Application number
CH608/88A
Other languages
English (en)
Inventor
Manfred Bansemir
Original Assignee
Elektromat Veb
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Publication date
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Description

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CH 675 035 A5
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Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wobei mit der Vorrichtung Kontaktstellen mittels Ultraschallschweis-sen durch Drahtbrücken verbunden werden können, beispielsweise Anschlussstellen auf Bauelementeträgern mit den Bondinseln von Halbleiterchips.
Bei bekannten Vorrichtungen zur Ultraschall-Drahtkontaktierung wird in der Regel der Draht durch eine hinter der Schweissfläche einer Sono-trode angeordnete schräge Bohrung in Längsrichtung des Ultraschallschwingers zugeführt und ge-schweisst. Dieses übliche Arbeitsprinzip verlangt, dass vor der Ausführung jeder Drahtbrücke die Verbindungsrichtung ihrer zwei Anschlussstellen mit der Achsrichtung des Ultraschallschwingers in Übereinstimmung gebracht werden muss.
Dazu kann entweder die Bauteilaufnahme oder ein den Ultraschallschwinger enthaltender Bondkopf in die erforderliche Richtung eingestellt werden. Bei automatisch arbeitenden Vorrichtungen ist für bestimmte Anwendungsgebiete, z.B. für die Bearbeitung sogenannter Hybrid-Bauelemente die Realisierung durch Einstellen des Bondkopfes vorteilhaft.
Bekannte Vorrichtungen dieser Art besitzen einen um eine vertikale, annähernd durch die Schweissfläche am Fuss der Sonotrode verlaufende Achse drehbaren Bondkopf, der in der Regel auch eine vertikale Hubbewegung ausführen kann. Alle bekannten Ausführungen besitzen ausserdem eine in der Nähe der Drehachse liegende optische Anordnung, mit der das zu bearbeitende Bauelement mittels einer TV-Kamera auf einem Monitor abgebildet werden kann. Die Drahtzuführung verläuft bei diesen Vorrichtungen in der Regel durch eine im Bereich von 30 bis 60 Grad zur Horizontalen geneigte schräge Bohrung im Bondrüssel. Das automatische Vorschieben und Trennen des Drahtes wird üblicherweise durch eine Zange bewirkt, die den Draht hinter der Sonotrode mit zwei Klemmbacken spannt. Durch Bewegung der Klemmbacken in Längsrichtung des zuzuführenden Drahtes, koordiniert mit der Spannbewegung der Klemmbacken, wird der Draht vor der Ausführung der 1. Schweissverbindung einer Drahtbrücke unter die Schweissfläche der Sonotrode vorgeschoben und nach Ausführung der 2. Schweissverbindung dieser Drahtbrücke an der Hinterkante der Schweissfläche der Sonotrode abgerissen.
Bei bekannten Vorrichtungen mit drehbarem und vertikal beweglichem Bondkopf ist die Vorratsspule für den Draht am Bondkopf angeordnet. Diese Anordnung erfordert die Verwendung relativ kleiner und leichter Drahtvorratsspulen, um den speziell für die Bondkopfdrehung benötigten Freiraum und das Massenträgheitsmoment um die Drehachse in Grenzen zu halten. In der Praxis bekannt und z.B. in der U.S.-PS 4 239 144 beschrieben sind Vorrichtungen, bei denen eine übliche leichte Spule mit etwa 12,5 mm Durchmesser und 19 mm Länge drehbar auf einen Zapfen am Bondkopf aufgesteckt wird. Beim Ziehen der Drahtbrücken wird der Draht von der Spule abgerollt. Nachteilig bei dieser Ausführung ist, dass der Spulenkörper beschleunigt und gedreht werden muss. Dadurch schwanken die Nachzugskräfte für den Draht, und die sichere Zuleitung der für eine elektrische Bondfehlerkontrolle erforderlichen Prüfspannung zum Bonddraht ist problematisch. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Spulen für Drähte über etwa 0,05 mm Durchmesser schlecht geeignet sind. In der Praxis bekannt ist weiterhin eine Vorrichtung, bei der der Draht über die Stirnweite eines fest am Bondkopf gehaltenen Spulenkörpers abgezogen wird. Der Spulenkörper ist kleiner als bei den üblicherweise für diese Art des Drahtabzuges verwendeten Spulen ausgeführt. Nachteilig dabei ist, dass dadurch auch die Vorratsmenge an Draht je Spule geringer ist und die Spulen ebenfalls nur für dünne Drähte geeignet sind. Ausserdem sind Platzbedarf und Masse für die Spule und ihre Halterung bei dieser Ausführung bereits relativ gross.
Das Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung zu schaffen, bei der der Einsatz beliebiger üblicher Drahtvorratsspulen bei solchen Vorrichtungen möglich, der Bereich der verarbeitbaren Drahtdurchmesser erweitert ist, günstige Bedingungen für eine automatische Bondfehlerkontrolle geschaffen sind und die Arbeitsgeschwindigkeit bei der Herstellung der Drahtverbindungen verbessert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung zu schaffen, die eine Drahtzuführung beinhaltet, bei der die Vorratsspule für den Draht ortsfest ausserhalb des drehbaren und vertikal bewegbaren Bondkopfes angeordnet ist und bei der die bei der Herstellung der Drahtverbindungen auftretenden Nachzugskräfte für den Draht gering und konstant reproduzierbar sind.
Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 definiert. Ausführungsformen davon gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Teildraufsicht auf die Vorrichtung:
Fig. 2 eine Teiiansicht von der Seite;
Fig. 3 einen Schnitt durch die Bondkopfführung entlang der Linie A-A in Fig. 1 ; und
Fig. 4 eine Seitenansicht auf die Vorrichtung mit Teilschnitt entlang Linie B- B in Fig. 1
Die Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung entsprechend den Fig. 1 bis 4 ist über einen Basiskörper 1 in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gestell angeordnet, wobei sie entweder ortsfest oder auch an einem in x-y-Richtung verfahrbaren Tisch montiert sein kann.
Als Radialführung für einen Bondkopf 2 dient ein spielfrei einstellbares, zweireihiges Kugellager, dessen Aussenring 9 im Basiskörper 1 gehalten ist. Ein Innenring 10 der Radialführung dient auch als
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Aussenbuchse einer ausserdem aus einer Innenbuchse 11 und einem mit Kugeln 13 bestückten Kugelkäfig 12 bestehenden konzentrischen Längsführung für den Bondkopf 2. Eine steuerbare Drehbewegung für den Bondkopf 2 wird mittels eines Zahnriemens 15 von einem auf den Basiskörper 1 montierten Drehantrieb auf ein mit der oberen Stirnseite des Innenringes 10 verschraubtes Zahnriemenrad 14 übertragen. An der unteren Stirnseite des Innenringes 10 ist eine Trommel 16 befestigt. Sie dient zur Befestigung und Führung flexibler elektrischer Zuleitungen 17 zum Bondkopf 2.
Ein im wesentlichen aus einem Ultraschallschwin-ger 35 mit Bondrüssel 36 und Sonotrode 39, der Halterung des Ultraschallschwingers und einem hier nicht näher erläuterten Zangenmechanismus mit einer Zange 38 zum Vorschieben und Trennen des Drahtes bestehender Bondkopf 2 ist an der Stirn-, seite eines Zapfens 3 so befestigt, dass die Zapfenachse parallel zur Sonotrodenachse und annähernd durch die Schweissfläche am Fuss der Sonotrode verläuft.
Der Zapfen 3 ist in die Innenbuchse 11 der Führung eingesetzt und über eine Spannhülse 7 durch einen mit Schrauben gegen seine obere Stirnseite gezogenen Flansch 6 festgespannt. Der Flansch 6 dient ausserdem zur Einleitung der steuerbaren Vertikalbewegung für den Bondkopf 2. Dazu greifen in seinem äusseren Stirnbereich von oben und unten zwei Rollen 26 an, die über einen Hebelmechanismus mit einem auf den Basiskörper 1 montierten Vertikalantrieb verbunden sind. In der am Innenring 10 befestigten Trommel 16 ist parallel zur Drehachse ein Stift 19 angeordnet. Zwei am Bondkopf 2 angeordnete Rollen 18 liegen beidseitig an ihm an und übertragen so die Drehbewegung auf den Bondkopf 2 und den mit ihm verbundenen Zapfen 3.
Zapfen 3 und Flansch 6 weisen eine exzentrische Bohrung 8 auf, in die von unten ein Mikroskopobjektiv 20 eingeschraubt ist. Sie liegen in bezug auf den Ultraschallschwinger 35 seitlich neben der Schwingerachse und vor der Sonotrodenachse. In einem bestimmten Abstand über der Austrittsöffnung der exzentrischen Bohrung 8 ist eine TV-Kamera 21 oder in einer anderen Ausführungsvariante eine weitere Baugruppe der Abbildungsoptik angeordnet. Über dem Mikroskopobjektiv 20 kann ein unter 45 Grad zur Achse geneigter teildurchlässiger Spiegel 22 eingesetzt sein. Durch Querbohrungen im Zapfen 3 und den Führungselementen ist mittels einer am Basiskörper 1 angeordneten Beleuchtungseinrichtung 23 über den Spiegel 22 eine Auflichtbeleuchtung des unter dem Mikroskopobjektiv 20 liegenden Objektes möglich, wenn sich die Anordnung in der in Fig. 1 dargestellten Grundstellung befindet.
Für die Drahtzuführung weist der Zapfen 3 eine in Richtung des Ultraschallschwingers 35 angeordnete Längsnut 4 auf. In diese Längsnut 4 ist ein Führungsrohr 5 eingelegt, dessen oberes Ende in der Nähe der Drehachse, jedoch ausserhalb des optisch wirksamen Bereiches der exzentrischen Bohrung 8, vertikal aus dem Flansch 6 austritt. Darüber ist ein nicht mit der Drehbewegung gekoppeltes Umlenkelement 24 angeordnet, das im Ausführungsbeispiel als geschlossene Drahtöse ausgebildet ist. Das untere Ende des Führungsrohres 5 tritt im Bereich der Bondkopfbefestigung schräg nach aussen geneigt aus dem Zapfen 3 aus.
Am Bondkopf 2 ist ein Umlenkzapfen 27 so angeordnet, dass sein Umfang etwa mit der Richtung der Bohrung 37 im Bondrüssel 36 und der Austrittsrichtung des Führungsrohres 5 tangiert. Der aus horizontaler oder von oben her geneigter Richtung von einer ausserhalb der Bondkopfführung am Basiskörper 1 gehaltenen und hier nicht näher beschriebenen Vorratsspule kommende Bonddraht 40 läuft über das Umlenkelement 24, durch das Führungsrohr 5 und um den Umlenkzapfen 27 zur Bohrung 37 im Bondrüssel 36 und danach durch die Klemmbacken der Zange 38 zu einer Sonotrode 39. Die zur Drahtführung dienenden Elemente sind gegen die übrigen Teile der Vorrichtung elektrisch isoliert befestigt oder aus elektrisch isolierendem Material hergestellt. Als Führungsrohr 5 wird vorzugsweise ein Glasrohr verwendet.
Im Ausführungsbeispiel ist der Umlenkzapfen 27 an einem um eine parallel zu ihm liegende Achse 28 schwenkbaren Hebel 29 angeordnet. Durch eine am Hebel 29 angreifende Zugfeder 30 wird der Umlenkzapfen 27 in bezug auf den Bonddraht 40 nach innen bis zur Begrenzung durch einen einstellbaren Anschlag 31 gezogen. Der Hebel 29 weist einen parallel zur Achse 28 liegenden Stift 32 auf. Darüber ist an einem in die Trommel 16 eingesetzten Stift 33 ein in der Höhe verstellbarer Steg 34 angeordnet.
Beim Anheben des Bondkopfes 2 kann der Steg 34 den Stift 32 nach aussen drücken und damit auch den Umlenkzapfen 27 in bezug auf den Bonddraht 4 nach aussen bewegen. Der Steg 34 ist so eingestellt, dass diese Bewegung im oberen Bereich des Anhebens nach Beendigung einer Drahtbrücke erfolgt. Die Drahtzange 38 ist zu diesem Zeitpunkt geschlossen und durch die Bewegung des Umlenkzapfens (27) wird Draht von der Vorratsspule nachgezogen. Beim Ansenken zur Ausführung der folgenden Drahtbrücke bewegt sich der Umlenkzapfen 27 wieder nach innen und bildet eine lose Drahtreserve im Bereich über dem Bondrüssel 36. Während der Ausführung der Drahtbrücke braucht dadurch kein Draht von der Vorratsspule nachgezogen zu werden. In diesem Arbeitszeitraum wird der Bondkopf 2 nur soweit angehoben, dass der Umlenkzapfen 27 in seiner inneren Endlage verbleibt. In einer anderen, in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante erfolgt die Umlenkung des Bonddrahtes 40 in die Richtung der schrägen Bohrung 37 im Bondrüssel 36 direkt durch das Führungsrohr 5. Der untere Teil des Führungsrohres 5 setzt sich dazu nach seinem Austritt aus dem Zapfen 3 in einem zunächst nach aussen und dann nach innen gerichteten Bogen fort und endet etwa in Richtung der Bohrung 37.
Im Ausführungsbeispiel ist weiterhin das Umlenkelement 24 an dem zur Übertragung der Vertikalbewegung auf den Flansch 6 dienenden Hebel 25 angeordnet. Das Umlenkelement 24 folgt dadurch der Vertikalbewegung, und es tritt dabei keine für den Bonddraht 40 wirksame Längenänderung zwischen Umlenkelement 24 und Sonotrode 39 auf.
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Claims (5)

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Ultraschall-Drahtkontaktierung, insbesondere zum Drahtbonden von Halblei-terbauelementen, bei der der Bonddraht durch Schrägbohrungen in Bondrüssel (36) und Sonotrode (39) zugeführt und durch eine hinter der Sonotrode angeordnete Zange (38) vorgeschoben und getrennt wird und bei der ein im wesentlichen aus Ultraschallschwinger (35) mit Sonotrode und einem Zangenmechanismus bestehender Bondkopf (2) an einem Zapfen (3) befestigt ist, der eine exzentrische Längsbohrung (8) mit einem am unteren Bohrungsaustritt eingeschraubten Mikroskopobjektiv (20) sowie einen an der oberen Stirnseite zentrisch befestigten Flansch (6) aufweist und in einer kombinierten Axial- und Radialführung montiert ist, in der er mittels zweier unabhängiger Antriebe vertikal in Richtung der Sonotrodenachse bewegt und um seine annähernd zentrisch zur Schweissfläche am Fuss der Sonotrode liegende Achse gedreht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der den Bondkopf (2) tragende Zapfen (3) eine in Richtung des Ultraschallschwingers (35) angeordnete Längsnut (4) aufweist, in die ein Führungsrohr (5) eingelegt ist, dessen oberes Ende in der Nähe der Drehachse vertikal aus dem Flansch (6) austritt und dessen unteres Ende unterhalb der kombinierten Axial-und Radialführung schräg nach aussen etwa in Richtung einer Tangente an den oberen Umfangsbe-reich eines am Bondkopf (2) angeordneten Umlenkzapfens (27) geneigt aus dem Zapfen (3) austritt, dass der untere Umfangsbereich des Umlenkzapfens (27) etwa tangential zur Richtung der Schrägbohrung (37) durch den Bondrüssel (36) liegt, dass in einem bestimmten Abstand über dem oberen Ende des Führungsrohres (5) ein nicht mit der Drehbewegung des Zapfens (3) gekoppeltes Umlenkelement (24) angeordnet ist und dass der Bonddraht (40) aus horizontaler oder nach aussen geneigter Richtung kommend über das Umlenkelement (24), durch das Führungsrohr (5), um den Umlenkzapfen (27) und danach durch die Schrägbohrung (37) im Bondrüssel (36) und die Zange (38) bis zur Sonotrode (39) geführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (5) gegen die übrigen Teile der Vorrichtung elektrisch isoliert befestigt ist oder aus elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus Glas hergestellt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkzapfen (27) an einem um eine zu ihm parallele Achse (28) schwenkbaren Hebel (29) angeordnet ist, der durch eine Zugfeder (30) in bezug auf den Bonddraht (40) nach innen gegen einen Anschlag (31) gezogen ist, dass am Hebel (29) ein parallel zur genannten Achse (28) liegender Stift (32) angeordnet ist und dass über diesem Stift (32) an der Radialführung für den Bondkopf (2) ein in der Höhe einstellbarer, den Hebel (29) bei der Höhenbewegung des Bondkopfes (2) über den genannten Stift (32) nach aussen drückender Steg (34) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (24) an einem zur Übertragung der Vertikalbewegung vom Antrieb auf den Flansch (6) des Zapfens (3) dienenden Hebel (25) befestigt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsrohr (5) sich nach seinem unteren Austritt aus dem Zapfen (3) in einem zunächst nach aussen und dann nach innen gerichteten Bogen fortsetzt, dessen Austrittsrichtung etwa mit der Richtung der Schrägbohrung (37) im Bondrüssel (36) übereinstimmt und dass der Bonddraht (40) ohne weitere Umlenkung vom Führungsrohr (5) in die Schrägbohrung (37) im Bondrüssel (36) einläuft.
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CH675035A5 true CH675035A5 (de) 1990-08-15

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Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH608/88A CH675035A5 (de) 1987-02-25 1988-02-18

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US (1) US4789093A (de)
CH (1) CH675035A5 (de)
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DE (1) DE3739955A1 (de)
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