JP3631030B2 - ワイヤボンダ装備のｘ、ｙ、ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体パッケージの組立工程を遂行するワイヤボンディング装置で、ボンディング作業を遂行することができるようにボンディングヘッドをボンディング位置に移送させるＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法に関し、特に機構的な構成要素を簡単にしながらＸ、Ｙ、Ｚ軸に微細駆動力を提供し、機械的な摩耗をなくして高速制御の精密度を向上させたワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ワイヤボンダでのＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置はリードフレームとパッドが連結されるようにワイヤボンディングを遂行するボンディングヘッドがボンディング位置に移送されるようにＸ．Ｙ、Ｚ軸テーブルを目標値に対応して位置移動させる装置である。
【０００３】
従来のＸ、Ｙ軸テーブル駆動装置は図１に図示した通り、一側面の両部に所定長さぐらい突出された支持片（１０２）が一体で備わって底部に長さ方向にほぞ（ｔｅｎｏｎ）（１００ａ）が形成されたステージ（１００）と、上記ステージ（１００）に長さ方向の移動力を提供するためのリニアモーター（図示せず）が内蔵され、下部に長さ方向にほぞ（１０４ａ）が形成されたＸ軸テーブル（１０４）と、上記Ｘ軸テーブル（１０４）のほぞ（１０４ａ）が受納されて長さ方向にスライディング移動するようにその上部に長さ方向案内溝（１０６ａ）が形成されたＸ軸ベース（１０６）と、上記ステージ（１００）に縦方向の移動力を提供するためのリニアモーター（図示せず）が内蔵されて上記ステージ（１００）のほぞ（１００ａ）が受納されて長さ方向にスライディング移動するようにその上部に長さ方向案内溝（１０８ａ）が形成されて底部に幅方向にほぞ（１０８ｂ）が形成されたＹ軸テーブル（１０８）と、上記Ｙ軸テーブル（１０８）のほぞ（１０８ｂ）が受納されて幅方向にスライディング移動するようにその上部に幅方向案内溝が形成されたＹ軸ベース（１１０）と、上記Ｘ軸テーブル（１０４）上に装着されて上記ステージ（１００）の両側支持片（１０２）と結合してステージ（１００）を幅方向に移動させる移動バー（１１２）と、上記移動バー（１１２）の両側面に設置されるベアリング（１１４）及び上記ベアリング（１１４）を固定するための固定ブラケット（１１６）で構成されている。
【０００４】
また、上記ステージ（１００）、Ｘ軸テーブル（１０４）及びＹ軸テーブル（１０８）のそれぞれの下部に形成されたほぞが非接触状態で横、縦方向に移動することができるようにそれぞれのほぞが受納される溝の内面にはエアー圧を提供するホール（図示せず）が多数形成された構造である。
【０００５】
上記Ｘ、Ｙ軸テーブル（１０４、１０８）で駆動源のリニアモーターは機械的な位置や、方向、角度などを目標とする値になるように自動に精密制御するサーボ駆動部から制御駆動信号が印加されることによってＸ、Ｙ軸テーブルを短い移動距離区間で高速に移動されるように駆動する。
【０００６】
上記のような従来技術の動作を簡略に説明する。
【０００７】
上記ステージ（１００）上にボンディングヘッドがおかれ、上記Ｘ、Ｙ軸テーブル（１０４、１０８）の各々に内蔵されたリニアモーターが直線駆動になれば、上記Ｘ軸テーブル（１０４）のほぞ（１０４ａ）がＸ軸ベース（１０６）の案内溝に沿って移動する。これに伴い、上記Ｙ軸テーブル（１０８）の上部に形成された案内溝に沿ってステージ（１００）が長さ方向に移動する。また、上記Ｙ軸テーブル（１０８）のほぞ（１０８ｂ）もＹ軸ベース（１１０）に沿って幅方向に移動する。上記Ｙ軸テーブル（１０８）の上部側案内溝にステージ（１００）のほぞ（１００ａ）が受納されている状態であるので、上記Ｙ軸テーブル（１０８）が移動することによってステージ（１００）が共に幅方向に移動され、移動バー（１１２）はベアリング（１１４）と接触された状態で幅方向にスライディング移動される。
【０００８】
上記のように構成されて動作する従来の装置では、移動バー（１１２）がベアリング（１１４）に接触されて移動される構造であるので、上記ステージのＸ、Ｙ軸方向の移動速度を増加させるための要求条件を満足するのには限界がある。
【０００９】
また、上記移動バー（１１２）とベアリング（１１４）の間の摩擦により上記ベアリング（１１４）が摩耗され、結局ベアリング（１１４）が破損されて維持補修を頻繁にしなければならない問題点を内包している。
【００１０】
また、従来のＸ、Ｙ軸駆動装置は図２に図示された通りモーターの駆動力がカムを利用した直線変換装置を経てステージに伝達されるために、カムの質量中心Ｃｍ（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）に対する駆動力が質量中心から離れた部分で作用することでステージに不必要なモーメントすなわち、ヨ−イング（ｙａｗｉｎｇ）モーメント（Ｍｚ）と、長さ方向（Ｆｘ）のピッチングモーメント（ｐｉｔｃｈｉｎｇ）（Ｍｘ）及び幅方向（Ｆｙ）のローリング（ｒｏｌｌｉｎｇ）モーメント（Ｍｙ）が発生してステージの寿命が減少され、直線変換装置によってシステム自らの体積が大きくなる問題点がある。
【００１１】
一方、ワイヤボンダでのＺ軸駆動装置はＸ、Ｙ軸駆動装置によりボンディング位置に移送されたボンディングヘッドを上下駆動させながらリードフレームとパッドを連結させるワイヤボンディング作業が可能になるようにキャピラリを微細位置移動させる装置である。
【００１２】
従来のＺ軸駆動装置は機械的な位置や、方向、角度などを目標とする値になるように自動制御して実際速度値を出力する回転サーボモーターと、上記サーボモーターの動力が伝達されて回転運動を上下垂直運動に変換するように偏心駆動するカム及びベアリングが備わった移動ブロックと、上記移動ブロックの駆動による回転角を検知するエンコーダーが備わって、上記エンコーダーの出力値ぐらいキャピラリが微細駆動しながらワイヤボンディング作業を遂行するようになる。
【００１３】
上記のような構成の従来のＺ軸駆動装置の動作状態を簡略に説明すれば次の通りである。
【００１４】
ステージ上にボンディングヘッドがおかれ、リニアモーターが駆動するによってＸ、Ｙ軸テーブルが移送してボンディングヘッドをボンディング位置に移送させれば、回転サーボモーターが所望している値ぐらい回転駆動し、続いて上記カムの偏心駆動で移動ブロックを上下移動させる。これに伴い、上記キャピラリがリードフレームとパッドをワイヤボンディングするようになる。
【００１５】
上記の通りに構成されたＸ、Ｙ軸駆動装置とＺ軸駆動装置の駆動源である従来のリニアモーターは主に円筒形コイルまたはフラットタイプマグネット（ｆｌａｔ ｔｙｐｅ ｍａｇｎｅｔ）でなる。上記リニアモーターが円筒形コイルでなされた場合には同一仕様に対して体積が大きくなり重さが重くなることによって高速性能を得るのが難しい。上記リニアモーターが後者のフラットタイプマグネットでなされた場合においても、コイルが固定され、磁石が動くように構成されているので、少ない動力を受ける区間で履歴現象（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）が発生するために動力を一定に維持できる付加装置を装着しなければならなくなり、Ｘ、Ｙ軸テーブルに機械的な衝突が発生する憂慮が高い問題点があった。
【００１６】
また、従来のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸ステージ駆動装置の動力源としてロータリーサーボモーターを使用する場合には、ボールスクリュー、カップリング等の運動変換装置が必要になり、分解組立時セッティングポイント（ｓｅｔｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）の過多により分解組立上の難しさがある。特にロータリーサーボモーターを通じてＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置を換算しなければならないために、ステージの最終位置検知の精密度が落ちる問題点がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は上記の諸般問題点を解決するために案出されたもので、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸テーブルに線形運動をするリニアモーターを直接装着して別途の直線変換装置なしでも微細駆動でき、高速及び精密制御が可能なＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法を提供することにその目的がある。
【００１８】
また、本発明はＸ、Ｙ、Ｚ軸テーブルを移動させるリニアモーターとＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置測定のためのエンコーダーシステムを各々作動されるようにすることでステージの最終位置検知の精密度を向上させたＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法を提供することに他の目的がある。
【００１９】
また、本発明は構成を簡単にしながらモーターの駆動力を直接ステージの質量中心に印加することにより不必要な駆動モーメントを除去でき、システム自らの体積を縮小させることができるＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法を提供することにもう一つの目的がある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸運動を案内するリニアガイド部材と、印加される電源により誘導起電力を発生させて上記リニアガイド部材の長さ方向及び幅方向のＸ軸、Ｙ軸方向に直進移動力を提供するＸ軸及びＹ軸方向駆動手段と、印加される電源により誘導起電力を発生させてボンディングヘッドアセンブリーの移動ブロックの上下方向のＺ軸直進駆動力を提供するＺ軸駆動手段と、上記ボンディングヘッドの移動ブロックとワイヤクランプが互いに反対方向に回動できるように回動位置の中心となってＺ軸駆動手段の直進駆動力を回動力に変換するヒンジ手段とを含むワイヤーボンダー装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置を提供する。
【００２１】
また、位置制御機でリニアガイド部材のＸ軸、Ｙ軸位置座標及びキャピラリのＺ軸位置座標を計算して設定する第１段階と、上記設定された位置からリニアガイド部材およびキャピラリの現在位置をそれぞれ引いた位置偏差を求める第２段階と、上記位置偏差に対応する命令を速度命令に変換し、この変換命令を用いてＸ、Ｙ軸及びＺ軸リニアモーターを駆動させて、前記リニアガイド部材の長さ方向及び幅方向のＸ軸、Ｙ軸方向に直進移動力を提供すると共に、前記キャピラリに移動力を提供する移動ブロックに上下方向のＺ軸直進駆動力を提供して、該移動ブロックと前記キャピラリが互いに反対方向に回動できるようにヒンジ手段を回動位置の中心とさせて該Ｚ軸直進駆動力を回動力に変換する第３段階と、リニアガイド部材と移動ブロックに装着されたエンコーダーを通じてＸ、Ｙ軸の位置変化値とＺ軸リニアモーターの回転駆動による角度変化値を測定する第４段階と、上記測定された位置変化値を前記位置偏差を求める段階にフィードバックする第５段階とを含むことを特徴とするワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置の位置制御方法を提供する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２３】
本発明によるワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法は機械的な摩耗をなくし、高速性能の精密度を向上することができるように具現したものである。
【００２４】
本発明は図３に図示した通り大きくはボンディングヘッドアセンブリー（３００）、Ｘ、Ｙ軸駆動部（４００）、Ｚ軸駆動部（５００）及びＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動部の位置制御部（６００）でなる。
【００２５】
これに対する各構成を図４ないし図９を参照して詳細に説明する。
【００２６】
上記ボンディングヘッドアセンブリー（３００）は図４に図示した通りリードとパッド間を連結するためのキャピラリ（２）が備わったワイヤクランプ（１）と、上記ワイヤクランプ（１）に移動力を提供する移動ブロック（３）で構成される。
【００２７】
そして、上記ボンディングヘッドアセンブリー（３００）に長さ方向（Ｘ軸方向）及び幅方向（Ｙ軸方向）に直線移動力を提供するＸ、Ｙ軸駆動部（４００）の構成は次の通りである。
【００２８】
上面に上記ボンディングヘッドアセンブリー（３００）が置かれて、それにＸ軸、Ｙ軸方向の運動を案内するリニアガイドステージ（１１）と、上記リニアガイドステージ（１１）のＸ軸、Ｙ軸端部に各々装着されたＸ軸及びＹ軸固定片（１２，１３）と、上記Ｘ軸及びＹ軸固定片（１２，１３）に装着されて、外部電源の供給電力を用いて誘導起電力を発生させて上記Ｘ軸及びＹ軸固定片（１２）にＸ軸及びＹ軸方向に自由直進駆動力を提供するＸ軸及びＹ軸リニアモーター（１４，１５）で成る。
【００２９】
ここで、上記Ｘ軸及びＹ軸リニアモーター（１４，１５）は、図５に図示した通り、内部にホール（２１ａ）が貫通されるように形成されたハウジング（２１）と、上記ハウジング（２１）の上面に装着されたヒーターシンク（２５）と、上記ハウジング（２１）のホール（２１ａ）の上下面に装着された固定磁石（２２、２３）と、上記上下固定磁石（２２，２３）間に非接触状態で置かれ、一端部が上記固定片（１２）に装着されて移動コイル（２４）及び上記固定片に電源電力を供給する電源ケーブル（２６）で構成される。ここで、上記移動コイル（２４）は電源電力が供給されることによって発生する誘導起電力によりホール（２１ａ）の貫通方向に自由直進移動する。
【００３０】
上記の通りに構成されたＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）の動作を説明するための概念を図６（Ａ）（Ｂ）を通じて簡略に説明する。
【００３１】
図６（Ａ）に図示した通り上部固定磁石（２２）のＮ極、Ｓ極と下部固定磁石（２３）のＮ極、Ｓ極が互いに反対に対向されている状態で上記電源ケーブル（２６）に電源電圧を印加すると、図６（Ｂ）に図示した通り上記移動コイル（２４）に誘導起電力が発生されて自由直進移動する。この時、上記移動コイル（２４）の直進移動方向の直角方向には磁場の力を受けない。
【００３２】
上記ボンディングヘッドアセンブリー（３００）に垂直方向に直線移動力を提供するＺ軸駆動部（５００）は図４及び図７に図示する。
【００３３】
上記ボンディングヘッドアセンブリー（３００）の移動ブロック（３）の後段部に装着されてそれに直進駆動力を提供するＺ軸リニアモーター（３１）と、上記移動ブロック（３）とワイヤクランプ（１）の間を連結してそれらの回動中心になり、また上記移動ブロック（３）に提供されるＺ軸リニアモーター（３１）の直進駆動力を回動力に変換させるヒンジアセンブリー（３２）で構成されている。上記ヒンジアセンブリー（３２）には移動ブロック（３）の回動を助ける薄い薄板の板スプリング（３３）が備わっている。
【００３４】
上記ヒンジアセンブリー（３２）は、図１３に示すように、ヒンジアセンブリー（３２）と十字形状の板スプリング３３を有する。板スプリング３３は、上下方向に伸びる、傾斜スプリングおよび水平スプリングから成り，これら傾斜スプリングおよび水平スプリングの交差点が、上記回動となる。
【００３５】
図１３に示すように，傾斜スプリングの上部側は２個のボルトで、移動ブロック（３）に固定され，傾斜スプリングの下部側は２個のボルトでヒンジアセンブリー（３２）と結びついている。また、左側水平スプリングはヒンジアセンブリー（３２）と結合され、右側水平スプリングは移動ブロック（３）と結びついている。
【００３６】
ここで、上記Ｚ軸リニアモーター（３１）はワイヤとパッド間の接続を遂行するキャピラリ（２）に回動力を伝達するための駆動源である。上記Ｚ軸リニアモーター（３１）は図８及び図９に図示された通り所定間隔をおき直立されるように装着された両側板（４１ａ）と上下板（４１ｂ，４１ｃ）でなされた本体（４１）と、上記本体（４１）の両側板（４１ａ）の内面に互いに反対の極で装着された一対の固定磁石（４２）及び上記本体（４１）の貫通ホールに非接触状態で置かれて誘導起電力により上下自由直進移動し、一端部が固定片（４４）に装着された移動コイル（４３）と、上記本体（４１）の上下板（４１ｂ，４１ｃ）の内面に装着されて上記移動コイル（４３）の直進移動による衝突時衝撃を吸収する緩衝パッド（４５）で構成されている。
【００３７】
本発明での上記固定磁石（４２）は両側板（４１ａ）に２個ずつ付着された４個の固定磁石でなり、磁極の配列はＮ−Ｓ極、Ｓ−Ｎ極になるように互いに対向する面が相極で配列されることで引力が作用するようにした構造である。
【００３８】
上記のような構成のＺ軸リニアモーターの動作を説明するための概念を図１０を通じて簡略に説明する。
【００３９】
図面に図示した通りＺ軸リニアモーターもＸ、Ｙ軸リニアモーターと同じ動作概念でなされるが、但し上記Ｚ軸リニアモーターは上下直進移動をすることが異なる。もう少し詳細に説明すれば両側板（４１ａ）に装着されている固定磁石（４２）のＮ極、Ｓ極が互いに反対の極性で対向される状態で上記固定板（４４）に電源電力を提供することによって上記移動コイル（４３）に誘導起電力が発生して上下自由直進移動する。この時、上記移動コイル（４３）の垂直直進移動方向と直角方向には磁場の力を受けない。
【００４０】
上記のような概念で動作するＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）とＺ軸リニアモーター（３１）では、上記Ｘ、Ｙ軸及びＺ軸移動コイル（２４，４３）は外部がモールディング処理された直四角形で、平たくに巻かれたフラットタイプ形状で、外部がモールディング処理されている。また、上記Ｘ、Ｙ軸リニアモーターの固定磁石（２２，２３）と移動コイル（２４）の間及びＺ軸リニアモーター（３１）の固定磁石（４２）と移動コイル（４３）の間は０．１〜０．２ｍｍの間隙が形成されている。
【００４１】
上記の通りに構成された各Ｘ、Ｙ、Ｚ軸リニアモーター（１４，１５，３１）は電源電力が供給されることによってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向運動が同時に発生され、また高速に運動できる。
【００４２】
最後に、上記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆動部の各駆動位置を制御する制御部（６００）は図４及び図７に図示した通りである。
【００４３】
上記リニアガイドステージ（１１）とＸ軸及びＹ軸固定片（１２，１３）間に装着されて上記Ｘ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）の駆動によるＸ軸及びＹ軸の位置変化を検知するＸ、Ｙ軸リニアエンコーダー（図示せず）と、上記移動ブロック（３）の一側面に装着されてヒンジアセンブリー（３２）のヒンジ点を基準で上記Ｚ軸リニアモーター（３１）のＺ軸回動位置変化を検知するＺ軸リニアエンコーダー（５２）と、上記キャピラリ（２）の一端部に装着されてＺ軸リニアエンコーダー（５２）で出力される回転角データを、ヒンジアセンブリー（３２）のヒンジ点とキャピラリ（２）の終端の距離などを用いて、キャピラリ（２）が運動する現在のリニア位置データに変換する変換器及び上記Ｘ、Ｙ軸リニアエンコーダーの検知信号と既に設定されたＸ、Ｙ軸位置目標値と比較演算結果に基づいてＸ軸及びＹ軸リニアモーター（１４，１５）の位置を制御し、上記Ｚ軸リニアエンコーダー（５２）の検知信号、ヒンジアセンブリー（３２）のヒンジ点とキャピラリ（２）の終端の距離などに基づいて演算したキャピラリ（２）のＺ軸位置とキャピラリ（２）のＺ軸目標位置との比較結果に基づいてＺ軸リニアモーター（３１）の位置を制御する位置制御部などで構成される。
【００４４】
（５３）はキャピラリ支持アーム、（５４）はロッカーアームである。
【００４５】
次に、本発明に係るＸ、Ｙ軸駆動装置の位置制御を図１１の流れ図に基づいて説明すれば次の通りである。
【００４６】
図面に図示された通り、位置制御部は、外部からのＸ軸及びＹ軸座標命令を用いて上記リニアガイドステージ（１１）のＸ軸、Ｙ軸位置座標を計算して設定しておく（Ｓ１２１）。そして、上記設定された位置座標からリニアガイドステージ（１１）の現在位置を引いた位置偏差を求める（Ｓ１２２）。
【００４７】
上記位置制御部では、また算出された位置偏差に対応する命令を速度命令に変換して電力増幅器に印加する。上記電力増幅器は速度命令に相応する電圧／電流をＸ軸及びＹ軸リニアモーター（１４，１５）に印加して駆動力を発生させる（Ｓ１２３、Ｓ１２４、Ｓ１２５、Ｓ１２６）。
【００４８】
上記Ｘ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）の駆動力は、固定片（１２）を通じてリニアガイドステージ（１１）に伝達され、上記リニアガイドステージ（１１）はボンディングヘッドアセンブリー（３００）がＸ軸、Ｙ軸に同時に移動されることができるように移動を案内する（Ｓ１２７）。
【００４９】
また、上記リニアガイドステージ（１１）に装着されたＸ、Ｙ軸リニアエンコーダーを通じてＸ、Ｙ軸リニアモーターの直進移動による現在位置変化値を測定する（Ｓ１２８）。そして、この測定した現在位置を、位置偏差を求める段階（Ｓ１２２）にフィードバックして、すなわち目標位置に測定現在位置をフィードバックする。このようにして、システムのＸ、Ｙ軸位置制御がなされる。
【００５０】
本発明に係るＺ軸駆動装置の位置制御を図１２の流れ図に基づいて説明すれば次の通りである。
【００５１】
位置制御部は、外部からのＺ軸座標命令を用いて上記キャピラリ（２）のＺ軸位置座標を計算して設定しておく（Ｓ２２１）。そして、上記設定された位置座標からキャピラリ（２）の現在位置を引いた位置偏差を求める（Ｓ２２２）。
【００５２】
上記位置制御部では、また算出された位置偏差に対応する命令を速度命令に変換して電力増幅器に印加する。上記電力増幅器は速度命令に相応する電圧／電流をＺ軸リニアモーター（３１）に印加して駆動力を発生させる（Ｓ２２３，Ｓ２２４，Ｓ２２５，Ｓ２２６）。上記Ｚ軸リニアモーター（３１）の移動コイル（４３）の移動は、固定片（４４）を通じて移動ブロック（３）に伝達され、これにより上記移動ブロック（３）はヒンジアセンブリー（３２）のヒンジ点を中心にして回転運動する（Ｓ２２７）。
【００５３】
また、上記移動ブロック（３）に装着されたＺ軸リニアエンコーダー（５２）を通じてＺ軸リニアモーター（３１）の回転駆動による現在位置変化値を測定する（Ｓ２２８）。そして、上記測定された角度変化値をリニア位置データに変換して位置偏差を求める段階（Ｓ２２２）にフィードバックして、すなわち目標位置に測定現在位置をフィードバックする。このようにして、システムのＺ軸の位置制御を実行する（Ｓ２２９）。
【００５４】
上記の通りに構成されて位置制御される本発明の作用状態を説明すれば次の通りである。
【００５５】
まず、位置制御部からＸ、Ｙ軸位置命令が出力されることによってこの信号がパワー増幅器に伝達される。この時、上記パワー増幅器は位置制御部の位置命令に該当する一定電流と電圧に増幅させてＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）の移動コイル（２４）に印加する。これに伴い上記移動コイル（２４）には誘導起電力が発生されて、移動コイル（２４）は高速直進移動される。そして、上記移動コイル（２４）の移動はそれと連結されたＸ軸及びＹ軸固定片（１２，１３）を通じてリニアガイドステージ（１１）に伝達される。上記リニアガイドステージ（１１）の案内動作によってボンディングヘッドアセンブリー（３００）がＸ軸及びＹ軸方向に同時に自由直進移動しながらボンディング位置に移動される。この時、発生したリニアガイドステージ（１１）のＸ、Ｙ軸位置変化はＸ、Ｙ軸リニアエンコーダーにより検知され、上記検知信号は位置制御部に伝達される。上記位置制御部は既に設定された目標位置と現在位置の実際データ値を比較し、この比較結果である位置偏差に対応する位置命令をＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）に伝達し、これに基づきＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）が駆動される。
【００５６】
また、上記位置制御部によりＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）が移動すると同時にＺ軸リニアモーター（３１）も上下直進移動する。上記Ｚ軸リニアモーター（３１）もＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）と同じ方式で駆動力を発生する。
【００５７】
誘導磁場により駆動される上記Ｚ軸リニアモーター（３１）の移動コイル（４３）は移動ブロック（３）の一側端でＺ軸方向に直進移動し、これに伴い移動ブロック（３）も連動する。この時、上記ヒンジアセンブリー（３２）により移動ブロック（３）がヒンジ点で支承されているので，移動ブロック（３）の上下直進運動は、ヒンジ点を中心にした上下回動動作に変換される。
【００５８】
すなわち、上記ヒンジアセンブリー（３２）のヒンジ点を中心にして、ワイヤクランプ（１）のキャピラリ（２）が移動ブロック（３）の回動方向と反対方向に回動され、これによりリードとパッド間のワイヤボンディングが遂行される。この時、上記Ｚ軸リニアモーター（３１）の位置はＺ軸リニアエンコーダー（５２）により検知され、また上記Ｚ軸リニアエンコーダー（５２）で出力される回転角データは変換器によりキャピラリ（２）が運動する現在のリニア位置データに変換されて位置制御機に伝達されることで位置偏差補正がなされるようになることである。
【００５９】
以上説明した本発明は前述した実施例及び添付した図面により限定されることがなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で色々な置換、変形及び変更が可能であることは本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者にあっては明白なことである。
【００６０】
なお、上記ヒンジアセンブリーでは、十字形状の板スプリングによって直線運動から回転運動への変換のための回動中心が構成されるようにしたが、ヒンジアセンブリ３２と移動ブロック３とを軸結合することでＺ 軸リニアモータの直線運動を回転運動に変換させるようにしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
前述したように本発明によれば、誘導起電力を発生させて駆動するフラットタイプのリニアモーターにより直接Ｘ、Ｙ軸ステージを駆動させるために回転運動を直進運動に変換する別途の装置が必要ないし、取り付けが簡単で、体積の制約がない。
【００６２】
また、動作上不必要な運動特性のヨーイング（ｙａｗｉｎｇ）、ピッチング（ｐｉｔｃｈｉｎｇ）、ローリング（ｒｏｌｌｉｎｇ）モーメントの発生を抑制できてリニアガイド部材の寿命を延長させることができる。
【００６３】
また、上記本発明のリニアモーターにおいては、上下固定磁石間に、非接触状態で直四角形状のフラットタイプの移動コイルが装着されてＸ、Ｙ軸方向に直進移動するために、機械的な摩擦が全くないし、体積の縮小による移動質量の減少によって正確な位置制御が可能で、高速移動を可能にするだけだけなく、低速区間での履歴現象の発生を防止する。また、Ｘ、Ｙ軸リニアモーターおよびＺ軸リニアモーターの角度を測定するエンコーダーシステムを分離使用することにより、ステージの最終位置検知でのシステム精密度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤボンダに装着される従来技術に係るＸ、Ｙ軸駆動装置の構成を表した斜視図である。
【図２】従来のリニアモーターの駆動に係るＸ、Ｙ軸テーブルの運動特性図である。
【図３】本発明に係るワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置の一実施例構成を表した斜視図である。
【図４】本発明に係るＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置の位置制御機構の一部構成図である。
【図５】本発明に係るＸ、Ｙ軸リニアモーターの詳細構成を表した斜視図である。
【図６】（Ａ））（Ｂ）は本発明のＸ、Ｙ軸リニアモーターの作動を説明するための概念図である。
【図７】本発明の要部のＺ軸駆動装置の作用状態図である。
【図８】本発明に係るＺ軸リニアモーターの詳細構成を表した分解斜視図である。
【図９】図８のＺ軸リニアモーターの組立斜視図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は本発明のＺ軸リニアモーターの作動を説明するための概念図である。
【図１１】本発明に係るワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ駆動装置の位置制御を遂行するための流れ図である。
【図１２】本発明に係るワイヤボンダ装備のＺ軸駆動装置の位置制御を遂行するための流れ図である。
【図１３】本発明に係るヒンジアセンブリー機構を示す図である。
【符号の説明】
１ ワイヤクランプ
２ キャピラリ
３ 移動ブロック
１１ リニアガイドステージ
１２，１３ Ｘ、Ｙ軸固定板
１４，１５ Ｘ、Ｙ軸リニアモーター
３１ Ｚ軸リニアモーター
３２ ヒンジアセンブリ
５２ Ｚ軸リニアエンコーダー
５４ ロッカーアーム
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体パッケージの組立工程を遂行するワイヤボンディング装置で、ボンディング作業を遂行することができるようにボンディングヘッドをボンディング位置に移送させるＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法に関し、特に機構的な構成要素を簡単にしながらＸ、Ｙ、Ｚ軸に微細駆動力を提供し、機械的な摩耗をなくして高速制御の精密度を向上させたワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ワイヤボンダでのＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置はリードフレームとパッドが連結されるようにワイヤボンディングを遂行するボンディングヘッドがボンディング位置に移送されるようにＸ．Ｙ、Ｚ軸テーブルを目標値に対応して位置移動させる装置である。
【０００３】
従来のＸ、Ｙ軸テーブル駆動装置は図１に図示した通り、一側面の両部に所定長さぐらい突出された支持片（１０２）が一体で備わって底部に長さ方向にほぞ（ｔｅｎｏｎ）（１００ａ）が形成されたステージ（１００）と、上記ステージ（１００）に長さ方向の移動力を提供するためのリニアモーター（図示せず）が内蔵され、下部に長さ方向にほぞ（１０４ａ）が形成されたＸ軸テーブル（１０４）と、上記Ｘ軸テーブル（１０４）のほぞ（１０４ａ）が受納されて長さ方向にスライディング移動するようにその上部に長さ方向案内溝（１０６ａ）が形成されたＸ軸ベース（１０６）と、上記ステージ（１００）に縦方向の移動力を提供するためのリニアモーター（図示せず）が内蔵されて上記ステージ（１００）のほぞ（１００ａ）が受納されて長さ方向にスライディング移動するようにその上部に長さ方向案内溝（１０８ａ）が形成されて底部に幅方向にほぞ（１０８ｂ）が形成されたＹ軸テーブル（１０８）と、上記Ｙ軸テーブル（１０８）のほぞ（１０８ｂ）が受納されて幅方向にスライディング移動するようにその上部に幅方向案内溝が形成されたＹ軸ベース（１１０）と、上記Ｘ軸テーブル（１０４）上に装着されて上記ステージ（１００）の両側支持片（１０２）と結合してステージ（１００）を幅方向に移動させる移動バー（１１２）と、上記移動バー（１１２）の両側面に設置されるベアリング（１１４）及び上記ベアリング（１１４）を固定するための固定ブラケット（１１６）で構成されている。
【０００４】
また、上記ステージ（１００）、Ｘ軸テーブル（１０４）及びＹ軸テーブル（１０８）のそれぞれの下部に形成されたほぞが非接触状態で横、縦方向に移動することができるようにそれぞれのほぞが受納される溝の内面にはエアー圧を提供するホール（図示せず）が多数形成された構造である。
【０００５】
上記Ｘ、Ｙ軸テーブル（１０４、１０８）で駆動源のリニアモーターは機械的な位置や、方向、角度などを目標とする値になるように自動に精密制御するサーボ駆動部から制御駆動信号が印加されることによってＸ、Ｙ軸テーブルを短い移動距離区間で高速に移動されるように駆動する。
【０００６】
上記のような従来技術の動作を簡略に説明する。
【０００７】
上記ステージ（１００）上にボンディングヘッドがおかれ、上記Ｘ、Ｙ軸テーブル（１０４、１０８）の各々に内蔵されたリニアモーターが直線駆動になれば、上記Ｘ軸テーブル（１０４）のほぞ（１０４ａ）がＸ軸ベース（１０６）の案内溝に沿って移動する。これに伴い、上記Ｙ軸テーブル（１０８）の上部に形成された案内溝に沿ってステージ（１００）が長さ方向に移動する。また、上記Ｙ軸テーブル（１０８）のほぞ（１０８ｂ）もＹ軸ベース（１１０）に沿って幅方向に移動する。上記Ｙ軸テーブル（１０８）の上部側案内溝にステージ（１００）のほぞ（１００ａ）が受納されている状態であるので、上記Ｙ軸テーブル（１０８）が移動することによってステージ（１００）が共に幅方向に移動され、移動バー（１１２）はベアリング（１１４）と接触された状態で幅方向にスライディング移動される。
【０００８】
上記のように構成されて動作する従来の装置では、移動バー（１１２）がベアリング（１１４）に接触されて移動される構造であるので、上記ステージのＸ、Ｙ軸方向の移動速度を増加させるための要求条件を満足するのには限界がある。
【０００９】
また、上記移動バー（１１２）とベアリング（１１４）の間の摩擦により上記ベアリング（１１４）が摩耗され、結局ベアリング（１１４）が破損されて維持補修を頻繁にしなければならない問題点を内包している。
【００１０】
また、従来のＸ、Ｙ軸駆動装置は図２に図示された通りモーターの駆動力がカムを利用した直線変換装置を経てステージに伝達されるために、カムの質量中心Ｃｍ（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｚｍ）に対する駆動力が質量中心から離れた部分で作用することでステージに不必要なモーメントすなわち、ヨ−イング（ｙａｗｉｎｇ）モーメント（Ｍｚ）と、長さ方向（Ｆｘ）のピッチングモーメント（ｐｉｔｃｈｉｎｇ）（Ｍｘ）及び幅方向（Ｆｙ）のローリング（ｒｏｌｌｉｎｇ）モーメント（Ｍｙ）が発生してステージの寿命が減少され、直線変換装置によってシステム自らの体積が大きくなる問題点がある。
【００１１】
一方、ワイヤボンダでのＺ軸駆動装置はＸ、Ｙ軸駆動装置によりボンディング位置に移送されたボンディングヘッドを上下駆動させながらリードフレームとパッドを連結させるワイヤボンディング作業が可能になるようにキャピラリを微細位置移動させる装置である。
【００１２】
従来のＺ軸駆動装置は機械的な位置や、方向、角度などを目標とする値になるように自動制御して実際速度値を出力する回転サーボモーターと、上記サーボモーターの動力が伝達されて回転運動を上下垂直運動に変換するように偏心駆動するカム及びベアリングが備わった移動ブロックと、上記移動ブロックの駆動による回転角を検知するエンコーダーが備わって、上記エンコーダーの出力値ぐらいキャピラリが微細駆動しながらワイヤボンディング作業を遂行するようになる。
【００１３】
上記のような構成の従来のＺ軸駆動装置の動作状態を簡略に説明すれば次の通りである。
【００１４】
ステージ上にボンディングヘッドがおかれ、リニアモーターが駆動するによってＸ、Ｙ軸テーブルが移送してボンディングヘッドをボンディング位置に移送させれば、回転サーボモーターが所望している値ぐらい回転駆動し、続いて上記カムの偏心駆動で移動ブロックを上下移動させる。これに伴い、上記キャピラリがリードフレームとパッドをワイヤボンディングするようになる。
【００１５】
上記の通りに構成されたＸ、Ｙ軸駆動装置とＺ軸駆動装置の駆動源である従来のリニアモーターは主に円筒形コイルまたはフラットタイプマグネット（ｆｌａｔ ｔｙｐｅ ｍａｇｎｅｔ）でなる。上記リニアモーターが円筒形コイルでなされた場合には同一仕様に対して体積が大きくなり重さが重くなることによって高速性能を得るのが難しい。上記リニアモーターが後者のフラットタイプマグネットでなされた場合においても、コイルが固定され、磁石が動くように構成されているので、少ない動力を受ける区間で履歴現象（ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ）が発生するために動力を一定に維持できる付加装置を装着しなければならなくなり、Ｘ、Ｙ軸テーブルに機械的な衝突が発生する憂慮が高い問題点があった。
【００１６】
また、従来のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸ステージ駆動装置の動力源としてロータリーサーボモーターを使用する場合には、ボールスクリュー、カップリング等の運動変換装置が必要になり、分解組立時セッティングポイント（ｓｅｔｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ）の過多により分解組立上の難しさがある。特にロータリーサーボモーターを通じてＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置を換算しなければならないために、ステージの最終位置検知の精密度が落ちる問題点がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は上記の諸般問題点を解決するために案出されたもので、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸テーブルに線形運動をするリニアモーターを直接装着して別途の直線変換装置なしでも微細駆動でき、高速及び精密制御が可能なＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法を提供することにその目的がある。
【００１８】
また、本発明はＸ、Ｙ、Ｚ軸テーブルを移動させるリニアモーターとＸ、Ｙ、Ｚ軸の位置測定のためのエンコーダーシステムを各々作動されるようにすることでステージの最終位置検知の精密度を向上させたＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法を提供することに他の目的がある。
【００１９】
また、本発明は構成を簡単にしながらモーターの駆動力を直接ステージの質量中心に印加することにより不必要な駆動モーメントを除去でき、システム自らの体積を縮小させることができるＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法を提供することにもう一つの目的がある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸運動を案内するリニアガイド部材と、印加される電源により誘導起電力を発生させて上記リニアガイド部材の長さ方向及び幅方向のＸ軸、Ｙ軸方向に直進移動力を提供するＸ軸及びＹ軸方向駆動手段と、印加される電源により誘導起電力を発生させてボンディングヘッドアセンブリーの移動ブロックの上下方向のＺ軸直進駆動力を提供するＺ軸駆動手段と、上記ボンディングヘッドの移動ブロックとワイヤクランプが互いに反対方向に回動できるように回動位置の中心となってＺ軸駆動手段の直進駆動力を回動力に変換するヒンジ手段とを含むワイヤーボンダー装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置を提供する。
【００２１】
また、位置制御機でリニアガイド部材のＸ軸、Ｙ軸位置座標及びキャピラリのＺ軸位置座標を計算して設定する第１段階と、上記設定された位置からリニアガイド部材およびキャピラリの現在位置をそれぞれ引いた位置偏差を求める第２段階と、上記位置偏差に対応する命令を速度命令に変換し、この変換命令を用いてＸ、Ｙ軸及びＺ軸リニアモーターを駆動させて、前記リニアガイド部材の長さ方向及び幅方向のＸ軸、Ｙ軸方向に直進移動力を提供すると共に、前記キャピラリに移動力を提供する移動ブロックに上下方向のＺ軸直進駆動力を提供して、該移動ブロックと前記キャピラリが互いに反対方向に回動できるようにヒンジ手段を回動位置の中心とさせて該Ｚ軸直進駆動力を回動力に変換する第３段階と、リニアガイド部材と移動ブロックに装着されたエンコーダーを通じてＸ、Ｙ軸の位置変化値とＺ軸リニアモーターの回転駆動による角度変化値を測定する第４段階と、上記測定された位置変化値を前記位置偏差を求める段階にフィードバックする第５段階とを含むことを特徴とするワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置の位置制御方法を提供する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
【００２３】
本発明によるワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置及びその位置制御方法は機械的な摩耗をなくし、高速性能の精密度を向上することができるように具現したものである。
【００２４】
本発明は図３に図示した通り大きくはボンディングヘッドアセンブリー（３００）、Ｘ、Ｙ軸駆動部（４００）、Ｚ軸駆動部（５００）及びＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動部の位置制御部（６００）でなる。
【００２５】
これに対する各構成を図４ないし図９を参照して詳細に説明する。
【００２６】
上記ボンディングヘッドアセンブリー（３００）は図４に図示した通りリードとパッド間を連結するためのキャピラリ（２）が備わったワイヤクランプ（１）と、上記ワイヤクランプ（１）に移動力を提供する移動ブロック（３）で構成される。
【００２７】
そして、上記ボンディングヘッドアセンブリー（３００）に長さ方向（Ｘ軸方向）及び幅方向（Ｙ軸方向）に直線移動力を提供するＸ、Ｙ軸駆動部（４００）の構成は次の通りである。
【００２８】
上面に上記ボンディングヘッドアセンブリー（３００）が置かれて、それにＸ軸、Ｙ軸方向の運動を案内するリニアガイドステージ（１１）と、上記リニアガイドステージ（１１）のＸ軸、Ｙ軸端部に各々装着されたＸ軸及びＹ軸固定片（１２，１３）と、上記Ｘ軸及びＹ軸固定片（１２，１３）に装着されて、外部電源の供給電力を用いて誘導起電力を発生させて上記Ｘ軸及びＹ軸固定片（１２）にＸ軸及びＹ軸方向に自由直進駆動力を提供するＸ軸及びＹ軸リニアモーター（１４，１５）で成る。
【００２９】
ここで、上記Ｘ軸及びＹ軸リニアモーター（１４，１５）は、図５に図示した通り、内部にホール（２１ａ）が貫通されるように形成されたハウジング（２１）と、上記ハウジング（２１）の上面に装着されたヒーターシンク（２５）と、上記ハウジング（２１）のホール（２１ａ）の上下面に装着された固定磁石（２２、２３）と、上記上下固定磁石（２２，２３）間に非接触状態で置かれ、一端部が上記固定片（１２）に装着されて移動コイル（２４）及び上記固定片に電源電力を供給する電源ケーブル（２６）で構成される。ここで、上記移動コイル（２４）は電源電力が供給されることによって発生する誘導起電力によりホール（２１ａ）の貫通方向に自由直進移動する。
【００３０】
上記の通りに構成されたＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）の動作を説明するための概念を図６（Ａ）（Ｂ）を通じて簡略に説明する。
【００３１】
図６（Ａ）に図示した通り上部固定磁石（２２）のＮ極、Ｓ極と下部固定磁石（２３）のＮ極、Ｓ極が互いに反対に対向されている状態で上記電源ケーブル（２６）に電源電圧を印加すると、図６（Ｂ）に図示した通り上記移動コイル（２４）に誘導起電力が発生されて自由直進移動する。この時、上記移動コイル（２４）の直進移動方向の直角方向には磁場の力を受けない。
【００３２】
上記ボンディングヘッドアセンブリー（３００）に垂直方向に直線移動力を提供するＺ軸駆動部（５００）は図４及び図７に図示する。
【００３３】
上記ボンディングヘッドアセンブリー（３００）の移動ブロック（３）の後段部に装着されてそれに直進駆動力を提供するＺ軸リニアモーター（３１）と、上記移動ブロック（３）とワイヤクランプ（１）の間を連結してそれらの回動中心になり、また上記移動ブロック（３）に提供されるＺ軸リニアモーター（３１）の直進駆動力を回動力に変換させるヒンジアセンブリー（３２）で構成されている。上記ヒンジアセンブリー（３２）には移動ブロック（３）の回動を助ける薄い薄板の板スプリング（３３）が備わっている。
【００３４】
上記ヒンジアセンブリー（３２）は、図１３に示すように、ヒンジアセンブリー（３２）と十字形状の板スプリング３３を有する。板スプリング３３は、上下方向に伸びる、傾斜スプリングおよび水平スプリングから成り，これら傾斜スプリングおよび水平スプリングの交差点が、上記回動となる。
【００３５】
図１３に示すように，傾斜スプリングの上部側は２個のボルトで、移動ブロック（３）に固定され，傾斜スプリングの下部側は２個のボルトでヒンジアセンブリー（３２）と結びついている。また、左側水平スプリングはヒンジアセンブリー（３２）と結合され、右側水平スプリングは移動ブロック（３）と結びついている。
【００３６】
ここで、上記Ｚ軸リニアモーター（３１）はワイヤとパッド間の接続を遂行するキャピラリ（２）に回動力を伝達するための駆動源である。上記Ｚ軸リニアモーター（３１）は図８及び図９に図示された通り所定間隔をおき直立されるように装着された両側板（４１ａ）と上下板（４１ｂ，４１ｃ）でなされた本体（４１）と、上記本体（４１）の両側板（４１ａ）の内面に互いに反対の極で装着された一対の固定磁石（４２）及び上記本体（４１）の貫通ホールに非接触状態で置かれて誘導起電力により上下自由直進移動し、一端部が固定片（４４）に装着された移動コイル（４３）と、上記本体（４１）の上下板（４１ｂ，４１ｃ）の内面に装着されて上記移動コイル（４３）の直進移動による衝突時衝撃を吸収する緩衝パッド（４５）で構成されている。
【００３７】
本発明での上記固定磁石（４２）は両側板（４１ａ）に２個ずつ付着された４個の固定磁石でなり、磁極の配列はＮ−Ｓ極、Ｓ−Ｎ極になるように互いに対向する面が相極で配列されることで引力が作用するようにした構造である。
【００３８】
上記のような構成のＺ軸リニアモーターの動作を説明するための概念を図１０を通じて簡略に説明する。
【００３９】
図面に図示した通りＺ軸リニアモーターもＸ、Ｙ軸リニアモーターと同じ動作概念でなされるが、但し上記Ｚ軸リニアモーターは上下直進移動をすることが異なる。もう少し詳細に説明すれば両側板（４１ａ）に装着されている固定磁石（４２）のＮ極、Ｓ極が互いに反対の極性で対向される状態で上記固定板（４４）に電源電力を提供することによって上記移動コイル（４３）に誘導起電力が発生して上下自由直進移動する。この時、上記移動コイル（４３）の垂直直進移動方向と直角方向には磁場の力を受けない。
【００４０】
上記のような概念で動作するＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）とＺ軸リニアモーター（３１）では、上記Ｘ、Ｙ軸及びＺ軸移動コイル（２４，４３）は外部がモールディング処理された直四角形で、平たくに巻かれたフラットタイプ形状で、外部がモールディング処理されている。また、上記Ｘ、Ｙ軸リニアモーターの固定磁石（２２，２３）と移動コイル（２４）の間及びＺ軸リニアモーター（３１）の固定磁石（４２）と移動コイル（４３）の間は０．１〜０．２ｍｍの間隙が形成されている。
【００４１】
上記の通りに構成された各Ｘ、Ｙ、Ｚ軸リニアモーター（１４，１５，３１）は電源電力が供給されることによってＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向運動が同時に発生され、また高速に運動できる。
【００４２】
最後に、上記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆動部の各駆動位置を制御する制御部（６００）は図４及び図７に図示した通りである。
【００４３】
上記リニアガイドステージ（１１）とＸ軸及びＹ軸固定片（１２，１３）間に装着されて上記Ｘ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）の駆動によるＸ軸及びＹ軸の位置変化を検知するＸ、Ｙ軸リニアエンコーダー（図示せず）と、上記移動ブロック（３）の一側面に装着されてヒンジアセンブリー（３２）のヒンジ点を基準で上記Ｚ軸リニアモーター（３１）のＺ軸回動位置変化を検知するＺ軸リニアエンコーダー（５２）と、上記キャピラリ（２）の一端部に装着されてＺ軸リニアエンコーダー（５２）で出力される回転角データを、ヒンジアセンブリー（３２）のヒンジ点とキャピラリ（２）の終端の距離などを用いて、キャピラリ（２）が運動する現在のリニア位置データに変換する変換器及び上記Ｘ、Ｙ軸リニアエンコーダーの検知信号と既に設定されたＸ、Ｙ軸位置目標値と比較演算結果に基づいてＸ軸及びＹ軸リニアモーター（１４，１５）の位置を制御し、上記Ｚ軸リニアエンコーダー（５２）の検知信号、ヒンジアセンブリー（３２）のヒンジ点とキャピラリ（２）の終端の距離などに基づいて演算したキャピラリ（２）のＺ軸位置とキャピラリ（２）のＺ軸目標位置との比較結果に基づいてＺ軸リニアモーター（３１）の位置を制御する位置制御部などで構成される。
【００４４】
（５３）はキャピラリ支持アーム、（５４）はロッカーアームである。
【００４５】
次に、本発明に係るＸ、Ｙ軸駆動装置の位置制御を図１１の流れ図に基づいて説明すれば次の通りである。
【００４６】
図面に図示された通り、位置制御部は、外部からのＸ軸及びＹ軸座標命令を用いて上記リニアガイドステージ（１１）のＸ軸、Ｙ軸位置座標を計算して設定しておく（Ｓ１２１）。そして、上記設定された位置座標からリニアガイドステージ（１１）の現在位置を引いた位置偏差を求める（Ｓ１２２）。
【００４７】
上記位置制御部では、また算出された位置偏差に対応する命令を速度命令に変換して電力増幅器に印加する。上記電力増幅器は速度命令に相応する電圧／電流をＸ軸及びＹ軸リニアモーター（１４，１５）に印加して駆動力を発生させる（Ｓ１２３、Ｓ１２４、Ｓ１２５、Ｓ１２６）。
【００４８】
上記Ｘ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）の駆動力は、固定片（１２）を通じてリニアガイドステージ（１１）に伝達され、上記リニアガイドステージ（１１）はボンディングヘッドアセンブリー（３００）がＸ軸、Ｙ軸に同時に移動されることができるように移動を案内する（Ｓ１２７）。
【００４９】
また、上記リニアガイドステージ（１１）に装着されたＸ、Ｙ軸リニアエンコーダーを通じてＸ、Ｙ軸リニアモーターの直進移動による現在位置変化値を測定する（Ｓ１２８）。そして、この測定した現在位置を、位置偏差を求める段階（Ｓ１２２）にフィードバックして、すなわち目標位置に測定現在位置をフィードバックする。このようにして、システムのＸ、Ｙ軸位置制御がなされる。
【００５０】
本発明に係るＺ軸駆動装置の位置制御を図１２の流れ図に基づいて説明すれば次の通りである。
【００５１】
位置制御部は、外部からのＺ軸座標命令を用いて上記キャピラリ（２）のＺ軸位置座標を計算して設定しておく（Ｓ２２１）。そして、上記設定された位置座標からキャピラリ（２）の現在位置を引いた位置偏差を求める（Ｓ２２２）。
【００５２】
上記位置制御部では、また算出された位置偏差に対応する命令を速度命令に変換して電力増幅器に印加する。上記電力増幅器は速度命令に相応する電圧／電流をＺ軸リニアモーター（３１）に印加して駆動力を発生させる（Ｓ２２３，Ｓ２２４，Ｓ２２５，Ｓ２２６）。上記Ｚ軸リニアモーター（３１）の移動コイル（４３）の移動は、固定片（４４）を通じて移動ブロック（３）に伝達され、これにより上記移動ブロック（３）はヒンジアセンブリー（３２）のヒンジ点を中心にして回転運動する（Ｓ２２７）。
【００５３】
また、上記移動ブロック（３）に装着されたＺ軸リニアエンコーダー（５２）を通じてＺ軸リニアモーター（３１）の回転駆動による現在位置変化値を測定する（Ｓ２２８）。そして、上記測定された角度変化値をリニア位置データに変換して位置偏差を求める段階（Ｓ２２２）にフィードバックして、すなわち目標位置に測定現在位置をフィードバックする。このようにして、システムのＺ軸の位置制御を実行する（Ｓ２２９）。
【００５４】
上記の通りに構成されて位置制御される本発明の作用状態を説明すれば次の通りである。
【００５５】
まず、位置制御部からＸ、Ｙ軸位置命令が出力されることによってこの信号がパワー増幅器に伝達される。この時、上記パワー増幅器は位置制御部の位置命令に該当する一定電流と電圧に増幅させてＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）の移動コイル（２４）に印加する。これに伴い上記移動コイル（２４）には誘導起電力が発生されて、移動コイル（２４）は高速直進移動される。そして、上記移動コイル（２４）の移動はそれと連結されたＸ軸及びＹ軸固定片（１２，１３）を通じてリニアガイドステージ（１１）に伝達される。上記リニアガイドステージ（１１）の案内動作によってボンディングヘッドアセンブリー（３００）がＸ軸及びＹ軸方向に同時に自由直進移動しながらボンディング位置に移動される。この時、発生したリニアガイドステージ（１１）のＸ、Ｙ軸位置変化はＸ、Ｙ軸リニアエンコーダーにより検知され、上記検知信号は位置制御部に伝達される。上記位置制御部は既に設定された目標位置と現在位置の実際データ値を比較し、この比較結果である位置偏差に対応する位置命令をＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）に伝達し、これに基づきＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）が駆動される。
【００５６】
また、上記位置制御部によりＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）が移動すると同時にＺ軸リニアモーター（３１）も上下直進移動する。上記Ｚ軸リニアモーター（３１）もＸ、Ｙ軸リニアモーター（１４，１５）と同じ方式で駆動力を発生する。
【００５７】
誘導磁場により駆動される上記Ｚ軸リニアモーター（３１）の移動コイル（４３）は移動ブロック（３）の一側端でＺ軸方向に直進移動し、これに伴い移動ブロック（３）も連動する。この時、上記ヒンジアセンブリー（３２）により移動ブロック（３）がヒンジ点で支承されているので，移動ブロック（３）の上下直進運動は、ヒンジ点を中心にした上下回動動作に変換される。
【００５８】
すなわち、上記ヒンジアセンブリー（３２）のヒンジ点を中心にして、ワイヤクランプ（１）のキャピラリ（２）が移動ブロック（３）の回動方向と反対方向に回動され、これによりリードとパッド間のワイヤボンディングが遂行される。この時、上記Ｚ軸リニアモーター（３１）の位置はＺ軸リニアエンコーダー（５２）により検知され、また上記Ｚ軸リニアエンコーダー（５２）で出力される回転角データは変換器によりキャピラリ（２）が運動する現在のリニア位置データに変換されて位置制御機に伝達されることで位置偏差補正がなされるようになることである。
【００５９】
以上説明した本発明は前述した実施例及び添付した図面により限定されることがなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で色々な置換、変形及び変更が可能であることは本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者にあっては明白なことである。
【００６０】
なお、上記ヒンジアセンブリーでは、十字形状の板スプリングによって直線運動から回転運動への変換のための回動中心が構成されるようにしたが、ヒンジアセンブリ３２と移動ブロック３とを軸結合することでＺ 軸リニアモータの直線運動を回転運動に変換させるようにしてもよい。
【００６１】
【発明の効果】
前述したように本発明によれば、誘導起電力を発生させて駆動するフラットタイプのリニアモーターにより直接Ｘ、Ｙ軸ステージを駆動させるために回転運動を直進運動に変換する別途の装置が必要ないし、取り付けが簡単で、体積の制約がない。
【００６２】
また、動作上不必要な運動特性のヨーイング（ｙａｗｉｎｇ）、ピッチング（ｐｉｔｃｈｉｎｇ）、ローリング（ｒｏｌｌｉｎｇ）モーメントの発生を抑制できてリニアガイド部材の寿命を延長させることができる。
【００６３】
また、上記本発明のリニアモーターにおいては、上下固定磁石間に、非接触状態で直四角形状のフラットタイプの移動コイルが装着されてＸ、Ｙ軸方向に直進移動するために、機械的な摩擦が全くないし、体積の縮小による移動質量の減少によって正確な位置制御が可能で、高速移動を可能にするだけだけなく、低速区間での履歴現象の発生を防止する。また、Ｘ、Ｙ軸リニアモーターおよびＺ軸リニアモーターの角度を測定するエンコーダーシステムを分離使用することにより、ステージの最終位置検知でのシステム精密度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ワイヤボンダに装着される従来技術に係るＸ、Ｙ軸駆動装置の構成を表した斜視図である。
【図２】従来のリニアモーターの駆動に係るＸ、Ｙ軸テーブルの運動特性図である。
【図３】本発明に係るワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置の一実施例構成を表した斜視図である。
【図４】本発明に係るＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置の位置制御機構の一部構成図である。
【図５】本発明に係るＸ、Ｙ軸リニアモーターの詳細構成を表した斜視図である。
【図６】（Ａ））（Ｂ）は本発明のＸ、Ｙ軸リニアモーターの作動を説明するための概念図である。
【図７】本発明の要部のＺ軸駆動装置の作用状態図である。
【図８】本発明に係るＺ軸リニアモーターの詳細構成を表した分解斜視図である。
【図９】図８のＺ軸リニアモーターの組立斜視図である。
【図１０】（Ａ），（Ｂ）は本発明のＺ軸リニアモーターの作動を説明するための概念図である。
【図１１】本発明に係るワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ駆動装置の位置制御を遂行するための流れ図である。
【図１２】本発明に係るワイヤボンダ装備のＺ軸駆動装置の位置制御を遂行するための流れ図である。
【図１３】本発明に係るヒンジアセンブリー機構を示す図である。
【符号の説明】
１ ワイヤクランプ
２ キャピラリ
３ 移動ブロック
１１ リニアガイドステージ
１２，１３ Ｘ、Ｙ軸固定板
１４，１５ Ｘ、Ｙ軸リニアモーター
３１ Ｚ軸リニアモーター
３２ ヒンジアセンブリ
５２ Ｚ軸リニアエンコーダー
５４ ロッカーアーム
Claims (20)
- Ｘ軸、Ｙ軸運動を案内するリニアガイド部材と、
印加される電源により誘導起電力を発生させて上記リニアガイド部材の長さ方向及び幅方向のＸ軸、Ｙ軸方向に直進移動力を提供するＸ軸及びＹ軸駆動手段と、
印加される電源により誘導起電力を発生させてボンディングヘッドアセンブリーの移動ブロックの上下方向のＺ軸直進駆動力を提供するＺ軸駆動手段と、
上記ボンディングヘッドの移動ブロックとワイヤクランプが互いに反対方向に回動できるように回動位置の中心となってＺ軸駆動手段の直進駆動力を回動力に変換するヒンジ手段と、
を含むことを特徴とするワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。 - 上記Ｘ、Ｙ軸駆動手段は、
内部にホールが貫通されるように形成されたハウジングと、
上記ハウジングのホールの上下面に装着された固定磁石と、
上記上下固定磁石間に位置され、外部からの電源印加により発生する誘導起電力によりホールの貫通方向に自由直進移動する移動コイルと、
一側が上記リニアガイド部材に連結され、他側が上記移動コイルに連結された連結手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。 - 上記Ｚ軸駆動手段は、
所定間隔で直立されるように装着された両側板と上下板とが組合わされた本体と、
上記本体の両側板の内面に互いに反対の極性で装着された少なくとも一対の固定磁石と、
上記本体の貫通ホールに装着され、誘導起電力により上下直進移動される移動コイルと、
一側が上記ボンディングヘッドの移動ブロックに連結され、他側が上記移動コイルに連結された連結手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。 - 上記ＸＹ軸の駆動手段の移動コイルが固定磁石間に非接触状態で装着されることを特徴とする請求項２記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記Ｚ軸駆動手段の移動コイルが左右固定磁石間に非接触状態で装着されることを特徴とする請求項３記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記固定磁石と移動コイル間に０．１〜０．２ｍｍの間隙が形成されたことを特徴とする請求項４記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記固定磁石と移動コイル間に０．１〜０．２ｍｍの間隙が形成されたことを特徴とする請求項５記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記本体の上下板の内面に装着された緩衝パッドをさらに含むことを特徴とする請求項５記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記Ｘ、Ｙ軸駆動手段及びＺ軸駆動手段のそれぞれの駆動力発生方向と直角方向に駆動力が伝えられないことを特徴とする請求項１記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記Ｘ、Ｙ軸駆動手段及びＺ軸駆動手段の運動がリニアガイド部材の長さ方向（Ｘ軸方向）、幅方向（Ｙ軸方向）、上下方向（Ｚ軸方向）に同時に発生されることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記Ｘ、Ｙ軸駆動手段の移動コイルが直四角形で、平たく巻かれたコイル巻線でなることを特徴とする請求項２記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記Ｚ軸駆動手段の移動コイルが直四角形で、平たく巻かれたコイル巻線でなることを特徴とする請求項３記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記移動コイルは外部がモールディング処理されたことを特徴とする請求項２記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記移動コイルは外部がモールディング処理されたことを特徴とする請求項３記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記Ｘ、Ｙ軸駆動手段及びＺ軸駆動手段がリニアモーターであることを特徴とする請求項１記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 上記リニアガイド部材の上面に装着されて上記Ｘ、Ｙ軸駆動手段のＸ軸及びＹ軸位置変化を検知するＸ、Ｙ軸位置検知手段と、
上記ボンディングヘッドアセンブリーの移動ブロックの一側面に装着されてヒンジ手段のヒンジ点を中心にした上記Ｚ軸駆動手段のＺ軸回動角度の変化を検知するＺ軸位置検知手段と、
上記Ｘ、Ｙ軸位置検知手段の検知信号とＸ、Ｙ軸の目標値との比較演算結果に基づいてＸ、Ｙ軸駆動手段の位置を制御し、上記Ｚ軸位置検知手段の検知信号に基づいて得たキャピラリのＺ軸の位置とＺ軸の目標値との比較演算結果に基づいてキャピラリのＺ軸の位置を制御する位置制御機と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。 - 上記Ｘ、Ｙ軸位置検知手段及びＺ軸位置検知手段がリニアエンコーダーであることを特徴とする請求項１６記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置。
- 位置制御機でリニアガイド部材のＸ軸、Ｙ軸位置座標及びキャピラリのＺ軸位置座標を計算して設定する第１段階と、
上記設定された位置からリニアガイド部材およびキャピラリの現在位置をそれぞれ引いた位置偏差を求める第２段階と、
上記位置偏差に対応する命令を速度命令に変換し、この変換命令を用いてＸ、Ｙ軸及びＺ軸リニアモーターを駆動させて、前記リニアガイド部材の長さ方向及び幅方向のＸ軸、Ｙ軸方向に直進移動力を提供すると共に、前記キャピラリに移動力を提供する移動ブロックに上下方向のＺ軸直進駆動力を提供して、該移動ブロックと前記キャピラリが互いに反対方向に回動できるようにヒンジ手段を回動位置の中心とさせて該Ｚ軸直進駆動力を回動力に変換する第３段階と、
リニアガイド部材と移動ブロックに装着されたエンコーダーを通じてＸ、Ｙ軸の位置変化値とＺ軸リニアモーターの回転駆動による角度変化値を測定する第４段階と、
上記測定された位置変化値を前記位置偏差を求める段階にフィードバックする第５段階と、
を含むことを特徴とするワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置の位置制御方法。 - 上記第５段階では、Ｚ軸リニアモーターによる回転駆動による角度変化値を測定した後、リニア位置データに変換する過程を含むことを特徴とする請求項１８記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置の位置制御方法。
- 上記第３段階は、
速度命令を電力増幅器に伝達する過程と、
上記電力増幅器を通じて速度命令に相応する電圧／電流をリニアモーターに印加する過程と、
上記リニアモーターで発生された誘導起電力を利用して上記リニアガイド部材および移動ブロックを直進駆動させる過程と
を含むことを特徴とする請求項１８記載のワイヤボンダ装備のＸ、Ｙ、Ｚ軸駆動装置の位置制御方法。
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