CH714384A2 - Bonding head for the assembly of components and die bonders with such a bonding head. - Google Patents
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Abstract
Ein Bondkopf (1) für die Montage von Bauelementen umfasst einen Schaft (2) und ein Gehäuseteil (3), in dem der Schaft (2) gelagert ist. Die Lagerung des Schafts (2) ermöglicht sowohl eine Drehung des Schafts (2) um eine Achse (6), als auch eine Verschiebung des Schafts (2) in der Längsrichtung der Achse (6) um einen vorbestimmten Hub H. Der Bondkopf (1) umfasst weiter einen Elektromotor, der einen Stator und einen Rotor umfasst, wobei der Stator am Gehäuseteil (3) und der Rotor am Schaft (2) befestigt ist, einen Encoder, um die Drehlage des Schafts (2) zu messen, und einen Kraftgeber, um den Schaft (2) mit einer Kraft zu beaufschlagen. Der Stator umfasst mit Strömen beaufschlagbare Spulen (7), der Rotor umfasst eine Vielzahl von Permanentmagneten (8). Eine in Längsrichtung der Achse (6) gemessene Länge der Permanentmagnete (8) ist um wenigstens den Hub H kürzer oder länger als eine in Längsrichtung der Achse (6) gemessene wirksame Länge der Spulen (7).A bondhead (1) for mounting components comprises a shaft (2) and a housing part (3) in which the shaft (2) is mounted. The bearing of the shaft (2) allows both a rotation of the shaft (2) about an axis (6), and a displacement of the shaft (2) in the longitudinal direction of the axis (6) by a predetermined stroke H. Der Bondkopf (1 ) further comprises an electric motor comprising a stator and a rotor, the stator being fixed to the housing part (3) and the rotor being fixed to the shaft (2), an encoder for measuring the rotational position of the shaft (2) and a force transmitter to apply a force to the shaft (2). The stator comprises coils (7) which can be acted upon by currents, the rotor comprises a multiplicity of permanent magnets (8). A length of the permanent magnets (8) measured in the longitudinal direction of the axis (6) is shorter or longer by at least the stroke H than an effective length of the coils (7) measured in the longitudinal direction of the axis (6).
Description
Beschreibungdescription
Technisches Gebiet [0001] Die Erfindung betrifft einen Bondkopf für die Montage von Bauelementen, typischerweise elektronischen oder optischen Bauelementen, insbesondere Halbleiterchips und Flipchips, auf einem Substrat. Die Montage wird in der Fachwelt auch als Bondprozess oder Bestückprozess bezeichnet. Die Erfindung betrifft weiter eine Halbleiter-Montagevorrichtung, in der Fachwelt als Die Bonder bekannt, mit einem solchen Bondkopf.TECHNICAL FIELD The invention relates to a bonding head for the assembly of components, typically electronic or optical components, in particular semiconductor chips and flip chips, on a substrate. In the professional world, assembly is also known as the bonding process or assembly process. The invention further relates to a semiconductor assembly device, known in the art as die bonders, with such a bonding head.
Hintergrund der Erfindung [0002] Montageautomaten mit Bondköpfen dieser Art werden insbesondere in der Halbleiterindustrie verwendet. Ein Beispiel für derartige Montageautomaten sind Die Bonder oder Pick & Place Maschinen, mit denen Bauelemente in der Form von Halbleiterchips, mikromechanischen und mikrooptischen Bauteilen, und dergleichen auf Substraten wie beispielsweise Leadframes, Leiterplatten, Keramiken, etc. abgesetzt und gebondet werden. Die Bauelemente werden dabei an einem Aufnahmeort von einem Bondkopf aufgenommen, insbesondere angesaugt, zu einem Substratplatz gefahren und an einer genau definierten Position auf dem Substrat abgesetzt. Der Bondkopf ist Teil eines Pick und Place Systems, das Bewegungen des Bondkopfs in mindestens drei Raumrichtungen ermöglicht.Background of the invention Automatic assembly machines with bonding heads of this type are used in particular in the semiconductor industry. An example of such assembly machines are the bonders or pick & place machines with which components in the form of semiconductor chips, micromechanical and micro-optical components and the like are deposited and bonded to substrates such as leadframes, printed circuit boards, ceramics, etc. The components are picked up by a bonding head at a recording location, in particular sucked in, moved to a substrate location and placed on the substrate at a precisely defined position. The bondhead is part of a pick and place system that enables movements of the bondhead in at least three spatial directions.
[0003] Der Bondkopf enthält einen um eine Achse drehbaren und in Längsrichtung der Achse bewegbaren Schaft, einen Antrieb um den Schaft zu drehen, einen Encoder, um die Drehlage des Schafts zu messen, und einen Kraftgeber, um den Schaft in Längsrichtung der Achse mit einer Kraft zu beaufschlagen. Der Schaft nimmt direkt ein Bauelement auf oder ist ausgebildet, einen Chipgreifer, z.B. ein «die collet», für ein Bauelement aufzunehmen.The bonding head includes a shaft that is rotatable about an axis and movable in the longitudinal direction of the axis, a drive for rotating the shaft, an encoder to measure the rotational position of the shaft, and a force transducer to support the shaft in the longitudinal direction of the axis to apply a force. The shaft directly receives a component or is designed to be a chip gripper, e.g. a “die collet” for a component.
[0004] Ein von der Anmelderin verwendeter Bondkopf enthält einen Antrieb, der einen Elektromotor und ein aus zwei Zahnrädern gebildetes Zahnradgetriebe umfasst, von denen das eine Zahnrad an der Welle des Elektromotors und das andere Zahnrad am Schaft des Bondkopfs befestigt ist.A bondhead used by the applicant contains a drive which comprises an electric motor and a gear train formed from two gears, of which one gear is attached to the shaft of the electric motor and the other gear to the shaft of the bondhead.
Kurze Beschreibung der Erfindung [0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bondkopf zu entwickeln, bei dem die Drehlage des Schafts mit einer höheren Winkelgenauigkeit positionierbar und bei dem der Schaft möglichst kraftfrei in Längsrichtung der Achse bewegbar ist.BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The object of the invention is to develop a bonding head in which the rotational position of the shaft can be positioned with a higher angular accuracy and in which the shaft can be moved in the longitudinal direction of the axis with as little force as possible.
[0006] Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The stated object is achieved according to the invention by the features of claim 1. Advantageous refinements result from the dependent claims.
[0007] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind nicht massstäblich gezeichnet.The invention is explained below with reference to exemplary embodiments and with reference to the drawing. The figures are not drawn to scale.
Beschreibung der Figuren [0008]Description of the Figures
Fig. 1 zeig schematisch und im Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bondkopfs,1 shows schematically and in cross section a first embodiment of a bondhead,
Fig. 2 zeigt die Magnetanordnung des Rotors eines im Bondkopf eingesetzten Elektromotors,2 shows the magnet arrangement of the rotor of an electric motor used in the bonding head,
Fig. 3 und 4 illustrieren Längen Verhältnisse,3 and 4 illustrate length relationships,
Fig. 5 zeigt schematisch und im Querschnitt einen Bondkopf mit einem pneumatischen Kraftgeber,5 shows schematically and in cross section a bonding head with a pneumatic force transmitter,
Fig. 6 zeigt schematisch und im Querschnitt einen Bondkopf mit einem pneumatischen Kraftgeber und einem Luftlager,6 shows schematically and in cross section a bonding head with a pneumatic force transmitter and an air bearing,
Fig. 7 zeigt schematisch und im Querschnitt einen Bondkopf mit einer integrierten Temperierungsvorrichtung, und7 shows schematically and in cross section a bonding head with an integrated temperature control device, and
Fig. 8 zeigt schematisch einen Antrieb für den Bondkopf.8 schematically shows a drive for the bonding head.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung [0009] Die Fig. 1 zeigt schematisch den Querschnitt eines Bondkopfs 1. Der Bondkopf 1 umfasst einen Schaft 2 und ein Gehäuseteil 3, in dem der Schaft 2 gelagert ist. Der Schaft 2 enthält eine Bohrung 4, die zur Spitze 5 des Schafts 2 führt und mit Vakuum beaufschlagbar ist. Die Spitze 5 des Schafts 2 ist ausgebildet, um ein Bauelement oder einen Chipgreifer für ein Bauelement aufzunehmen. Die Lagerung des Schafts 2 ermöglicht sowohl eine Drehung des Schafts 2 um eine Achse 6, als auch eine Verschiebung des Schafts 2 in der Längsrichtung der Achse 6 um einen vorbestimmten Hub H (Fig. 3). Der Durchmesser des Schafts 2 kann über seine Länge verschiedene Abstufungen haben, wie dies in den Fig. 1, 5 und 6 dargestellt ist. Der Bondkopf 1 umfasst weiter einen Antrieb, der konfiguriert ist, den Schaft 2 um dieDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION FIG. 1 schematically shows the cross section of a bonding head 1. The bonding head 1 comprises a shaft 2 and a housing part 3 in which the shaft 2 is mounted. The shaft 2 contains a bore 4 which leads to the tip 5 of the shaft 2 and can be subjected to a vacuum. The tip 5 of the shaft 2 is designed to receive a component or a chip gripper for a component. The mounting of the shaft 2 enables both a rotation of the shaft 2 about an axis 6 and a displacement of the shaft 2 in the longitudinal direction of the axis 6 by a predetermined stroke H (FIG. 3). The diameter of the shaft 2 can have various gradations over its length, as is shown in FIGS. 1, 5 and 6. The bondhead 1 further comprises a drive that is configured to move the shaft 2 around the
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Achse 6 zu drehen, einen Encoder, um die Drehlage des Schafts 2 zu messen, und einen Kraftgeber, um den Schaft 2 in Längsrichtung der Achse 6 mit einer Kraft zu beaufschlagen. Die Kraft ist beispielsweise eine vorbestimmte Pickkraft beim Aufnehmen eines Bauelements oder eine vorbestimmte Bondkraft beim Montieren des Bauelements auf einem Substrat.To rotate axis 6, an encoder to measure the rotational position of the shaft 2 and a force transducer to apply a force to the shaft 2 in the longitudinal direction of the axis 6. The force is, for example, a predetermined picking force when picking up a component or a predetermined bonding force when mounting the component on a substrate.
[0010] Der Antrieb ist ein Elektromotor, der einen Stator und einen Rotor umfasst, wobei der Stator am Gehäuseteil 3 und der Rotor am Schaft 2 befestigt ist. Der Stator umfasst mit Strömen beaufschlagbare Spulen 7, der Rotor umfasst eine Vielzahl von Permanentmagneten 8.The drive is an electric motor, which comprises a stator and a rotor, wherein the stator is attached to the housing part 3 and the rotor to the shaft 2. The stator comprises coils 7 to which currents can be applied, and the rotor comprises a plurality of permanent magnets 8.
[0011] Der Elektromotor ist im Prinzip ein handelsüblicher Elektromotor, der für die Belange der Erfindung dahingehend modifiziert wurde, dass die Länge der Permanentmagnete 8 um wenigstens den Hub H verkürzt wurde. Diese Modifizierung bewirkt eine Reduzierung des Drehmoments, ist jedoch technisch einfach und bietet den Vorteil, dass die Masse des Rotors gleichzeitig kleiner wird bzw. auf Kosten des Drehmoments sogar minimiert werden kann. Die Alternative, dass die Länge der Spulen 7 um wenigstens den Hub H verlängert wird, ist auch möglich, jedoch nicht bevorzugt. Die Permanentmagnete 8 sind - wie in der Fig. 2 dargestellt - flache, quaderförmige Magnete, wobei ihre beiden einander gegenüberliegenden grössten Flächen als Nordpol N und als Südpol S magnetisiert sind. Die Permanentmagnete 8 sind auf einem Kreis angeordnet, wobei ihre dem Kreismittelpunkt zugewandte grösste Fläche abwechselnd ein Nordpol N und ein Südpol S ist. Ihre vom Kreismittelpunkt abgewandte grösste Fläche ist dann abwechselnd ein Südpol S und ein Nordpol N.The electric motor is in principle a commercially available electric motor that has been modified for the purposes of the invention in such a way that the length of the permanent magnets 8 has been shortened by at least the stroke H. This modification brings about a reduction in the torque, but is technically simple and offers the advantage that the mass of the rotor becomes smaller at the same time or can even be minimized at the expense of the torque. The alternative that the length of the coils 7 is extended by at least the stroke H is also possible, but not preferred. The permanent magnets 8 are - as shown in FIG. 2 - flat, cuboid magnets, their two opposite largest surfaces being magnetized as the north pole N and as the south pole S. The permanent magnets 8 are arranged on a circle, their largest surface facing the center of the circle alternately being a north pole N and a south pole S. Their largest surface facing away from the center of the circle is then alternately a south pole S and a north pole N.
[0012] Der Elektromotor dient dazu, den Schaft 2 um die Achse 6 zu drehen. Weil der Schaft 2 in Längsrichtung der Achse 6 um den Hub H verschiebbar sein muss, ist die Länge L-ι (Fig. 3) der Permanentmagnete 8 entweder um wenigstens den Hub H kürzer oder länger als die wirksame Länge L2 der Spulen 7, so dass die von den Spulen 7 auf die Permanentmagnete 8 ausgeübten Kräfte unabhängig von der Position sind, die der Schaft 2 entlang der Längsrichtung der Achse 6 einnimmt. Die Spulen 7 haben in Längsrichtung der Achse 6 eine vorgegebene, mechanische Länge L3. Die wirksame Länge L2 bezeichnet diejenige Länge, innerhalb der das Magnetfeld, das von den durch die Gesamtheit der Spulen 7 fliessenden Strömen erzeugt wird und das die Rotation der Permanentmagnete 8 um die Achse 6 bewirkt, den hauptsächlichen Anteil der auf die Permanentmagnete 8 einwirkenden Kräfte liefert. Die wirksame Länge L2 ist deshalb kürzer als die mechanische Länge L3. Die Fig. 3 illustriert den Fall, dass die Länge L-ι der Permanentmagnete 8 um den Hub H kürzer als die wirksame Länge L2 der Spulen 7 ist, und die Fig. 4 illustriert den umgekehrten Fall, dass die Länge L-ι der Permanentmagnete 8 um den Hub H länger als die wirksame Länge L2 der Spulen 7 ist. Es ist deshalbThe electric motor serves to rotate the shaft 2 about the axis 6. Because the shaft 2 must be displaceable by the stroke H in the longitudinal direction of the axis 6, the length L-ι (FIG. 3) of the permanent magnets 8 is either shorter by at least the stroke H or longer than the effective length L 2 of the coils 7, so that the forces exerted by the coils 7 on the permanent magnets 8 are independent of the position which the shaft 2 assumes along the longitudinal direction of the axis 6. The coils 7 have a predetermined mechanical length L 3 in the longitudinal direction of the axis 6. The effective length L 2 denotes the length within which the magnetic field which is generated by the currents flowing through the entirety of the coils 7 and which causes the rotation of the permanent magnets 8 about the axis 6, the main proportion of the forces acting on the permanent magnets 8 supplies. The effective length L 2 is therefore shorter than the mechanical length L 3 . FIG. 3 illustrates the case in which the length L-ι of the permanent magnets 8 is shorter by the stroke H than the effective length L 2 of the coils 7, and FIG. 4 illustrates the opposite case in that the length L-ι the Permanent magnets 8 by the stroke H is longer than the effective length L 2 of the coils 7. It is therefore
L-ι < L2 - H oder L-ι > L2 + H [0013] Im ersten Fall bleiben die Permanentmagnete 8 (und damit der Rotor) auch bei der Axialverschiebung entlang der Achse 6 im Magnetfeld der Spulen 7, im zweiten Fall überragen die Permanentmagnete 8 die Spulen 7 während der gesamten Axialverschiebung. Während der Axialverschiebung des Schafts 2 tritt in beiden Fällen höchstens eine sehr geringe, entlang der Achse 6 wirkende Kraft oder Kraftänderung auf.L-ι <L 2 - H or L-ι> L 2 + H [0013] In the first case, the permanent magnets 8 (and thus the rotor) remain in the magnetic field of the coils 7 even during the axial displacement along the axis 6, in the second case the permanent magnets 8 protrude from the coils 7 during the entire axial displacement. In both cases, during the axial displacement of the shaft 2, at most a very small force or change in force acting along the axis 6 occurs.
[0014] Der Encoder ist ausgebildet, die Drehlage des Schafts 2 zu messen. Der Encoder ist bevorzugt gebildet durch eine kreisförmige Scheibe 9, die am Schaft 2 befestigt ist und an deren Rand eine Encoderskala angebracht ist, und einen Encoderlesekopf 10, der am Bondkopf 1, mit Vorteil am Gehäuseteil 3 des Bondkopfs 1 befestigt ist. Die Encoderskala weist in Längsrichtung der Achse 6 verlaufende Striche auf. Die in Längsrichtung der Achse 6 gemessene Länge der Striche und der sich in Längsrichtung der Achse 6 erstreckende Messbereich des Encoderlesekopfs 10 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Striche über den gesamten Hub H des Schafts 2 im Messbereich des Encoderlesekopfs 10 liegen.[0014] The encoder is designed to measure the rotational position of the shaft 2. The encoder is preferably formed by a circular disk 9, which is attached to the shaft 2 and on the edge of which an encoder scale is attached, and an encoder reading head 10, which is attached to the bonding head 1, advantageously to the housing part 3 of the bonding head 1. The encoder scale has 6 lines running in the longitudinal direction of the axis. The length of the lines measured in the longitudinal direction of the axis 6 and the measuring range of the encoder reading head 10 extending in the longitudinal direction of the axis 6 are matched to one another such that the lines lie in the measuring range of the encoder reading head 10 over the entire stroke H of the shaft 2.
[0015] Als Encoder kann auch ein Winkelsensor verwendet werden, beispielsweise ein magnetischer Winkelsensor, der die Drehlage anhand des von den Permanentmagneten erzeugten Magnetfelds bestimmt, oder ein optischer Winkelsensor, oder ein beliebiger anderer Winkelsensor.An angle sensor can also be used as an encoder, for example a magnetic angle sensor which determines the rotational position on the basis of the magnetic field generated by the permanent magnets, or an optical angle sensor, or any other angle sensor.
[0016] Der Kraftgeber dient zur Erzeugung der Pickkraft als auch der Bondkraft. Als Kraftgeber kann beispielsweise ein mechanischer Kraftgeber verwendet werden, insbesondere ein Kraftgeber, bei dem eine Feder verwendet wird, die auf den Schaft 2 einwirkt, um eine in Längsrichtung der Achse 6 wirkende Kraft zu erzeugen. Als Kraftgeber kann auch ein pneumatischer Kraftgeber verwendet werden, wie dies bei den Bondköpfen 1 der Fall ist, die in den Fig. 5 und 6 schematisch und im Querschnitt dargestellt sind. Hier bilden das Gehäuseteil 3 und ein auf das Gehäuseteil 3 aufgesetzter Deckel 11 zusammen mit dem Schaft 2 einen abgeschlossenen Hohlraum 12, dessen Volumen sich durch die Längsbewegung des Schafts 2 verändert. Der Deckel 11 enthält eine Bohrung 13, durch die der Hohlraum 12 mit Druckluft beaufschlagbar ist. Der Hohlraum 12 bildet somit eine Druckkammer und der in der Druckkammer herrschende Druck erzeugt eine auf den Schaft 2 einwirkende Kraft. Die Bewegung des Schafts 2 in Längsrichtung der Achse 6, d. h. der Hub H, ist beispielsweise durch einen Anschlag begrenzt. Die vom Kraftgeber erzeugte Kraft bewirkt einerseits, dass der Schaft 2 im unbelasteten Zustand gegen den Anschlag gedrückt wird. Andererseits wirkt die Kraft beim Picken eines Bauelements als Pickkraft und beim Absetzen eines Bauelements als Bondkraft auf das Bauelement ein, weil der Schaft 2 beim Picken und beim Bonden von dem Anschlag weggedrückt wird. Die Bewegung des Schafts 2 während dieser Prozessschritte ist eine passive Bewegung, die sich daraus ergibt, dass der Schaft 2 beim Aufsetzen auf dem Bauelement wie auch beim Aufsetzen des Bauelements mit dem Substrat zum Stillstand kommt, während der von einem Antrieb 17 (Fig. 8) angetriebene Bondkopf noch weiter abgesenkt wird, bis das Aufsetzen detektiert und der Antrieb 17 gestoppt wurde.The force generator serves to generate the picking force as well as the bonding force. For example, a mechanical force transmitter can be used as the force transmitter, in particular a force transmitter in which a spring is used which acts on the shaft 2 in order to generate a force acting in the longitudinal direction of the axis 6. A pneumatic force transmitter can also be used as the force transmitter, as is the case with the bondheads 1, which are shown schematically and in cross section in FIGS. 5 and 6. Here, the housing part 3 and a cover 11 placed on the housing part 3 together with the shaft 2 form a closed cavity 12, the volume of which changes due to the longitudinal movement of the shaft 2. The lid 11 contains a bore 13 through which the cavity 12 can be acted upon by compressed air. The cavity 12 thus forms a pressure chamber and the pressure prevailing in the pressure chamber generates a force acting on the shaft 2. The movement of the shaft 2 in the longitudinal direction of the axis 6, i. H. the stroke H is limited, for example, by a stop. The force generated by the force generator on the one hand causes the shaft 2 to be pressed against the stop in the unloaded state. On the other hand, the force acts on the component when pecking a component and when depositing a component as a bonding force because the shaft 2 is pressed away from the stop when pecking and bonding. The movement of the shaft 2 during these process steps is a passive movement which results from the fact that the shaft 2 comes to a standstill when it is placed on the component as well as when the component is placed on the substrate, during that of a drive 17 (FIG. 8 ) driven bond head is further lowered until the attachment is detected and the drive 17 has been stopped.
[0017] Die Lagerung des Schafts 2 im Gehäuseteil 3 kann beispielsweise ein Gleitlager, ein Kugellager, ein Luftlager oder ein anderes geeignetes Lager sein. Bei dem in der Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Lagerung des Schafts im Gehäuseteil 3 mittels eines Gleitlagers, bei dem in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel mittels eines Luftlagers.The storage of the shaft 2 in the housing part 3 can for example be a slide bearing, a ball bearing, an air bearing or another suitable bearing. In the exemplary embodiment shown in FIG. 5, the shaft is supported in the housing part 3 by means of a plain bearing, in the exemplary embodiment shown in FIG. 6 by means of an air bearing.
CH 714 384 A2CH 714 384 A2
Beim Luftlager weist das Gehäuseteil 3 Lufteinlasse für die Zufuhr von Druckluft auf. Bei einer bevorzugten Ausbildung des Luftlagers weist das Gehäuseteil 3 zudem Luftauslasse für die Abfuhr von Luft aus dem Luftlager auf. Die Lufteinlasse sind beispielsweise erste Bohrungen 14 und die Luftauslasse beispielsweise zweite Bohrungen 15. Falls Lufteinlasse und Luftauslasse vorhanden sind, sind die Lufteinlasse in Längsrichtung der Achse 6 jeweils zwischen einigen der Luftauslasse angeordnet. Die Luftauslasse können mit der Umgebung verbunden sein, so dass an ihnen der Umgebungsdruck anliegt, oder es kann ein Unterdrück (Vakuum) an die Luftauslasse angelegt werden, um die durch die Lufteinlasse in das Luftlager gepresste Luft abzusaugen. Die Strömungsrichtung der Luft in den Lufteinlassen und den Luftauslassen ist in der Fig. 6 durch (seitlich versetzte) Pfeile illustriert. Mit dieser Anordnung, bei der die Lufteinlasse von den Luftauslassen umgeben sind, wird verhindert dass ein Teil der Luft, die durch die Lufteinlasse in den Spalt zwischen dem Schaft 2 und dem Gehäuseteil 3 gepresst wird, in den Hohlraum 12 gelangt und damit die auf den Schaft in Längsrichtung der Achse 6 einwirkende Kraft verändert.In the air bearing, the housing part 3 has air inlets for the supply of compressed air. In a preferred embodiment of the air bearing, the housing part 3 also has air outlets for the removal of air from the air bearing. The air inlets are, for example, first bores 14 and the air outlets are, for example, second bores 15. If air inlets and air outlets are present, the air inlets are each arranged in the longitudinal direction of axis 6 between some of the air outlets. The air outlets can be connected to the environment so that the ambient pressure is applied to them, or a vacuum (vacuum) can be applied to the air outlets in order to extract the air pressed into the air bearing through the air inlets. The direction of flow of the air in the air inlets and the air outlets is illustrated in FIG. 6 by (laterally offset) arrows. With this arrangement, in which the air inlets are surrounded by the air outlets, part of the air which is pressed through the air inlets into the gap between the shaft 2 and the housing part 3 is prevented from entering the cavity 12 and thus onto the cavity Force acting in the longitudinal direction of the axis 6 changes.
[0018] Die Fig. 7 zeigt schematisch und im Querschnitt einen Bondkopf mit einer Temperierungsvorrichtung. Die Temperierungsvorrichtung dient dazu, die Temperatur von bestimmten Teilen des Bondkopfs 1 auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Die Temperierungsvorrichtung umfasst beispielsweise eine Rohrleitung 16, die mit Vorteil wie dargestellt in das Gehäuseteil 3 integriert ist und die Teil eines geschlossenen Wärmekreislaufs ist, durch den ein Fluid strömt, dessen Temperatur in einer externen Heiz-, oder Kühl-, oder Heiz- und Kühlvorrichtung auf den vorbestimmten Wert geregelt wird. Das Fluid kann gasförmig oder flüssig sein. In bestimmten Fällen ist die Temperierungsvorrichtung ein elektrischer Heizwiderstand, der in das Gehäuseteil 3 integriert ist. Die Temperierungsvorrichtung kann bei allen Bondköpfen 1 eingesetzt werden. Bei einem Bondkopf 1 mit einem pneumatischen Kraftgeber kann sie beispielsweise eingesetzt werden, um die in der Druckkammer herrschende Temperatur auf einen vorbestimmten Wert zu regeln, so dass die vom Kraftgeber erzeugte Kraft unabhängig von Schwankungen der Umgebungstemperatur ist.7 shows schematically and in cross section a bonding head with a temperature control device. The temperature control device serves to keep the temperature of certain parts of the bonding head 1 at a predetermined value. The temperature control device comprises, for example, a pipeline 16, which is advantageously integrated into the housing part 3 as shown and which is part of a closed heat circuit through which a fluid flows, the temperature of which in an external heating, or cooling, or heating and cooling device is regulated to the predetermined value. The fluid can be gaseous or liquid. In certain cases, the temperature control device is an electrical heating resistor which is integrated in the housing part 3. The temperature control device can be used with all bond heads 1. In the case of a bonding head 1 with a pneumatic force transmitter, it can be used, for example, to regulate the temperature prevailing in the pressure chamber to a predetermined value, so that the force generated by the force transmitter is independent of fluctuations in the ambient temperature.
[0019] Der erfindungsgemässe Bondkopf kommt typischerweise in einer Halbleiter-Montagevorrichtung, in der Fachwelt als Die Bonder bekannt, zum Einsatz. Eine solche Halbleiter-Montagevorrichtung umfassteinen Antrieb 17, der konfiguriert ist, den Bondkopf 1 in Längsrichtung der Achse 6 zu bewegen. Beim Picken eines Bauelements und beim Bonden des Bauelements wird der Bondkopf 1 von diesem Antrieb 17 jeweils abgesenkt, wobei der Schaft 2 passiv mitgeführt wird.The bonding head according to the invention is typically used in a semiconductor assembly device, known in the art as die bonders. Such a semiconductor mounting device comprises a drive 17 which is configured to move the bonding head 1 in the longitudinal direction of the axis 6. When picking a component and bonding the component, the bond head 1 is lowered by this drive 17, the shaft 2 being carried passively.
[0020] Der Bondkopf bietet mehrere Vorteile, nämlich:The bond head offers several advantages, namely:
- Der erfindungsgemässe Antrieb zum Drehen des Schafts, bei dem der Rotor direkt am Schaft befestigt ist, ist ein Direktantrieb und somit ein spielfreier Antrieb, was ein spielfreies und damit hochpräzises Anfahren der Drehlage des Schafts ermöglicht. Dies im Gegensatz zu bekannten Bondköpfen, bei dem ein Zahnradgetriebe zwischen dem Antrieb und dem Schaft zwischengeschaltet ist.- The drive according to the invention for rotating the shaft, in which the rotor is fastened directly to the shaft, is a direct drive and thus a backlash-free drive, which enables the rotational position of the shaft to be approached without play and thus with high precision. This is in contrast to known bond heads, in which a gear transmission is interposed between the drive and the shaft.
- Die Messung der Drehlage des Schafts ist eine direkte und ebenfalls spielfreie Messung, da die Encoderskala auf die am Schaft befestigte Scheibe aufgebracht ist.- The measurement of the rotational position of the shaft is a direct and also backlash-free measurement, since the encoder scale is attached to the disc attached to the shaft.
- Der Direktantrieb des Schafts ohne Zahnradgetriebe und ohne Zahnriemen oder dergleichen ist verschleissfrei und erzeugt auch keinen Abrieb. Dies ist insbesondere ein Vorteil in Reinraumumgebungen, wo der Abrieb zur Beschädigung der ICs führen könnte, die einen mit Partikeln verschmutzen Halbleiterchip enthalten.- The direct drive of the shaft without gear transmission and without toothed belt or the like is wear-free and does not produce any abrasion. This is particularly an advantage in clean room environments where abrasion could damage ICs that contain a semiconductor chip contaminated with particles.
- Die Axialverschiebung des Schafts, d. h. die Verschiebung des Schafts entlang seiner Längsachse, ist nahezu kraftfrei. D. h., dass die Verschiebung des Schafts entlang der Längsachse beim Aufbau der Pickkraft oder der Bondkraft keine zusätzliche Kraft erzeugt, die die vom Kraftgeber erzeugte Kraft verstärkt oder schwächt. Dies im Gegensatz zu bekannten Bondköpfen, bei dem ein Zahnradgetriebe oder Zahnriemen zwischen dem Antrieb und dem Schaft zwischengeschaltet ist.- The axial displacement of the shaft, i.e. H. the displacement of the shaft along its longitudinal axis is almost without force. This means that the displacement of the shaft along the longitudinal axis when the picking force or the bonding force is built up does not generate any additional force which increases or weakens the force generated by the force generator. This is in contrast to known bond heads, in which a gear transmission or toothed belt is interposed between the drive and the shaft.
- Die Konstruktion ist platzsparend, kompakt und ermöglicht bei kleinem Bauraum und kleinem Gewicht die Erzeugung der bei der Montage von Halbleiter-Bauelementen erforderlichen, relativ grossen Bondkraft.- The construction is space-saving, compact and enables the relatively large bonding force required for the assembly of semiconductor components to be generated with a small installation space and low weight.
- Die Masse des Schafts inklusive Rotor ist sehr gering. Die beim Auftreffen des Schafts auf das Bauelement kurzzeitig einwirkende Kraft ist proportional zum Impuls, d. h. zum Produkt aus Masse und Geschwindigkeit des Schafts, und darf einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten, da sonst das Bauelement beschädigt werden könnte. Kleinere Masse erlaubt höhere Geschwindigkeit und ergibt damit eine kürzere Zykluszeit.- The mass of the shaft including the rotor is very low. The force acting briefly when the shaft strikes the component is proportional to the momentum, i. H. to the product of the mass and speed of the shaft, and must not exceed a predetermined value, since otherwise the component could be damaged. Smaller mass allows higher speed and thus results in a shorter cycle time.
- Die Ausführung des Bondkopfs mit einem Luftlager ermöglicht eine nahezu reibungsfreie Drehung und Verschiebung des Schafts.- The design of the bond head with an air bearing enables an almost frictionless rotation and displacement of the shaft.
- Die Ausführung des Bondkopfs mit einer Temperierungsvorrichtung ermöglicht es, Einflüsse von Temperaturschwankungen der Umgebung auf den Bondkopf und damit auf den Bondprozess zu minimieren oder eliminieren.- The execution of the bonding head with a temperature control device makes it possible to minimize or eliminate influences of temperature fluctuations in the environment on the bonding head and thus on the bonding process.
[0021] Während Ausführungsformen dieser Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann ersichtlich, dass mehr Modifikationen als oben erwähnt möglich sind, ohne von dem erfinderischen Konzept abzuweichen. Die Erfindung ist daher nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.[0021] While embodiments of this invention have been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that more modifications than those mentioned above are possible without departing from the inventive concept. The invention is therefore limited only by the claims and their equivalents.
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