DD207287A1 - Vorrichtung zur gesteuerten bewegung eines vertikalschlittens an drahtkontaktierungsgeraeten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtungzur gesteuerten Bewegung eines Vertikalschlittens an manuell bedienten Labordrahtbonders. Durch die neue Loesung soll eine massearme Vorrichtung zur schnellen und exakten Vertikalbewegung einer an einem Ultraschallschwinger befestigen Sonotrode geschaffen werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur gesteuerten Bewegung eines Vertikalschlittens zu schaffen, die eine selbsttaetige, schnelle und genaue Positionierung der Sonotrode auf unterschiedlichen Kontaktebenen bei nahezu schwingungsfreier Arbeitsweise ermoeglicht. Gemaess der Erfindung besteht der Vertikalantrieb aus einem Gleichstrommotor (2) mit einem daran angeschlossenen Spindel-Mutter-Getriebe (4,5) und einem inkrementalen Geber (3). Die Kraftuebertragung von der Mutter (5) auf den Vertikalschlitten (7) erfolgt ueber einen schwenkbar gelagerten federbelasteten Winkelhebel (6), dessen freies Ende zwischen druckfederbelasteten Rollen (8) am Vertikalschlitten (7) angelenkt ist. Zwischen einem vertikal verschwenkbaren Ultraschallschwinger (14) und dem Vertikalschlitten (7) ist eine Einfederungswippe (17) mit einer zugehoerigen Geberblende (18) und einem Einfederungsgeber (19) angeordnet.

Description

Vorrichtung zur gesteuerten Bewegung eines Vertikalschlittens an Drahtkontaktierungsgeräten

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur gesteuerten Bewegung eines Vertikalschlittens an Drahtkontaktierungsgeräten, speziell an manuell bedienten Labordrahtbondern mit elektronisch gesteuerter Vertikalbewegung einer an einem ültraschallschwinger befestigten Sonotrode zur Herstellung von Drahtbrücken zwischen Halbleiterchips und Trägerelementen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Europäischen Patentanmeldung Ur. 0011979 wird ein rechnergesteuerter Antrieb für die Vertikalbewegung eines Bondwerkzeuges beschrieben. Der Vertikalantrieb besteht im wesentlichen aus einem liegend angeordneten Antriebsmotor, dessen Drehbewegung über einen Kurbeltrieb und eine Koppel auf eine einseitig angelenkte Wippe übertragen wird. Diese Wippe ist über Pederelemente mit einem ebenfalls schwenkbar gelagerten -Träger zur Aufnahme eines Ultraschallschwingers gekoppelt. Zur Positionierung des Bondwerkssugss ist am Antriebsmotor ein Tachogenerator angekoppelt und zwischen der Wippe und dem ültraschallschwinger ein auf Geschwindigkeitsänderungen reagierender Geber angeordnet„ Dieser Antrieb erfordert einen erheblichen elektronischen Steuerungsaufwand und eine mechanisch sehr aufwendige Bondeinheit.

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Andere Übliche technische Lösungen verwenden für die Realisierung des Vertikalantriebes einen Schrittmotor in Verbindung mit einem Schlitzinitiatorgeber, der dia Bewegung zwischen dem Träger für die Bondeinheit und der Sch.wingervri.ppe erfaßt. Bei überschreiten eines konstruktiv vorgegebenen Schwellwertes wird der Abbremsvorgang eingeleitet«

Bei dieser Lösung ist es nachteilig, daß der Schaltpunkt konstruktiv fest vorgegeben ist und daß der Abbremsvorgang des Schrittmotors mit starken Schwingungen verbunden ist„ Darüberhinaus kann ein Überschwingen über die Endlage auftreten, was zu einer Zerstörung des Halbleiterbauelementes führen kann.

Weiterhin sind für die Realisierung einer Vertikalbewegung Kurvenscheiben mit zugehörigen Wippen-Hebelsystemen bekannt (DE-OS 3015683)} die eine schlechte Anpassungsfähigkeit an verschiedene Höhenniveaus besitzen. Sine Anpassung an unterschiedliche Einsatζbedingungen läßt sich im Prinzip nur durch Auswechseln der Kurvenscheiben oder durch Änderung der Übersetzungsverhältnisse realisieren«

Ziel der Erfindung

Durch die Erfindung soll eine massearme Vorrichtung zur schnellen und exakten Vertikalbewegung einer an einem Ultraschallschwinger befestigten Sonotrode geschaffen werden, die mit geringem mechanischem und elektronischem Aufwand eine genaue Steuerung des Bondprozesses mit geringstem Ausschuß ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur gesteuerten Bewegung eines Vertikalschlittens an Drahtkontaktierungsgeräten zu schaffen, die eine selbsttätige schnelle und genaue Positionierung einer Sonotrode einer

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Drahtbondeinheit auf unterschiedlichen Kentaktebenen durch eine nahezu schwingungsfreie Arbeitsweise ermöglicht und die es gestattet, verschiedene Zwischenhöhen frei zu wählen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Antriebssystem, welches den Hub des Vertikalschlittens ermöglicht, aus einem Motor, insbesondere einen Gleichstrommotor mit einem daran-angeschlossenen an sich bekannten Spindel-Mutter-Getriebe und einem inkrementalen Geber besteht· Dabei ist die Spindel an der Welle des Motors befestigt. Die Mutter, die infolge der Drehung des Gewindes durch den Motor in axialer Richtung beweglich ist, steht mit einem in axialer Richtung zur Spindel beweglichen Winkelhebel in Wirkungsverbindung· Die Beweglichkeit des Winkelhebels wird durch eine schwenkbare lagerung desselben erreicht. Sine Federbelastung des Winkelhebels, wobei die Federkraft der Bewegung des Winke1-hebels entgegenwirkt, sorgt für eine ständige kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Winkelhebel und der Mutter« Die Federkraft kann dabei direkt oder indirekt an dem 7/inke!hebel angseifen.

Das freie waagerechte· Ende des Winkelhebels ist zwischen druckfederbelasteten Kugeln an einem Vertikalschlitten an— gelenkt, der an einer Kugelführung vertikal bewegbar gelagert ist.

Zwischen einem vertikal verschwenkbaren, am Vertikalschlitten angelenkten und mit einer -Sonotrode versehenen Ultra«- schalischwinger und dem Vertikalschlitten ist eine Einfederungswippe mit einer zugehörigen Geberblende und einem Einfederungsgeber angeordnet,,

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist darin zu sehen, daß durch eine Drehbewegung des Motors die Mutter verschoben wirdo Zum Anheben des Vertikalschlittens wird die Spindel derart gedreht, daß die Mutter auf den senkrechten Teil des Winkelhebels drückt.

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Zum Absenken ist entgegengesetzt zu verfahren. Beim Auftreffen der Sonotrode auf einer Bondinsel federt die Zinfederungswippe ein.

Dadurch verändert die Geberblende Ihre Lage im Sinfederungsgeber und liefert ge ineinsam.mit den Impulsen des inkrementalen Gebers ein Signal für die elektronische Steuerung des Motors ο

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden« In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Pig· 1: eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung und lig. 2: die Vorderansicht,

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als An-riebselement für den Vertikalantrieb ein in einem Gestell 1 horizontal angeordneter permanenterregter Gleichstrommotor 2 verwendet, der mit einem inkrementalen Geber 3 direkt gekoppelt ist. Die Drehbewegung des Motors 2 wird in einem Spindel-Mutter-Getriebe-4; 5 in eine translatorische Bewegung umgewandelt«, Über einen ebenfalls am Gestell 1 angelenkten Winkelhebel 6 mit einem übersetzungsverhältnis von 1 : 1 wird die horizontale Bewegung der Mutter 5 in eine vertikale Bewegung umgelenkt" und über das freie waagerechte Ende de3 Winkelhebels 6 auf einen Vertikalschlitten 7 übertragen=. Die Kopplung des freien Sndes des Winkelhebels β mit dem Vertikalschlitten 7 erfolgt über Rollen 8, die mittels Druckfedern 9; 10 von zwei Seiten in der Bewegungsebene gegen den Winkelhebel 6 gedrückt werden und sich am Vertikalschlitten 7 gegeneinanderwirkend abstützen. Die Verbindung zwischen der Mutter 5 und dem Winkelhebel 6 wird indirekt über einen einerseits einseitig am Gestell 1 und andererseits

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am T/inkelhebel 6 angelenkten Hebel 11 in Verbindung mit einer ebenfalls an Gestell 1 befestigten Zugfeder 12 hergestellt.

Um eine reibungsarme Führung des Yertikalschlittens 7 zu. realisieren, ist dieser auf. einer .am Gestell 1 angeordneten Kugelführung 13 vertikal bewegbar gelagert. An diesem 7ertlkalscJolitten 7 ist ein Ultraschallschwinger 14 vertikal verschwenkbar angelenkt, der sich, über eine Druckfeder 15 zur Erzeugung der Bondkraft auf dem Yertikalschlitten 7 abstutzt.

Zur Erzeugung eines elektrischen Signals beim Aufsetzen der am ültraschallschwinger 14 befestigten Sonotrode 16 auf einer Bondinsel auf einem Halbleiterchip oder auf einem Trägerstreifen befindet sich zwischen dem Ultraschallschwinger und dem Yertikalschlitten 7 eine Einfederungswippe 17 mit einer zugehörigen Geberblende 13 und einem Sinfederungs-

Beim Auftreffen der Sonotrode 16 auf einer Bondinsel federt die Sinfederungswippe 17 ein. Dadurch verändert die Geberblende 13 ihre Lage im Binfederungsgeber 19 und liefert ein Signal für die elektronische Steuerung des Motors 2.

Der unmittelbar nach dem Auftreffen der Sonotrode 16 auf der Bondinsel entstehende Einfederungsweg zwischen der Sonotrode 16 und dem Yertikalschlitten 7 wird mit dem wegproportionalen Sinfederungsgeber 13 gemessen. Bei der Überschreitung eines vorgegebenen Schwellwertes wird von der Drehzahlregelung des Gleichstrommotors 2 auf lagegerechte Abbremsung umgeschaltet und der notwendige ITachsetzweg als Sollwert vorgegeben. Als Lageistwert wird die ab dem Umschaltzeitpunkt vom inkrementalen Geber 3 abgegebene Impulsfolge gezählt und über einen DJtA-Wandler aufbereitet. Dadurch kann der Yertikalschlitten 7 in Sichtung zur Bondinsel herabgefahren und so abgebremst v/erden, daß seine Bewegung ab einem Yorkoinzidenzniveau über der Eontaktebene mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt.

Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Funktion des Einfederungsgebers 19 kann dieser zur Steuerung des Bond*- vorganges verwendet werden, indem die Eindringtiefe der Sonotrode 16 in den Bonddraht gemessen wird. Das geschieht durch Messen der Lage der Sonotrode 16 nach Ablauf einer Beruhigungszeit, nach dem AbschaltZeitpunkt des Ultra« schallgenerators und Speicherung dieses Signales» Damit kann die Eindringtiefe der Sonotrode 16 in den Bonddraht während des Bondvorganges gemessen und mit dem gespeicherten Betrag verglichen werden» Bei Erreichen des Sollwertes wird der Ultraschallgenerator abgeschaltet.

Dadurch kann die Bondzeit optimiert werden und es wird zusätzlich eine bessere Anpassung an die Bondeigenschaften der verwendeten Halbzeuge möglich,

Nachfolgend soll der Ablauf eines Bondzyklus näher beschrieben werden.

Hierzu wird, der Vertikalschlitten 7 mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegt,, die von der Höhe der Sonotrode 16 über der Bondinsel abhängig sind und die ebenso wie die verschiedenen Höhen entsprechend einer Yorprogrammierung festgelegt, werden».

Zunächst befindet sich die Sonotrode 16 in. einer Ausgangs-

c/urdi höhe und wird, nach dem Start die Bedienperson im Eilgang bis zur ersten Manipulierhöhe abgesenkt* In der Manipulierhöhe erfolgt die Positionierung des Substrates in x- und y-Hichtung manuell» Anschließend wird die Sonotrode 16 im Schleichgang bis zur Kontaktebene weiterbewegt. Die Steuerung des Aufsetzens und der notwendigen Wachsetsbewegung erfolgt entsprechend dem vorstehend beschriebenen Punktionsablauf»

Uach dem Bondvorgang wird das Bondwerkzeug 16 mit hoher Geschwindigkeit bis zu einer Zwischenhöhe abgehoben. In dieser Höhe erfolgt das Ziehen der Drahtbrücke. Anschließend wird das Bondwerkzeug 16 bis zu einer zweiten Manipulierhöhe zum

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Positionieren des Substrates in x— und y-Richtung abgesenkt. Danach wird das Bondwerkzeug 16 bis zur Kontaktebene im Schleichgang abgesenkt und nach Durchführung der zweiten Bondung bis zur Ausgangshöhe im Eilgang zurückbewegt_r

Claims (1)

1. Erfindungsanapruch

   Vorrichtung zur gesteuerten Bewegung eines Vertikalschlittens an Drahtkontaktierungsgerätan für die Herstellung von Halbleiterbauelementen, welche ein Antriebssystem enthält» das mit einem Steuerteil verbunden ist, der die.. Geschwindigkeit und den Bereich jeder Vferkzeugbewegung derart steuert, daß eine erwünschte Vertikalbewegung eines Werkzeuges nach Maßgabe der Form der zu verschweißenden Baugruppe erzielbar ist, gekennzeichnet da·* durch, daß das Antriebssystem aus einem Motor, insbesondere einem Gleichstrommotor, mit einem daran angeschlossenen an sich, bekannten Spindel-Mutter-Getriebe und einem inkrementalen Geber besteht, wobei die Spindel an einer Welle des' Motors befestigt ist und die Mutter mit einem in axialer Richtung beweglichen, schwenkbar gelagerten Winkelhebel federbelastet in Wirkungsverbindung steht, daß das freie waagerechte Ende, des Winkslhebels zwischen druckf e derbe las teMa. Kugeln, an. einem Vertikalschlitten angelenkt, ist, der an einer Kugelführung vertikal bewegbar gelagert ist und daß zwischen, einem vertikal verschwenkbaren, am Vertikalschlitten angelenkten mit einer Sonotrode versehenen. Ultraschalls chwinger und. dem Vertikalschlitten eine Sinfederungswippe mit einer zugehörigen Geberblsnde und einem Einfederungsgeber angeordnet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen