Die Erfindung betrifft eine Ultraschallbondvorrichtung, ein Drahtführungsmodul, welches als Drahtführungsmodul der Ultraschallbondvorrichtung verwendet werden kann, sowie die Verwendung der Ultraschallbondvorrichtung und/oder des Drahtführungsmoduls für das Ultraschalldrahtbonden und insbesondere das Ultraschall-Ribbonbonden.

Das Drahtführungsmodul einer Ultraschallbondvorrichtung dient dazu, den in einem Drahtvorrat bereitgestellten Bonddraht kollisionsfrei und zuverlässig unter das Werkzeug der Ultraschallbondvorrichtung zu führen. Das Werkzeug und das Drahtführungsmodul sind dabei als Komponenten des Bondkopfes konzipiert und werden mit dem Bondkopf verfahren. Je nach Bauart der Ultraschallbondvorrichtung kann der Bondkopf in bis zu drei rechtwinklig zueinander orientierte Bewegungsachsen und eine Drehachse bewegt werden. Die Drehachse und eine Bewegungsachse sind dabei typischerweise vertikal erstreckt. Zwei weitere Bewegungsachsen der Ultraschallbondvorrichtung sind üblicherweise horizontal erstreckt. Der Drehvorrat der Ultraschallbondvorrichtung ist ortsfest angeordnet und nicht mit dem Bondkopf mitbewegt. Der Bonddraht wird demzufolge beim Verfahren des Bondkopfs verformt und insbesondere tordiert oder anderweitig gebogen. Die Torsion beziehungsweise Biegung des Bonddrahts kann nun dazu führen, dass der Bonddraht das Drahtführungsmodul in geometrisch unbestimmter Weise verlässt und nicht exakt unter dem Werkzeug positioniert wird. Der anschließende Bond kann dann nicht oder nicht ordnungsgemäß ausgeführt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Ultraschallbondvorrichtung und ein Drahtführungsmodul hierfür anzugeben.

Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Demzufolge umfasst die Ultraschallbondvorrichtung einen Bondkopf, der in wenigstens eine Bewegungsachse verfahr- und/oder positionierbar und um eine Drehachse dreh- und/oder positionierbar ist und der ein Werkzeug zum Ultraschallbonden eines Bonddrahts und ein Transducermodul zum Anregen des Werkzeugs zu Ultraschallschwingungen vorsieht, sowie einen ortsfesten Drahtvorrat für den Bonddraht. Ferner umfasst die Ultraschallbondvorrichtung eine langgestreckte, im Querschnitt zylindrische und bevorzugt rohr- und/oder schlauchartige Drahtzuführung, ein erstes Drahtführungsmodul, das eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für den Bonddraht vorsieht und das dem Werkzeug so zugeordnet ist, dass der aus der Austrittsöffnung austretende Bonddraht unter das Werkzeug geführt wird. Weiter umfasst die Ultraschallbondvorrichtung ein zweites Drahtführungsmodul, das einen längserstreckten Führungskanal für den Bonddraht mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung vorsieht und das zwischen der Drahtzuführung und dem ersten Drahtführungsmodul vorgesehen ist. Das erste und das zweite Drahtführungsmodul sind als Teil des Bondkopfs realisiert. An dem Bondkopf ist zudem eine Halterung vorgesehen, mit der ein dem zweiten Drahtführungsmodul zugewandtes Ende der Drahtzuführung am Bondkopf festgelegt ist.

Optional ist als Teil der Ultraschallbondvorrichtung ein mit dem Bondkopf in Bezug auf die wenigstens eine Bewegungsachse mitbewegter Drahtzwischenspeicher für den Bonddraht vorgesehen, der in Bezug auf die Drehachse drehfest installiert sein kann. Dem Drahtzwischenspeicher kann ein Drahtvorschubmodul zugeordnet sein, das eingerichtet ist zum Fördern des Bonddrahts von dem ortsfesten Drahtvorrat in den Drahtzwischenspeicher.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch das Vorsehen des zweiten Drahtführungsmoduls der Bonddraht torsionsfrei oder quasi torsionsfrei aus dem ersten Drahtführungsmodul austritt und unter der Werkzeugspitze des Werkzeugs positioniert wird. Das Risiko, die Zuordnung des Bonddrahts zu dem Werkzeug zu verlieren, wird hierdurch deutlich reduziert.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ändert sich ein Abstand des Führungskanals zu der Drehachse der Ultraschallbondvorrichtung in eine Erstreckungsrichtung des Führungskanals. Insbesondere ist der Abstand des Führungskanals zu der Drehachse im Bereich der Eintrittsöffnung kleiner als im Bereich der Austrittsöffnung. Der Abstand des in dem Führungskanal des zweiten Drahtführungsmoduls dem ersten Drahtführungsmodul zugeführten Bonddrahts zur Drehachse vergrößert sich demzufolge während der Zuführung. Hierdurch kann es gelingen, den Bonddraht dem ersten Drahtführungsmodul torsions- beziehungsweise beigefrei, insbesondere senkrecht von oben, zuzuführen, wenn die Drehachse durch die Drahtzuführung und das Bondwerkzeug läuft und die Eintrittsöffnung des dem Werkzeug seitlich zugeordneten ersten Drahtführungsmoduls außerhalb der Drehachse vorgesehen ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Eintrittsöffnung des Führungskanals des zweiten Drahtführungsmoduls koaxial zu der Drehachse vorgesehen beziehungsweise die Drehachse verläuft durch die Eintrittsöffnung des Führungskanals des zweiten Drahtführungsmoduls. Vorteilhaft gelangt hierdurch der Bonddraht, ohne zusätzlich tordiert oder gebogen zu werden, aus der Drahtzuführung in den Führungskanal des zweiten Drahtführungsmoduls, wenn ein dem zweiten Drahtführungsmodul zugewandter Endabschnitt der Drahtzuführung koaxial zu der Drehachse des Bondkopfs vorgesehen ist. Der dem zweiten Drahtführungsmodul zugewandte Endabschnitt der Drahtzuführung ist bevorzugt am Bondkopf festgelegt und translatorisch sowie rotatorisch mitbewegt.

Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 9 auf. Demzufolge umfasst das Drahtführungsmodul, welches beispielsweise als zweites Drahtführungsmodul der Ultraschallbondvorrichtung verwendet wird, einen monolithischen Modulkörper, der einen langgestreckten Führungskanal für einen Bonddraht mit einer Eintrittsöffnung und mit einer Austrittsöffnung vorsieht. Der Führungskanal ist jedenfalls abschnittsweise mantelseitig geschlossen ausgebildet.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Modulkörper, wenn er monolithisch, das heißt einstückig ausgebildet ist, kostengünstig hergestellt werden kann. Zudem entfällt eine Bevorratung und Montage verschiedener Komponenten des Modulkörpers. Da der Modulkörper und das Drahtführungsmodul insgesamt ein Verschleißteil der Ultraschallbondvorrichtung definiert, potenziert sich der Kostenvorteil über die Lebens- beziehungsweise Nutzungsdauer der Ultraschallbondvorrichtung.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Modulkörper urformend hergestellt. Bevorzugt ist der Modulkörper durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt. Vorteilhaft ergeben sich durch die urformende Herstellung weitere Kostenvorteile.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sieht der Modulkörper Aufnahmen für Befestigungsmittel vor, die der Befestigung des Drahtführungsmoduls an einem Anbauteil der Ultraschallbondvorrichtung dienen. Beispielsweise sieht der Modulkörper Befestigungsbuchsen als Aufnahmen vor. Als Anbauteil dient beispielsweise ein Modulträger des Bondkopfs der Ultraschallbondvorrichtung. Vorteilhaft können die Aufnahmen als integraler Bestandteil des monolithischen Modulkörpers ausgebildet sein. Der Montageaufwand reduziert sich hierdurch und eine maßgenaue Ausrichtung der Aufnahmen relativ zu dem Führungskanal mit seiner Eintritts- und Austrittsöffnung entfällt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sieht das zweite Drahtführungsmodul zwei einander gegenüberliegende und sich in Richtung der Austrittsöffnung trichterförmig verjüngende Einführungsflächen zum Führen des Bonddrahts vor. Beispielsweise sind die Führungsflächen konvex gekrümmt und/oder zylindersegmentförmig. Bevorzugt sind der Eintrittsöffnung des Führungskanals vorgelagert zwei Führungsrollen vorgesehen, die gegenüber dem Modulkörper drehbar gehalten sind. Zwischen den Führungsrollen ist ein Spalt für den Bonddraht gebildet. Der Spalt weist bevorzugt eine konstante Spaltbreite auf. Besonders bevorzugt weisen die Führungsrollen eine zylindrische Mantelfläche auf, die die Einführungsflächen für den Bonddraht bilden. Vorteilhaft reduziert sich durch das Vorsehen der sich verjüngenden und insbesondere konvex gekrümmten beziehungsweise zylindersegmentförmigen Führungsflächen der Abrieb beziehungsweise der Verschleiß an dem Drahtführungsmodul. Dieser Effekt wird durch das Vorsehen der Führungsrollen noch einmal verstärkt, da sich der Verschleiß infolge der Drehbewegung der Führungsrollen über die Mantelfläche verteilt. Die Standzeit des Drahtführungsmoduls erhöht sich hierdurch signifikant.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Spaltbreite des Spalts, der zwischen den Führungsrollen gebildet ist, auf die Abmessung des Bonddrahts abgestimmt. Beispielsweise ist der Spalt um 50 pm breiter ausgebildet als eine Dicke beziehungsweise ein Durchmesser des Bonddrahts.

Die Ultraschallbondvorrichtung und das Drahtmodul werden beispielsweise beim Ribbonbonden verwendet. Das Bändchen (Ribbon) aus Aluminium oder Kupfer weist dabei eine Breite von typischerweise 500 pm bis 2000 pm und eine Dicke von 100 pm bis 400 pm auf. Beispielsweise werden Bändchen mit den Querschnitten 2000 pm x 300 pm oder 1500 pm x 200 pm verwendet. Die Spaltbreite beträgt dann 250 pm für die 200 pm dicken Bändchen oder 350 pm für die 300 pm dicken Bändchen.

Indem der Spalt nur wenig breiter ist als das Bändchen dick ist, wird einer Verdrehung des Bändchens entgegengewirkt. Hierdurch reduziert sich ebenfalls der Verschleiß und einer Torsion des Bändchens ist entgegengewirkt.

Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Die dort erwähnten Merkmale können jedenfalls einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Erfindungsgemäß beschriebene Merkmale und Details der Ultraschallbondvorrichtung gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem Drahtführungsmodul und umgekehrt. So kann auf die Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.

Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Teildarstellung eines Bondkopfs einer erfindungsgemäßen Ultraschallbondvorrichtung mit einem Drahtführungsmodul,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Teildarstellung des Bondkopfs nach Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Teildarstellung des Bondkopfs nach Fig. 1 ,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung eines Details X des Bondkopfs nach Fig. 3,

Fig. 5 das Detail X nach Fig.3 mit einem Bonddraht in dem Drahtführungsmodul,

Fig. 6 eine Vorderseitenansicht des Drahtführungsmoduls der Bondvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 7 eine Rückseitenansicht des Drahtführungsmoduls nach Fig. 6,

Fig. 8 eine erste Verbindungsseitenansicht des Drahtführungsmoduls nach Fig. 6,

Fig. 9 eine zweite Verbindungsseitenansicht des Drahtführungsmoduls nach Fig. 6,

Fig. 10 eine Unterseitenansicht des Drahtführungsmoduls nach Fig. 6,

Fig. 11 eine Aufsicht auf das Drahtführungsmodul nach Fig. 6,

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht des Drahtführungsmoduls der Bondvorrichtung nach Fig. 6 und

Fig. 13 einen Schnitt A-A durch das Drahtführungsmodul nach Fig. 6.

Ein Bondkopf 1 einer Ultraschallbondvorrichtung ist in den Fig. 1 bis 3 teilweise dargestellt. Gezeigt sind insbesondere ein Werkzeug 2 der Ultraschallbondvorrichtung mit einer Werkzeugspitze 3, ein Transducermodul 4, das der Anregung des Werkzeugs 2 zu Ultraschallschwindungen dient und an dem das Werkzeug 2 mittels einer Werkzeugaufnahme 5 gehalten ist, sowie ein erstes Drahtführungsmodul 10, ein zweites Drahtführungsmodul 20 und ein dem zweiten Drahtführungsmodul zugewandter Endabschnitt einer rohr- beziehungsweise schlauchartigen Drahtzuführung 7, durch die hindurch ein mittels des Werkzeugs 2 zu bondender, in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellter Bonddraht 15 von einem ebenfalls nicht dargestellten Drahtvorrat der Ultraschallbondvorrichtung zugeführt wird.

Weitere Funktionskomponenten der Ultraschallbondvorrichtung und des Bondkopfs 1 sind der Übersicht halber nicht dargestellt. Hierzu gehören beispielsweise ein Kameramodul und/oder ein Beleuchtungsmodul und/oder ein Messermodul zum Durchtrennen des Bonddrahts 15 nach dem Bonden.

Der Bondkopf 1 kann in drei zueinander orthogonalen Bewegungsachsen 41, 42, 43 horizontal und vertikal verfahren und positioniert werden. Zudem kann der Bondkopf 1 um eine vertikale Drehachse 40 gedreht und positioniert werden.

Das erste Drahtführungsmodul 10 ist dem Werkzeug 2 seitlich zugeordnet. Es dient dazu, den typischerweise vertikal zugeführten Bonddraht 15 umzulenken und unter die Werkzeugspitze 3 des Werkzeugs 2 zu führen. Das erste Drahtführungsmodul 10 sieht einen langgestreckten Führungskanal für den Bonddraht 15 vor, der dort, wo er mantelseitig geschlossen ausgebildet ist, durch zwei Gehäusekomponenten des ersten Drahtführungsmoduls 10 definiert wird.

Das zweite Drahtführungsmodul 20 ist zwischen der Drahtzuführung 7 und dem ersten Drahtführungsmodul 10 vorgesehen. Es sieht einen langgestreckten Führungskanal 22 mit einer der Drahtzuführung 7 zugewandten Eintrittsöffnung 23 für den Bonddraht 15 und mit einer dem ersten Drahtführungsmodul 10 zugewandten Austrittsöffnung 24 vor.

Das Detail X nach Fig. 3 ist in der Fig. 4 ohne den Bonddraht 15 und in Fig. 5 mit dem Bonddraht 15 vergrößert dargestellt. Zu erkennen ist, dass die Drahtzuführung 7 fluchtend zu der Eintrittsöffnung 23 des zweiten Drahtführungsmoduls 20 angeordnet ist und der Bonddraht 15 der Eintrittsöffnung 23 im Wesentlichen zentral beziehungsweise mittig zugeführt wird. Ein dem zweiten Drahtführungsmodul 20 zugewandter Endabschnitt der Drahtzuführung 7 ist über eine Halterung 8 an dem Modulträger 6 des Bondkopfs 1 festgelegt. Zum Festlegen der Drahtzuführung 7 an der Halterung 8 dient eine Spannschraube 9.

Die Fig. 6 bis 13 zeigen verschiedene Ansichten und einen Längsschnitt durch das zweite Drahtführungsmodul 20 der Ultraschallbondvorrichtung. Das zweite Drahtführungsmodul 20 sieht einen monolithischen Modulkörper 21 vor, der den langgestreckten Führungskanal 22 bereitstellt. Der nicht dargestellte Bonddraht 15 gelangt durch eine Eintrittsöffnung 23 in den Führungskanal 22 und verlässt diesen durch die Austrittsöffnung 24.

Der Eintrittsöffnung 23 des Führungskanals 22 vorgelagert sind zwei Führungsrollen 25, 26 vorgesehen, die über zwei zueinander parallele Stifte 31, 32 an dem Modulkörper 21 abgestützt sind und die gegenüber dem Modulkörper 21 drehbar sind. Die Führungsrollen 25, 26 besitzen eine zylindrische Mantelfläche und einen konstanten Abstand zueinander. Zwischen den Führungsrollen 25, 26 ist ein Spalt 27 für den Bonddraht 15 gebildet. Der Spalt 27 weist eine konstante Spaltbreite auf. Die Spaltbreite ist geringfügig größer als eine Dicke des Bonddrahts 15. Beispielsweise ist der Spalt 27 50 pm breiter als der Bonddraht 15 dick ist.

Der monolithische Modulkörper 21 ist urformend durch ein additives Fertigungsverfahren aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Um pulverförmiges beziehungsweise granuläres Rohmaterial, aus dem der Modulkörper 21 hergestellt wird, nach der Herstellung aus dem Führungskanal 22 des Modulkörpers 21 entfernen zu können, sieht der Modulkörper 21 eine bis zu dem Führungskanal 22 geführte fensterartige, langlochförmige Ausnehmung 33 vor. Über die Ausnehmung 33 kann das Rohmaterial aus dem Führungskanal 22 entfernt werden.

An dem Modulkörper 21 sind insgesamt drei Befestigungsbuchsen 28, 29, 30 vorgesehen. Die Befestigungsbuchsen mit ihren zylindrischen Durchgangsausnehmungen dienen als Aufnahmen für Befestigungsmittel, die wiederum der Befestigung des zweiten Drahtführungsmoduls 20 an dem Modulträger 6 des Bondkopfs der Ultraschallbondvorrichtung dienen. Als Befestigungsmittel sind beispielsweise Schrauben vorgesehen. Der Führungskanal 22 besitzt einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt. Der Querschnitt ist dort, wo die Ausnehmung 33 vorgesehen ist, am größten. Er verjüngt sich sowohl in Richtung der Eintrittsöffnung 23 als auch in Richtung der Austrittsöffnung 24.

Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bezugszeichenliste

1 Bondkopf

2 Werkzeug

3 Werkzeugspitze

4 Transducermodul

5 Werkzeugaufnahme

6 Modulträger

7 Drahtzuführung

8 Halterung

9 Spannschraube

10 erstes Drahtführungsmodul

15 Bonddraht

20 zweites Drahtführungsmodul

21 Modulkörper

22 Führungskanal

23 Eintrittsöffnung

24 Austrittsöffnung

25 Führungsrolle

26 Führungsrolle

27 Spalt

28 Befestigungsbuchse

29 Befestigungsbuchse

30 Befestigungsbuchse

31 Stift

32 Stift

33 Ausnehmung

40 Drehachse

41 Bewegungsachse

42 Bewegungsachse

43 Bewegungsachse