CN103262229B - 焊接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供不需要进行搜索动作或焊接前对焊接点的高度测定就能以高速进行焊接的焊接装置。本发明包括：共焦点光学系统，该共焦点光学系统搭载于能在上下方向上进行摇动的焊接臂，对位于被焊接部件的表面的焊接点的聚焦进行检测；焊接工具，该焊接工具能与所述焊接臂整体地进行移动而进行焊接；以及位置检测单元，该位置检测单元对所述焊接工具的位置进行检测，在焊接工具向焊接点下降过程中，根据通过由共焦点光学系统进行的聚焦检测用位置检测单元检测的焊接工具的位置，以焊接工具下降了到提前设定的焊接点的规定的距离（聚焦基准下降量）并停止在焊接点上的方式进行控制。

Description

焊接装置
技术领域
本发明涉及在半导体器件的组装工序中用金属丝对第一焊接点（例如作为被焊接部件的半导体芯片（IC芯片）上的电极（焊盘（パッド）））与第二焊接点（例如作为框架的引线框上的外部引线）进行连接的焊接装置，特别涉及能进行高速焊接的焊接装置。
背景技术
以往，对于连接IC芯片上的焊盘与外部引线的焊接装置，已知有如图7所示的金属丝焊接装置。
图7是示出了以往的金属丝焊接装置的结构的图，图8是示出了以往的金属丝焊接装置中的工具高度、搜索高度（サーチレベル）的图，在图9中，（a）是示出了以往的金属丝焊接装置的焊接工具（毛细管）下降时的速度波形的图，（b）是示出了焊接工具下降时的轨迹的图。
如图7所示，以往的金属丝焊接装置50由超声变幅杆（超音波ホーン）53、焊接臂52、焊接头（ボンディングヘッド）51、控制器单元55以及驱动单元57构成，其中，超声变幅杆53具备超声波振子（未图示）并具有安装在前端的作为焊接工具6的毛细管（キャピラリ）6；焊接臂52在一方的前端具备超声变幅杆53，另一方与支撑轴9结合；焊接头51具有安装在焊接臂52的前端的检测毛细管6的位置的作为位置检测单元的编码器8和以支撑轴9为中心对焊接臂52进行上下驱动的线性电机10；控制器单元55包括搭载焊接头51在X方向和/或Y方上进行二维的移动而进行定位的作为定位单元的XY平台20、搭载设置有IC芯片40等的引线框并利用毛细管6进行焊接作业的焊接平台22、微处理器；驱动单元57根据来自该控制器单元55的指令信号发出对焊接头51和XY平台20的驱动信号。
此外，金属丝焊接装置50在焊接头51搭载有用于在焊接开始前对被焊接部件的表面进行摄像而检测IC芯片40、引线41的位置偏差的作为摄像单元的照相机（未图示）。
在金属丝焊接装置50中，在进行一系列的焊接作业之前需要进行各种条件设定，即，需要进行焊接参数的设定。
对于焊接参数，有工具高度、搜索高度、搜索速度等。下面参照图8，对这些焊接参数进行说明。
如图8所示，工具高度（也称为工具高（ツールハイと））是从安装在超声变幅杆53的前端的毛细管6的原点位置（图8的0）到作为第一焊接点的IC芯片40上的焊盘的表面的距离（图8的La）以及到作为第二焊接点的引线41的表面的距离（图8的Lb）。毛细管6的原点位置预先进行设定。从毛细管6的预先设定的原点位置0开始使毛细管6以低速进行下降，直到毛细管6的前端与焊接表面即IC芯片40的焊盘或引线41抵接为止，对检测毛细管6的位置的作为位置检测单元的编码器8的输出进行计数，从而进行该工具高度的设定。
此外，如图9（a）和图9（b）所示，搜索高度S是毛细管6的下降速度从高速变为低速时的毛细管6的高度。毛细管6以高速下降，从搜索高度S的前面开始进行减速，从搜索高度S开始以低速的作为固定速度的搜索速度（图9（a）的Vs）进行下降，卡定在毛细管6的前端的球与第一焊接点的焊盘抵接。此外，在第二焊接点中，从毛细管6的前端陆续放出的金属丝与引线41的表面抵接。
如图8所示，搜索高度在引线框L/F上的IC芯片40和引线41中采用不同的设定。即，如图8所示，在IC芯片40侧设定为从IC芯片40的表面到搜索高度（图8的S1）的高度（图8的h1），在引线41侧设定为从引线41的表面到搜索高度（图8的S2）的高度（图8的h2）。另外，搜索高度在IC芯片40侧与引线41侧也可以是相同的值。
根据以下理由，进行搜索高度的设定。即，安装在引线框L/F等的IC芯片40用树脂、焊料、金等导电性的接合材料进行接合，由于该接合材料的厚度的偏差等，IC芯片40的装配高度在每个IC芯片40不同。此外，因为接合材料的厚度容易变得不均匀，所以有时IC芯片40在高度方向上倾斜地安装。另一方面，对于引线，也会由于引线构件的厚度的偏差、引线的折边等而使引线的表面的高度不同。
因此，在IC芯片、引线的高度存在偏差的情况下，存在如下危险：即，由于高度的偏差等使抵接时对焊盘的冲击力增加，从而球的变形量产生偏差，此外，施加焊接荷重和超声波功率的时间不固定，造成球压接直径、接合强度等发生变化，使焊接的可靠性降低。
因此，由于作为被焊接部件的IC芯片和引线的高度存在偏差，所以工具高度对每个IC芯片、引线都不同。因此，为了吸收这些偏差，使得以低速的固定速度与焊盘、引线抵接。像这样，作为焊接参数的搜索高度S需要充分考虑IC芯片的高度和引线的高度的偏差等进行设定。
此外，搜索速度Vs是在搜索高度以下，即在毛细管6的下降速度从高速变为低速时的高度以下的毛细管6的下降速度。该搜索速度Vs用于使由球与焊盘抵接时的冲击造成的球的初始变形量变小。
接着，对以往的金属丝焊接装置的焊接工序进行叙述。金属丝焊接使毛细管6进行高速下降，从图8所示的搜索高度S1的前面开始进行减速，从搜索高度S1开始使其以固定速度的搜索速度Vs进行下降，将毛细管6的前端的球按在焊盘上。通过作为位置检测单元的编码器9检测到球与焊盘抵接后，在施加规定的焊接荷重的同时对毛细管6的前端经由超声变幅杆53施加超声波振动，从而使球与焊盘连接。
接下来，按照规定的环形控制使毛细管6上升，使其向成为第二焊接点的引线的方向移动。使毛细管6进行高速下降，从图8所示的搜索高度S2开始以搜索速度Vs进行下降，将毛细管6的前端的金属丝按在引线上。
利用作为位置检测单元的编码器9检测到金属丝与引线抵接之后，在施加规定的焊接荷重的同时对毛细管6的前端经由超声变幅杆53施加超声波振动，使引线连接金属丝。
此后，使毛细管6上升，使金属丝在毛细管6的前端突出规定的长度，在预先设定的毛细管6的上升位置关闭金属丝剪切钳（カットクランプ）（未图示），对引线上的金属丝进行剪切，在毛细管6的前端伸长规定的长度的金属丝。此后，在点火棒（スパークロッド）（未图示）与金属丝之间施加高电压，在金属丝的前端形成球。
如上所述，以往的金属丝焊接装置50为了吸收IC芯片的高度的偏差、引线的高度的偏差而设定搜索高度S，在搜索高度S的前面进行减速，并且以进一步充分减速的搜索速度Vs进行下降，由位置检测单元检测毛细管的前端的球或金属丝与焊接点的表面抵接而进行焊接。
然而，由位置检测单元进行的焊接臂的停止判断，在驱动焊接臂的指令速度信号与来自编码器的反馈速度信号的差值为预先设定的规定的值以上时，判断为与焊接点抵接，因此，迟于实际的抵接时点进行判断。
即，在以往的金属丝焊接装置50中，通过充分减速的搜索速度Vs由作为位置检测单元的编码器在毛细管实际与IC芯片的焊盘（或引线）抵接后进行检测，因此，毛细管的前端的球或金属丝从搜索高度S开始到与焊盘抵接为止的移动时间是几十毫秒（msec），此外，抵接位置的检测也会在实际进行抵接后晚几毫秒。
若从搜索高度到焊接点的距离变长或由位置检测单元进行的位置检测滞后，则时间会增大，这样的时间的滞后、时间的增大量在整个焊接时间中所占比例会变大，谋求焊接时间的缩短将变得困难。
因此，在专利文献1中公开了如下的金属丝焊接装置，该装置包括：用非接触方式对半导体芯片的焊接有金属丝的地方的高度进行检测的激光位移计；基于来自该激光位移计的检测信号对焊接工具向驱动目标方向的驱动进行控制、并将球焊接在IC芯片的电极上的控制装置，该装置能在不使形成于金属丝的球与工作台冲突而过度破坏的情况下进行焊接。
此外，在专利文献2中，公开了如下的金属丝焊接装置，即，对成为焊接面的半导体芯片、基板以及引线框照射激光光线，算出与预先存储的斑点位置的偏差量，通过根据该偏差量求出高度方向的差，从而在焊接前算出实际的焊接面的高度，缩短焊接时间。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2002-76049号公报
专利文献2：特开2004-273507号公报。
发明内容
发明要解决的问题
然而，关于在专利文献1公开的焊接面的高度测定，因为要在焊接前将激光位移计移动到焊接点的正上方，所以需要激光位移计向焊接点移动以及移动后的高度测定，这些动作将导致焊接时间增大，所以不能谋求被焊接部件的生产数量的提高。
此外，在专利文献2公开的金属丝焊接装置中，因为要在焊接前对半导体芯片等照射激光光线而算出实际的焊接面的高度，所以这些动作会导致焊接时间增大，与专利文献1的金属丝焊接装置同样地不能谋求被焊接部件的生产数量的提高。
因此，本发明的目的在于提供一种焊接装置，该装置将共焦点光学系统搭载于焊接臂，在焊接工具向焊接点下降过程中，根据由共焦点光学系统进行的聚焦检测时的用位置检测单元检测的焊接工具的位置，以使焊接工具下降了到提前设定的焊接点的规定的距离（聚焦基准下降量）并使焊接工具停止在焊接点上的方式进行控制，由此不需要进行搜索动作或焊接前的焊接点的高度测定就能以高速进行焊接。
用于解决问题的方案
为了实现上述目标，本发明的焊接装置，其特征在于，该焊接装置包括：共焦点光学系统，该共焦点光学系统搭载于能在上下方向上进行摇动的焊接臂，对位于被焊接部件的表面的焊接点的聚焦进行检测；焊接工具，该焊接工具能与所述焊接臂整体地移动而进行焊接；以及位置检测单元，该位置检测单元对所述焊接工具的位置进行检测，在所述焊接工具向焊接点下降过程中，所述位置检测单元通过由所述共焦点光学系统进行的聚焦检测对所述焊接工具的位置进行检测。
此外，本发明的焊接装置，其特征在于，根据通过由所述共焦点光学系统进行的聚焦检测用所述位置检测单元检测的焊接工具的位置，以使所述焊接工具下降了到提前设定的焊接点的规定的距离（聚焦基准下降量）并停止在焊接点上的方式进行控制。
此外，本发明的焊接装置，其特征在于，所述焊接工具基于作为从提前设定的所述焊接工具原点位置到焊接点的距离的工具高度的数据开始进行下降，在所述焊接工具向焊接点下降过程中，以如下方式进行控制：即根据通过由所述共焦点光学系统进行的聚焦检测用所述位置检测单元检测的焊接工具的位置的数据和所述聚焦基准下降量，算出新的工具高度，将提前设定的工具高度变更为新的工具高度，使所述焊接工具停止在焊接点上。
此外，本发明的焊接装置，其特征在于，在所述焊接工具向焊接点下降过程中，在通过由所述共焦点光学系统进行的聚焦检测用所述位置检测单元检测的焊接工具的位置在提前设定的位置允许范围外时，以在焊接点的目的地前使所述焊接工具的下降停止的方式进行控制。
发明效果
本发明将共焦点光学系统搭载于焊接臂，在焊接工具向焊接点下降过程中，根据由共焦点光学系统进行的聚焦检测时的用位置检测单元检测的焊接工具的位置，以使焊接工具下降了到提前设定的焊接点的规定的距离（聚焦基准下降量）并使其停止在焊接点上的方式进行控制，由此不需要进行搜索动作或焊接前的高度测定就能以高速进行焊接。
此外，本发明通过焊接动作中的焊接工具下降过程中的一系列的动作，通过共焦点光学系统对焊接点的聚焦进行检测，因此，伴随着聚焦的检测的处理时间不会增大，所以能谋求被焊接部件的生产数量的提高。
此外，本发明不需要在焊接前对半导体芯片等照射激光光线算出实际的焊接面的高度，所以能谋求被焊接部件的生产数量的提高。
此外，本发明对焊接点的聚焦的检测使用共焦点光学系统，所以能以高精度对焊接点的聚焦进行检测。
附图说明
图1是示出了本发明的焊接装置的结构的包括部分放大图的图。
图2是示出了利用共焦点光学系统进行的焊接点的聚焦检测中的调整（自调整（セルフティーチ））的流程图。
图3示出了通过调整（自调整）的工具高度和聚焦基准下降量。
图4是示出了共焦点光学系统中的从光接收部输出的电压值和判定基准值的图。
图5是示出了焊接动作中的焊接工具的位置处的共焦点光学系统的状态的图，（a）是示出了焊接工具相对于焊接点在距离长的位置的焦点光学系统的状态的图，（b）是示出了共焦点光学系统成为聚焦状态的焊接工具的位置的图，（c）是示出了焊接工具相对于焊接点在距离短的位置的焦点光学系统的状态的图。
图6是示出了在焊接工具下降过程中通过共焦点光学系统进行的对被焊接部件表面的焊接点的聚焦检测中的焊接动作的流程图。
图7是示出了以往的金属丝焊接装置的结构的图。
图8是示出了以往的金属丝焊接装置中的工具高度、搜索高度的图。
图9中，（a）是示出了以往的金属丝焊接装置的焊接臂下降时的速度波形的图，（b）是示出了焊接臂下降时的轨迹的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的焊接装置的实施方式进行说明。另外，对于焊接装置，对用金线等对作为第一焊接点的焊盘和作为第二焊接点的引线进行连接的金属丝焊接装置进行叙述。
[焊接装置的结构]
图1是示出了本发明的焊接装置的结构的包括部分放大图的图。另外，对于与图7所示的以往的金属丝焊接装置的构成部分相同的构成部分，使用相同的附图标记，并省略对结构的详细的说明。
如图1所示，金属丝焊接装置1包括：焊接头2；搭载焊接头2、能在XY轴的二维方向上进行移动的XY平台20；载置有搭载有作为被焊接部件的IC芯片40的引线框的焊接平台22；以及对金属丝焊接装置1进行控制的控制器单元30。
焊接头2具有经由支撑轴9对焊接臂3进行上下驱动的线性电机10，在经由支撑轴9与线性电机10位于相反侧的焊接臂3的前端装配有嵌入了超声波振子（未图示）的超声变幅杆4。在超声变幅杆4的前端装配有作为焊接工具6的毛细管6。超声变幅杆4优选使用短型超声变幅杆。例如，作为超声变幅杆4，使得从振动传递构件的节点位置到焊接工具的安装侧的振动传递构件前端的长度为λ（波长）/4。通过使用短型的超声变幅杆，从而能做成为能将相对于后述的共焦点光学系统12的光轴的水平轴的角度设定得较大的结构。
此外，焊接头2包括通过检测支撑轴9的旋转量从而检测安装在超声变幅杆4的前端的毛细管6的位置的作为位置检测单元的编码器8。编码器8例如是光学式旋转编码器，通过发光元件和光接收元件将支撑轴9的旋转位移变换为脉冲状的电信号进行输出。对从编码器8输出的电信号进行计数，能检测支撑轴9的旋转方向和位移量。通过提前设定毛细管6的原点位置并用编码器8检测从毛细管6的原点位置开始的支撑轴9的旋转位移量，从而能特别指定毛细管6的位置。
线性电机10以经由驱动单元33在上下（垂直）方向上进行移动的方式构成。由此，相对于线性电机10的上下方向的移动，焊接臂3、超声变幅杆4以及毛细管6经由支撑轴9向反方向进行摇动。
金属丝焊接装置1具备包括作为控制部30a的微机的控制器单元30和根据来自该控制器单元30的指令信号向焊接头2和XY平台20发出驱动信号的驱动单元33。
作为控制部30a的微机内存有对金属丝焊接装置1的焊接动作等进行控制的程序，微机以执行程序而对金属丝焊接装置1的各种动作进行控制的方式构成。
[共焦点光学系统的结构、动作]
此外，焊接头2具有搭载于焊接臂3并与焊接臂3的上下移动同时进行移动的共焦点光学系统12。共焦点光学系统12包括：由发光部13构成的半导体激光器；对来自半导体激光器的光进行聚光的聚光透镜14；对来自聚光透镜14的光进行透过、对来自物镜16的光进行反射、导向光接收部18的半透明反射镜15；物镜16；以及设置在光接收部18的入射面侧的小孔17。来自发光部13的光通过聚光透镜14会聚于一点（设为发光部13的会聚点），此后透过半透明反射镜15而入射到物镜16，通过物镜16照射到焊接面。照射在焊接面的光进行反射，入射到物镜16，来自物镜16的反射光被半透明反射镜15反射，经由小孔17入射到光接收部18。在图1用虚线示出共焦点光学系统12的光轴。另外，图1所示的共焦点光学系统12是嵌入到焊接臂3的内部的结构。
在此，发光部13的会聚点与光接收部18的小孔17被设定为相对于物镜16成为光学共轭的位置关系。即，从发光部13的会聚点发出的光变成集中在光接收部18的小孔17的一点的状态，在共焦点光学系统12中，只有照射在焊接面的照射光的反射最强的来自聚焦位置部分的反射光经由小孔17入射到光接收部18。光接收部18根据进行光接收的反射光的强度变换为电信号（电压值）。
此外，在作为焊接工具6的毛细管6位于焊接点的正上方的状态下，以使来自物镜16的照射光的聚焦位置成为IC芯片10的焊接点的表面的方式对共焦点光学系统12进行设定。在像这样设定聚焦位置的状态下，使毛细管6下降，求出毛细管6的前端部与焊接点的表面接触时的毛细管6的移动量。关于毛细管6的移动量，将聚焦位置处的毛细管6的位置设为零，使毛细管6下降，此时通过编码器8对移动量进行计数，求出到焊接点的表面的移动量。
由此，通过在毛细管6下降过程中对从共焦点光学系统12的光接收部18输出的最大电压值进行感测，从而决定从聚焦检测时的毛细管6的位置到焊接点的表面的距离，能以使毛细管6停止在焊接点的表面的方式进行控制。
另外，从聚焦检测时的毛细管6的位置到焊接点的表面的距离由共焦点光学系统12的装配位置、装配角度以及从共焦点光学系统12的物镜16开始的聚焦距离所决定。
此外，本发明的焊接装置1的共焦点光学系统12嵌入在焊接臂3的内部，使用短型的超声变幅杆，使得能较大地设定相对于共焦点光学系统12的光轴的水平轴的角度。相对于共焦点光学系统12的光轴的水平轴的角度优选是30度以上。进而也可以具有用于对到共焦点光学系统12的焊接点的表面的距离进行调整的与光轴平行地进行滑动的作为调整单元的滑动机构。
像这样，装配在焊接臂3的共焦点光学系统12与焊接臂3的下降同时进行下降，在下降过程中只有照射在焊接面的照射光的反射最强的来自聚焦位置部分的反射光经由小孔17入射到光接收部18。光接收部18根据入射光的强度输出电压。通过确认光接收部18的电压值，从而能感测共焦点光学系统12的聚焦。
[聚焦检测中的调整]
接着，使用图2对通过共焦点光学系统12进行的焊接点的聚焦检测中的调整（自调整）进行说明。图2是示出了通过共焦点光学系统12进行的焊接点的聚焦检测中的调整（自调整）的流程图。
关于自调整，最初，对XY移动开关等进行操作，使XY平台20移动，使毛细管6位于焊接点正上方（步骤S1）。此外，将焊接臂3设定为位于原点。接着，使毛细管6从原点位置下降并使其停止在焊接面，用编码器8对此时的毛细管6的移动量进行计数而测定工具高度（步骤S2）。将进行计数的移动量作为IC芯片40侧的工具高度存储于存储器中（步骤S3）。此外，使毛细管6移动到原点位置。
接着，使毛细管6下降，调整为共焦点光学系统12的聚焦位于焊接点上（步骤S4）。关于调整，以使来自共焦点光学系统12的光接收部18的输出电压变为最大的方式进行调整，此外，根据需要对从共焦点光学系统12的物镜16到焊接点的距离的长度进行调节。
接着，对焊接点上的聚焦进行调整后，对Z轴移动用开关进行操作，使毛细管6下降并使其停止在焊接点的表面（步骤S5）。通过编码器8对此时的从聚焦的位置到焊接点的距离进行计数（步骤S6）。将用编码器8进行计数的距离（移动量）作为聚焦基准下降量存储在控制部30a的存储器中（步骤S7）。以后，在进行焊接时使用聚焦基准下降量进行焊接。此外，还对引线41侧的工具高度进行测定。
在图3中示出了通过自调整得到的工具高度和聚焦基准下降量。如图3所示，从毛细管6的原点位置到焊接面的工具高度用La示出，在共焦点光学系统12的聚焦中的从毛细管6的位置Zs到焊接面的聚焦基准下降量用Ls示出。这些数据存储在存储器中，在进行焊接时使用。
另外，自调整在毛细管6的前端形成球的状态下进行。此外，在毛细管6的前端没有球的状态下进行了调整时，将从用编码器8进行计数的距离（移动量）减去从毛细管6的前端突出的球的垂直方向的长度的值作为工具高度、聚焦基准下降量进行存储。此外，工具高度和聚焦基准下降量的自调整在毛细管6的交换时等进行。
[聚焦检测中的判定基准值]
接着，使用图4对用于在焊接时确认是否正常地检测到焊接面的共焦点光学系统12中的聚焦的判定基准值的设定进行说明。图4是示出了共焦点光学系统12中的从光接收部18输出的电压值和判定基准值的图。另外，图4的横轴示出了从毛细管6的原点开始的移动量，纵轴示出了从共焦点光学系统12的光接收部18输出的电压值。如图4所示，波形a和波形b是示出了使毛细管6从原点下降到焊接面时的从光接收部18输出的电压值的变化的例子的波形。波形a在移动量za检测到峰值电压值va。
此外，波形b在移动量zb检测到峰值电压值vb。另外，在波形a和波形b中，峰值电压值不同，这是由焊接面的表面状态的不同等造成的。在正常状态的焊接面中，会得到像波形a和波形b那样的电压值，但是在例如焊接面欠缺或在引线41存在弯曲变形的情况下，或者电压的峰值低，或者在电压的峰值的毛细管6的移动量或者少、或者多。为了检测这些异常状态，提前设定判定基准值。第一判定基准值是将来自光接收部18的电压值为图4所示的V1以上的电压作为聚焦的检测用电压进行使用的电压基准值。因此，若从光接收部18输出的所有的电压值都小于V1，则不能得到聚焦检测用电压，所以判定为异常，作为错误。此外，第二判定基准值是用于判定在电压的峰值的毛细管6的移动量处于图4所示的从Z1到Z2的范围的移动量基准值。关于作为位置允许范围的移动量基准值，例如，设定图3所示的自调整中的从毛细管6的原点的位置到共焦点光学系统的聚焦的移动量为Zs，相对于Zs将允许范围设定为±R。由此，Z1是Zs-R，Z2是Zs+R。因此，在电压的峰值的位置的毛细管6的移动量不满足移动量基准值的情况下，判定为异常，作为错误。
[焊接动作中的聚焦的检测]
接着，使用图5对焊接动作中的共焦点光学系统的聚焦的检测进行说明。图5是示出了焊接动作中的焊接工具的位置处的共焦点光学系统的状态的图，（a）是示出了焊接工具相对于焊接点在距离长的位置的焦点光学系统的状态的图，（b）是示出了共焦点光学系统成为聚焦状态的焊接工具的位置的图，（c）是示出焊接工具相对于焊接点在距离短的位置的焦点光学系统的状态的图。
如图5（a）所示，在焊接工具相对于焊接点距离较长的位置，例如，在作为焊接工具6的毛细管6刚开始下降之后，到共焦点光学系统中的照射光的焦点的距离较长，因此，共焦点光学系统成为非聚焦状态，反射光不通过小孔17，所以，来自光接收部18的电压是较低的值。另一方面，如图5（b）所示，在共焦点光学系统成为聚焦状态的毛细管6的位置，来自焊接点的表面的反射光通过小孔17，来自光接收部18的电压是较高的值。此外，如图5（c）所示，在毛细管6相对于焊接点距离较短的位置，例如，在焊接工具接近焊接点的位置，到共焦点光学系统中的照射光的焦点的距离较短，因此，成为非聚焦状态，反射光不通过小孔17，所以，来自光接收部18的电压是较低的值。像这样，在作为焊接工具6的毛细管6的下降过程中，通过对共焦点光学系统1的来自光接收部18的电压进行确认，从而能检测聚焦状态。
[Z轴控制电路的工作]
接着，对经由线性电机10对毛细管6进行控制的Z轴控制电路30b进行说明。如图1所示，Z轴控制电路30b收容在控制器单元30内，基于从控制部30a的微机输出的工具高度等目标移动量，经由驱动单元33对流过线性电机10的电流进行控制。像这样，Z轴控制电路30b对毛细管6进行控制，使其以高速移动目标移动量。Z轴控制电路30b对从编码器8输出的脉冲列进行计数，以使来自编码器8的计数与目标移动量一致的方式进行控制，此外，根据从编码器8输出的脉冲列检测毛细管6的速度，对高速移动进行控制。Z轴控制电路30b以如下方式构成，即，最初对目标移动量进行设定，开始对线性电机10的控制，在移动控制过程中，变更目标移动量，基于变更的目标移动量进行控制。另外，最初设定的目标移动量与变更后的目标移动量之差相对于最初设定的目标移动量在几％以内，因此，即使Z轴控制电路30b在移动控制过程中进行目标移动量的变更，控制也不会紊乱，能稳定地进行控制。
[焊接动作]
接着，使用图6对将共焦点光学系统搭载于焊接臂的焊接装置的焊接动作进行说明。图6是示出了使用了在焊接工具下降过程中由共焦点光学系统在被焊接部件表面的焊接点进行的聚焦检测的焊接动作的流程图。
最初，使作为焊接工具6的毛细管6移动到原点位置，此外，对XY平台20进行控制使其定位在焊接点正上方（步骤S10）。控制部30a将目标移动量（工具高度La）输出到Z轴控制电路30b，Z轴控制电路30b指示开始进行下降，使得毛细管6移动目标移动量（工具高度La）（步骤S11）。控制部30a在毛细管6开始进行下降后进行对编码器8的计数，读出毛细管6的当前值（步骤S12）。确认读出的毛细管6的当前值是否在作为提前设定的位置允许范围的移动量基准值内（步骤S13）。在毛细管6的当前值在移动量基准值外的情况下（在步骤S13中“否”），确认毛细管6的当前值是否溢出移动量基准值的上限（步骤S14）。在毛细管6的当前值未溢出移动量基准值的上限的情况下（在步骤S14中“否”），即，在毛细管6的当前值小于移动量基准值的下限的情况下，转移到步骤S12。另一方面，在毛细管6的当前值溢出移动量基准值的上限的情况下（在步骤S14中“是”），判断为异常状态，产生了错误（步骤S15）。而且，停止毛细管6的下降动作，向外部告知错误状态（步骤S16）。
在毛细管6的当前值在移动量基准值内的情况下（在步骤S13中“是”），读出共焦点光学系统12的光接收部18的电压值的数据（步骤S17）。确认读出的光接收部18的电压值的数据是否为提前设定的电压基准值以上（步骤S18）。在读出的光接收部18的电压值的数据小于电压基准的情况下（在步骤S18中“否”），转移到步骤S12。另一方面，在读出的光接收部18的电压值的数据为电压基准以上的情况下（在步骤S18中“是”），在控制部30a的存储器中存储毛细管6的当前值以及光接收部18的电压值的各数据（步骤S19）。
接着，控制部30a进行对光接收部18的电压值的峰值的确认。从存储器读出上次的光接收部18的电压值，并与当前的光接收部18的电压值进行比较（步骤S20）。判断当前的光接收部18的电压值是否为上次的光接收部18的电压值以上（步骤S21），在当前的光接收部18的电压值为上次的光接收部18的电压值以上的情况下（在步骤S21中“是”），因为光接收部18的电压值会伴随着毛细管6的下降而增加，所以将电压上升标记设定为“ON”，并存储在存储器中（步骤S22），转移到步骤S12。另一方面，在当前的光接收部18的电压值小于上次的光接收部18的电压值的情况下（在步骤S21中“否”），光接收部18的电压值会伴随着毛细管6的下降而减小，转移到步骤S23。在步骤S23中，在上次的电压值的判定中从存储器读出电压上升标记并确认是否为“ON”（步骤S23）。
在电压上升标记不是“ON”的情况下（在步骤S23中“否”），转移到步骤S12。这将判断为由于噪声等的影响电压暂时地减小。在电压上升标记为“ON”的情况下（在步骤S23中“是”），判断上次的电压值的数据为光接收部18的输出电压的最大值（电压的峰值）（步骤S24）。此外，从存储器读出判断为电压的峰值的上次的毛细管6的移动量（下降量Z1）（步骤S25）。
控制部30a将目标移动量从工具高度La变更为Z1+聚焦基准下降量Ls，作为新的目标移动量输出到Z轴控制电路30b（步骤S26）。由此，Z轴控制电路30b使毛细管6从下降开始位置下降Z1＋Ls的移动量、停止在焊接点的正上方（步骤S27）。
毛细管6的下降停止后，在规定时间内对毛细管6施加规定的荷重和超声波振动，进行焊接面与毛细管6前端的球的接合。此后，使毛细管6上升，移动到下一个焊接点。
此外，关于引线41的焊接，也与焊盘侧同样地进行焊接动作。另外，引线焊接中的工具高度使用提前设定的Lb。
像这样，本发明的焊接装置，将共焦点光学系统搭载于焊接臂，在毛细管向焊接点下降的过程中，根据由共焦点光学系统进行的聚焦检测时的焊接工具的位置，以使毛细管下降了到提前设定的焊接点的规定的距离（聚焦基准下降量）并使其停止在焊接点上的方式进行控制，由此不需要进行搜索动作或焊接前的高度测定就能以高速进行焊接。
另外，关于共焦点光学系统对焊接臂的装配，除了如图1所示在焊接臂的内部嵌入共焦点光学系统以外，例如还可以利用从焊接臂延伸设置的支撑金属件倾斜地保持共焦点光学系统，使照射光会聚在焊接点。由此，能将共焦点光学系统的光轴构成为更接近垂直的状态。
另外，虽然作为焊接装置对用金属丝连接半导体芯片（IC芯片）上的电极（焊盘）和引线框上的外部引线的金属丝焊接装置进行了叙述，但是本发明的焊接装置不限于金属丝焊接装置，例如，也能适用于进行无金属丝焊接的单点焊接装置、将形成在金属丝前端的球接合在半导体芯片上的焊盘而形成凸点（バンプ）的金属丝凸点焊接装置等。
如上所述，根据本发明，将共焦点光学系统搭载于焊接臂，在焊接工具向焊接点下降的过程中，根据由共焦点光学系统进行的聚焦检测时的用位置检测单元检测的焊接工具的位置，以使焊接工具下降了到提前设定的焊接点的规定的距离（聚焦基准下降量）并使其停止在焊接点上的方式进行控制，由此不需要进行搜索动作或焊接前的高度测定就能以高速进行焊接。
此外，本发明用焊接动作中的焊接工具的下降过程中的一系列的动作通过共焦点光学系统对焊接点的聚焦进行检测，因此，伴随着聚焦的检测的处理时间不会增大，所以能谋求被焊接部件的生产数量的提高。
此外，本发明不需要在焊接前对半导体芯片等照射激光光线而算出实际的焊接面的高度，所以能谋求被焊接部件的生产数量的提高。
此外，本发明对焊接点的聚焦的检测使用了共焦点光学系统，所以能以高精度对焊接点的聚焦进行检测。
本发明在不脱离其本质特性的情况下能以多种形式进行具体化。显然，上述的实施方式是专门用于进行说明的，并非用于对本发明进行限制。
附图标记说明
1、50：焊接装置（金属丝焊接装置）
2、51：焊接头
3、52：焊接臂
4、53：超声变幅杆
6：焊接工具（毛细管）
8：编码器
9：支撑轴
10：线性电机
12：共焦点光学系统
13：发光部（半导体激光器）
14：聚光透镜
15：半透明反射镜
16：物镜
17：小孔
18：光接收部
20：XY平台
22：焊接平台
30、55：控制器单元
30a：控制部（微机）
30b：Z轴控制电路
33、57：驱动单元
40：IC芯片
41：引线

Claims (3)

1.一种焊接装置，其特征在于，该焊接装置包括：共焦点光学系统，该共焦点光学系统搭载于能在上下方向上进行摇动的焊接臂，对位于被焊接部件的表面的焊接点的聚焦进行检测；焊接工具，该焊接工具能与所述焊接臂整体地移动而进行焊接；以及位置检测单元，该位置检测单元对所述焊接工具的位置进行检测，在所述焊接工具向焊接点下降过程中，所述位置检测单元通过由所述共焦点光学系统进行的聚焦检测对所述焊接工具的位置进行检测，
其中，根据由所述共焦点光学系统进行的聚焦检测时的用所述位置检测单元检测的所述焊接工具的位置，以使所述焊接工具下降了到提前设定的焊接点的规定的距离即聚焦基准下降量并停止在所述焊接点上的方式进行控制。
2.根据权利要求1所述的焊接装置，其中，所述焊接工具基于作为从提前设定的所述焊接工具原点位置到所述焊接点的距离的工具高度的数据开始进行下降，在所述焊接工具向所述焊接点下降过程中，以如下方式进行控制：即根据通过由所述共焦点光学系统进行的聚焦检测用所述位置检测单元检测的所述焊接工具的位置的数据和所述聚焦基准下降量，算出新的工具高度，将提前设定的工具高度变更为新的工具高度，使所述焊接工具停止在所述焊接点上。
3.根据权利要求1所述的焊接装置，其中，在所述焊接工具向所述焊接点下降过程中，在通过由所述共焦点光学系统进行的聚焦检测用所述位置检测单元检测的所述焊接工具的位置在提前设定的位置允许范围外时，以在所述焊接点的目的地前使所述焊接工具的下降停止的方式进行控制。
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