JP2003197671A - ボンディング装置 - Google Patents

ボンディング装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】平行光で照射した場合にピント位置に関係なく
鮮明な画像を簡単に得る。 【解決手段】ワイヤが挿通されワークにボンディングを
行なうツール５と、ワークを撮像する位置検出用カメラ
１１と、所定位置に配置された基準部材３０と、ツール
５及び基準部材３０の像を位置検出用カメラ１１に導く
光学手段４０とを備えている。位置検出用カメラ１１に
設けられたレンズ２０と光学手段４０に設けられたレン
ズ４４との組み合わせでアフォーカル系を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はボンディング装置に
係り、特にワークを撮像する位置検出用カメラとツール
とのオフセット量を正確に算出できるボンディング装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣ等の半導体組立装置の製造工程には
ワイヤボンデイング工程がある。この工程により、図７
に示すように、ワーク３の半導体チップ１のパッド（第
１ボンド点）１ａとリードフレーム２のリード（第２ボ
ンド点）２ａにワイヤ４が接続される。
【０００３】かかるワイヤボンデイング工程は、図８に
示すワイヤボンデイング装置１０によって行なわれる。
まず位置検出用カメラ１１によって半導体チップ１上の
少なくとも２つの定点、及びリードフレーム２上の少な
くとも２つの定点の正規の位置からのずれを検出して、
この検出値に基づいて予め記憶されたボンデイング座標
を演算部で修正する。この位置検出用カメラ１１による
検出の場合は、位置検出用カメラ１１の光軸１１ａが測
定点の真上に位置するようにＸ軸モータ１２及びＹ軸モ
ータ１３が駆動される。前記したようにボンデイング座
標が修正された後、ツール５がＸＹ軸方向及びＺ軸方向
に移動させられ、ツール５に挿通されたワイヤ４を第１
ボンド点１ａと第２ボンド点２ａにワイヤボンデイング
する。
【０００４】この場合、位置検出用カメラ１１の光軸１
１ａとツール５の軸心５ａとは距離Ｗだけオフセットさ
れているので、位置検出用カメラ１１によって定点のず
れを検出してボンデイング座標を修正した後、Ｘ軸モー
タ１２及びＹ軸モータ１３によってＸＹテーブル１５が
オフセット量Ｗだけ移動させられ、ツール５が第１ボン
ド点１ａの上方に位置させられる。その後、Ｘ軸モータ
１２及びＹ軸モータ１３によるＸＹテーブル１５のＸＹ
軸方向の移動と、Ｚ軸モータ１４によるボンディングア
ーム１６の上下動（又は揺動）によるツール５のＺ軸方
向の移動により、前記修正されたボンデイング座標にワ
イヤ４がワイヤボンデイングされる。図８において、ボ
ンディングアーム１６はボンデイングヘッド１７に揺動
自在に設けられ、位置検出用カメラ１１はカメラ保持ア
ーム１８を介してボンデイングヘッド１７に固定されて
いる。なお、Ｘｗはオフセット量ＷのＸ軸成分、Ｙｗは
オフセット量ＷのＹ軸成分を示す。
【０００５】位置検出用カメラ１１は、ツール５を移動
させる位置を知るための基準点を求めるものであるか
ら、位置検出用カメラ１１がツール５からどれだけオフ
セットされているかを知ることは非常に重要である。し
かし、実際のオフセット量は、高温のボンディングステ
ージからの輻射熱や熱せられた空気からの熱伝達による
カメラ保持アーム１８やボンディングアーム１６の熱膨
張により刻々変化するため、ボンディング作業の開始の
際や作業の合間の適宜のタイミングで、オフセット量を
補正する必要がある。
【０００６】従来、正確なオフセット量を求める手段と
して、例えば特許第２９８２０００号が挙げられる。し
かし、この手段は、ボンディング点の位置を検出するた
めの位置検出用カメラ１１と別途に、オフセット補正の
ための専用のオフセット補正用カメラを必要とする。こ
のため、構成が複雑でかつ高価になるという問題があっ
た。
【０００７】そこで、かかる問題を解消したものとし
て、特開２００１−２０３２３４号公報に示すように、
所定位置に配置された基準部材及びツール５の像光を位
置検出用カメラ１１に導く光学手段を設けたものが提案
されている。これにより、ワークの位置を検出する位置
検出用カメラ１１を、ツール５と基準部材の撮像とに兼
用でき、基準部材を用いる場合にも専用のオフセット補
正用カメラを用いずに済む。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】特開２００１−２０３
２３４号公報には、種々の実施形態が開示されている。
この内で位置検出用カメラ１１のレンズにテレセントリ
ックレンズを用いた実施形態がある。テレセントリック
レンズとは、テレセントリック光学系、即ち結像する主
光線がレンズの後方側焦点を通るように構成した光学系
をいう。テレセントリックレンズは、結像面への対向方
向の位置ずれに対する許容範囲が広く、特に平行光であ
る透過光で照射した場合に物体位置が変動しても像の大
きさ（即ち、光軸からの距離）が変化しない。
【０００９】位置検出用カメラ１１の光学系は、テレセ
ントリックに近いが、厳密にはテレセントリックではな
く、平行光で照射した場合に物体がピント位置からずれ
ていると、像が多少ボケてしまう。
【００１０】本発明の課題は、平行光で照射した場合に
ピント位置に関係なく鮮明な画像を簡単に得ることがで
きるボンディング装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の請求項１は、ワイヤが挿通されワークにボン
ディングを行なうツールと、ワークを撮像する位置検出
用カメラと、所定位置に配置された基準部材と、前記ツ
ール及び前記基準部材の像を前記位置検出用カメラに導
く光学手段とを備えたボンディング装置において、前記
位置検出用カメラに設けられたレンズと前記光学手段に
設けられたレンズとの組み合わせでアフォーカル系を構
成することを特徴とする。
【００１２】上記課題を解決するための本発明の請求項
２は、前記請求項１において、前記アフォーカル系は、
ケプラー型であることを特徴とする。
【００１３】上記課題を解決するための本発明の請求項
３は、前記請求項１において、前記アフォーカル系は、
ガリレイ型であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を図１
により説明する。なお、図７及び図８と同じ又は相当部
材には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。位
置検出用カメラ１１は、撮像素子（ＣＣＤ又はＣＭＯＳ
等）を備えた光電変換式の撮像器であり、この位置検出
用カメラ１１の光学系のレンズ２０のピント位置は、ワ
ークレベル面２０ａとなっている。図７及び図８に示す
リードフレーム２を位置決め載置する図示しないボンデ
ィングステージの近傍には、光学手段支持板２１が配設
されている。光学手段支持板２１上には、基準部材３０
と光学手段４０と照明手段５０とが固定されている。
【００１５】光学手段４０のケース４１内には、レンズ
２０のワークレベル面２０ａに水平方向に対して４５°
の角度で交差して配設されたミラー４２と、このミラー
４２の上方側で水平方向に対して−４５°の角度で交差
して配設されたミラー４３と、このミラー４３の左側に
配設されたレンズ４４と、このレンズ４４の左側で水平
方向に対して４５°の角度で交差して配設されたミラー
４５とが設けられている。ケース４１には、ミラー４２
の右側に窓４１ａが設けられ、ミラー４５の上方側に窓
４１ｂが設けられている。またミラー４２に対向して平
行な照明光を照射する照明手段５０が配設され、ミラー
４２と照明手段５０間に基準部材３０が配設されてい
る。ここで、ミラー４５の反射面の中心と基準部材３０
との距離ｄは、位置検出用カメラ１１の光軸１１ａとツ
ール５の軸心５ａとのＸ軸方向のオフセット量Ｘｗとほ
ぼ等しく設定されている。
【００１６】本実施の形態は、レンズ２０とレンズ４４
の組み合わせでケプラー型のアフォーカル系を構成して
いる。図２は簡略化した光路図を示す。レンズ２０の合
成焦点距離をｆ１、前側主平面をＨ11、後側主平面をＨ
12とする。レンズ４４の合成焦点距離をｆ２、前側主平
面をＨ21、後側主平面をＨ22とする。またレンズ２０の
前側主平面Ｈ11からレンズ４４の後側主平面Ｈ22までの
距離をＬとする。アフォーカル系を構成するには、Ｌ＝
ｆ１＋ｆ２にすれば良い。また倍率はｆ１／ｆ２で表さ
れるので、適切な倍率が得られるようにｆ２の値を選べ
ば良い。
【００１７】次に図８に示すオフセット量Ｗの補正方法
について説明する。この補正方法そのものは従来と同様
である。なお、図１はＹ軸方向のオフセット量Ｙｗを補
正する場合を示す。まず、図８に示すＸＹテーブル１５
を駆動してツール５の軸心５ａを基準部材３０の上方に
位置させ、続いてＺ軸モータ１４を駆動してツール５を
基準部材３０すれすれの高さまで下降させる。ここで、
ツール５は、位置検出用カメラ１１がツール５及び基準
部材３０を撮像できる位置であれば良く、基準部材３０
の軸心にツール５の軸心５ａを一致させる必要はない。
【００１８】そして、ツール５及び基準部材３０の両方
を撮像する。ツール５及び基準部材３０の像は、ミラー
４２、４３を反射してレンズ４４を通ってミラー４５で
反射し、レンズ２０より位置検出用カメラ１１で図４
（ａ）に示す画像が撮像される。この画像に適宜の画像
処理を施すことにより、ツール５の軸心５ａと基準部材
３０の軸心３０ａとのＹ軸方向のずれ量ΔＹ1 が算出さ
れる。
【００１９】次に図示しないメモリに予め記憶されたオ
フセット量Ｘｗ、Ｙｗにより、ＸＹテーブル１５を駆動
し、位置検出用カメラ１１を基準部材３０の近傍に移動
させる。そして、この状態で基準部材３０を撮像し、そ
の画像に適宜の画像処理を施すことにより、基準部材３
０の軸心３０ａと位置検出用カメラ１１の光軸１１ａと
のずれ量ΔＹ2 を算出する。測定値ΔＹ1 とΔＹ2 とに
より、従来と同様に、オフセット補正量ΔＹを〔数１〕
により算出することができる。
【数１】 ΔＹ＝ΔＹ1 −ΔＹ2
【００２０】このように、本実施の形態はレンズ２０と
レンズ４４の組み合わせでケプラー型のアフォーカル系
を構成しているので、照明手段５０の平行光で照明した
場合、ツール５及び基準部材３０の像の平行光がレンズ
４４に入射すると、レンズ２０より完全な平行光として
位置検出用カメラ１１に出射される。従って、レンズ４
４のピント位置、即ちツール５及び基準部材３０の水平
方向の位置によらずに鮮明な画像が得られる。
【００２１】本発明の第２の実施の形態を図３により説
明する。本実施の形態は、図１の第１の実施の形態にお
いて、対象物（ツール５及び基準部材３０）をＸＹ軸の
２方向から観察できるようにしたものである。本実施の
形態は、図１の第１の実施の形態における光学手段４０
にハーフミラー４６、ミラー４７、４８及び照明手段５
１を設けたものである。
【００２２】ハーフミラー４６は前記実施の形態のミラ
ー４２の右側に配設され、このハーフミラー４６に対向
して基準部材３０を挟んで照明手段５０が配設されてい
る。ミラー４７はハーフミラー４６に対して図中下側
に、ミラー４８はミラー４７に対して右側にそれぞれ配
設され、ミラー４８に対向して基準部材３０を挟んで照
明手段５１が配設されている。ミラー４７の反射面とハ
ーフミラー４６の反射面とは互いに平行とし、いずれも
Ｘ軸方向に対し４５°の角度で交差している。ミラー４
８の反射面は、Ｘ軸方向に対し−４５°の角度で交差し
ている。
【００２３】次にオフセット量Ｗ（Ｙｗ、Ｙｗ）の補正
について説明する。前記実施の形態と同様の操作を行
い、ツール５を基準部材３０すれすれの高さまで下降さ
せる。そして、位置検出用カメラ１１によりツール５及
び基準部材３０の両方を撮像し、両者の位置関係、即ち
ΔＸ1 ΔＹ1 を測定する。
【００２４】まず、照明手段５１を消灯し、照明手段５
０を点灯した状態とすると、ツール５及び基準部材３０
のＹ軸方向の像は、照明手段５０からの光に対する影と
して、ハーフミラー４６を通過してミラー４２、４３で
反射し、レンズ４４を通ってミラー４５で反射し、図１
に示すレンズ２０より位置検出用カメラ１１でＹ軸方向
の図４（ａ）に示す画像が撮像される。この画像に適宜
の画像処理を施すことにより、ツール５の軸心５ａと基
準部材３０の軸心３０ａとのＹ軸方向のずれ量ΔＹ1 が
算出される。
【００２５】次に照明手段５０を消灯し、照明手段５１
を点灯した状態とすると、ツール５及び基準部材３０の
Ｘ軸方向の像は、照明手段５１からの光に対する影とし
て、ミラー４８、４７よりハーフミラー４６の反射面で
反射し、続いてミラー４２、４３で反射し、レンズ４４
を通ってミラー４５で反射し、レンズ２０より位置検出
用カメラ１１でＹ軸方向の図４（ｂ）に示す画像が撮像
される。この画像に適宜の画像処理を施すことにより、
ツール５の軸心５ａと基準部材３０の軸心３０ａとのＸ
軸方向のずれ量ΔＸ1 が算出される。
【００２６】このようにしてツール５と基準部材３０と
の位置関係、即ちΔＸ1 ΔＹ1 が測定されると、次に図
示しないメモリに予め記憶されたオフセット量Ｘｗ、Ｙ
ｗにより、ＸＹテーブル１５を駆動し、位置検出用カメ
ラ１１を基準部材３０の近傍に移動させる。そして、こ
の状態で基準部材３０を撮像し、その画像に適宜の画像
処理を施すことにより、基準部材３０の軸心３０ａと位
置検出用カメラ１１の光軸１１ａとのずれ量ΔＸ2 、Δ
Ｙ2 を算出する。測定値ΔＸ1 ，ΔＹ1 と測定値ΔＸ2
，ΔＹ2 とにより、従来と同様に、オフセット補正量
ΔＸ、ΔＹを〔数２〕により算出することができる。
【数２】 ΔＸ＝ΔＸ1 −ΔＸ2 ΔＹ＝ΔＹ1 −ΔＹ2
【００２７】本実施の形態は、アフォーカル系となって
いるので、ＸＹ軸の２方向から観察する場合、照明手段
５０による基準部材３０からレンズ４４までの光路と、
照明手段５１による基準部材３０からレンズ４４までの
光路のパスを等しくする必要はない。即ち、ハーフミラ
ー４６、ミラー４７、４８等の間隔についても制約がな
く、ボンディング装置に搭載する場合に非常に有利であ
る。
【００２８】本発明の第３の実施の形態を図５により説
明する。本実施の形態は図１の第１の実施の形態のレン
ズ４４に代えてレンズ５６を用い、レンズ２０とレンズ
５６の組み合わせでガリレイ型のアフォーカル系を構成
したものである。図６は簡略化した光路図を示す。レン
ズ２０の合成焦点距離をｆ１、前側主平面をＨ11、後側
主平面をＨ12とする。レンズ５６の合成焦点距離をｆ
３、前側主平面をＨ31、後側主平面をＨ32とする。また
レンズ２０の前側主平面Ｈ11からレンズ５６の後側主平
面Ｈ32までの距離をＬとする。アフォーカル系を構成す
るには、Ｌ＝ｆ１−ｆ３にすれば良い。また倍率はｆ１
／ｆ３で表されるので、適切な倍率が得られるようにｆ
３の値を選べば良い。
【００２９】このように構成しても、図１の第１の実施
の形態と同様の効果が得られる。また本実施の形態にお
いて、対象物（ツール５及び基準部材３０）をＸＹ軸の
２方向から観察できるようにするには、図５に示す光学
手段４０に図３の場合と同様にハーフミラー４６、ミラ
ー４７、４８及び照明手段５１を設ければ良い。
【００３０】なお、図１、図３、図５の前記各実施の形
態において、ミラー４２、４３、４５、４７、４８に代
えてプリズムを用いてもよい。
【００３１】
【発明の効果】本発明は、ワイヤが挿通されワークにボ
ンディングを行なうツールと、ワークを撮像する位置検
出用カメラと、所定位置に配置された基準部材と、前記
ツール及び前記基準部材の像を前記位置検出用カメラに
導く光学手段とを備えたボンディング装置において、前
記位置検出用カメラに設けられたレンズと前記光学手段
に設けられたレンズとの組み合わせでアフォーカル系を
構成するので、平行光で照射した場合にピント位置に関
係なく鮮明な画像を簡単に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボンディング装置の第１の実施の形態
を示す一部断面要部正面図である。
【図２】図１の簡略化した光路図である。
【図３】本発明のボンディング装置の第２の実施の形態
を示す平面説明図である。
【図４】ツールを基準部材に近接させた状態における画
像を示す説明図である。
【図５】本発明のボンディング装置の第３の実施の形態
を示す一部断面要部正面図である。
【図６】図５の簡略化した光路図である。
【図７】ワイヤボンディングされたワークの平面図であ
る。
【図８】ワイヤボンディング装置の斜視図である。
【符号の説明】
５ ツール ５ａ 軸心 １１ 位置検出用カメラ １１ａ 光軸 ２０ レンズ ２２ 光学手段 ３０ 基準部材 ４０ 光学手段 ４２、４３ ミラー ４４ レンズ ４５、４７、４８ ミラー ４６ ハーフミラー ５０、５１ 照明手段 ５６ レンズ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワイヤが挿通されワークにボンディング
    を行なうツールと、ワークを撮像する位置検出用カメラ
    と、所定位置に配置された基準部材と、前記ツール及び
    前記基準部材の像を前記位置検出用カメラに導く光学手
    段とを備えたボンディング装置において、前記位置検出
    用カメラに設けられたレンズと前記光学手段に設けられ
    たレンズとの組み合わせでアフォーカル系を構成するこ
    とを特徴とするボンディング装置。
  2. 【請求項２】 前記アフォーカル系は、ケプラー型であ
    ることを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
  3. 【請求項３】 前記アフォーカル系は、ガリレイ型であ
    ることを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
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