JP2008060366A - ボンディング装置及びボンディング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】キャピラリの移動量を確実に正しく校正することができるボンディング装置及びボンディング方法を提供する。
【解決手段】ツール撮影カメラの直上にキャピラリが位置し、かつ、ワーク撮影カメラの直下に指標が位置する基準位置にボンディングヘッドを移動する。この基準位置において、ツール撮影カメラによってキャピラリを撮影し、取得したキャピラリ画像内でのキャピラリの位置を認識して実際のキャピラリの設置位置を評価する。また、同時に、基準位置においてワーク撮影カメラによって指標を撮影し、取得した指標画像内での指標の位置を認識して実際のワーク撮影カメラの設置位置を評価する。そして、これらの評価に基づいてキャピラリの正しいオフセット量を評価する。そして、このオフセット量に応じてキャピラリを移動量を校正することで正確にボンディングを行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体素子などの電子部品に配線を施すボンディング装置に関し、さらに詳しくは、電子部品などを撮影し、配線する位置を校正することができるボンディング装置に関する。
ボンディング装置は、ＩＣやＬＳＩの核となる半導体素子上の微小な電極と、リード電極とを導電性を有するワイヤなどを接合し、配線する装置である。このボンディング装置には、熱を利用してスポット溶接する熱圧着方式や、超音波併用熱圧着方式、超音波ウェッジ方式など製品の用途などに応じて様々なボンディング方式がある。また、熱圧着方式や超音波併用熱圧着方式は、配線するワイヤの先端を溶融してボールを形成するため、特にボールボンディングと呼ばれる。
何れの方式のボンディング装置においても、ツールと総称される先細の部品の先端でワイヤなどの導線を電極などに接合する。ツールは、ボンディングの際に消耗し、安定したボンディングを行うには、所定回数又は所定時間のボンディングを行った後には交換する必要がある。
一方、半導体素子上の電極は、１００μｍ四方程度の大きさに作製され、非常に微細であるから、ボンディング装置によって自動的に、継続的にボンディングを行うときには、ＣＣＤカメラなどで配線する対象を撮影し、撮影した画像から前述の電極を認識して、ツールの位置を調節し、ボンディングを行う。
したがって、消耗したツールを交換する際にも、設置位置の精度が要求される。また、ツール交換後には、異なる位置に設置されているＣＣＤカメラとツールとの設置間隔に合わせて、画像から認識した電極の位置へツールを移動させる際の移動量を校正する必要がある。
前述の校正は、一般に、作業員によって行われているが、作業員の経験などに大きく左右されてしまう。これを解決するために、リード電極などの配線する対象に交換後のツールを押し当てるなどして圧痕を作製し、この圧痕が作成される予定位置を中心として撮影し、取得した画像に写された圧痕の位置から、交換後のツールとＣＣＤカメラとの距離を算出し、前述の移動量を校正するボンディング装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１００８５８号公報
しかしながら特許文献１に示される装置のように、リード電極などの配線する対象にツールで圧痕を作製する場合、電極を構成する金属の硬度や電極表面の酸化皮膜などの影響により圧痕自体が適当に作製されないこともあり、常に有効な手段であるとはいえない。また、ツールは磨耗に強い素材などで構成されているとはいえ、先細に構成されたツールの先端を機械的に電極に押し当てることは、ツールが破損する危険をともなう。
また、ボールボンディング装置においては、配線する半導体素子などを１００℃〜２００℃程度に加熱しながらボンディングを行うが、このときの輻射熱などにより、ＣＣＤカメラを支持するアームや、ツールを支持するアームなどは熱膨張し、設置位置が経時的に変化をするから、継続的にボンディングを行う場合には、定期的に前述の移動量を校正する必要がある。
本発明は上記の問題点を解決するためになされたものであり、経験や勘といった人為的な要素やボンディングを行う個々の電極の性質によらず、かつ、ツールの破損する危険をともなわずに、ツールの設置位置を確実に認識し、ツールの移動量を校正することができるボンディング装置を提供することを目的とする。
また、輻射熱などによるＣＣＤカメラやツールの設置位置の経時的な変化に対応し、継続的なボンディングに際して、容易に適切なボンディングを行うことができるボンディング装置を提供することを目的とする。
本発明のボンディング装置は、ボンディングワイヤで配線する対象を撮影する第１の撮影手段と、前記第１の撮影手段によって撮影された対象画像から、前記ボンディングワイヤを接合する接合位置を認識する認識手段と、先端で前記ボンディングワイヤを接合させるツールを、前記認識手段で認識した前記接合位置へ移動させる移動手段とを備えており、前記移動手段によって前記ツールを所定位置へ移動させた後に、前記ツールを撮影する第２の撮影手段と、前記第２の撮影手段で撮影されたツール画像に基づいて前記ツールの設置位置を評価し、前記第１の撮影手段と前記ツールの設置位置のオフセット量を評価する評価手段と、前記評価手段による評価に基づいて、前記移動手段による前記ツールの移動量を調節する調節手段とを備えることを特徴とする。
また、前記第１の撮影手段は、前記第２の撮影手段による前記ツール画像の撮影時に、予め定められた前記第１の撮影手段の設置位置を示す指標を撮影し、前記評価手段は、前記ツールの設置位置を評価するとともに、前記第１の撮影手段によって撮影された指標画像に基づいて前記第１の撮影手段の設置位置を評価し、前記調節手段は、前記評価手段によって評価された前記ツールの設置位置と前記第１の撮影手段の設置位置とに基づいて、前記第１の撮影手段の設置位置と前記ツールの設置位置とのオフセット量を評価し、前記移動手段による前記ツールの移動量を調節することを特徴とする。
また、前記指標は、前記対象の予め設定された部分であることを特徴とする。
本発明のボンディング方法は、ボンディングワイヤで配線する対象を撮影し、前記対象の画像から前記ボンディングワイヤを接合する接合位置を認識してボンディングを行うボンディング方法であって、先端で前記ボンディングワイヤを接合させるツールを、所定位置に移動させ、前記ツールを撮影し、前記ツールの画像から前記ツールの設置位置を評価し、前記接合位置に前記ツールを移動させる際の移動量を、前記ツールの設置位置の評価に基づいて調節することを特徴とする。
また、前記ツールを撮影するとともに、予め設定された指標のある位置を撮影し、前記指標を撮影した画像から指標位置を評価し、前記ツールの設置位置と前記指標の位置とに基づいて、前記接合位置に前記ツールを移動させる際の移動量を調節することを特徴とする。
本発明のボンディング装置及びボンディング方法によれば、ボンディングワイヤを接合させる対象を撮影する第１の撮影装置の他に、先端でボンディングワイヤを接合させるツールを撮影する第２の撮影手段を備えるから、この第２の撮影手段によって撮影されたツール画像から、確実にツールの設置位置を評価することができる。さらに、このツールの設置位置の評価に基づいて、ボンディングワイヤを接合する接合位置へツールを移動する移動量を調節するから、経験や勘といった人為的な要素によらず、かつ、ボンディングワイヤを接合させる対象を傷めず、正しい位置にボンディングを行うことができる。
また、ツール画像を撮影する際に、第１の撮影手段は予め定められた指標を撮影し、この指標画像から第１の撮影手段の設置位置をも評価することができ、評価したツールの設置位置及び第１の撮影手段の設置位置に基づいて接合位置へツールを移動する移動量を調節するから、継続的なボンディングの最中に生じるツール又は第１の撮影手段の設置位置の経時的な変化にも対応し、容易に正しい位置にボンディングを行うことができる。
図１及び図２に示すように、ボンディング装置５は、作業台１１、ＸＹステージ１３、ボンディングヘッド１６、ツール撮影カメラ１７などから構成されるボールボンディング装置である。
作業台１１上には、ボンディング装置５によって配線するワーク１８が配置される。ワーク１８は、例えば、半導体チップなどがリード電極からなるリードフレームに設置されたものであり、半導体チップの電極とリード電極とをボンディング装置５によって配線し、電気的に接続する。また、作業台１１は、ワーク１８を把持し、順次ボンディングするワーク１８を作業位置へ移動する素子移動機構（図示しない）を備える。この素子移動機構は、ギアやベルトなどからなる周知の移動機構である。また、作業台１１上には後述するワーク撮影カメラ２１の設置位置を評価するための指標１２が設けられている。
ＸＹステージ１３（移動手段）は、ボンディングヘッド１６を水平な面内で自在に移動させる移動ステージであって、ギアなどからなる周知の機構によって移動される。また、ＸＹステージ１３は、ボンディングヘッド１６の位置を移動させることで、後述するキャピラリ４２の位置をボンディングワイヤ３１を配線する電極などの位置へ高精度に移動させることができる。
ボンディングヘッド１６は、ワーク撮影カメラ２１、ワイヤストレージ２２、ワイヤクランパ２３、ボンディングアーム２６、トーチ電極２７などを備える。
ワーク撮影カメラ２１（第１の撮影手段）は、受光した光を光電変換するＣＣＤを備え、ボンディングヘッド１６の上面から作業台１１に向けて突出するように設けられたカメラアーム２８の先端付近に配設される。このワーク撮影カメラ２１は、撮影レンズ（図示しない）を下方に向けて配設され、ボンディングワイヤ３１を接合するワーク１８や後述する指標１２などを撮影する。また、ワーク撮影カメラ２１の撮影レンズはズームレンズ、フォーカスレンズ、絞りなどからなり、いわゆるズーム機能を備えているから、ワーク１８上の電極や、指標１２などを自在に拡大又は縮小し、焦点を合わせて撮影を行うことができる。
また、ワーク撮影カメラ２１が配設されているカメラアーム２８は、ボンディングヘッド１６の上面に固定して配設されているから、ワーク撮影カメラ２１は、ＸＹステージ１３上を移動するボンディングヘッド１６とともに移動される。すなわち、ＸＹステージ１３によってワーク撮影カメラ２１の撮影位置は調節される。
ワイヤストレージ２２は、中空の芯にボンディングワイヤ３１を巻きつけて保持しており、カメラアーム２８に設けられたストレージ係止部３３に回転自在に、かつ、着脱自在に設置される。ボンディングワイヤ３１は、作製するワーク１８に応じて交換され、例えば、金やアルミニウムなどの金属からなり、ボンディングアーム２６及びワイヤクランパ２３の動作に応じて順次繰り出される。
ボンディングワイヤ３１は、ワイヤストレージ２２から引き出されると、カメラアーム２８に設けられたワイヤ係止部３３に係止され、キャピラリ４２に略垂直に挿入される。また、ボンディングワイヤ３１は、図示しない張力維持部によって、適度な張力になるように調節されている。
ボンディングアーム２６は、ボンディングヘッド１６に昇降自在に設けられており、超音波発生部３４、ホーン３６、ツール保持部３７などから構成される。
超音波発生部３４は、２個のピエゾ素子をボルトで強固に固定したランジュバン型振動子であり、ピエゾ素子に交流電圧を加えることで超音波を発生する。
ホーン３６は、ボンディングヘッド１６から遠ざかるほど径が小さい中空の金属筒であって、超音波発生部３４で発生した超音波を効率よくツール保持部３７及びキャピラリ４２に導く。
ツール保持部３７は、ツールをツール保持材３８ａ及びツール保持材３８ｂによって挟み込み、ネジ４１によって保持する。ツール保持部３７の保持するツールは、おおよそ円柱の底面に円錐台の大きい底面を貼り合わせた形状のキャピラリ４２であり、キャピラリ４２の先端でワーク１８の電極などにボンディングワイヤ３１を接合させる。
キャピラリ４２は、セラミックスなどの磨耗に強い素材で作製され、その略軸心にボンディングワイヤ３１を挿通する貫通孔を備える。ボンディング時には、この貫通孔を通ったボンディングワイヤ３１の先端には、ボンディングワイヤ３１を溶融して作製された略球形のボール４３が作製され、キャピラリ４２の先端でボール４３を配線を接合する部分に押し当てる圧力と、超音波発生部３４から伝導する超音波による振動とから発生する摩擦熱によって、ワーク１８などの電極を構成する金属とボール４３とを合金化し、ワーク１８などの電極にボンディングワイヤ３１を接合する。
また、キャピラリ４２はボンディングによって消耗するから、例えば所定の回数のボンディングを行ったら交換する必要がある。キャピラリ４２の交換は、キャピラリ４２の設置位置や傾き、ツール保持部３７から下方に突出させる長さなどが、ボンディングの精度に直接的に影響するから、専用の器具を用いて行われる。
ワイヤクランパ２３は、ボンディングアーム２６と同様に、昇降自在にボンディングヘッド１６に設けられ、その先端にワイヤ挟部４６を備える。ワイヤ挟部４６は、開閉自在に設けられ、ボンディングの過程においてボンディングワイヤ３１を挟み込む。例えば、ボンディングワイヤ３１を電極などに接合する以前は、ワイヤ挟部４６は開位置にあり、ボンディングワイヤ３１を開放しているが、ボール４３を電極に接合した後、キャピラリ４２を上昇させ、所定の長さのボンディングワイヤ３１がキャピラリ４２の先端に突出した状態になると、ワイヤクランパ２３はワイヤ挟部４６によってボンディングワイヤ３１を挟み、かつ、上方に移動することによってボンディングワイヤ３１を接合した電極などからボンディングワイヤ３１を引きちぎる。
トーチ電極２７は、ボンディングする際に、その先端をキャピラリ４２の先端の近傍に配置し、トーチ電極２７とキャピラリ４２との間に高電圧を印加することによって放電し、この放電のエネルギーでキャピラリ４２の先端に突出したボンディングワイヤ３１を溶融し、ボール４３を作製する。
ツール撮影カメラ１７（第２の撮影手段）は、受光した光を光電変換するＣＣＤを備え、撮影レンズを上方に向けて設置され、ツールの下方から、すなわちキャピラリ４２の先端の方向からキャピラリ４２を撮影するカメラであり、作業台１１とＸＹステージ１３との間に配設される。また、ツール撮影カメラ１７の撮影レンズは、ズームレンズ、フォーカスレンズ、絞りなどからなり、いわゆるズーム機能を備えているから、ツール撮影カメラ１７は、自在に拡大又は縮小し、かつ焦点を合わせてキャピラリ４２を撮影する。
図３に示すように、ボンディング装置５は、昇降機構５１、制御部５２、操作部５３、画像処理部５６、ステージ駆動部６６、ＲＡＭ５７、ＲＯＭ５８、パターン認識部６１、評価部６２、補正部６３、ディスプレイ６７、ヒータ６８などを備える。
昇降機構５１は、制御部５２によって制御され、ボンディングアーム２６及びワイヤクランパ２３を上下に移動させる周知の機構であって、ボンディングを行うときに、ワーク撮影カメラ２１で撮影することで認識し、ボンディングワイヤ３１を接合させる電極などに、キャピラリ４２の先端を押し当ててる。
また、昇降機構５１は、キャピラリ４２の先端がボール４３を介して、ボンディングワイヤ３１を接合させる電極などに接触したか否かを検知する接触検知部（図示しない）を備える。この接触検知部によってキャピラリ４２と電極などの接触が検知されると、制御部５２は、キャピラリ４２と電極などとの接触の圧力を制御するとともに、超音波発生部３４を駆動し、ボンディングワイヤ３１と電極などを接合させる。
ヒータ６８は、ボンディングワイヤ３１を電極などに接合する際に、効率よく、また均一に加熱するためのヒータプレート７１を介して、ワーク１８を１００℃〜２００℃程度の温度に加熱する。また、ヒータ６８による加熱温度は、制御部５２によって制御される。
制御部５２は、ＲＯＭ５８に記録されたボンディング装置５の制御プログラムや操作部５３の操作に応じて、システムバス５４を介して、ボンディング装置５の各部を統括的に制御する。例えば、昇降機構５１を駆動し、ボンディングアーム２６やワイヤクランパ２３の昇降動作を制御する。また、制御部５２は、ワイヤクランパ２３のワイヤ挟部４６を開閉を制御する。
さらに、制御部５２は、例えば、図示しない高圧電源を制御し、トーチ電極２７とキャピラリ４２の先端との間に放電を起こしボンディングワイヤ３１の先端にボール４３を形成させる。同様にして、制御部５２は、図示しない交流電源を制御し、超音波発生部３４に超音波を発生させる。また、制御部５２は、ボンディング装置５の制御プログラムにしたがって、ボンディングヘッド１６の移動情報を含む移動信号を後述する補正部６３に出力する。
画像処理部５６は、ワーク撮影カメラ２１又はツール撮影カメラ１７で撮影し、取得した撮像信号を画像データとして取得し、ＪＰＥＧやＴＩＦＦといった所定の記録形式でＲＡＭ５７に記録する。また、画像処理部５６は、取得した画像に基づいて露出量、すなわち電子シャッタのシャッタ速度と絞りの値とが撮影に適切か否かを検出し、同時に、撮影レンズの焦点調節が撮影に適切か否かを検出する。制御部５２は、画像処理部５６による露出量、絞り値、焦点調節などの検出結果に応じて撮影レンズやＣＣＤなどを制御し、撮影を実行する。また、制御部５２は、取得した画像をディスプレイ６７に表示させる。
ＲＡＭ５７は、作業用のメモリであって、ワーク撮影カメラ２１又はツール撮影カメラ１７から取得した画像を記録するとともに、制御部５２によってＲＯＭ５８に記録された制御プログラムが読み出さる。また、ワーク撮影カメラ２１やツール撮影カメラ１７から取得するディスプレイに表示するためのスルー画像を一時的に記録するＶＲＡＭ領域なども設けられている。さらに、キャピラリ４２の使用回数や、キャピラリ４２の使用時間、ボンディング装置５の使用時間なども制御部５２によって管理され、このＲＡＭ５７に記録及び更新され、ボンディング装置５によるボンディング終了時にはＲＯＭ５８に記録及び保存される。
ＲＯＭ５８は、ボンディング装置５の動作に必要なプログラムなどが記録されている。また、キャピラリ４２を電極などに接触させる圧力及び時間、超音波の出力値及び出力時間などのボンディング装置５の設定なども記録される。
パターン認識部６１（認識手段）は、ワーク撮影カメラ２１で撮影したワーク１８の画像から、画像の色情報や形状の情報などを用いる周知のパターン認識技術によって、ボンディングワイヤ３１を接合する電極などの取得画像内での位置を認識し、評価部６２へ接合位置座標を出力する。また、同様にして、パターン認識部６１は、ワーク撮影カメラ２１が指標１２を撮影した場合には、取得した画像から指標１２の取得画像内での位置を認識し、評価部６２へ指標位置座標を出力する。さらに、パターン認識部６１は、ツール撮影カメラ１７で撮影したキャピラリ４２の画像から、キャピラリ４２の取得画像内での位置を認識し、評価部６２へツール位置座標を出力する。
評価部６２（評価手段）は、パターン認識部６１から接合位置座標を受けると、ワーク撮影カメラ２１によって撮影した位置に基づいて、ボンディングワイヤ３１を接合する電極などの作業台１１上での位置を評価する。
また、評価部６２は、パターン認識部６１から受ける指標位置座標と、設計上予め定められたワーク撮影カメラ２１の設置位置とから、ワーク撮影カメラ２１の実際の設置位置、すなわちボンディングを実行する時点でのワーク撮影カメラ２１の設置位置を評価する。
また、評価部６２は、パターン認識部６１から受けるツール位置座標と、設計上予め設置が予定されているキャピラリ４２の設置位置とから、キャピラリ４２の実際の設置位置、すなわちボンディングを実行する時点でのキャピラリ４２の設置位置を評価する。
さらに、評価部６２は、ワーク撮影カメラ２１の実際の設置位置と、キャピラリ４２の実際の設置位置とから、ワーク撮影カメラ２１とキャピラリ４２の設置位置の相違、すなわち、オフセット量を評価する。そして、ワーク撮影カメラ２１でワーク１８を撮影した位置から、認識したボンディングワイヤ３１を接合する電極などの位置へキャピラリ４２を移動させる移動量を、ワーク撮影カメラ２１とキャピラリ４２の実際の設置位置に合わせて正しく評価する。
また、評価部６２は、作業台１１上での電極などの位置の評価、ワーク撮影カメラ２１の実際の設置位置の評価、キャピラリ４２の実際の設置位置の評価、ワーク撮影カメラ２１とキャピラリ４２の実際の設置位置に応じたキャピラリ４２の移動量の評価を評価信号として補正部６３へ出力する。
補正部６３（補正手段）は、制御プログラムにしたがって制御部５２から入力されるボンディングヘッド１６の移動信号を、評価部６２から受ける前述の各種評価信号に基づいて補正し、ワーク撮影カメラ２１やキャピラリ４２の実際の設置位置に応じてステージ駆動部６６を駆動し、ボンディングヘッド１６の位置を移動させる。
ステージ駆動部６６は、補正部６３から受ける補正移動信号にしたがってＸＹステージ１３を駆動し、ボンディングヘッド１６を水平面内で正確に移動させる。ボンディングヘッド１６が主に移動される位置には、ワーク撮影カメラ２１やツール撮影カメラ１７の設置位置を評価する時に、ワーク撮影カメラ２１が指標１２を、ツール撮影カメラ１７がキャピラリ４２をそれぞれ撮影する基準位置、ボンディングを開始する時に、ボンディングワイヤ３１を接合する電極などの位置を認識するためにワーク撮影カメラ２１でボンディングを行うワーク１８を撮影するワーク撮影位置、ボンディングワイヤ３１を電極などに接合するために、キャピラリ４２を電極などの直上へ移動するボンディング位置、消耗品であるキャピラリ４２を交換するための専用器具を使用しやすいツール交換位置などがある。
上記のように構成されるボンディング装置５の作用について説明する。図４に示すように、ボンディングを開始する際、キャピラリ４２を交換した後には、ボンディングヘッド１６を基準位置へと移動させ、ワーク撮影カメラ２１によって指標１２を撮影し、同時に、ツール撮影カメラ１７でキャピラリ４２を撮影する。
そして、ワーク撮影カメラ２１によって撮影した指標画像内に写された指標１２の位置を認識し、この指標画像内の指標１２の位置からワーク撮影カメラ２１の実際の設置位置を評価する。
また、同時に、ツール撮影カメラ１７によって撮影したキャピラリ画像に写されたキャピラリ４２の位置を認識し、このキャピラリ画像内のキャピラリ４２の位置からキャピラリ４２の実際の設置位置を評価する。さらに、ワーク撮影カメラ２１の実際の設置位置と、キャピラリ４２の実際の設置位置とから、ワーク撮影カメラ２１とキャピラリ４２の設置位置のオフセット量を評価する。
次に、評価したワーク撮影カメラ２１の実際の設置位置に基づいて、ワーク撮影カメラ２１がボンディングを行うワーク１８の電極の直上に位置するようにボンディングヘッド１６を移動し、ワーク１８を撮影する。また、ワーク撮影カメラ２１で撮影したワーク画像から、ボンディングワイヤ３１を接合する電極などを認識し、その位置を評価する。
そして、ボンディングによって接合する電極などの直上にキャピラリ４２の先端が配置されるボンディング位置へボンディングヘッド１６を移動する。このとき、前述のオフセット量に基づいてボンディングヘッド１６、すなわちキャピラリ４２を移動するから、キャピラリ４２は正確に電極などボンディングワイヤ３１を接合する部分の直上に配される。
そして、キャピラリ４２を下降させ、ボンディングワイヤ３１を電極に接合し、第１ボンドを作製する。さらに、ボンディングワイヤ３１を接合させた電極と導通させる電極などの直上にキャピラリ４２を移動させると、ボンディングワイヤ３１は第１ボンドによって電極に接合されているから、キャピラリ４２の移動にともなってボンディングワイヤ３１はキャピラリ４２の先端から引き出される。そして、第１ボンドを作製した電極と接続する電極に第２ボンドを作製し、ワイヤクランパ２３によって所定の長さのボンディングワイヤ３１をキャピラリ４２の先端に残し切断し、配線する。
ワーク１８についてボンディングが完了すると、ＲＡＭ５７に記録されたキャピラリ４２の使用回数や使用時間から判断されるキャピラリ４２の交換時期や、ボンディング装置５の使用時間、すなわちヒータ６８から発せられる熱の影響によるボンディング装置５を構成する各部の膨張の度合いなどから、ワーク撮影カメラ２１やキャピラリ４２の設置位置の評価、及びこれらのオフセット量の評価を再度行う場合には、ボンディングヘッド１６を基準位置へ戻し、前述の評価を再度行う。
一方、ワーク撮影カメラ２１やキャピラリ４２の設置位置、及びオフセット量の評価を再度行う必要がない場合には、次のワーク１８のボンディングを継続して行う。
このように、ボンディング装置５は、ワーク撮影カメラ２１とキャピラリ４２の実際の設置位置を評価し、また、ワーク撮影カメラ２１とキャピラリ４２の実際のオフセット量を評価して、正確にボンディングを実行する。
具体的には、例えば、図５に示すように、ボンディングヘッド１６を基準位置に移動させると、ワーク撮影カメラ２１は指標１２の直上に位置し、また、ツール撮影カメラ１７はキャピラリ４２の直下に位置するから、ボンディング装置５の設計上、ワーク撮影カメラ２１とキャピラリ４２の設置位置には、これらが理想的な位置に設置されている場合であっても、Ｘ方向にΔＸの、Ｙ方向にΔＹのオフセットがある。
ワーク撮影カメラ２１が設計上の位置に設置されている場合には、この基準位置で、ワーク撮影カメラ２１で指標１２を撮影すると、図６に示すように、取得する指標画像７６の中心には指標１２の中心が一致する。そして、指標画像７６から周知のパターン認識技術によって指標１２を、すなわち指標１２の中心点Ｃ１を認識すると、指標画像７６の中心を原点（０，０）として、指標画像７６内での中心点Ｃ１の位置は、座標（０，０）であると評価される。
同様に、キャピラリ４２が設計上の位置に設置されている場合には、基準位置で、ツール撮影カメラ１７でキャピラリ４２を撮影すると、図６に示すように、取得するキャピラリ画像７７の中心にはキャピラリの中心が一致する。そして、キャピラリ画像７７から周知のパターン認識技術によって、キャピラリ４２の設置位置を、すなわちキャピラリ４２の先端の位置Ｃ２を認識すると、キャピラリ画像の中心を原点＝（０，０）とし、キャピラリ画像７７内での中心点Ｃ２の位置は、座標（０，０）であると評価される。
一方、ワーク撮影カメラ２１が設計上の位置に設置されていない場合、例えば、ボンディング装置５を長時間連続して稼動し、カメラアーム２８やボンディングアーム２６の熱膨張によってワーク撮影カメラ２１の設置位置に誤差が生じた場合などに、ボンディングヘッド１６を基準位置へ移動し、ワーク撮影カメラ２１で指標１２を撮影すると、例えば、図７に示すように、取得する指標画像７８の中心から、指標１２の中心はずれている。このとき、指標画像７８から指標１２を、すなわち指標１２の中心点Ｃ１を認識すると、指標画像７８内での中心点Ｃ１の位置は、座標（Ｐｍ，Ｑｍ）であると評価される。
同様に、ツール撮影カメラ１７が設計上の位置に設置されていない場合、例えば、専用の器具を用いてキャピラリ４２を交換したにもかかわらず生じる設置位置のずれがある場合に、基準位置で撮影を行うと、例えば、図７に示すように、取得するキャピラリ画像７９の中心から、キャピラリ４２の中心はずれている。このとき、キャピラリ画像７９からキャピラリ４２の実際の設置位置、すなわちキャピラリ４２の先端が実際にある位置Ｃ２を認識すると、キャピラリ画像７９内での中心点Ｃ２の位置は、座標（Ｐｃ，Ｑｃ）であると評価される。
そして、ワーク撮影カメラ２１やキャピラリ４２の設置位置が設計上の位置からずれている場合には、ボンディング装置５は、ワーク撮影カメラ２１とキャピラリ４２との実際のオフセット量を評価する。
例えば、前述のように、指標画像７８内で指標１２の中心点Ｃ１が、座標（Ｐｍ，Ｑｍ）と評価され、キャピラリ画像７９内でキャピラリ４２の先端の位置Ｃ２が、座標（Ｐｃ，Ｑｃ）と評価された場合、ワーク撮影カメラ２１とキャピラリ４２との実際のオフセット量（Ｔｘ，Ｔｙ）は、Ｔｘ＝ΔＸ＋α×Ｐｍ＋β×Ｐｃ、Ｔｙ＝ΔＹ＋α×Ｑｍ＋β×Ｑｃと評価される。ここでα及びβは、撮影倍率やカメラの内蔵するＣＣＤの特性に依存し、画像内の長さを現実の長さに変換する係数である。
そして、実際のオフセット量（Ｔｘ，Ｔｙ）を評価した後に、図８に示すように、ボンディングを行うワーク１８の直上に位置するように移動させる。このとき、基準位置からＸ方向にΔｄｘ、Ｙ方向にΔｄｙだけボンディングヘッド１６を移動させると設計の上ではワーク１８の直上にワーク撮影カメラ２１を移動させることができるとすると、実際のワーク撮影カメラ２１の設置位置は変化しているのであるから、ボンディング装置５は、前述の評価に基づき、Ｘ方向にΔＤｘ＝Δｄｘ＋α×Ｐｍ、Ｙ方向にΔＤｙ＝Δｄｙ＋α×Ｑｍだけボンディングヘッド１６を移動し、ワーク撮影カメラ２１の撮影光軸、すなわち取得画像の中心をワーク１８を撮影する位置に正確に移動させる。
このようにして、ボンディングするワーク１８を撮影したワーク画像から、ボンディングを開始する電極を認識し、前述の方法と同様にして、その位置を評価する。そして、図９に示すように、ボンディング装置５は、評価した実際のオフセット量（Ｔｘ，Ｔｙ）に応じて、Ｘ方向にＴｘ、Ｙ方向にＴｙだけボンディングヘッド１６を移動させ、キャピラリ４２を撮影位置からボンディングを開始する電極などの直上に位置するように正確に移動し、ボンディングを実行する。
以上のように、本発明のボンディング装置５によれば、ツール撮影カメラ１７によってキャピラリ４２を直接撮影し、撮影したキャピラリ画像からキャピラリ４２の実際の設置位置を正確に評価し、この評価に基づいてボンディングを行うことができる。
さらに、ツール撮影カメラ１７による撮影と同時に、ワーク撮影カメラ２１によって指標１２を撮影し、撮影した指標画像からワーク撮影カメラ２１の実際の設置位置をも評価し、これらの評価に基づいてボンディングを行うことができるから、ボンディングするワークを加熱するヒータなどの影響による熱膨張などの経時的な変化にも容易に対応することができ、常に正確なボンディングを行うことができる。
また、本発明のボンディング装置５によれば、正確な位置にボンディングを実行することができるから、ツールなどの設置位置のずれを考慮してボンディングワイヤ３１を接合させる電極などを必要な大きさよりも大きく作成する必要はなくなり、ＩＣなどの小型化又は高集積化することができる。
なお、上記実施形態では、指標１２は、ボンディングするワークとは別に設けられるが、これに限らず、基準位置においてボンディングするワークをワーク撮影カメラ２１によって撮影するように調節し、ワーク内の一部分の形状などを指標１２として用いてもよい。例えば、図１０に示すように、基準位置において撮影されたワーク画像８１から、略正方形に作成された電極８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄ，８６ｅ，８６ｆ，８６ｇ，８６ｈの位置を認識し、特定の電極８６ａと電極８６ｅ位置関係からワーク１８の中心Ｃａを評価し、さらに、このワーク１８の中心Ｃａと、ワーク画像８１の撮影の中心Ｃｂとの位置関係からワーク撮影カメラ２１の設置位置を評価しても良い。また、例えば、ワーク画像８１から、リードフレーム８２の形状認識し、特定のリード電極８７の位置からワーク１８の中心Ｃａ、さらには、ワーク撮影カメラ２１の設置位置を評価しても良い。
なお、上記実施形態では、超音波併用熱圧着方式のボンディング装置を例に本発明を説明したが、これに限らず、超音波を併用しない熱圧着方式やウェッジ方式、さらにはバンプボンド方式などのボンディングにも本発明を用いることができる。
また、熱を利用しないボンディング方式であるなど、ワーク撮影カメラ２１の設置位置が略設計どおりである場合には、必ずしもワーク撮影カメラ２１によって指標１２を撮影する必要はなく、ツール撮影カメラ１７によってツール、すなわちキャピラリ４２などの設置位置を評価し、さらにはオフセット量を評価し、キャピラリ４２の移動量を校正してもよい。
また、上記実施形態では、ワーク撮影カメラ２１は、ボンディングヘッド１６に設置され、移動されるが、これに限らず、ボンディングヘッド１６とは別に設置、さらにはボンディングヘッド１６とは別に移動できるようにしてもよい。
本発明のボンディング装置の外観を示す斜視図である。 ボンディングアーム付近を拡大した斜視図である。 本発明のボンディング装置の構成概略的に示す概略図である。 本発明のボンディング装置の作用を示すフローチャートである。 基準位置にあるボンディングヘッドの様子を示す上面図である。 ワーク撮影カメラとキャピラリとが理想的な設置位置にある場合における指標画像とキャピラリ画像を示す説明図である。 ワーク撮影カメラとキャピラリとが現実的な設置位置にある場合における指標画像とキャピラリ画像を示す説明図である。 ボンディングヘッドを基準位置から撮影位置へ移動させる様子を示す上面図である。 ボンディングヘッドを撮影位置からボンディング位置へ移動させる様子を示す上面図である。 ワーク上に指標を定める場合のワーク画像を示す説明図である。
符号の説明
５ ボンディング装置
１２ 指標
１３ ＸＹステージ（移動手段）
１６ ボンディングヘッド
１７ ツール撮影カメラ（第２の撮影手段）
１８ ワーク
２１ ワーク撮影カメラ（第１の撮影手段）
２６ ボンディングアーム
２８ カメラアーム
３１ ボンディングワイヤ
４２ キャピラリ
６１ パターン認識部（認識手段）
６２ 評価部（評価手段）
６３ 補正部（調節手段）
６６ ステージ駆動部
６８ ヒータ

Claims (5)

  1. ボンディングワイヤで配線する対象を撮影する第１の撮影手段と、
    前記第１の撮影手段によって撮影された対象画像から、前記ボンディングワイヤを接合する接合位置を認識する認識手段と、
    先端で前記ボンディングワイヤを接合させるツールを、前記認識手段で認識した前記接合位置へ移動させる移動手段と
    を備えるボンディング装置において、
    前記移動手段によって前記ツールを所定位置へ移動させた後に、前記ツールを撮影する第２の撮影手段と、
    前記第２の撮影手段で撮影されたツール画像に基づいて前記ツールの設置位置を評価し、前記第１の撮影手段と前記ツールの設置位置のオフセット量を評価する評価手段と、
    前記評価手段による評価に基づいて、前記移動手段による前記ツールの移動量を調節する調節手段と
    を備えることを特徴とするボンディング装置。
  2. 前記第１の撮影手段は、前記第２の撮影手段による前記ツール画像の撮影時に、予め定められた前記第１の撮影手段の設置位置を示す指標を撮影し、
    前記評価手段は、前記ツールの設置位置を評価するとともに、前記第１の撮影手段によって撮影された指標画像に基づいて前記第１の撮影手段の設置位置を評価し、
    前記調節手段は、前記評価手段によって評価された前記ツールの設置位置と前記第１の撮影手段の設置位置とに基づいて、前記第１の撮影手段の設置位置と前記ツールの設置位置とのオフセット量を評価し、前記移動手段による前記ツールの移動量を調節する
    ことを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
  3. 前記指標は、前記対象の予め設定された部分であることを特徴とする請求項２記載のボンディング装置。
  4. ボンディングワイヤで配線する対象を撮影し、前記対象の画像から前記ボンディングワイヤを接合する接合位置を認識してボンディングを行うボンディング方法において、
    先端で前記ボンディングワイヤを接合させるツールを、所定位置に移動させ、前記ツールを撮影し、
    前記ツールの画像から前記ツールの設置位置を評価し、
    前記接合位置に前記ツールを移動させる際の移動量を、前記ツールの設置位置の評価に基づいて調節する
    ことを特徴とするボンディング方法。
  5. 前記ツールを撮影するとともに、予め設定された指標のある位置を撮影し、
    前記指標を撮影した画像から指標位置を評価し、
    前記ツールの設置位置と前記指標の位置とに基づいて、前記接合位置に前記ツールを移動させる際の移動量を調節する
    ことを特徴とする請求項４記載のボンディング方法。
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