JP2008070158A - Amplitude measuring method and frequency measuring method of ultrasonic horn, measuring instrument using method, and ultrasonic bonding device using it - Google Patents

Amplitude measuring method and frequency measuring method of ultrasonic horn, measuring instrument using method, and ultrasonic bonding device using it Download PDF

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Takashi Uenishi
孝史 上西
Koichi Imai
宏一 今井
Katsuyoshi Miyashita
勝好 宮下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring method capable of performing easily amplitude measurement and frequency measurement of an ultrasonic horn, a measuring instrument using the method, and its ultrasonic bonding device. <P>SOLUTION: The measuring instrument includes a CCD camera having an enlargement magnification or an equal magnification for imaging the amplitude of the ultrasonic horn, a density detection part for detecting a density change of an image taken by the CCD camera, a distance measuring processing part for calculating the distance between a dense part and a pale part based on the density change detected by the density detection part, and an amplitude measuring part for measuring the amplitude of the ultrasonic horn from the distance between the dense part and the pale part calculated by the distance measuring processing part. The amplitude of the ultrasonic horn is taken by the CCD camera and then enlarged by image processing, and the amplitude and a resonance frequency of the ultrasonic horn are measured by utilizing an image in the amplitude state acquired at that time. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子部品などのチップ部品の電極を基板などのワークの電極に押圧および加熱しながら、当該接合部位に超音波振動を付与して接合する超音波接合方法に用いる超音波ホーンの加圧面の振幅および周波数の測定方法と測定機器およびそれを用いた超音波接合装置に関する。   The present invention provides an ultrasonic horn for use in an ultrasonic bonding method in which an electrode of a chip component such as an electronic component is pressed and heated against an electrode of a workpiece such as a substrate while applying ultrasonic vibration to the bonding portion. The present invention relates to a measuring method and measuring equipment for the amplitude and frequency of a pressure surface and an ultrasonic bonding apparatus using the measuring equipment.

チップ部品を基板に接合させる方法として、チップ部品の電極を基板の電極に接触させ、チップ部品を吸着保持した状態で基板の電極に押圧しながら超音波振動を付与して接合する超音波接合方法が知られている。   As a method for bonding a chip component to a substrate, an ultrasonic bonding method in which an electrode of the chip component is brought into contact with the electrode of the substrate and ultrasonic vibration is applied while pressing the chip component against the substrate electrode while the chip component is held by suction. It has been known.

このような超音波ホーンの振幅量を測定する方法として、レーザドップラ計を用いて行う方法が知られている(例えば特許文献1)。   As a method for measuring the amplitude of such an ultrasonic horn, a method using a laser Doppler meter is known (for example, Patent Document 1).

特開平5−206224号公報JP-A-5-206224

しかしながら、従来の方法では、次のような問題がある。   However, the conventional method has the following problems.

レーザドップラ計を用いた振幅量の測定は、レーザドップラ計自体が大型であるため、測定器の接合装置への取り付けが大掛かりとなる。取り付け時間もかかり、そのため接合装置を測定のたび毎に停機しなければならず、製品の生産性を損なわず振幅測定できないという問題がある。また、レーザドップラ計が高価であり接合装置毎に設置できない。そのため、超音波を利用した生産においては、超音波ホーンの発振状態の検出管理がしにくい問題がある。   Measurement of the amount of amplitude using a laser Doppler meter requires a large attachment of the measuring instrument to the joining device because the laser Doppler meter itself is large. Installation time is also required, so that the joining apparatus must be stopped for each measurement, and there is a problem that the amplitude cannot be measured without impairing product productivity. Further, the laser Doppler meter is expensive and cannot be installed for each joining apparatus. Therefore, in the production using ultrasonic waves, there is a problem that it is difficult to detect and manage the oscillation state of the ultrasonic horn.

この発明の目的は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡易に超音波ホーンの振幅測定と周波数測定ができる測定方法の提供と、その方法を用いた測定機器およびその超音波接合装置を提供することにある。   An object of the present invention is made in view of such circumstances, and is to provide a measurement method capable of easily measuring the amplitude and frequency of an ultrasonic horn, a measuring instrument using the method, and the ultrasonic wave thereof. It is to provide a joining apparatus.

請求項1に記載の発明は、超音波ホーンの振幅を拡大倍率を備えたCCDカメラによって撮像もしくは、等倍率を備えたCCDカメラによって撮像後、画像処理によって拡大し、そのときに得られる振幅状態の画像を利用することによって超音波ホーンの振幅および共振周波数を測定する方法であって、
前記振幅状態の画像の濃淡の変化を画像処理によって検出するステップと、
前記振幅状態の画像の濃部と淡部との距離を自動処理によって測定するステップと、
前記測定されたデータから超音波ホーンの振幅を測定するステップと、
からなる超音波ホーンの振幅を測定する方法である。
According to the first aspect of the present invention, the amplitude of the ultrasonic horn is picked up by a CCD camera having an enlargement magnification or enlarged by image processing after being picked up by a CCD camera having an equal magnification. A method for measuring the amplitude and resonance frequency of an ultrasonic horn by using the image of
Detecting a change in shading of the image in the amplitude state by image processing;
Measuring the distance between the dark and light portions of the image in the amplitude state by automatic processing;
Measuring the amplitude of an ultrasonic horn from the measured data;
This is a method for measuring the amplitude of an ultrasonic horn comprising:

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記振幅状態の画像の濃部のみを自動処理によって抽出するステップを含む超音波ホーンの共振周波数を測定する方法である。   A second aspect of the invention is a method for measuring the resonance frequency of an ultrasonic horn according to the first aspect of the invention, which includes the step of extracting only the dark portion of the image in the amplitude state by automatic processing.

請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記振幅状態の画像の濃淡の変化を手動操作によって判定するステップを含む超音波ホーンの振幅を測定する方法である。   A third aspect of the invention is a method for measuring the amplitude of an ultrasonic horn according to the first aspect of the invention, which includes the step of manually determining a change in shading of the image in the amplitude state.

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記振幅状態の画像の濃淡の変化を手動操作によって強調させるステップを含む超音波ホーンの振幅を測定する方法である。   A fourth aspect of the invention is a method for measuring the amplitude of an ultrasonic horn according to the third aspect of the invention, comprising the step of manually emphasizing a change in shading of the image in the amplitude state.

請求項5に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記振幅状態の画像をもとに濃淡の変化を示すグラフを表示手段に表示させるステップを含む超音波ホーンの振幅を測定する方法である。   According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the amplitude of the ultrasonic horn is measured, including a step of displaying a graph showing a change in shading on a display means based on the image of the amplitude state. Is the method.

請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、超音波ホーンと同色に濃部処理された構造物を超音波ホーンの近傍に固定配置し前記振幅状態の画像の淡部を強調するステップを含む超音波ホーンの振幅を測定する方法である。   The invention according to claim 6 is the invention according to claim 1, in which the structure subjected to the dark portion processing in the same color as the ultrasonic horn is fixedly arranged in the vicinity of the ultrasonic horn, and the light portion of the image in the amplitude state is displayed. A method for measuring the amplitude of an ultrasonic horn including an emphasizing step.

請求項7に記載の発明は、
超音波ホーンの振幅を撮像する拡大倍率または等倍率を備えたCCDカメラと、
前記CCDカメラによって撮像された画像の濃淡の変化を検出する濃淡検出部と、
前記濃淡検出部で検出された濃淡の変化にもとずき濃部と淡部との距離を計算する距離測定部と、
前記距離測定部によって計算された濃部と淡部との距離から超音波ホーンの振幅を測定する振幅測定部と、
を備えた超音波ホーンの振幅測定機器である。
The invention described in claim 7
A CCD camera with an enlargement magnification or equal magnification for imaging the amplitude of an ultrasonic horn;
A light and shade detecting unit for detecting a change in light and shade of an image captured by the CCD camera;
A distance measuring unit that calculates the distance between the dark part and the light part based on the change in light and shade detected by the light and shade detecting part,
An amplitude measurement unit for measuring the amplitude of the ultrasonic horn from the distance between the dark part and the light part calculated by the distance measurement unit;
Is an amplitude measuring instrument of an ultrasonic horn equipped with

請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の発明において、
前記濃淡検出部で検出された濃部を抽出し超音波ホーンの共振周波数を測定する共振周波数測定部を備えた超音波ホーンの周波数測定機器である。
The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7,
The ultrasonic horn frequency measurement device includes a resonance frequency measurement unit that extracts a dark portion detected by the light and shade detection unit and measures a resonance frequency of the ultrasonic horn.

請求項9に記載の発明は、請求項7または請求項8に記載の発明が搭載された超音波接合装置である。   The invention according to claim 9 is an ultrasonic bonding apparatus on which the invention according to claim 7 or claim 8 is mounted.

請求項1に記載の発明によれば、濃部と淡部との距離を自動処理によって測定し、超音波ホーンの振幅を測定できるので、レーザドップラ計などの大掛かりな測定器の接合装置への取り付けが不要になり、簡易に振幅測定ができる。   According to the first aspect of the present invention, since the distance between the dark part and the light part can be measured by automatic processing and the amplitude of the ultrasonic horn can be measured, it is possible to connect a large measuring device such as a laser Doppler meter to the joining device. No need for mounting, and amplitude measurement can be performed easily.

請求項2に記載の発明によれば、濃部のみを自動処理によって抽出して超音波ホーンの共振周波数を測定できるので、レーザドップラ計などの大掛かりな測定器の接合装置への取り付けが不要になり、簡易に共振周波数の測定ができる。   According to the invention described in claim 2, since only the dark portion is extracted by automatic processing and the resonance frequency of the ultrasonic horn can be measured, it is not necessary to attach a large measuring device such as a laser Doppler meter to the joining device. Thus, the resonance frequency can be easily measured.

請求項3に記載の発明によれば、前記振幅状態の画像の濃淡の変化を手動操作によって判定するので、画像データが不明確な場合でも振幅測定ができる。   According to the third aspect of the present invention, since the change in shading of the image in the amplitude state is determined by manual operation, the amplitude can be measured even when the image data is unclear.

請求項4に記載の発明によれば、前記振幅状態の画像の濃淡の変化を手動操作によって強調させるので、濃淡が曖昧な画像データでも振幅測定ができる。   According to the fourth aspect of the present invention, since the change in shading of the image in the amplitude state is emphasized by manual operation, the amplitude measurement can be performed even for image data in which the shading is ambiguous.

請求項5に記載の発明によれば、前記振幅状態の画像をもとに濃淡の変化を示すグラフを表示手段に表示させるので、手動操作が容易に行える。   According to the fifth aspect of the present invention, since the graph showing the change in shading is displayed on the display means based on the image in the amplitude state, manual operation can be easily performed.

請求項6に記載の発明によれば、超音波ホーンと同色に濃部処理された構造物を超音波ホーンの近傍に固定配置し前記振幅状態の画像の淡部を強調するので、画像取り込み時の背景等の影響を低減することができる。   According to the sixth aspect of the present invention, the structure subjected to the dark color processing in the same color as the ultrasonic horn is fixedly arranged in the vicinity of the ultrasonic horn to emphasize the light portion of the image in the amplitude state. The influence of the background etc. can be reduced.

請求項7に記載の発明によれば、超音波ホーンの振幅を撮像する拡大倍率または等倍率を備えたCCDカメラと、前記CCDカメラによって撮像された画像の濃淡の変化を検出する濃淡検出部と、濃淡の変化にもとずき濃部と淡部との距離を計算する距離測定部と、濃部と淡部との距離から超音波ホーンの振幅を測定する振幅測定部とを備えたので、レーザドップラー計を用いないで、超音波ホーンの振幅を簡易に測定することができる。   According to the seventh aspect of the present invention, a CCD camera having an enlargement magnification or an equal magnification for imaging the amplitude of the ultrasonic horn, and a density detection unit for detecting a change in density of an image captured by the CCD camera, Because it has a distance measurement unit that calculates the distance between the dark part and the light part based on the change in light and shade, and an amplitude measurement part that measures the amplitude of the ultrasonic horn from the distance between the dark part and the light part The amplitude of the ultrasonic horn can be easily measured without using a laser Doppler meter.

請求項8に記載の発明によれば、さらに、共振周波数測定部を備えたので超音波ホーンの共振周波数を簡易に測定することができる。   According to the eighth aspect of the present invention, since the resonance frequency measuring unit is further provided, the resonance frequency of the ultrasonic horn can be easily measured.

請求項9に記載の発明によれば、超音波ホーンの振幅および共振周波数の状態を接合毎に記録することができるので、超音波ホーンの発振異常や、超音波ホーンの組み換え時の組み付け良否の判断に利用することができる。そして、超音波ホーンの発振状態の検出管理を行うことができ、接合品質を向上することができる。   According to the invention described in claim 9, since the state of the amplitude and the resonance frequency of the ultrasonic horn can be recorded for each joint, the oscillation abnormality of the ultrasonic horn and the assembly quality at the time of recombination of the ultrasonic horn are determined. Can be used for judgment. And the detection management of the oscillation state of an ultrasonic horn can be performed, and joining quality can be improved.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、実施の形態では、チップ部品としてバンプ付きの電子部品を基板に実装する場合を例にとって説明する。なお、チップ部品としては、その他に例えば、ICチップ、半導体チップ、光素子、表面実装部品、ウエハなどの種類や大きさに関係なく、基板と接合させる側の全ての形態を示す。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the embodiment, a case where an electronic component with a bump is mounted on a substrate as a chip component will be described as an example. In addition, as the chip component, for example, all forms on the side to be bonded to the substrate are shown regardless of the type and size of an IC chip, a semiconductor chip, an optical element, a surface mount component, a wafer, and the like.

また、基板としては、例えば、樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板などのチップ部品と接合される側の全ての形態を示す。   Moreover, as a board | substrate, all the forms of the side joined to chip components, such as a resin substrate, a glass substrate, a film substrate, are shown, for example.

図1は、実施の形態に係る超音波接合装置の正面図である。   FIG. 1 is a front view of an ultrasonic bonding apparatus according to an embodiment.

実施の形態の超音波接合装置100は、図1に示すように、基板1を吸着保持する基板ホルダ2を備えた可動テーブル3と、基台4の後部に立設された縦壁5に支持フレーム6を介して取り付けられ、先端でチップ部品7を吸着保持して基板1に実装(接合)する圧着ヘッド8を備えた圧着機構9と、基板ホルダ2に保持された基板1と圧着ヘッド8によって吸着保持されるチップ部品7の位置を認識するカメラ10と、CCDカメラ31と、これら可動テーブル3、圧着ヘッド8、圧着機構9、およびカメラ10などの駆動を制御する主制御部11などが備えられている。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic bonding apparatus 100 according to the embodiment is supported by a movable table 3 having a substrate holder 2 that holds the substrate 1 by suction, and a vertical wall 5 erected at the rear portion of the base 4. A crimping mechanism 9 that includes a crimping head 8 that is attached via the frame 6 and that is mounted (bonded) to the substrate 1 by sucking and holding the chip component 7 at the tip, and the substrate 1 and the crimping head 8 that are held by the substrate holder 2. A camera 10 for recognizing the position of the chip component 7 held by suction, a CCD camera 31, the movable table 3, the pressure-bonding head 8, the pressure-bonding mechanism 9, and the main control unit 11 that controls the drive of the camera 10. Is provided.

可動テーブル3は、図中左右と前後の水平2軸(X,Y)方向に移動自在に構成されている。また、可動テーブル3に備わった基板ホルダ2は、基板1が載置される表面部分に吸着孔21が形成されており、当該吸着孔21が図示しない真空ポンプと配管を介して接続されている。なお、実施の形態では、基板ホルダ2における基板1の保持を吸着式にしているが、吸着式に限らず、可動ツメを使った機械式保持、静電気を使った静電吸着、磁石を使った磁気吸着など、任意の保持構造を用いることができる。   The movable table 3 is configured to be movable in two horizontal (X, Y) directions in the left and right and front and rear directions in the figure. Further, the substrate holder 2 provided in the movable table 3 has a suction hole 21 formed in the surface portion on which the substrate 1 is placed, and the suction hole 21 is connected to a vacuum pump (not shown) via a pipe. . In the embodiment, the holding of the substrate 1 in the substrate holder 2 is an adsorption type. However, the holding method is not limited to the adsorption type. Any holding structure such as magnetic adsorption can be used.

圧着機構9は、支持フレーム6に固定されたシリンダ12と、シリンダ12の垂直下方に向けられたロッド13に連結されたヘッド本体14と、ヘッド本体14の下方先端に設けられた圧着ヘッド8とから構成されている。つまり、シリンダ12の伸縮動作に連動して圧着ヘッド8が昇降するように構成されている。   The crimping mechanism 9 includes a cylinder 12 fixed to the support frame 6, a head main body 14 connected to a rod 13 directed vertically downward of the cylinder 12, and a crimping head 8 provided at a lower end of the head main body 14. It is composed of That is, the pressure bonding head 8 is configured to move up and down in conjunction with the expansion and contraction operation of the cylinder 12.

カメラ10は、水平2軸(X,Y)方向および上下(Z)方向に移動可能である。また、圧着ヘッド8側に向かって進退する鏡筒23を備えている。また、カメラ10をX軸方向に前進させ、ホーン35の吸着部材に吸着保持されたチップ部品7と基板1の間に位置させる。その状態でチップ部品7と基板1の位置を認識および観察し、観察結果を主制御部11に送信するようになっている。なお、両部材の位置および観察する手段としては、カメラ以外に、例えば、赤外線カメラ、センサなどの種類に関係なく基板1とチップ部品7の位置を認識できる全ての形態が適用できる。   The camera 10 is movable in two horizontal axes (X, Y) and up and down (Z). In addition, a lens barrel 23 is provided that moves forward and backward toward the crimping head 8 side. Further, the camera 10 is moved forward in the X-axis direction, and is positioned between the chip component 7 held by the suction member of the horn 35 and the substrate 1. In this state, the positions of the chip component 7 and the substrate 1 are recognized and observed, and the observation result is transmitted to the main control unit 11. As the position of both members and the means for observing, all forms that can recognize the positions of the substrate 1 and the chip component 7 can be applied in addition to the camera, for example, regardless of the type of infrared camera, sensor, or the like.

主制御部11は、操作部24から設定入力された接合対象の基板1およびチップ部品7の種類に応じた接合条件を図示しないパターンテーブルから選択し、選択したパターンを振幅制御部25に送信する。また主制御部11は、可動テーブル3、シリンダ12、カメラ10などの駆動も操作部24から設定入力された情報に基づいて統括的に制御している。また、CCDカメラ31で撮像した画像データが画像処理部37に入力されており、画像処理部37で処理されたホーン35の振幅と共振周波数のデータが主制御部11に送信されるようになっている。画像処理部37には、画像データを確認するモニター38が接続されている。画像処理部37は、CCDカメラ31で撮像した画像データの濃淡を検出する濃淡検出部39と、濃淡の変化にもとずき濃部と淡部との距離を計算する距離測定部40と、濃部と淡部との距離から超音波ホーンの振幅を測定する振幅測定部41と、前記濃淡検出部39で検出された濃部を抽出し超音波ホーンの共振周波数を測定する共振周波数測定部42とから構成されている。   The main control unit 11 selects a bonding condition according to the types of the substrate 1 and the chip component 7 to be bonded set and input from the operation unit 24 from a pattern table (not shown), and transmits the selected pattern to the amplitude control unit 25. . The main control unit 11 also comprehensively controls driving of the movable table 3, the cylinder 12, the camera 10, and the like based on information set and input from the operation unit 24. Further, image data picked up by the CCD camera 31 is input to the image processing unit 37, and data of the amplitude and resonance frequency of the horn 35 processed by the image processing unit 37 is transmitted to the main control unit 11. ing. A monitor 38 for confirming image data is connected to the image processing unit 37. The image processing unit 37 includes a density detecting unit 39 that detects the density of image data captured by the CCD camera 31, a distance measuring unit 40 that calculates the distance between the dark part and the light part based on the change in density, An amplitude measuring unit 41 that measures the amplitude of the ultrasonic horn from the distance between the dark portion and the light portion, and a resonance frequency measuring portion that extracts the dark portion detected by the light and shade detecting portion 39 and measures the resonance frequency of the ultrasonic horn. 42.

図2は圧着ヘッド8に搭載されている超音波ホーンユニット30の構成と本発明におけるCCDカメラ31の取り付け位置の関係を示す。   FIG. 2 shows the relationship between the configuration of the ultrasonic horn unit 30 mounted on the crimping head 8 and the mounting position of the CCD camera 31 in the present invention.

超音波ホーンユニット30では、振動子32から発振された超音波振動が、中間ブースタ33で整流され、ソリッドブースタ34で増減された後、振動子32と同一固有振動数を持つように設計されたホーン35へ伝達し、共振振動を起こすようになている。   The ultrasonic horn unit 30 is designed to have the same natural frequency as that of the vibrator 32 after the ultrasonic vibration oscillated from the vibrator 32 is rectified by the intermediate booster 33 and increased or decreased by the solid booster 34. Transmission to the horn 35 causes resonance vibration.

ホーン35は、両端に設けたソリッドブースタ34が両端を保持し、ホルダー取り付けベース36を介して圧着ヘッド8へ取り付けられている。   The horn 35 is attached to the crimping head 8 via a holder mounting base 36 with solid boosters 34 provided at both ends holding the both ends.

本実施の形態では、CCDカメラ31は、ホーン35の一端を拡大もしくは等倍撮影が可能なように超音波接合装置100のY方向手前側に配置している。CCDカメラ31によるホーン35の観測点Xを図2に示す。   In the present embodiment, the CCD camera 31 is disposed on the front side in the Y direction of the ultrasonic bonding apparatus 100 so that one end of the horn 35 can be enlarged or photographed at the same magnification. An observation point X of the horn 35 by the CCD camera 31 is shown in FIG.

図3は、本発明における振幅測定の基本概念図である。   FIG. 3 is a basic conceptual diagram of amplitude measurement in the present invention.

振動子32が発振せずホーン35が共振していない状態では、ホーン35は基準位置Aで停止している。   When the vibrator 32 does not oscillate and the horn 35 does not resonate, the horn 35 stops at the reference position A.

振動子32が発振しホーン35が共振振動している状態では、ホーン35はX軸の+方向に振幅移動を行い振幅端Bに達し、基準位置Aを経由してX軸−方向へ振幅移動を行い振幅端Cに達し、再び基準位置Aへ移動する繰り返し動作を行う。その際、図2に示す観測点Xを拡大倍率を持つCCDカメラ31を近接させて、その映像を取り込むと、1サイクルで2回通過する基準位置Aでは濃く、X軸+方向の振幅端Bおよび、−方向の振幅端Cでは薄く映る。このように、振幅状態の画像の変化(濃淡の変化)を画像処理部37の濃淡検出部39によって検出する。   In a state where the vibrator 32 oscillates and the horn 35 is resonantly oscillated, the horn 35 moves in the positive direction of the X axis, reaches the amplitude end B, and moves in the X direction through the reference position A. Is repeated, reaching the amplitude end C, and moving to the reference position A again. At this time, when the CCD camera 31 having an enlargement magnification is brought close to the observation point X shown in FIG. 2 and the image is taken in, the reference point A that passes twice in one cycle is dark, and the amplitude end B in the X axis + direction. And, it appears thin at the amplitude end C in the negative direction. In this way, a change in the image in the amplitude state (change in light and shade) is detected by the light and shade detection unit 39 of the image processing unit 37.

CCDカメラ31は、特殊な機能を有する必要はなく、一般的に入手可能なシャッター速度1/1000あるいは1/2000のもので十分である(シャッター速度1/1000の場合、1回のシャッター開閉で、20〜60回の振幅画像が取り込める)。   The CCD camera 31 does not need to have a special function, and a generally available shutter speed of 1/1000 or 1/2000 is sufficient (if the shutter speed is 1/1000, the shutter can be opened and closed once. 20 to 60 amplitude images can be captured).

本発明では、この濃淡を利用してホーン35の振幅量を測定している。   In the present invention, the amount of amplitude of the horn 35 is measured using this shading.

図4は、図3の基本概念によって取り込んだ画像を基に、その濃淡の変化を濃淡検出部39の処理を行いグラフ表示したものである。横軸に振幅量、縦軸に濃淡度を示している。   FIG. 4 is a graph in which the change in shading is processed by the shading detection unit 39 based on the image captured by the basic concept of FIG. The horizontal axis indicates the amplitude, and the vertical axis indicates the intensity.

基準位置Aでは、一番濃く、X軸+方向の振幅端Bおよび、−方向の振幅端Cでは薄くなる。その濃淡を画像処理によってグラフ化し、基準位置Aから振幅端B、Cの片振幅量を計算し、+方向の片振幅量と−方向の片振幅量の和によって、ホーン35自体の振幅量を計算する。このように、振幅状態の画像の濃部と淡部との距離を距離測定部40によって測定する。   At the reference position A, it is darkest, and at the amplitude end B in the X axis + direction and at the amplitude end C in the-direction, it is lighter. The shading is graphed by image processing, the half amplitude amount at the amplitude ends B and C is calculated from the reference position A, and the amplitude amount of the horn 35 itself is calculated by the sum of the plus direction half amplitude amount and the minus direction half amplitude amount. calculate. Thus, the distance measurement unit 40 measures the distance between the dark portion and the light portion of the image in the amplitude state.

淡部の判定には、個別に設定可能な、しきい値を設けることによって画像処理の際の背景の誤差、CCDカメラ31の画像取り込み誤差を考慮している。   The determination of the light portion takes into account the background error during image processing and the image capturing error of the CCD camera 31 by providing a threshold that can be set individually.

また、この振幅量の測定は、自動計算で算出するのが望ましいが、取り込み画像自体をモニター38に表示させ、操作者の目視によってマウス等を用いての淡部を指定することによってもその振幅量を計算することができる。また、図4のグラフをモニター38に表示させ、操作者の目視によって同様の操作を行い、振幅量を計算することも可能である。   In addition, the measurement of the amplitude amount is preferably calculated by automatic calculation. However, the amplitude is also displayed by displaying the captured image itself on the monitor 38 and designating a light portion using a mouse or the like by visual observation of the operator. The amount can be calculated. It is also possible to display the graph of FIG. 4 on the monitor 38 and perform the same operation visually by the operator to calculate the amplitude amount.

図5は、手動での測定方法の一例を示す図である。図5(a)は、濃淡変化を濃淡検出部39の処理によってモニター38にグラフ化し、そのグラフ上の曲線を操作者がマウス等でデジタイズすることによって、その位置を確定させ、そのデジタイズした位置をもとに振幅測定を行うことを示している。このように、振幅状態の画像の濃淡の変化を手動操作によって判定し、振幅測定している。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a manual measurement method. FIG. 5 (a) is a graph showing the change in shading on the monitor 38 by the processing of the shading detection unit 39. The operator digitizes the curve on the graph with a mouse or the like, thereby determining the position, and the digitized position. It shows that amplitude measurement is performed based on this. In this way, the change in the shade of the image in the amplitude state is determined by manual operation, and the amplitude is measured.

図5(b)は、濃淡変化を濃淡検出部39によって強調処理を行い、その画像に対して操作者がマウス等でデジタイズすることによって、その位置を確定させ、そのデジタイズした位置をもとに振幅測定を行うことを示している。   In FIG. 5B, the change in shading is emphasized by the shading detection unit 39, and the operator digitizes the image with a mouse or the like to determine the position, and based on the digitized position. It shows that amplitude measurement is performed.

また、手動での淡部の決定に際し、ホーン35の端部近傍にホーン35と同一処理された構造物を固定配置してより淡部を明瞭にすることも本発明を実施する上で有効な手段である。この濃淡の変化を手動で強調する方法は濃淡検出部39で濃淡変化を明瞭にし、処理速度を向上させる効果もある。   Further, in manually determining the light part, it is also effective in carrying out the present invention that the light part is made clear by fixing and arranging a structure that is processed in the same manner as the horn 35 in the vicinity of the end of the horn 35. Means. This method of manually emphasizing the change in shading also has the effect of clarifying the shading change in the shading detector 39 and improving the processing speed.

図6は、図3〜図5の示された測定方法によって得られた情報をもとに、基準位置Aを自動計算し、あらかじめ設定した設定時間内に基準位置Aの濃部のピークの数をもとに共振周波数を求める際の概念図である。   6 automatically calculates the reference position A based on the information obtained by the measurement method shown in FIGS. 3 to 5, and the number of dark peaks at the reference position A within a preset set time. It is a conceptual diagram at the time of calculating | requiring the resonant frequency based on this.

設定した時間内に、基準位置Aを示す濃部数をカウントし、その数をもとに共振周波数を自動計算する。本実施の形態では、設定時間(T)にN(4個)の濃部があり、周波数はf=(N/2)/T Hzとなる。このように、振幅状態の画像の濃部のみを自動処理によって抽出することにより共振周波数を測定することができる。   Within the set time, the number of dark portions indicating the reference position A is counted, and the resonance frequency is automatically calculated based on the number. In the present embodiment, there are N (four) dark portions in the set time (T), and the frequency is f = (N / 2) / T Hz. In this way, the resonance frequency can be measured by extracting only the dark portion of the image in the amplitude state by automatic processing.

以上、説明したように、超音波ホーンの振幅を撮像する拡大倍率または等倍率を備えたCCDカメラと、前記CCDカメラによって撮像された画像の濃淡の変化を検出する濃淡検出部と、濃淡の変化にもとずき濃部と淡部との距離を計算する距離測定処理部と、濃部と淡部との距離から超音波ホーンの振幅を測定する振幅測定部とを備えたので、レーザドップラー計を用いないで、超音波ホーンの振幅を簡易に測定することができる。   As described above, a CCD camera having an enlargement magnification or an equal magnification for imaging the amplitude of an ultrasonic horn, a light / dark detection unit for detecting a light / dark change in an image captured by the CCD camera, and a light / dark change The laser Doppler has a distance measurement processing unit that calculates the distance between the dark part and the light part and an amplitude measurement part that measures the amplitude of the ultrasonic horn from the distance between the dark part and the light part. Without using a meter, the amplitude of the ultrasonic horn can be easily measured.

実施の形態に係る超音波接合装置の全体を示す正面図である。It is a front view which shows the whole ultrasonic bonding apparatus which concerns on embodiment. ホーンの要部構成を示す正面図である。It is a front view which shows the principal part structure of a horn. ホーンの共振時の映像を説明する図である。It is a figure explaining the image | video at the time of resonance of a horn. ホーンの振幅量を説明する図である。It is a figure explaining the amplitude amount of a horn. 手動での振幅量の測定方法を説明する図である。It is a figure explaining the measuring method of the amount of amplitudes manually. 共振周波数の測定方法を説明する図である。It is a figure explaining the measuring method of a resonant frequency.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 基板ホルダ
3 可動テーブル
4 基台
5 縦壁
6 支持フレーム
7 チップ部品
8 圧着ヘッド
9 圧着機構
10 カメラ
11 主制御部
12 シリンダ
13 ロッド
14 ヘッド本体
21 吸着孔
23 鏡筒
24 操作部
25 振幅制御部
30 超音波ホーンユニット
31 CCDカメラ
32 振動子
33 ブースタ
34 ソリッドブースタ
35 ホーン
36 ベース
37 画像処理部
38 モニター
39 濃淡検出部
40 距離測定部
41 振幅測定部
42 共振周波数測定部
100 超音波接合装置
X 観測点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Board | substrate 2 Board | substrate holder 3 Movable table 4 Base 5 Vertical wall 6 Support frame 7 Chip component 8 Crimp head 9 Crimp mechanism 10 Camera 11 Main control part 12 Cylinder 13 Rod 14 Head main body 21 Suction hole 23 Lens barrel 24 Operation part 25 Amplitude Control unit 30 Ultrasonic horn unit 31 CCD camera 32 Vibrator 33 Booster 34 Solid booster 35 Horn 36 Base 37 Image processing unit 38 Monitor 39 Shading detection unit 40 Distance measurement unit 41 Amplitude measurement unit 42 Resonance frequency measurement unit 100 Ultrasonic bonding device X observation point

Claims (9)

超音波ホーンの振幅を拡大倍率を備えたCCDカメラによって撮像もしくは、等倍率を備えたCCDカメラによって撮像後、画像処理によって拡大し、そのときに得られる振幅状態の画像を利用することによって超音波ホーンの振幅および共振周波数を測定する方法であって、
前記振幅状態の画像の濃淡の変化を画像処理によって検出するステップと、
前記振幅状態の画像の濃部と淡部との距離を自動処理によって測定するステップと、
前記測定されたデータから超音波ホーンの振幅を測定するステップと、
からなる超音波ホーンの振幅を測定する方法。
The ultrasonic horn is picked up by a CCD camera having an enlargement magnification, or is picked up by a CCD camera having an equal magnification and then enlarged by image processing, and an ultrasonic wave is obtained by using an image in the amplitude state obtained at that time. A method for measuring the amplitude and resonant frequency of a horn, comprising:
Detecting a change in shading of the image in the amplitude state by image processing;
Measuring the distance between the dark and light portions of the image in the amplitude state by automatic processing;
Measuring the amplitude of an ultrasonic horn from the measured data;
A method for measuring the amplitude of an ultrasonic horn comprising:
請求項1に記載の発明において、前記振幅状態の画像の濃部のみを自動処理によって抽出するステップを含む超音波ホーンの共振周波数を測定する方法。 2. The method according to claim 1, wherein the resonance frequency of the ultrasonic horn includes a step of extracting only a dark portion of the image in the amplitude state by automatic processing. 請求項1に記載の発明において、前記振幅状態の画像の濃淡の変化を手動操作によって判定するステップを含む超音波ホーンの振幅を測定する方法。 The method of measuring the amplitude of an ultrasonic horn according to claim 1, comprising a step of determining a change in shading of the image in the amplitude state by a manual operation. 請求項3に記載の発明において、前記振幅状態の画像の濃淡の変化を手動操作によって強調させるステップを含む超音波ホーンの振幅を測定する方法。 4. The method of measuring an amplitude of an ultrasonic horn according to claim 3, further comprising the step of manually highlighting a change in shading of the image in the amplitude state. 請求項3に記載の発明において、前記振幅状態の画像をもとに濃淡の変化を示すグラフを表示手段に表示させるステップを含む超音波ホーンの振幅を測定する方法。 4. The method of measuring an amplitude of an ultrasonic horn according to claim 3, further comprising a step of causing a display means to display a graph showing a change in shading based on the amplitude state image. 請求項1に記載の発明において、超音波ホーンと同色に濃部処理された構造物を超音波ホーンの近傍に固定配置し前記振幅状態の画像の淡部を強調するステップを含む超音波ホーンの振幅を測定する方法。 In the invention according to claim 1, there is provided an ultrasonic horn including a step of emphasizing a light portion of an image in the amplitude state by fixing and arranging a structure that has been darkly processed in the same color as the ultrasonic horn in the vicinity of the ultrasonic horn. A method of measuring amplitude. 超音波ホーンの振幅を撮像する拡大倍率または等倍率を備えたCCDカメラと、
前記CCDカメラによって撮像された画像の濃淡の変化を検出する濃淡検出部と、
前記濃淡検出部で検出された濃淡の変化にもとずき濃部と淡部との距離を計算する距離測定部と、
前記距離測定部によって計算された濃部と淡部との距離から超音波ホーンの振幅を測定する振幅測定部と、
を備えた超音波ホーンの振幅測定機器。
A CCD camera with an enlargement magnification or equal magnification for imaging the amplitude of an ultrasonic horn;
A light and shade detecting unit for detecting a change in light and shade of an image captured by the CCD camera;
A distance measuring unit that calculates the distance between the dark part and the light part based on the change in light and shade detected by the light and shade detecting part,
An amplitude measurement unit for measuring the amplitude of the ultrasonic horn from the distance between the dark part and the light part calculated by the distance measurement unit;
Ultrasonic horn amplitude measuring instrument equipped with.
請求項7に記載の発明において、
前記濃淡検出部で検出された濃部を抽出し超音波ホーンの共振周波数を測定する共振周波数測定部を備えた超音波ホーンの周波数測定機器。
In the invention of claim 7,
An ultrasonic horn frequency measuring device including a resonance frequency measuring unit that extracts a dark portion detected by the light and shade detecting unit and measures a resonance frequency of the ultrasonic horn.
請求項7または請求項8に記載の発明が搭載された超音波接合装置。 An ultrasonic bonding apparatus on which the invention according to claim 7 or 8 is mounted.
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