JP2010034437A - Ball forming apparatus in wire bonder - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば半導体デバイスの組み立て工程において、半導体チップ上の電極(ボンディングパッド)と、前記半導体チップが搭載されるパッケージ基板の端子(ボンディングリード)とをワイヤを用いて電気的に接続するワイヤボンダーにおいて利用され、特にキャピラリの先端におけるワイヤの端部にイニシャルボールを形成する場合のボール形成装置に関する。 The present invention provides a wire for electrically connecting an electrode (bonding pad) on a semiconductor chip and a terminal (bonding lead) of a package substrate on which the semiconductor chip is mounted, for example, in a semiconductor device assembly process. The present invention relates to a ball forming apparatus that is used in a bonder and forms an initial ball at the end of a wire at the tip of a capillary.
半導体チップ上のボンディングパッドと、パッケージ基板のボンディングリードとの間を接続するワイヤ(金属細線)は、一般的に30μmもしくはそれ以下の線径を有する金線が用いられている。そして、前記ワイヤをボンディングパッド上にボンディングするにあたっては、ボンディングツールとしてのキャピラリに挿通された前記ワイヤの先端部をボール状に形成させるステップが実行される。 Generally, a gold wire having a wire diameter of 30 μm or less is used as a wire (metal thin wire) for connecting a bonding pad on a semiconductor chip and a bonding lead of a package substrate. Then, when bonding the wire on the bonding pad, a step of forming the tip of the wire inserted into a capillary as a bonding tool into a ball shape is executed.
前記ワイヤの先端部に形成させるボールは、イニシャルボールとも呼ばれている。このイニシャルボールはワイヤの先端部に対向して設けられた放電電極(トーチロッド)と、前記ワイヤとの間に高電圧を印加することで両者間に放電を起こし、その放電エネルギーによりワイヤの先端部を溶融し、ボール状に形成するようになされる。そして、このボールの直径は好ましくはワイヤの線径の2倍程度に成形される。 The ball formed at the tip of the wire is also called an initial ball. This initial ball causes a discharge between the discharge electrode (torch rod) provided opposite to the tip of the wire and a high voltage between the wires, and the discharge energy causes the tip of the wire. The part is melted and formed into a ball shape. The diameter of the ball is preferably formed to be about twice the wire diameter.
図1は、前記したイニシャルボールを形成する様子を模式的に示したものである。すなわち、図1における符号1はボンディングツールとしてのキャピラリの先端部を断面図で示したものであり、このキャピラリ1には前記ワイヤ2が挿通されて、その端部がキャピラリ1より突出した状態になされている。一方、キャピラリ1より突出したワイヤ2の先端部に対峙するようにして、例えばタングステン等の素材により構成されたトーチロッド3が配置されており、このトーチロッド3と前記ワイヤ2との間には、高圧電源4および放電制御用のスイッチ5が直列状態に接続されている。
FIG. 1 schematically shows how the initial ball is formed. That is,
図1に示す構成において、前記放電制御用のスイッチ5を図に示すようにオン状態に制御することで、前記ワイヤ2の先端部とトーチロッド3との間に形成されたギャップ間に高電圧が印加され、これにより両者間には放電によるスパークが発生する。このスパークにより発生する熱によりキャピラリ1より突出したワイヤ2の先端部は瞬時に溶融され、図2に示したようにキャピラリ1の先端部にイニシャルボール2Bが形成される。
In the configuration shown in FIG. 1, a high voltage is generated between the gap formed between the tip of the
図2は、前記のようにしてイニシャルボール2Bが形成された後においてなされるボンディングステップの一部を説明するものである。ボンディングテーブル6上にはパッケージ基板7が載置され、さらにパッケージ基板7上には半導体(LSI)チップ8が搭載されて位置決めされている。ここで、半導体チップ8上に形成されたボンディングパッド9とパッケージ基板7上のボンディングリード(符号は同じく7で示す)とを前記ワイヤ2で接続する工程は2段階に分けて行なわれる。
FIG. 2 illustrates a part of the bonding step performed after the initial ball 2B is formed as described above. A
まず、第1ボンディング点としての半導体チップ8上のボンディングパッド9の上に、前記したイニシャルボール2Bを先端部に保持するキャピラリ1が降下して、ボール2Bをボンディングパッド9に押し付ける。この状態で、ボール2B部分を加熱しつつ超音波エネルギーを加えることでボンディングパッド9に対してワイヤ2を接続する第1段階の接合工程が実行される。
First, on the
そして、図2には示されていないが、所定のループコントロールにしたがってキャピラリ1を上昇させると共に、前記ボンディングテーブル6を水平方向に移動し、キャピラリ1を第2ボンディング点としてのパッケージ基板7上のボンディングリード上に位置させる。なお、前記したボンディングテーブル6の水平移動の過程において、キャピラリ1からは順次ワイヤ2が繰り出される。
Although not shown in FIG. 2, the
続いて、キャピラリ1は再び降下して、キャピラリ1に挿通されたワイヤ2の一部をボンディングリード7上に押し付け、この状態で超音波エネルギーを加えることで、ボンディングリード7にワイヤ2を接続する第2段階の接合工程が終了する。続いて、キャピラリ1が上昇する過程で、図示せぬワイヤクランパが動作してキャピラリ1からのワイヤ2の繰り出しを停止させることで前記ワイヤ2は切断され、一回のボンディング工程が終了する。そして、以上の動作は半導体チップ8上の他のボンディングパッド9と、パッケージ基板上の他のボンディングリード7との接続にも同様に実行される。
Subsequently, the
前記したようにワイヤの先端部にイニシャルボールを形成させるにあたっては、ボールの大きさにばらつきを起こさせることなく常に同形状のボールを安定して形成させることが重要である。これを実現させるために、放電開始時にはワイヤの先端部とトーチロッドの間に印加する印加電圧を定電圧駆動し、放電開始後においては放電電流を定電流駆動するように切り換えることで、ボール形成の安定性を向上させたボール形成装置が次に示す特許文献1に示されている。
ところで、前記した特許文献1に示されたボール形成装置によると、ワイヤの先端部とトーチロッドとの間において放電を開始させる場合において、両者の放電ギャップに定電圧を加えるための電圧帰還回路が形成されている。この帰還回路を形成するために、昇圧トランスの二次側出力電圧を分圧抵抗により分圧し、その分圧出力を帰還信号として利用するように構成されている。
By the way, according to the ball forming apparatus shown in
前記した構成によると、放電開始前における昇圧トランスの二次側出力、すなわち放電ギャップに加わる電圧が定電圧駆動されるために、何らかの要因で二次側がショートされた場合には、定電圧駆動が災いして過大な電流が流れ、これにより回路およびこれに付帯する素子等にダメージを与えるという問題が発生する。 According to the configuration described above, the secondary side output of the step-up transformer before the start of discharge, that is, the voltage applied to the discharge gap is driven at a constant voltage, so if the secondary side is short-circuited for some reason, the constant voltage drive is performed. An excessive current flows due to a disaster, which causes a problem of damaging the circuit and its associated elements.
また、昇圧トランスの二次側出力電圧を分圧抵抗により分圧し、その分圧出力を帰還信号として利用するために、分圧した電圧ラインに大量の放電ノイズが重畳し、これが言わばアンテナのような役割を果たして、周辺回路等にレベルの高いノイズをまき散らすという問題が生ずる。 Also, in order to divide the secondary output voltage of the step-up transformer with a voltage dividing resistor and use the divided output as a feedback signal, a large amount of discharge noise is superimposed on the divided voltage line, which is like an antenna. This causes a problem that high-level noise is scattered in peripheral circuits and the like.
さらに、昇圧トランスの二次側出力電圧を抵抗分割するために、必ず基準電位点(回路上のグランド)を設定して帰還電圧を取り出す必要があり、昇圧トランスの二次側をフローティングにすることができない。換言すれば帰還電圧を取り出すための回路上のグランドと、放電ギャップを含むループのグランドがそれぞれ形成されるため、帰還電圧ラインはなおさら放電ノイズを拾うことになり、この種のワイヤーボンダーにおける放電ノイズの対策は重要な課題となる。 Furthermore, in order to resistively divide the secondary output voltage of the step-up transformer, it is necessary to set a reference potential point (ground on the circuit) to extract the feedback voltage, and to make the secondary side of the step-up transformer floating. I can't. In other words, since the ground on the circuit for extracting the feedback voltage and the ground of the loop including the discharge gap are respectively formed, the feedback voltage line still picks up the discharge noise, and the discharge noise in this kind of wire bonder. This is an important issue.
一方、前記した特許文献1に示されたボール形成装置においては、定電圧駆動により放電が開始された後においては、放電電流を定電流駆動するように切り換えるように成されるものの、前記した放電ノイズの影響をまともに受けて、定電流駆動に切り換える切り換えスイッチがいわゆるチャタリングを起こし、不安定な動作を引き起こしてイニシャルボールの形成に障害を与えるという問題も含んでいる。
On the other hand, in the ball forming apparatus disclosed in
この発明は、前記した従来のボール形成装置における前記した問題点を解消するためになされたものであり、放電ノイズの影響を大幅に低減させることができると共に、例えば放電を開始させる初期段階において、昇圧トランスの二次側にショートなどの障害が発生している場合においては、前記した定電圧駆動を自動的に避けて安全性を確保することができるワイヤボンダーにおけるボール形成装置を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems in the conventional ball forming apparatus described above, and can greatly reduce the influence of discharge noise. For example, in the initial stage of starting discharge, To provide a ball forming apparatus in a wire bonder capable of ensuring safety by automatically avoiding the above-described constant voltage driving when a failure such as a short circuit has occurred on the secondary side of a step-up transformer. It is to be an issue.
前記した課題を解決するためになされたこの発明にかかるワイヤボンダーにおけるボール形成装置の基本構成は、キャピラリから突出したワイヤの先端と放電電極との間に形成された放電ギャップに高電圧を印加することにより放電を起こし、放電エネルギーにより前記ワイヤの先端部分にボールを形成するワイヤボンダーにおけるボール形成装置であって、前記放電ギャップに加わる出力電圧を生成する昇圧トランスの二次側端子間に直列接続された抵抗素子と発光デバイス、前記発光デバイスによる光出力を伝達する光ファイバー、当該光ファイバーによる光信号を受ける受光デバイスからなる二次側電圧情報の伝達手段と、前記昇圧トランスの二次側端子間に前記放電ギャップを含むようにして直列接続された発光デバイス、前記発光デバイスによる光出力を伝達する光ファイバー、当該光ファイバーによる光信号を受ける受光デバイスからなる二次側電流情報の伝達手段と、前記二次側電圧情報の伝達手段を構成する受光デバイスの出力および前記二次側電流情報の伝達手段を構成する受光デバイスの出力をそれぞれ負帰還信号として利用して、前記昇圧トランスの一次側に加えるパルス電流値を制御する負帰還増幅器とが具備されている点に特徴を有する。 The basic configuration of the ball forming apparatus in the wire bonder according to the present invention made to solve the above-described problems is to apply a high voltage to the discharge gap formed between the tip of the wire protruding from the capillary and the discharge electrode. A ball forming device in a wire bonder that generates a discharge and forms a ball at the tip portion of the wire by discharge energy, and is connected in series between secondary terminals of a step-up transformer that generates an output voltage applied to the discharge gap Between the secondary side terminal of the step-up transformer, and the resistive element and the light emitting device, the optical fiber for transmitting the optical output from the light emitting device, the secondary voltage information transmission means comprising the light receiving device for receiving the optical signal from the optical fiber, and the step-up transformer Light emitting device connected in series so as to include the discharge gap, the light emission An optical fiber for transmitting an optical output by a vice, a secondary-side current information transmission means comprising a light-receiving device for receiving an optical signal from the optical fiber, an output of the light-receiving device constituting the secondary-side voltage information transmission means, and the secondary A negative feedback amplifier that controls a pulse current value applied to the primary side of the step-up transformer by using the output of the light receiving device constituting the side current information transmission means as a negative feedback signal. Have.
この場合、前記二次側電圧情報の伝達手段を前記負帰還増幅器の負帰還ループとして利用することで、放電開始電圧制御手段を構成すると共に、前記二次側電流情報の伝達手段を前記負帰還増幅器の負帰還ループとして利用することで、放電電流制御手段を構成を構成し、前記放電開始電圧制御手段の動作に基づいて、前記放電ギャップに所定値以上の放電電流が流れたことを、前記二次側電流情報の伝達手段を介して検出した場合に、前記放電開始電圧制御手段による制御動作から前記放電電流制御手段による制御動作に切り換える切り換え制御手段が具備された構成にされる。 In this case, the secondary voltage information transmission means is used as a negative feedback loop of the negative feedback amplifier to constitute a discharge start voltage control means, and the secondary current information transmission means is the negative feedback loop. By using the negative feedback loop of the amplifier to constitute a discharge current control means, and based on the operation of the discharge start voltage control means, a discharge current of a predetermined value or more flows in the discharge gap, A switching control means for switching from the control operation by the discharge start voltage control means to the control operation by the discharge current control means when detected via the secondary-side current information transmission means.
さらに、前記切り換え制御手段には、望ましくは前記二次側電流情報の伝達手段を構成する受光デバイスの出力を受ける積分回路と、当該積分回路からの出力レベルと所定の電圧値とを比較するコンパレータが具備され、前記コンパレータの反転出力により、前記切り換え制御手段における切り換え動作が実行されるように構成される。 Further, the switching control means preferably includes an integration circuit that receives the output of the light receiving device constituting the secondary current information transmission means, and a comparator that compares the output level from the integration circuit with a predetermined voltage value. And the switching operation in the switching control means is executed by the inverted output of the comparator.
そして、好ましい形態においては、前記切り換え制御手段には、前記昇圧トランスの二次側に高電圧を発生させる動作がなされる第1スイッチング手段および前記昇圧トランスの二次側に定電流を供給する動作がなされる第2スイッチング手段がさらに具備され、スタート信号を受けて第1状態から第2状態に変化する前記第1スイッチング手段の出力が前記負帰還増幅器の入力端子に与えられることで、前記放電開始電圧制御手段が動作し、前記コンパレータの反転出力を受けて、前記第1スイッチング手段が第2状態から第1状態に復帰すると共に、第2スイッチング手段が第1状態から第2状態に変化するように構成され、前記第2スイッチング手段の第2状態の出力が前記負帰還増幅器の入力端子に与えられることで、前記放電電流制御手段が動作するようになされる。 In a preferred embodiment, the switching control means includes a first switching means for generating a high voltage on the secondary side of the step-up transformer and an operation for supplying a constant current to the secondary side of the step-up transformer. A second switching means configured to perform the following operation, and an output of the first switching means that changes from a first state to a second state in response to a start signal is provided to an input terminal of the negative feedback amplifier, whereby the discharge The start voltage control means operates, receives the inverted output of the comparator, the first switching means returns from the second state to the first state, and the second switching means changes from the first state to the second state. The output of the second state of the second switching means is applied to the input terminal of the negative feedback amplifier, so that the discharge current Control means is made to operate.
さらに好ましくは、前記第1スイッチング手段の第2状態における出力レベルを調整して前記負帰還増幅器の入力端子に与える第1ポテンションメータと、前記第2スイッチング手段の第2状態における出力レベルを調整して前記負帰還増幅器の入力端子に与える第2ポテンションメータとが具備される。 More preferably, a first potentiometer that adjusts an output level in the second state of the first switching means and applies the input level to the input terminal of the negative feedback amplifier, and an output level in the second state of the second switching means is adjusted. And a second potentiometer provided to the input terminal of the negative feedback amplifier.
前記したワイヤボンダーにおけるボール形成装置によると、昇圧トランスの二次側端子間の電圧情報および二次側に流れる電流情報を、それぞれ発光デバイス、光ファイバー、受光デバイスからなる信号伝達手段を利用して帰還するように構成されているので、従来のように抵抗分割による分圧出力を帰還させる場合のように、放電ノイズが重畳された電圧ラインによるノイズの輻射を極端に低減させることができる。すなわちノイズの発生源である昇圧トランスの二次側からのアイソレーションを十分にとることが可能となる。 According to the ball forming apparatus in the wire bonder described above, the voltage information between the secondary terminals of the step-up transformer and the current information flowing in the secondary side are fed back using the signal transmission means including the light emitting device, the optical fiber, and the light receiving device, respectively. Thus, as in the case where the divided voltage output by resistance division is fed back as in the prior art, noise radiation due to the voltage line on which discharge noise is superimposed can be extremely reduced. That is, it is possible to sufficiently isolate the secondary side of the step-up transformer, which is a noise generation source.
また、抵抗分割による分圧出力を帰還させる従来のもののように、分圧出力の基準電位としてのグランドを昇圧トランスの二次側に設ける必要もないので、前記二次側をフローティング状態にすることが可能である。これにより、前記したアイソレーションの効果と共にこの種のワイヤボンダーにおける特有の高レベルのノイズの影響を相乗的に低減させることができる。 Also, unlike the conventional one that feeds back the divided voltage output by resistance division, it is not necessary to provide a ground as a reference potential of the divided voltage output on the secondary side of the step-up transformer, so that the secondary side is in a floating state. Is possible. Thereby, together with the effect of the isolation described above, it is possible to synergistically reduce the influence of the characteristic high level noise in this type of wire bonder.
さらに、二次側電圧情報の伝達手段として、昇圧トランスの二次側端子間に抵抗素子と発光デバイスによる直列回路が形成されているので、発光デバイスは昇圧トランスの二次側に発生する高電圧から保護されると共に、発光デバイスのスレッショルドレベル付近の動作を避けた直線領域において光変換動作がなされるように作用する。したがって、放電開始の初期段階においては、直線的な帰還動作による定電圧駆動がなされ、確実な放電開始動作を実現させることができる。 Further, as a means for transmitting the secondary side voltage information, a series circuit including a resistance element and a light emitting device is formed between the secondary side terminals of the step-up transformer. In addition, the light conversion operation is performed in a linear region that avoids the operation near the threshold level of the light emitting device. Accordingly, in the initial stage of the discharge start, constant voltage driving is performed by a linear feedback operation, and a reliable discharge start operation can be realized.
一方、昇圧トランスの二次側に例えばショートなどの障害が生じている場合には、二次側に流れる電流情報が同様に光ファイバーを介して帰還されるので、二次側出力は前記した定電圧駆動の作用により無理に昇圧されることはなく、装置の安全性を確保することができる。 On the other hand, when a fault such as a short circuit has occurred on the secondary side of the step-up transformer, the current information flowing on the secondary side is similarly fed back through the optical fiber, so the secondary side output is the constant voltage described above. It is not forcibly boosted by the action of driving, and the safety of the device can be ensured.
以下、この発明にかかるボール形成装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図3はその全体構成をブロック図によって示したものであり、符号11はスタート信号の入力端子を示している。すなわち、この実施の形態においては前記スタート信号が入力される度に、回路が起動してスパークにより1つのイニシャルボールを形成させるように動作する。 Hereinafter, a ball forming device according to the present invention will be described based on an embodiment shown in the drawings. FIG. 3 is a block diagram showing the overall configuration, and reference numeral 11 indicates a start signal input terminal. In other words, in this embodiment, every time the start signal is input, the circuit is activated and operates to form one initial ball by spark.
符号12は第1スイッチング手段としてのモノマルチ(ワンショットマルチバイブレータ)を示しており、前記スタート信号はこのモノマルチ12のトリガー入力端子に入力されるように構成されている。前記モノマルチ12は周知のとおり、スタート信号を受けて第1状態から第2状態に変化(すなわち反転動作)する。その反転出力(第2状態の出力)はポテンションメータVR1に印加され、当該ポテンションメータVR1によりレベル調整された出力は、加算回路14を介して負帰還増幅器を構成するオペアンプOP1の非反転入力端子に供給されるように構成されている。
Reference numeral 12 denotes a mono-multi (one-shot multi-vibrator) as a first switching means, and the start signal is configured to be input to a trigger input terminal of the mono-multi 12. As is well known, the mono multi 12 changes from the first state to the second state (that is, inversion operation) in response to the start signal. The inverted output (output in the second state) is applied to the potentiometer VR1, and the output level-adjusted by the potentiometer VR1 is the non-inverted input of the operational amplifier OP1 constituting the negative feedback amplifier via the
前記オペアンプOP1の出力端子と反転入力端子との間には、帰還抵抗R1が接続されると共に、この反転入力端子には後述する受光デバイスとしてのフォトトランジスタからの帰還信号が印加されて、オペアンプOP1は非反転型の負帰還増幅器を構成している。前記オペアンプOP1の出力端子は符号TR1で示すパワーFETのゲートに接続されており、このパワーFETのソースは回路の基準電位点(グランド)に接続されている。 A feedback resistor R1 is connected between the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier OP1, and a feedback signal from a phototransistor as a light receiving device, which will be described later, is applied to the inverting input terminal. Constitutes a non-inverting negative feedback amplifier. The output terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the gate of the power FET denoted by reference numeral TR1, and the source of the power FET is connected to the reference potential point (ground) of the circuit.
一方、前記パワーFETのドレインは、昇圧トランス、すなわちステップアップ型パルストランスT1の一次側巻線における一端部に接続されている。また前記パルストランスT1の一次側巻線における他端部には、動作電源+Vccが供給されるように構成されている。 On the other hand, the drain of the power FET is connected to one end of the step-up transformer, that is, the primary winding of the step-up type pulse transformer T1. The other end of the primary winding of the pulse transformer T1 is configured to be supplied with an operating power supply + Vcc.
前記パルストランスT1の二次側端子間には、抵抗素子R2と発光デバイスとしてのLED(L1)の直列回路が接続されている。すなわち、前記LED(L1)は、後で詳細に説明するとおり、パルストランスT1の二次側の電圧に依存してその光出力が発生するように作用する。 Between the secondary terminals of the pulse transformer T1, a series circuit of a resistor R2 and an LED (L1) as a light emitting device is connected. That is, the LED (L1) acts so that its light output is generated depending on the voltage on the secondary side of the pulse transformer T1, as will be described in detail later.
そして、前記LEDによる光出力は、光ファイバー15に供給されるように構成されており、この光ファイバー15を介したLEDによる光出力は、受光デバイスとしてのフォトトランジスタPT1により受光されるように構成されている。 The light output from the LED is configured to be supplied to the optical fiber 15, and the light output from the LED through the optical fiber 15 is received by the phototransistor PT1 as a light receiving device. Yes.
前記フォトトランジスタPT1は、コレクタが動作電源+Vccに直結され、エミッタに接続された抵抗素子R3の他端がグランドに接続されてエミッタフォロアを構成している。そして、フォトトランジスタPT1のエミッタに一端が接続された帰還抵抗R4の他端は、前記オペアンプOP1の反転入力端子に接続されている。 In the phototransistor PT1, the collector is directly connected to the operating power supply + Vcc, and the other end of the resistance element R3 connected to the emitter is connected to the ground to form an emitter follower. The other end of the feedback resistor R4 having one end connected to the emitter of the phototransistor PT1 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1.
すなわち、前記LED(L1)、光ファイバー15、フォトトランジスタPT1は、パルストランスT1の二次側電圧情報の伝達手段を構成しており、この二次側電圧情報の伝達手段を、前記オペアンプOP1の負帰還ループとして利用することで、後でその作用を説明するとおり、放電開始電圧制御手段を構成している。 That is, the LED (L1), the optical fiber 15, and the phototransistor PT1 constitute secondary voltage information transmission means of the pulse transformer T1, and this secondary voltage information transmission means is used as the negative voltage of the operational amplifier OP1. By using it as a feedback loop, the discharge start voltage control means is configured as will be described later.
一方、前記パルストランスT1の二次側端子間には、図1に基づいて説明したキャピラリ1に挿通されたワイヤ2と、このワイヤ2の先端部に対峙するトーチロッド3からなる放電ギャップGAPを含むようにして、この放電ギャップGAPと直列に発光デバイスとしてのLED(L2)が接続されている。すなわち、前記LED(L2)は、後で詳細に説明するとおり、パルストランスT1の二次側に流れる電流に依存してその光出力を発生するように作用する。
On the other hand, between the secondary terminals of the pulse transformer T1, a discharge gap GAP comprising a
前記LED(L2)による光出力は、光ファイバー16に供給されるように構成されており、この光ファイバー16を介したLED(L2)による光出力は、受光デバイスとしてのフォトトランジスタPT2により受光されるように構成されている。 The light output from the LED (L2) is supplied to the optical fiber 16, and the light output from the LED (L2) via the optical fiber 16 is received by the phototransistor PT2 as a light receiving device. It is configured.
前記フォトトランジスタPT2は、コレクタが動作電源+Vccに直結され、エミッタに接続された抵抗素子R5の他端がグランドに接続されてエミッタフォロアを構成している。そして、フォトトランジスタPT2のエミッタに一端が接続された帰還抵抗R6の他端は、前記オペアンプOP1の反転入力端子に接続されている。 In the phototransistor PT2, the collector is directly connected to the operating power supply + Vcc, and the other end of the resistance element R5 connected to the emitter is connected to the ground to form an emitter follower. The other end of the feedback resistor R6 having one end connected to the emitter of the phototransistor PT2 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1.
すなわち、前記LED(L2)、光ファイバー16、フォトトランジスタPT2は、パルストランスT1の二次側電流情報の伝達手段を構成しており、この二次側電流情報の伝達手段を、前記オペアンプOP1の負帰還ループとして利用することで、後でその作用を説明するとおり、放電電流制御手段を構成している。 That is, the LED (L2), the optical fiber 16, and the phototransistor PT2 constitute secondary current information transmission means of the pulse transformer T1, and this secondary current information transmission means is used as the negative voltage of the operational amplifier OP1. By using it as a feedback loop, the discharge current control means is configured as will be described later.
前記二次側電流情報の伝達手段を構成するフォトトランジスタPT2のエミッタ出力は、抵抗素子R7とコンデンサC1からなる積分回路に供給されている。そして積分回路を介した直流成分は、コンパレータCP1の非反転入力端に供給されるように構成されている。またコンパレータCP1の反転入力端には、E1として示したロジック動作電源が基準電圧として供給されるように構成されている。 The emitter output of the phototransistor PT2 constituting the secondary side current information transmitting means is supplied to an integrating circuit comprising a resistor element R7 and a capacitor C1. The direct current component via the integration circuit is supplied to the non-inverting input terminal of the comparator CP1. Further, a logic operation power source indicated as E1 is supplied to the inverting input terminal of the comparator CP1 as a reference voltage.
すなわち、前記コンパレータCP1は前記基準電圧よりもレベルの高い直流出力が非反転入力端に供給された場合に出力を発生し、このコンパレータ出力は前記した第1スイッチング手段としてのモノマルチ12のリセット端子に供給されるように構成されている。また、前記コンパレータ出力は第2スイッチング手段としてのモノマルチ13に対して、トリガー入力として印加されるように構成されている。 That is, the comparator CP1 generates an output when a DC output having a level higher than the reference voltage is supplied to the non-inverting input terminal, and this comparator output is the reset terminal of the mono-multi 12 as the first switching means described above. It is comprised so that it may be supplied to. The comparator output is configured to be applied as a trigger input to the mono-multi 13 as the second switching means.
前記モノマルチ13は周知のとおり、すでに説明したモノマルチ12と同様にトリガー信号を受けて第1状態から第2状態に変化(すなわち反転動作)する。その反転出力(第2状態の出力)はポテンションメータVR2に印加され、当該ポテンションメータVR2によりレベル調整された出力は、加算回路14を介して負帰還増幅器を構成するオペアンプOP1の非反転入力端子に供給されるように構成されている。
As is well known, the mono multi 13 receives a trigger signal and changes from the first state to the second state (ie, inversion operation) in the same manner as the mono multi 12 already described. The inverted output (output in the second state) is applied to the potentiometer VR2, and the output whose level is adjusted by the potentiometer VR2 is supplied to the non-inverted input of the operational amplifier OP1 constituting the negative feedback amplifier via the
以上説明した図3に示す回路構成についての作用を、図4に示したタイミングチャートと共に説明する。図4に(a)〜(f)で示した各信号波形は、図3においてそれぞれ同一の符号で示した各部における動作波形に対応するものである。まず、図4(a)に示すスタート信号が入力端子11に入力されると、このスタート信号の立上がり動作を受けて、モノマルチ12は図4(b)に示すようにセット状態になされる。 The operation of the circuit configuration shown in FIG. 3 described above will be described together with the timing chart shown in FIG. The signal waveforms shown in FIGS. 4A to 4F correspond to the operation waveforms in the respective parts indicated by the same reference numerals in FIG. First, when the start signal shown in FIG. 4 (a) is input to the input terminal 11, in response to the rising operation of the start signal, the mono-multi 12 is set as shown in FIG. 4 (b).
前記したセット状態におけるモノマルチ12の出力は、第1のポテンションメータVR1および加算回路14を介して、前記したオペアンプOP1にオープン電圧として供給される。この時の電圧波形が図4(c)に示されている。すなわち、前記ポテンションメータVR1は、回路の起動初期においてオペアンプOP1に印加する前記オープン電圧を設定する機能を果たす。
The output of the mono-multi 12 in the set state is supplied as an open voltage to the operational amplifier OP1 through the first potentiometer VR1 and the
前記オペアンプOP1は、図4(c)に示す信号を受けて、パワーFET(TR1)のゲート電圧を制御し、パワーFETに瞬時に流す電流量、すなわちパルストランスT1の一次側巻線に供給される電流量が制御される。前記したパルス電流の入力により、パルストランスT1の二次側には昇圧電圧が発生する。この時の二次側端子間電圧は、一例として6KV程度になされる。 The operational amplifier OP1 receives the signal shown in FIG. 4C, controls the gate voltage of the power FET (TR1), and is supplied to the primary winding of the pulse transformer T1, that is, the amount of current that flows instantaneously to the power FET. The amount of current is controlled. By the input of the pulse current described above, a boosted voltage is generated on the secondary side of the pulse transformer T1. At this time, the voltage between the secondary terminals is, for example, about 6 KV.
パルストランスT1の二次側端子間には、前記したとおり抵抗素子R2とLED(L1)の直列回路が接続されており、この実施の形態においては前記抵抗素子R2として、数百KΩ程度のものが使用されている。それ故、前記LED(L1)には数十mA程度の電流が供給され、これによるLEDの光出力が光ファイバー15を介してフォトトランジスタPT1に伝達される。そして、フォトトランジスタPT1によるエミッタ出力は、帰還抵抗R4を介してオペアンプOP1に対する負帰還信号として供給される。 Between the secondary terminals of the pulse transformer T1, as described above, the series circuit of the resistor element R2 and the LED (L1) is connected. In this embodiment, the resistor element R2 has a resistance of about several hundreds KΩ. Is used. Therefore, a current of about several tens of mA is supplied to the LED (L1), and the light output of the LED is transmitted to the phototransistor PT1 via the optical fiber 15. The emitter output from the phototransistor PT1 is supplied as a negative feedback signal to the operational amplifier OP1 through the feedback resistor R4.
すなわち、前記した負帰還動作によりパルストランスT1の二次側に発生する初期電圧は、前記ポテンションメータVR1に設定したレベルに依存されることになる。この場合、パルストランスT1の二次側に接続されたLED(L1)は、抵抗値が高い抵抗素子R2と直列に接続されており、したがってLEDは定電流駆動され、直線的発光動作領域におかれると共にパルストランスT1の二次側に発生する高電圧から保護される。これにより、LEDのスレッショルドレベル付近の動作を避けた直線領域において光変換動作がなされるように作用する。 That is, the initial voltage generated on the secondary side of the pulse transformer T1 by the negative feedback operation described above depends on the level set in the potentiometer VR1. In this case, the LED (L1) connected to the secondary side of the pulse transformer T1 is connected in series with the resistance element R2 having a high resistance value. Therefore, the LED is driven with a constant current and is in a linear light emitting operation region. And is protected from a high voltage generated on the secondary side of the pulse transformer T1. Thus, the light conversion operation is performed in a linear region that avoids the operation near the threshold level of the LED.
したがって、放電開始の初期段階においては、トランスT1の二次側電圧は直線的な帰還動作による定電圧駆動がなされ、確実な放電開始動作を実現させることができる。すなわち、LED(L1)、光ファイバー15、フォトトランジスタPT1を含む二次側電圧情報の伝達手段を、前記オペアンプOP1の負帰還ループとして利用することで、前記した作用を呈する放電開始電圧制御手段を構成している。 Therefore, in the initial stage of the discharge start, the secondary side voltage of the transformer T1 is driven by a constant voltage by a linear feedback operation, and a reliable discharge start operation can be realized. That is, the secondary voltage information transmission means including the LED (L1), the optical fiber 15, and the phototransistor PT1 is used as a negative feedback loop of the operational amplifier OP1, thereby constituting a discharge start voltage control means that exhibits the above-described action. is doing.
前記した作用により放電ギャップGAPにおいて放電が開始されると、トランスT1の二次側に放電電流がLED(L2)を介して流れ、これによるLED(L2)の光出力が光ファイバー16を介してフォトトランジスタPT2に伝達される。そして、フォトトランジスタPT2によるエミッタ出力は、抵抗素子R7とコンデンサC1からなる積分回路を介してコンパレータCP1に供給される。 When discharge is started in the discharge gap GAP due to the above-described action, a discharge current flows to the secondary side of the transformer T1 through the LED (L2), and the light output of the LED (L2) due to this flows through the optical fiber 16 to the photo The signal is transmitted to the transistor PT2. The emitter output from the phototransistor PT2 is supplied to the comparator CP1 through an integrating circuit including the resistor element R7 and the capacitor C1.
前記コンパレータCP1に供給される電圧波形の様子を図4(d)に示している。前記放電ギャップGAPにおける放電開始直後においては、電流値が瞬時にして大幅に変化するノイズ成分が重畳された放電電流になるものの、前記積分回路はこれを除去し、図4(d)に示した直流成分をコンパレータCP1に供給するように作用する。これによりコンパレータCP1は図4(d)にVcfで示した電圧レベルにおいて反転動作する。したがって、前記した積分回路を備えることにより、前記Vcf付近でコンパレータCP1が反転および非反転を繰り返すような不安定な動作を避けることができる。 The state of the voltage waveform supplied to the comparator CP1 is shown in FIG. Immediately after the start of the discharge in the discharge gap GAP, a noise component whose current value changes greatly instantaneously becomes a discharge current superimposed, but the integration circuit removes this, and is shown in FIG. The DC component is supplied to the comparator CP1. As a result, the comparator CP1 inverts at the voltage level indicated by Vcf in FIG. Therefore, by providing the integration circuit described above, it is possible to avoid an unstable operation in which the comparator CP1 repeats inversion and non-inversion in the vicinity of the Vcf.
前記コンパレータCP1より得られる図4(e)に示す信号波形の立上がり電圧を受けて、モノマルチ12はリセットされ、またモノマルチ13はセット状態になされる。これによりモノマルチ12からの出力は断たれ、モノマルチ13からの図4(f)に示すセット出力が、第2のポテンションメータVR2および加算回路14を介して負帰還増幅器を構成するオペアンプOP1の非反転入力端子に供給される。
In response to the rising voltage of the signal waveform shown in FIG. 4E obtained from the comparator CP1, the mono-multi 12 is reset and the mono-multi 13 is set. As a result, the output from the mono-multi 12 is cut off, and the set output shown in FIG. 4 (f) from the mono-multi 13 is an operational amplifier OP1 constituting a negative feedback amplifier via the second potentiometer VR2 and the
これにより、前記オペアンプOP1の非反転入力端子には、前記ポテンションメータVR2で設定したレベルの電圧値が供給されることになる。この時、前記した放電ギャップGAPにおいて持続的に放電が開始されるので、トランスT1の二次側電圧は低下し、したがって、フォトトランジスタPT1のエミッタに生ずる信号電圧は低下する。 As a result, the voltage value of the level set by the potentiometer VR2 is supplied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1. At this time, since the discharge is continuously started in the above-described discharge gap GAP, the secondary side voltage of the transformer T1 is lowered, and thus the signal voltage generated at the emitter of the phototransistor PT1 is lowered.
これに代わって、フォトトランジスタPT2のエミッタに生ずる信号電圧、すなわちトランスT1の二次側電流に対応した信号電圧が、負帰還抵抗R6を介して前記オペアンプOP1に負帰還電圧として供給される。したがって、前記した負帰還ループは放電電流制御手段を構成することになり、この状態において放電ギャップGAPに流れる電流は、ポテンションメータVR2で設定した電圧値に依存して、定電流駆動されることになる。 Instead, a signal voltage generated at the emitter of the phototransistor PT2, that is, a signal voltage corresponding to the secondary current of the transformer T1, is supplied as a negative feedback voltage to the operational amplifier OP1 through the negative feedback resistor R6. Therefore, the negative feedback loop described above constitutes a discharge current control means, and the current flowing through the discharge gap GAP in this state is driven by a constant current depending on the voltage value set by the potentiometer VR2. become.
すなわち、前記したコンパレータCP1およびモノマルチ12および13の組み合わせは、前記した放電開始電圧制御手段による制御動作から、前記した放電電流制御手段による制御動作に切り換える切り換え制御手段を構成することになる。 That is, the combination of the comparator CP1 and the mono-multi 12 and 13 constitutes a switching control means for switching from the control operation by the discharge start voltage control means to the control operation by the discharge current control means.
そして、モノマルチ13において決められ時定数にしたがって、放電ギャップGAPに流れる電流は定電流駆動され、この定電流駆動される電流値とモノマルチ13において決められセット時間の積に対応した放電エネルギーにより、イニシャルボールが形成されることになる。 The current flowing through the discharge gap GAP is driven by a constant current according to the time constant determined in the monomulti 13 and is determined by the discharge energy corresponding to the product of the current value driven by the constant current and the set time determined in the monomulti 13. An initial ball is formed.
なお、前記した構成によると、例えば放電開始電圧の印加が開始される初期状態において、昇圧トランスの二次側に例えばショートなどの障害が生じた場合には、二次側に流れる電流情報が光ファイバー16を介して帰還され、これがオペアンプOP1の反転入力端子に供給される。したがって、二次側出力は初期段階の定電圧駆動の作用により無理に昇圧されることはなく、自動的に定電流駆動に切り換えられることになり、装置の安全性を確保することができる。 According to the above-described configuration, in the initial state where the application of the discharge start voltage is started, for example, when a failure such as a short circuit occurs on the secondary side of the step-up transformer, the current information flowing on the secondary side is changed to the optical fiber. 16 is fed back to the inverting input terminal of the operational amplifier OP1. Therefore, the secondary output is not forcibly boosted by the action of the constant voltage drive in the initial stage, but is automatically switched to the constant current drive, and the safety of the apparatus can be ensured.
そして、この発明に斯かるボール形成装置によると、昇圧トランスの二次側端子間の電圧情報および二次側に流れる電流情報を、それぞれ発光デバイス、光ファイバー、受光デバイスからなる信号伝達手段を利用して帰還するように構成されているので、ノイズの発生源である昇圧トランスの二次側からのアイソレーションを十分にとることができる。 According to the ball forming apparatus of the present invention, the voltage information between the secondary terminals of the step-up transformer and the current information flowing through the secondary side are respectively transmitted using the signal transmission means including the light emitting device, the optical fiber, and the light receiving device. Therefore, sufficient isolation can be obtained from the secondary side of the step-up transformer, which is the source of noise.
また前記した構成によると、例えば抵抗分割により二次側から帰還信号を得る必要もないので、抵抗分割による帰還信号を得るために基準電位点を二次側に設ける必要はなく、これにより高レベルのノイズの影響を相乗的に低減させることができるなど、前記した発明の効果の欄に記載した独自の作用効果をもたらすことができる。 In addition, according to the above-described configuration, it is not necessary to obtain a feedback signal from the secondary side by, for example, resistance division. Therefore, it is not necessary to provide a reference potential point on the secondary side in order to obtain a feedback signal by resistance division. The unique effects described in the column of the effect of the present invention can be brought about, for example, the influence of noise can be reduced synergistically.
1 キャピラリ
2 ワイヤ
2B イニシャルボール
3 トーチロッド(放電電極)
6 ボンディングテーブル
7 ボンディングリード
8 半導体チップ
9 ボンディングパッド
11 入力端子
12,13 モノマルチ(第1、第2スイッチング手段)
14 加算回路
15,16 光ファイバー
CP1 コンパレータ
GAP 放電ギャップ
L1,L2 LED(発光デバイス)
OP1 オペアンプ(負帰還増幅器)
PT1,PT2 フォトトランジスタ(受光デバイス)
T1 パルストランス(昇圧トランス)
VR1,VR2 ポテンションメータ
1
6 Bonding table 7
14 Adder circuit 15, 16 Optical fiber CP1 Comparator GAP Discharge gap L1, L2 LED (light emitting device)
OP1 operational amplifier (negative feedback amplifier)
PT1, PT2 Phototransistor (light receiving device)
T1 pulse transformer (step-up transformer)
VR1, VR2 Potentiometer
Claims (5)
前記放電ギャップに加わる出力電圧を生成する昇圧トランスの二次側端子間に直列接続された抵抗素子と発光デバイス、前記発光デバイスによる光出力を伝達する光ファイバー、当該光ファイバーによる光信号を受ける受光デバイスからなる二次側電圧情報の伝達手段と、
前記昇圧トランスの二次側端子間に前記放電ギャップを含むようにして直列接続された発光デバイス、前記発光デバイスによる光出力を伝達する光ファイバー、当該光ファイバーによる光信号を受ける受光デバイスからなる二次側電流情報の伝達手段と、
前記二次側電圧情報の伝達手段を構成する受光デバイスの出力および前記二次側電流情報の伝達手段を構成する受光デバイスの出力をそれぞれ負帰還信号として利用して、前記昇圧トランスの一次側に加えるパルス電流値を制御する負帰還増幅器と、
が具備されていることを特徴とするワイヤボンダーにおけるボール形成装置。 A ball forming apparatus in a wire bonder that causes a discharge by applying a high voltage to a discharge gap formed between a tip of a wire protruding from a capillary and a discharge electrode, and forms a ball on the tip of the wire by discharge energy Because
A resistor element and a light emitting device connected in series between secondary terminals of a step-up transformer that generates an output voltage applied to the discharge gap, an optical fiber that transmits light output from the light emitting device, and a light receiving device that receives an optical signal from the optical fiber Secondary voltage information transmission means
Secondary-side current information including a light-emitting device connected in series so as to include the discharge gap between the secondary-side terminals of the step-up transformer, an optical fiber that transmits light output from the light-emitting device, and a light-receiving device that receives an optical signal from the optical fiber A means of communication,
The output of the light receiving device constituting the secondary voltage information transmission means and the output of the light receiving device constituting the secondary current information transmission means are respectively used as negative feedback signals to the primary side of the step-up transformer. A negative feedback amplifier for controlling the applied pulse current value;
A ball forming apparatus for a wire bonder, comprising:
前記放電開始電圧制御手段の動作に基づいて、前記放電ギャップに所定値以上の放電電流が流れたことを、前記二次側電流情報の伝達手段を介して検出した場合に、前記放電開始電圧制御手段による制御動作から前記放電電流制御手段による制御動作に切り換える切り換え制御手段が具備されていることを特徴とする請求項1に記載されたワイヤボンダーにおけるボール形成装置。 The secondary voltage information transmission means is used as a negative feedback loop of the negative feedback amplifier to constitute a discharge start voltage control means, and the secondary current information transmission means is used as a negative feedback loop of the negative feedback amplifier. By using it as a feedback loop, it constitutes a discharge current control means,
Based on the operation of the discharge start voltage control means, the discharge start voltage control is performed when it is detected via the secondary side current information transmission means that a discharge current of a predetermined value or more has flowed in the discharge gap. 2. The ball forming apparatus for a wire bonder according to claim 1, further comprising switching control means for switching from a control operation by the means to a control operation by the discharge current control means.
スタート信号を受けて第1状態から第2状態に変化する前記第1スイッチング手段の出力が前記負帰還増幅器の入力端子に与えられることで、前記放電開始電圧制御手段が動作し、前記コンパレータの反転出力を受けて、前記第1スイッチング手段が第2状態から第1状態に復帰すると共に、第2スイッチング手段が第1状態から第2状態に変化するように構成され、前記第2スイッチング手段の第2状態の出力が前記負帰還増幅器の入力端子に与えられることで、前記放電電流制御手段が動作することを特徴とする請求項3に記載されたワイヤボンダーにおけるボール形成装置。 The switching control means includes a first switching means for generating a high voltage on the secondary side of the step-up transformer and a second switching means for supplying a constant current to the secondary side of the step-up transformer. Is further provided,
When the output of the first switching means that changes from the first state to the second state in response to the start signal is applied to the input terminal of the negative feedback amplifier, the discharge start voltage control means operates, and the inversion of the comparator In response to the output, the first switching means returns from the second state to the first state, and the second switching means changes from the first state to the second state. 4. The ball forming apparatus for a wire bonder according to claim 3, wherein the discharge current control means operates when a two-state output is applied to an input terminal of the negative feedback amplifier.
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