JP2648141B2 - サーボ制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はサーボ技術、特に、半導体装置の組立過程で
用いられるワイヤボンダのサーボ制御に適用して効果の
ある技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の組立用のワイヤボンダに関する技術につ
いては、株式会社工業調査会、昭和57年11月15日発行、
「電子材料」1982年別冊、P163〜P168に記載されてい
る。

ところで、本発明者は、ワイヤボンダのサーボ制御技
術について検討した。以下は、本発明者によって検討さ
れた技術であり、その概要は次のとおりである。

すなわち、たとえばワイヤボンダのボンディングアー
ムの上下方向すなわちＺ軸方向の動作を制御する場合、
カムを用いてボンディングアームの先端に設けたキャピ
ラリなどを上下に動作させることが考えられる。

また、いわゆるDBH（Digital Bonding Head）方式に
より、ボンディングアームおよびキャピラリなどの高
さ、速度および着地時間などをコンピュータで制御する
ことも考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、前記したカム方式では、ボンディングアー
ムなどの動作の高速化が困難である上に、高速化をしよ
うとすると、半導体ペレットのダメージも大きくなるの
で、特にＺ軸方向への動作時には着地の直前に動作速度
を落とす必要があり、しかもボンディングアームに振動
を生じないようにするためにはカムの形を精密に形成し
なければならないなどの問題点があることを本発明者は
見い出した。

また、前記したDBH方式では、同一方向にのみ回るカ
ムは用いないので、ペレット面へのソフトな着地をする
ための制御方法として、単純な正逆転をさせながら主に
円運動の正弦波成分を用いて着地点近くの速度を下げる
ことが考えられる。しかし、この方式は制御が単純にな
るものの、着地の速度がボンディングアームなどの高さ
によって変動する他、動作速度を高速化にくいなどの問
題があることを本発明者は見い出した。

本発明の目的は、動作時における振動を小さくして正
確な速度、位置の制御を行うことのできるサーボ技術を
提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろ
う。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、 指令サーボ量としての加速度が入力されるカウンタ
（２）と、 時間の経過と共に増大する出力を発生するスローアッ
プ回路（６）と、 前記カウンタ（２）からのディジタル出力をアナログ
電圧に変換するディジタル／アナログ変換器（３）と、 このディジタル／アナログ変換器（３）からのアナロ
グ電圧（ｃ）と前記スローアップ回路（６）の出力
（ｄ）との積の信号の平方根の1/2乗の出力信号（ａ）
を発生する関数発生手段（５）と、 この関数発生手段（５）の出力信号（ａ）に応答して
加速度指令パルス（ｂ）を発生する電圧／周波数変換器
（４）と、 この電圧／周波数変換器（４）からの前記加速度指令
パルス（ｂ）に対応する加速度を積分して、速度信号
（ｅ）を出力する加速度積分手段（13）と、 この加速度積分手段（13）からの前記速度信号（ｅ）
を積分して、位置信号を出力する速度積分手段（16）
と、 この速度積分手段（16）からの前記位置信号に応答し
て、その出力によりモータ（21）を駆動する駆動手段
（18）と、 前記モータ（21）に結合されこのモータ（21）の位置
を検出して、位置検出信号を出力するモータ位置検出手
段（22）と、を具備してなり、 前記電圧／周波数変換器（４）から発生される前記加
速度指令パルス（ｂ）は前記カウンタ（２）のダウン入
力（DOWN）にフィードバックされ、 前記駆動手段（18）は前記モータ位置検出手段（22）
からの前記位置検出信号と前記速度積分手段（16）から
の前記位置信号とを比較してこの二つの信号の差を小さ
くするよう前記モータ（21）を駆動することを特徴とす
る（第９図参照）。

〔作用〕

第１図の参考例１では被制御動体の振動を小さくする
ため、電圧／周波数変換器（４）から発生される加速度
指令パルス（ｂ）はカウンタ（２）のダウン入力（DOW
N）にフィードバックされ、D/A変換器（３）の出力は第
２図のＡのように指数関数的に減少して零に向けてゆっ
くり近づけることが望ましい。しかし、実際は第２図の
Ａ′のように直線状に減少して零に近づくため、被制御
動体の振動を十分に小さくすることができない。

そこで、本発明のモータ駆動のためのサーボ技術の基
礎となる第４図の参考例２では、D/A変換器（３）から
のアナログ電圧（ｃ）とスローアップ回路（６）の時間
の経過と共に増大する出力（ｄ）との積の信号の平方根
の1/2乗の出力信号（ａ）を発生する関数発生手段
（５）がD/A変換器（３）と電圧／周波数変換器（４）
との間に配置されているので、D/A変換器（３）の出力
（ｃ）とスローアップ回路（６）の出力（ｄ）との積
（ｃ・ｄ）の平方根である出力（ａ）は第５図のａの如
く滑らかなリニアなものとなり、被制御動体の振動を十
分に小さくすることができる。

〔参考例１〕 第１図は本発明の一参考例であるサーボ回路のブロッ
ク図、第２図はこのサーボ回路のディジタル／アナログ
変換器の出力を示す図、第３図は同じく電圧／周波数変
換器の出力を示す図である。

本参考例のサーボ回路において、指令サーボ量は、た
とえばCPUなどのコンピュータ装置１からディジタル値
として出力される。このコンピュータ装置１はカウンタ
２に接続されている。コンピュータ装置１からカウンタ
２に出力される指令サーボ量はたとえば半導体組立用の
ワイヤボンダにおけるXYテーブルやボンディングアーム
などのような被制御動体の動作についての加速度量を表
すものである。カウンタ２はこの加速度量をカウントし
てディジタル値として出力する。

このカウンタ２には、ディジタル／アナログ（D/A）
変換器３が接続されている。このD/A変換器はカウンタ
２からの入力をディジタル値からアナログ値すなわちア
ナログ電圧に変換し、そのアナログ電圧をたとえば第２
図に出力Ａとして実線で示す如く出力する。第２図から
明らかなように、出力Ａは時間ｔの経過と共に指数関数
的に低減される。この出力Ａの指数関数的低減は、後で
詳述するように、カウンタ２のDOWN入力へのフィードバ
ックによるものである。

さらに、前記D/A変換器３は電圧／周波数（V/F）変換
器４に接続されている。このV/F変換器４はD/A変換器３
からのアナログ電圧すなわち出力Ａを周波数パルスに変
換し、第３図に示すようなパルス出力Ｂとしての指令パ
ルスを出力する。

また、このV/F変換器４は前記カウンタ２のカウント
ダウン用端子に接続されており、カウンタ２はV/F変換
器４からフィードバックされたカウントダウン信号に基
づいてその値が零に向けてゆっくり近づくようにカウン
トダウン操作を行う。

次に本参考例の作用について説明する。

まず、本参考例のサーボ回路における指令サーボ量は
CPUなどのコンピュータ装置１から被制御動体の加速度
量を表すディジタル値として出力され、カウンタ２に入
力される。

カウンタ２はコンピュータ装置１からのディジタル入
力をラッチし、その出力をディジタル信号として出力す
る。

次に、このディジタル信号はカウンタ２からD/A変換
器３に入力される。D/A変換器３はカウンタ２からのデ
ィジタル信号をアナログ電圧に変換し、第２図に示す出
力ＡとしてV/F変換器４に対して出力する。

V/F変換器４はD/A変換器３からのアナログ電圧を周波
数に変換し、第３図に示すように周波数パルス出力Ｂと
して指令パルスを出力する。一方、V/F変換器４からの
パルス出力Ｂはカウンタ２のDOWN入力にフィードバック
され、該カウンタ２の残量に応じて該カウンタ２の値が
零に向かってゆっくり近づくようカウントダウン処理が
行われる。したがって、D/A変換器３の出力Ａは第２図
に示すように時間ｔの経過と共に指数関数的に低減され
る。

このように、本参考例においては、次のような作用効
果が得られる。

（１）．コンピュータ装置１からの指令サーボ量を被制
御動体の加速度量を表す値としてカウンタ２、D/A変換
器３、さらにはV/F変換器４で所定の処理を施して指令
パルスとして出力することにより、指令パルスはカウン
タ２にセットされた数のパルスとして出力され、カウン
タ２のDOWN入力へのフィードバックにより、該カウンタ
２の設定データ値の残量に応じて指令パルス出力の周波
数は変えられるので、出力はカウンタ２の値の零に向か
ってゆっくり近づくことになる。したがって、本参考例
のサーボ回路は被制御動体の位置、速度、動作量などを
所望の目的値で止める用途には極めて好都合である。

（２）．前記（１）により、被制御動体を低振動で滑ら
かに制御できる。

（３）．前記（１），（２）により、本参考例のサーボ
回路はたとえば半導体組立用のワイヤホンダのXYテーブ
ルやボンディングアームなどの如く極めて精確な動作が
要求される被制御動体の低振動制御に好適に適用でき
る。

〔参考例２〕 第４図は本発明の他の参考例であるサーボ回路のブロ
ック図、第５図はその各点における電圧を示す図、第６
図はその電圧／周波数変換器の出力を示す図である。

この参考例においては、前記参考例１におけるD/A変
換器３とV/F変換器４との間に、たとえば乗算器の如く
関数発生器５（関数発生手段）を介在させ、かつこの関
数発生器５とコンピュータ装置１との間に、たとえばブ
ートストラップ回路よりなるスローアップ回路６を介在
させたものである。なお、スローアップ回路６の出力ｄ
はコンピュータ装置１の制御に応答して時間ｔの経過と
共に増大するものである。

本参考例２によれば、前記参考例１の効果に加えて、
次の効果が得られる。

（１）.D/A変換器３とV/F変換器４との間に関数発生器
５を介在させたことにより、関数発生器５からの出力は
スローアップ回路６が設けられていないとすると、前記
参考例１におけるD/A変換器３からの出力Ａのような指
数関数状の出力ではなくて、実際は第２図に一点鎖線
Ａ′で示す如く直線状となる。そこで、D/A変換器３の
出力ｃとスローアップ回路６の出力ｄとを受ける関数発
生器５を経て発生されるアナログ電圧Vinⁿのｎを1/2に
調整することにより、D/A変換器３の出力とスローアッ
プ回路６の出力ｄとの積ｃ・ｄの平方根である出力ａは
第５図の如くリニアなものとなる。

（２）．コンピュータ装置１と関数発生器５との間にス
ローアップ回路６を介在させたことにより、被制御動体
の速度、位置、加速度などの指令に該スローアップ回路
６の出力ｄを用いれば、より滑らかで低振動の精密制御
が可能となる。

（３）．前記関数発生器５およびスローアップ回路６を
併設することにより、本参考例のサーボ回路の各点の電
圧a,c,dは第５図の如く滑らかな波形のものとなり、か
つ出力ｂとしては第６図のような好適な周波数変化を持
つ指令パルスを得ることができる。

〔参考例３〕 第７図は第４図に示した本発明の一参考例のサーボ回
路をパルスモータの駆動制御に適用した参考例を示すブ
ロック説明図である。

この参考例においては、第４図のサーボ回路はパルス
モータドライバ７を介してパルスモータ８に結線されて
いるので、該サーボ回路のスローアップ、スローダウン
作用によりパルスモータ８が脱調しにくくなるという効
果は勿論、パルスモータ８の回転速度の急変が少なく、
負荷に与える振動は少なくなるので、低振動効果も得る
ことができる。

〔参考例４〕 第８図は同じく第４図のサーボ回路をエンコーダ付DC
モータドライバの制御に適用した参考例を示すブロック
説明図である。

この参考例では、サーボ回路はカウンタ９を介してDC
（直流）モータ10に結線され、該DCモータ10はエンコー
ダ11に結線されている。また、このエンコーダ11はエン
コーディング回路12を介して前記カウンタ９に接続され
ている。

本参考例においては、前記参考例３におけるパルスモ
ータの制御の場合と同様に、DCモータ10の低振動制御が
可能である。

また、カウンタ９でサーボ回路からの出力を積分する
ことにより、さらに精確な制御が可能となる。

〔実施例１〕 第９図は本発明の一実施例であるサーボ制御回路のブ
ロック図である。

本実施例においては、サーボ回路部は第４図の参考例
と実質的に同様であるが、該サーボ回路からの出力を積
分することなどにより、たとえばワイヤボンダにおける
Ｚ軸方向の動作のサーボ制御を行う例などに適用できる
ものである。

すなわち、この実施例では、サーボ回路部に接続され
た制御系は、サーボ回路部のV/F変換器４からの指令パ
ルス出力である加速度パルスを時間で積分するカウンタ
13（加速度積分手段）と、このカウンタ13からの速度デ
ータをディジタル／アナログ変換するD/A変換器14（第
２のディジタル／アナログ変換器）と、このD/A変換器1
4からのアナログ電圧出力を周波数変換するV/F変換器15
（第２の電圧／周波数変換器）と、該V/F変換器15から
の速度パルスを時間について積分するカウンタ16（速度
積分手段）と、該カウンタ16からの位置データをディジ
タル／アナログ変換するD/A変換器17と、このD/A変換器
17からの指令位置信号と位置センサ22（モータ位置検出
手段）からの実位置信号とを比較する駆動アンプ18（駆
動手段）と、該駆動アンプ18からの信号と速度センサ20
からの信号とを比較する駆動アンプ19と、この駆動アン
プ19に接続されたモータ21とからなる。

このモータ21は前記速度センサ20および位置センサ22
に接続されている。センサ20と22はたとえば、それぞれ
タコゼネレータ、エンコーダとして構成することができ
る。

本実施例によれば、サーボ回路部にその制御系が接続
されているので、サーボ回路部のV/F変換器４からの加
速度パルスすなわち被制御動体用の加速度量とその加速
度量の変化率を表す加速度パルスをカウンタ13により時
間で積分して速度を得ることができ、またその速度をさ
らに時間で積分して指令位置信号を得ることができ、し
かもこの指令位置信号と位置センサ22からの実位置信号
とを駆動アンプ18により比較し、両位置信号の差をなく
すよう制御することができる。また、加速時、高速時に
発生する目標位置、速度の偏差については本回路内にあ
る加速度信号ａ、速度信号ｅをそれぞれ位置速度信号に
重畳して図中FF1,FF荷の信号として、フィードフォワー
ドすることにより、それを補正することができる。

したがって、本実施例においても、被制御物の位置な
どを極めて精確に制御でき、かつ低振動制御を行うこと
ができる。

本発明の他の実施例としては、前記加速度積分手段と
速度積分手段を用いて位置フィードバックサーボ回路を
構成し、加速度信号に相当する前記関数発生手段の出力
を位置フィードバック系にフィードフォワードすること
により、加速度に起因する指令位置からのズレを補正す
る回路を設けることができる。また、前記加速度の指令
をフィードフォワードする方法と同様、回路中に発生し
ている速度信号をフィードフォワードすることにより、
速度上昇に伴って発生する速度偏差を補正する回路を設
けることができる。さらにまた、前述した加速度に起因
する指令位置からのズレを補正する回路と速度上昇に伴
って発生する速度偏差を補正する回路とを設けたサーボ
制御回路とすることもできる。

上述した回路を設けることにより、より精度の高い速
度位置の制御を行うことができる。

〔実施例２〕 第10図は本発明を適用できるワイヤボンダの一例の斜
視図である。

このワイヤボンダは、XYテーブル23と、ベース24と、
速度センサ25と、駆動ボイスコイルモータ26と、位置セ
ンサ用作動トランス27と、ツールクランプ用ソレノイド
28と、クランパ29と、クランパ開閉用ソレノイド30と、
超音波発振子を有するボンディングアーム31と、キャピ
ラリ32と、放電トーチ33と、トーチ駆動用ボイスコイル
モータ34とを有している。

このワイヤボンダにおける各種可動部、たとえばボン
ディングアーム31のＺ軸方向への動作などは、前記実施
例において説明した本発明によるサーボ回路およびサー
ボ制御回路により低振動で精確に制御できる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。

たとえば、速度センサのフィードバックは省略するこ
ともできる。

また、指令位置信号と実位置信号との比較はD/A変換
器17によるD/A変換前のカウンタ16の出力で行うことな
ども可能である。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発
明をその利用分野であるワイヤボンダのＺ軸のサーボ制
御に適用した場合について説明したが、これに限定され
るものはなく、たとえばペレットボンダ、さらにはそれ
以外のサーボ制御を要する技術に広く適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによ
って得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りであ
る。

すなわち、本発明によれば、動作時における振動を小
さくして正確な速度、位置の制御を行うことのできるサ
ーボ技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一参考例であるサーボ回路用のブロッ
ク図、 第２図はこのサーボ回路のディジタル／アナログ変換器
の出力を示す図、 第３図は同じくその電圧／周波数変換器の出力を示す
図、 第４図は本発明の他の参考例であるサーボ回路のブロッ
ク図、 第５図はこのサーボ回路の各点における電圧を示す図、 第６図は同じくその電圧／周波数変換器の出力を示す
図、 第７図は第４図に示した本発明のサーボ回路をパルスモ
ータの駆動制御に適用した参考例を示すブロック説明
図、 第８図は同じく第４図のサーボ回路をエンコーダ付モー
タドライバの制御に適用した参考例を示すブロック説明
図、 第９図は本発明の一実施例であるサーボ制御回路のブロ
ック図、 第10図は本発明を適用できるワイヤボンダの一例の斜視
図である。 １……コンピュータ装置、２……カウンタ、３……ディ
ジタル／アナログ（D/A）変換器、４……電圧／周波数
（V/F）変換器、５……開数発生器（関数発生手段）、
６……スローアップ回路、７……パルスモータドライ
バ、８……パルスモータ、９……カウンタ、10……DCモ
ータ、11……エンコーダ、12……エンコーディング回
路、13……カウンタ（加速度積分手段）、14……D/A変
換器、15……V/F変換器、16……カウンタ（速度積分手
段）、17……D/A変換器、18……駆動アンプ（駆動手
段）、19……駆動アンプ、20……速度センサ、21……モ
ータ、22……位置センサ（モータ位置検出手段）、23…
…XYテーブル、24……ベース、25……速度センサ、26…
…駆動ボイスコイルモータ、27……位置センサ用差動ト
ランス、28……ツールクランプ用ソレノイド、29……ク
ランパ、30……クランパ開閉用ソレノイド、31……ボン
ディングアーム、32……キャピラリ、33……放電トー
チ、34……トーチ駆動用ボイスコイルモータ。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】指令サーボ量としての加速度が入力される
   カウンタと、 時間の経過と共に増大する出力を発生するスローアップ
   回路と、 前記カウンタからのディジタル出力をアナログ電圧に変
   換するディジタル／アナログ変換器と、 このディジタル／アナログ変換器からのアナログ電圧と
   前記スローアップ回路の出力との積の信号の平方根の1/
   2乗の出力信号を発生する関数発生手段と、 この関数発生手段の出力信号に応答して加速度指令パル
   スを発生する電圧／周波数変換器と、 この電圧／周波数変換器からの前記加速度指令パルスに
   対応する加速度を積分して、速度信号を出力する加速度
   積分手段と、 この加速度積分手段からの前記速度信号を積分して、位
   置信号を出力する速度積分手段と、 この速度積分手段からの前記位置信号に応答して、その
   出力によりモータを駆動する駆動手段と、 前記モータに結合されこのモータの位置を検出して、位
   置検出信号を出力するモータ位置検出手段と、を具備し
   てなり、 前記電圧／周波数変換器から発生される前記加速度指令
   パルスは前記カウンタのダウン入力にフィードバックさ
   れ、 前記駆動手段は前記モータ位置検出手段からの前記位置
   検出信号と前記速度積分手段からの前記位置信号とを比
   較してこの二つの信号の差を小さくするよう前記モータ
   を駆動することを特徴とするサーボ制御回路。
2. 【請求項２】前記加速度積分手段と前記速度積分手段と
   の間に第２のディジタル／アナログ変換器および第２の
   電圧／周波数変換器が介在されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のサーボ制御回路。
3. 【請求項３】前記加速度積分手段と前記速度積分手段を
   用いて位置フィードバックサーボ回路を構成し、加速度
   信号に相当する前記関数発生手段の出力を、位置フィー
   ドバック系にフィードフォワードすることにより、加速
   度に起因する指令位置からのズレを補正する回路を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーボ
   制御回路。
4. 【請求項４】前記加速度の指令をフィードフォワードす
   る方法と同様、回路中に発生している速度信号をフィー
   ドフォワードすることにより、速度上昇に伴って発生す
   る速度偏差を補正する回路を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のサーボ制御回路。
5. 【請求項５】前記加速度積分手段と前記速度積分手段を
   用いて位置フィードバックサーボ回路を構成し、加速度
   信号に相当する前記関数発生手段の出力を、位置フィー
   ドバック系にフィードフォワードすることにより、加速
   度に起因する指令位置からのズレを補正する回路と、前
   記加速度の指令をフィードフォワードする方法と同様、
   回路中に発生している速度信号をフィードフォワードす
   ることにより、速度上昇に伴って発生する速度偏差を補
   正する回路とを有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のサーボ制御回路。