JP2864161B2 - 位置決め制御方法 - Google Patents

位置決め制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 加工作業を自動的に行う装置において、被加工部材と
加工部相互間の位置決めを行う方法に関し、 搬送部の搬送誤差が少なく、高い精度の加工作業が可
能な方法を実現することを目的とし、 被加工部材を加工部へ搬送部で搬送し、その後、該被
加工部材に加工作業を行う装置において、 被加工部材の搬送位置を検出する少なくとも１つ以上
の位置検出手段と、前記位置検出手段の検出結果から被
加工部材の搬送誤差を求める認識部と、前記搬送誤差に
基づいて搬送部の搬送量と加工部の加工位置とを求める
演算部と、を備えていて、第１に、被加工部材を加工部
へ搬送し、第２に、位置検出手段によって搬送誤差を求
め、第３に、前記搬送誤差分だけ被加工部材を搬送し、
第４に、位置検出手段によって、被加工部材の搬送誤差
を前記第２工程よりも更に高い精度で求め、第５に、加
工部が被加工部材へ加工作業を行う時は、前記第４工程
で求めた搬送誤差分を補正して行うように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、被加工部材の固定位置の決定と、該被加工
部材への加工作業とを自動的に行う装置において、被加
工部材の固定位置の決定、特に、該被加工部材と加工部
相互間の位置決めを行う方法に関する。
被加工部材の加工作業を自動的に行う装置は、機械加
工装置や化学処理装置、光学処理装置、IC（INTEGRATED
CIRCUIT）製造装置等々、多くの産業分野で使用されて
いる。
しかし、一方で、市場要求の多様化に伴って製造する
商品も多様し、その結果として、前記の自動装置にも汎
用化が求められている。
他方、加工精度に対する要求は一層高くなっており、
汎用性と高い加工精度とを両立する装置の市場ニーズが
高まっている。
そのため、被加工部材を加工する際に、該被加工部材
を固定する位置を高い精度で決定する方法が求められて
いる。
〔従来の技術〕
被加工部材の加工作業を自動的に行う装置は、多くの
産業分野で使用されている。しかし、中でも特に高い加
工精度を要求される分野として、IC製造装置を上げるこ
とができる。
そこで、IC製造装置のうち特にワイヤボンディング装
置を例として説明する。
（１）加工装置の概要 第４図は、加工装置の一般的構成を説明するブロック
図、である。
一般的に、自動加工装置は、加工作業を行う加工部３
と、該加工部３へ被加工部材を搬送する搬送部（フィー
ダ部）２とから成る。
また、搬送部の前後には、被加工部材を該搬送部２へ
供給するローダ部１と、加工作業を終了した被加工部材
を搬送部２から受け取るアンローダ部６とを備えてい
る。
ちなみに、IC製造装置の例としては、加工部３はワイ
ヤボンダ４やダイボンダ５である。
（２）間歇搬送機構 第５図は、リードフレームの間歇搬送機構を説明する
斜視図、である。
ワイヤボンディング装置は、ICチップ８のボンディン
グパッドとリードフレーム７のリードパターンとを、ボ
ンディングワイヤで接続する装置である。
ところで、リードフレーム７には、複数個ICのリード
パターンが等間隔で形成してあり、それぞれのダイパッ
ド上にはICチップ８をダイボンディングしてある。
したがって、ワイヤボンディング装置のリードフレー
ム搬送機構12は、ICチップ８をダイボンディングした間
隔でリードフレーム７を搬送する機構となっている。
すなわち、送り軸11にアーム９を介して取り付けた送
り爪10a,10bを、リードフレーム７の送り孔17に挿入
し、該送り軸11を搬送方向に移動させることによって該
リードフレーム７を搬送する仕組みである。
また、リードフレーム７の位置決め機構16は、位置決
めピン15を基準位置となる該リードフレーム７の送り孔
に挿入し、リードフレーム７を所定の位置に位置決定す
る仕組みである。
（３）ワイヤボンダ 第６図は、超音波熱圧着によりワイヤボンダの概要を
説明するブロック図、である。
すなわち、前記（２）の間歇搬送機構によって搬送・
位置決めされたリードフレームをヒータブロック18によ
って加熱し、該リードフレーム７のリードパターンとIC
チップ８のボンディングパッドとの間を、ボンディング
ワイヤ19で接続する。
尚、ボンディングワイヤ19による接続は、ボンディン
グヘッド20に取り付けたキャピラリ21を超音波駆動部22
で励振しながら行う。
また、ICチップ８のボンディングパッドの大きさは１
辺約100μｍ程度であり、このような微小なボンディン
グパッドにワイヤボンディングを間違い無く行うため
に、画像認識装置を使用している。
すなわち、ICチップ８のボンディングパッドの位置を
テレビカメラ24で撮影し、画像処理部25でボンディング
パッドの位置を求め、誤差演算制御部26で該ボンディン
グパッドの位置誤差を演算し、該誤差相当分をＸ−Ｙテ
ーブル23に与えてキャピラリ21の位置を補正している。
（４）ワイヤボンディング装置の汎用化 ICは、そのパッケージ形態によってリードフレームの
形状も異なる。
したがって、パッケージ形態の異なるICのワイヤボン
ディングを行う場合は、どのような形状のリードフレー
ムにも対応して搬送できる搬送機構が必要である。
第７図は、ワイヤボンディング装置を汎用化するため
に多品種対応化した搬送機構を説明する図で、（ａ）は
搬送機構の斜視図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は搬送機構の作
動を順に説明する図、である。
すなわち、リードフレーム７をキャリッジ29に設けた
下爪27と上爪28とに挟み、モータ31で回転駆動する送り
ネジ30によって該キャリッジ29を移動させることによっ
て、該リードフレーム７を搬送する仕組みである。
具体的には、最初に、第７図（ｂ）のように上爪28が
下降して下爪27との間にリードフレーム７を挟み、次
に、第７図（ｃ）のようにリードフレーム７を挟んだま
ま上爪28と下爪27（キャリッジ29）が図上右方向へ移動
し、該リードフレーム７を搬送する。そして、搬送が完
了すると第７図（ｄ）のように上爪28が上昇しリードフ
レーム７を放す。
したがって、リードフレーム７の搬送量は、キャリッ
ジ29の移動量すなわちモータ31の回転角度によって任意
に設定できる。また、モータ31の回転角度を制御するこ
とによって、リードフレーム７の搬送位置を決定するこ
とができる。
そのため、前記（２）の間歇搬送機構のように、位置
決めピン15によって搬送位置を決定する必要が無い。
その結果、リードフレームの形状に係わらず搬送が可
能であり、搬送量も任意に設定することが可能となる。
〔発明が解決しようとする課題〕
一般的に、汎用化された搬送装置は、その搬送量を任
意に制御することが可能である。
しかし、それだけ搬送誤差を生じ易くなり、高い精度
の位置決めを必要とする装置においては、加工精度を低
下させる原因となる。
ワイヤボンディング装置の場合、次のような問題を有
する。
搬送誤差が大きくなり、ワイヤボンダの位置補正許容
値を越える場合があり、その場合は、ワイヤボンディン
グ作業を行うことができなくなる。
リードフレームとICチップとをヒータブロックで加熱
するため、該リードフレームとICチップとに熱膨張を生
じ、該熱膨張分がボンディング作業の誤差となる。
本発明の技術的課題は、従来のワイヤボンディング装
置やダイボンディング装置などの加工装置において、該
装置の汎用化や被加工部材に対する加熱などによって生
じる搬送誤差を解消し、被加工部材の搬送位置を、該被
加工部材の搬送部と加工部とにフィードバックして制御
する方法を確立することによって、搬送部の搬送誤差が
少なく、また、加工部の加工誤差が少なく、高い精度の
加工作業が可能な方法を実現することにある。
〔課題を解決するための手段〕
第１図は、本発明の基本原理を説明する図で、（ａ）
は構成を説明するブロック図、（ｂ）は制御手順を説明
するフローチャート、である。
本発明は、搬送部の搬送量の制御と、加工部が加工を
行う場合の加工補正制御とを、併用しているところに特
徴がある。
すなわち、被加工部材37を加工部3Aへ搬送部2Aで搬送
し、その後、該被加工部材37に加工作業を行う装置にお
いて、次の（イ）〜（ハ）のように構成する。
（イ）被加工部材37の搬送位置を検出する少なくとも１
つ以上の位置検出手段32A,32B,…を設ける。
（ロ）前記（イ）の位置検出手段32A,32B,…の検出結果
から、被加工部材37の搬送誤差を求める認識部33を設け
る。
（ハ）前記（ロ）の搬送誤差に基づいて、搬送部2Aの搬
送量と加工部3Aの加工位置とを求める演算部34を設け
る。
そして、次の〜の手順で位置決め制御を行う。
手順−１ 被加工部材37を予め決めた所定量だけ加工部3Aへ搬送
部2Aで搬送する。
手順−２ 位置検出手段32Aによって被加工部材37の搬送誤差を
求める。
手順−３ 前記手順−２で求めた搬送誤差分だけ被加工部材37を
搬送部2Aが搬送する。
手順−４ 位置検出手段32Bによって、被加工部材37の搬送誤差
を前記手順−２よりも更に高い精度で求める。
手順−５ 加工部3Aが被加工部材37へ加工作業を行う時は、前記
手順−４で求めた搬送誤差分を位置補正して行う。
尚、位置検出手段を１つだけで構成する場合は、前記
手順−４で必要とする測定精度が得られる位置検出手段
で構成する。
ちなみに、手順−４で必要とする搬送誤差の測定精度
は、加工部3Aが行う加工精度と同等以上であることが必
要である。
また、手順−２で必要とする搬送誤差の測定精度は、
手順−５で加工部3Aが補正可能な誤差範囲であることが
必要である。
〔作用〕
本発明では、搬送部2Aが搬送する被加工部材37の位置
を、位置検出手段32Aで求めて該搬送部2Aにフィードバ
ックし、搬送位置の補正を行っている。
また、加工部3Aは、搬送された被加工部材37の位置を
位置検出手段32Bで求め、搬送誤差に基づいて加工作業
の位置補正を行う。
したがって、被加工部材の搬送位置の誤差と該加工部
材の加工誤差とが共に小さくなり、高い精度の加工作業
が可能となる。
〔実施例〕
次に、本発明による位置決め制御方法を、実際上どの
ように具体化できるかを実施例で説明する。
（１）構成 第２図は、実施例を説明する図で、ワイヤボンディン
グ装置のブロック図、である。
すなわち、ICチップ8a,8b,8c,…をダイボンディング
したリードフレーム７を、搬送装置2aでヒータブロック
18へ搬送し、超音波駆動部22に駆動されたボンディング
ヘッド20とキャピラリ21が、リードフレーム７のリード
パターンとICチップ8a,8b,8c,…のボンディングパッド
との間を、ボンディングワイヤ19で接続する装置であ
る。
他方、搬送装置2aが搬送するリードフレーム７の搬送
位置を第１テレビカメラ24aで検出している。
但し、第１テレビカメラ24aが撮影しているリードフ
レーム７の位置は、ヒータブロック18上でボンディング
作業を行っているICチップ8bの位置ではなく、その手前
で待期しているICチップ8cの位置である。
また、ワイヤボンダ35（超音波駆動部22とボンディン
グヘッド20、キャピラリ21）が、ボンディング作業を行
うICチップ8bのボンディングパッドの位置を第２テレビ
カメラ24bで検出している。
次に、それぞれのテレビカメラ24a,24bの検出結果か
ら、画像処理部25aはICチップ8b,8cのボンディングパッ
ドの位置をそれぞれ求め、誤差演算制御部26aは該ボン
ディングパッドの位置の誤差をそれぞれ求める。
そして、ICチップ8cの位置から求めたリードフレーム
７の搬送位置の誤差を搬送装置2aへ与え、ICチップ8bの
ボンディングパッドの位置誤差を、ワイヤボンダ35を載
置したＸ−Ｙテーブル23へ与える。
（２）作動 第３図は、実施例の作動を説明するフローチャート、
である。
前記（１）のワイヤボンディング装置の作動を順に説
明する。
第１テレビカメラ24aが、ボンディング作業を１工程
手前で待期しているICチップ8cを撮影し、該ICチップ8c
の位置を求める。
ICチップ8cの位置から求まるリードフレーム７の搬送
誤差を求める。
前記の搬送誤差が、予め決めた許容値内であれば、
リードフレーム７によって決まる間隔だけ、搬送装置2a
が該リードフレーム７をヒータブロック18側へ搬送す
る。
前記の搬送誤差が、許容値を越えている場合は、、
該搬送誤差分を補正した搬送量だけリードフレーム７を
ヒータブロック18側へ搬送する。
第２テレビカメラ24bが、ヒータブロック18上のICチ
ップ8cのボンディングパッドを撮影し、該ICチップ8cの
ボンディングパッドの位置を求める。尚、第２図は、リ
ードフレーム７が前記またはにおいて搬送される前
の状態を示している。
ICチップ8cのボンディングパッドの位置の誤差を求め
る。
前記の誤差量をＸ−Ｙテーブル23へ送り、ワイヤボ
ンダ35を位置を補正し、ICチップ8cのボンディングパッ
ドの位置と該ワイヤボンダ35との相対位置の誤差を０
（ゼロ）にする。
リードフレーム７とICチップ8cとの間を、ボンディン
グワイヤで接続する。
以上〜の手順を繰り返すことによって、ボンディ
ング作業を順次繰り返して行うことができる。
その結果、リードフレームの搬送誤差が少なくなり、
ワイヤボンダの位置補正許容値を越えることがなくな
る。
また、リードフレームとICチップが、ヒータブロック
18で加熱されることによる熱膨張の影響も無くなる。
（３）その他の実施例 前記実施例にけるテレビカメラの代わりに、CCD（CHA
RGE COEPLED DEVICE）ラインセンサやファイバセンサ、
レーザセンサ等々を使用し、リードフレームやICチップ
の位置を検出することができる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明の方法によれば、自動加工装置に
おける搬送部の搬送量の制御と、加工部が加工を行う場
合の加工補正制御とを、併用することによって、搬送部
の搬送誤差が少なくなり、加工部の加工誤差も少なくな
る。
その結果、高い精度の加工作業を自動的に行うことが
可能な加工装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の基本原理を説明する図で、（ａ）は
構成を説明するブロック図、（ｂ）は制御手順を説明す
るフローチャート、 第２図は、実施例を説明する図で、ワイヤボンディング
装置のブロック図、 第３図は、実施例の作動を説明するフローチャート、 第４図は、加工装置の一般的構成を説明するブロック
図、 第５図は、リードフレームの間歇搬送機構を説明する斜
視図、 第６図は、超音波熱圧着によるワイヤボンダの概要を説
明するブロック図、 第７図は、ワイヤボンディング装置を汎用化するために
多品種対応化した搬送機構を説明する図で、（ａ）は搬
送機構の斜視図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は搬送機構の作動
を順に説明する図、である。 図において、１はローダ部、2,2Aは搬送部（フィーダ
部）、2aは搬送装置、3,3Aは加工部、４はワイヤボン
ダ、５はダイボンダ、６はアンローダ、７はリードフレ
ーム、８はICチップ、９はアーム、10a,10bは送り爪、1
1は送り軸、12はリードフレーム搬送機構、13は駆動部
材、14はピン保持部材、15は位置決めピン、16は位置決
め機構、17は送り孔、18はヒータブロック、19はボンデ
ィングワイヤ、20はボンディングヘッド、21はキャピラ
リ、22は超音波駆動部、23はＸ−Ｙテーブル、24はテレ
ビカメラ、24aは第１テレビカメラ、24bは第２テレビカ
メラ、25,25aは画像処理部、26,26aは誤差演算制御部、
27は下爪、28は上爪、29はキャリッジ、30は送りネジ、
31はモータ、32A,32B,…は位置検出手段、33は認識部、
34は演算部、35はワイヤボンダ、36はガイドレール、37
は被加工部材、をそれぞれ示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/60 301 H01L 21/50

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被加工部材（37）を加工部（3A）へ搬送部
    （2A）で搬送し、その後、該被加工部材（37）に加工作
    業を行う装置において、 被加工部材（37）の搬送位置を検出する少なくとも１つ
    以上の位置検出手段（32A,32B,…）と、 前記位置検出手段（32A,32B,…）の検出結果から、被加
    工部材（37）の搬送誤差を求める認識部（33）と、 前記搬送誤差に基づいて、搬送部（2A）の搬送量と加工
    部（3A）の加工位置とを求める演算部（34）と、 を備えていて、 第１に、被加工部材（37）を予め決めた所定量だけ加工
    部（3A）へ搬送部（2A）で搬送し、 第２に、位置検出手段（32A）によって被加工部材（3
    7）の搬送誤差を求め、 第３に、前記第２工程で求めた搬送誤差分だけ被加工部
    材（37）を搬送部（2A）が搬送し、 第４に、位置検出手段（32B）によって、被加工部材（3
    7）の搬送誤差を前記第２工程よりも更に高い精度で求
    め、 第５に、加工部（3A）が被加工部材（37）へ加工作業を
    行う時は、前記第４工程で求めた搬送誤差分を補正して
    行うこと、 を特徴とする位置決め制御方法。
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