JP2999298B2 - 画像認識手段による電子部品の位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品、特に集積回
路等における半導体ペレットのようなワークにワイヤボ
ンディングする場合の、ワークの位置検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】集積回路（ＩＣ）におけるＩＣペレット
（半導体ペレット）上の電極パッドとリードフレームに
おけるリード部とをワイヤボンディングする場合、その
ワイヤボンディング位置（つまり電極パッドの位置とリ
ード部の先端位置と）を予め正しく検出し、これによっ
て得られた位置データからボンディングヘッドをＤＣモ
ータ等にて移動させるものである。

【０００３】この検出方式として、最近の技術では次の
ような手順を実行していた。即ち、２つのＤＣモータで
水平の２方向に移動可能なＸＹテーブルにボンディング
ヘッドと、それに近接して画像認識手段におけるテレビ
カメラ（光学的撮像手段）とを、搭載する一方、ＩＣペ
レットの搭載されたリードフレームは作業台（フレーム
フイーダ）上で一定間隔でボンディング位置に移送され
る。なお、ボンディングヘッド及びテレビカメラは位置
固定で、前記リードフレームを移送するための作業台
（フレームフイーダ）がＸＹテーブルに搭載されている
ものものある。

【０００４】いずれにしても、マイクロコンピュータ等
の中央処理装置を含む制御装置には、予めワイヤボンデ
ィングすべきＩＣペレットの電極パッドの形状及び位置
としての電極パッドの基準パターンデータを設計パター
ンに基づいて記憶させてある。電極パッドの検出に当た
って、テレビカメラにより前記ＩＣペレットの複数の電
極パッド部分が取り込めるように撮像して得られた画像
パターンと、前記基準パターンのデータとを比較（ソフ
トウェア、または専用ファームウェアでの画像情報の演
算処理結果による比較）し、両パターンが最も良く一致
（合致）するテレビカメラの位置（座標）（またはＸＹ
テーブル上のＩＣペレットの位置（座標））を確認す
る。これがいわゆるパターンマッチング方式である。

【０００５】次いで、前記画像パターンにおける基準点
（例えば所定の電極パッドの重心点）を決定すべく、撮
像した画像パターンのデータを２値化処理する等して電
極パッドの形状を特徴抽出し、その電極パッドの重心点
の座標を決定する。この検出された電極パッドの基準点
（重心点）と前記基準パターンデータにおける基準位置
（例えば電極パッドの重心位置）とのずれ量を演算す
る。このような検出・演算による位置検出処理をＩＣペ
レットの２箇所について実行することにより、当該ＩＣ
ペレットの位置（座標）と角度（ＸＹ平面の基準線に対
する傾き角度）を検出し、この演算結果から、電極パッ
ドに対するワイヤボンディングの作業を実行開始するの
である。

【０００６】ところで、前記テレビモニタにより、基準
パターンデータと撮像（検出）したパターン画像との比
較を行うとき、基準パターンデータの基準位置をＸＹ座
標の原点に一致させることは、通例である。他方、テレ
ビカメラで電極パッド部を撮像するとき、その検出され
る電極パッドの部分、特にその基準となる電極パッドの
画像がテレビカメラの撮像範囲の中心（光学系の中心）
に位置するとは限らない。

【０００７】従来の技術では、光学系が固定倍率のテレ
ビカメラまたはＩＣペレットをＸＹテーブルにて概略移
動させて、テレビカメラの視野内にＩＣペレットが入り
さえすれば、その時点で前記電極パッド部分の画像情報
を取り込み、前記パターンマッチング認識を実行した
後、この画像データから、電極パッドの基準点の位置、
例えば重心点の座標を、前記基準パターンデータの基準
位置であるＸＹ座標の原点に対するずれ量として演算し
ていた。

【０００８】しかしながら、視野範囲を広くするため、
小さい倍率のテレビカメラにて撮像すると、当該テレビ
カメラの光学系の光軸中心から離れた位置に、画像デー
タの電極パッドの基準点の位置が来ることが多くなり、
テレビカメラに光学系の収差がある程度存在するから、
画像の湾曲等の各種の像の歪みが発生する等の現象があ
り、テレビカメラの光軸（検査範囲の中心）部分からは
ずれた箇所の画像データは、前記光軸近傍での画像デー
タに比べて誤差を大きく含むことになる。また光学系の
倍率が低いと、分解能も低い結果、そのような誤差の大
きい、分解能も低い画像データを基礎にして画像パター
ンの位置、例えば前記電極パッドの重心点の座標を検出
する演算を実行すると、電極パッドの位置のデータにも
狂いが生じるという問題がある。

【０００９】逆に、大きい倍率のテレビカメラにて撮像
すると、解像度が高くなり、微小な電極パッドの形状は
鮮明となるが、焦点深度が浅くなり、検出範囲のうちの
周辺部分がピンぼけになる。また、撮像範囲（検査可能
範囲）も小さくなる。

【００１０】特に、最近のように、ＩＣの高集積化に伴
い、電極数が増加しているので、各電極パッドの寸法が
100 μｍ角から70μｍ角程度へと縮小され、また、隣接
する電極パッドの間隔距離も短くなってくると、前記電
極パッドの位置データの狂いにより、電極パッド上面に
対するワイヤボンディング位置がずれて、ワイヤのボー
ル部が、ＩＣペレット上面の別の回路パターン面にはみ
出したり、ひどい場合には隣接する２つの電極パッドに
跨がってしまうなど、正確なワイヤボンディングができ
ないという問題があった。

【００１１】そこで、従来技術としての実願昭６３−９
８６５１号（実開平２−２０３３３号）では、基板上ま
たはステム上に複数個の半導体素子を搭載し、該半導体
素子と前記基板又はステムとを導電性ワイヤーで電気的
に結合させてなる半導体層の組立装置において、半導体
素子、基板又はステムの同一目合せ位置に関して、複数
回にわたって撮像レンズ（光学系）の倍率を段階的に変
更しながら、目合せを行なう機構を有するものを提案し
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように、光学系の倍率を段階的に変更しながら、目合せ
（レンズを通してテレビカメラで撮像した画像の特徴点
と、モニタ上のクロスライン（十字線）とを合わせるこ
と）を行なう機構では、装置、特に光学系の倍率を切り
換える装置が必要となると共に、倍率の異なる光学系
（レンズ系）を複数用意しなければならず、装置が嵩張
り、且つ高価になるという問題があった。このような問
題は、ワイヤボンディング作業における電極パッド位置
検出ばかりでなく、リードフレームに対するダイボンデ
ィング作業における、微小な形状のＩＣペレットをＸＹ
テーブル上からピックアップする際の当該ＩＣペレット
の位置検出の際にも生じていた。本発明は、固定倍率の
光学系を使用するものでありながら、微小な電子部品の
位置を精度良く検出できる画像認識手段による電子部品
の位置検出装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の画像認識手段による電子部品の位置検出装
置は、電子部品等のワークの画像データを画像認識手段
におけるテレビカメラ等の光学的撮像手段で読み取り、
この検出した画像データを予め記憶させた基準位置デー
タと比較して、ワークの基準位置を検出するようにした
電子部品の位置検出装置において、前記光学的撮像手段
における光学系倍率を固定とし、該光学的撮像手段また
はワークを、その光学的撮像手段の光学系の光軸と交差
する平面上で相対的に移動させて、画像データを取り込
み、ワークにおける基準位置を荒位置決めするための座
標検出を実行し、次いで、前記光学的撮像手段またはワ
ークを再度相対的に移動させて、前記ワークにおける基
準位置を前記光軸近傍に来るように制御する制御手段を
設けたことを特徴とするものである。

【００１４】

【実施例】次に本発明を具体化した実施例について説明
する。図１及び図２の符号１は、自動ワイヤボンディン
グ装置を示し、作業台２上の一方にリードフレーム３を
マガジンから一枚づつ取り出すフレームローダ４を配置
し、このリードフレーム３を適宜ピッチづつ送りワイヤ
ボンディング位置に移送するフレーム送り台５を挟んで
他方にはワイヤボンディングの終わったリードフレーム
３を収納するための収納部６を配置する。符号７はＸ方
向駆動モータ８とＹ方向駆動モータ９（いずれもＤＣモ
ータ）の駆動力にてねじ軸を介してＸＹ平面（水平面）
に沿って移動可能なＸＹテーブル、該ＸＹテーブル７上
には、ボンディングヘッド１０と撮像手段としてのテレ
ビカメラ１１とを隣接して搭載する。

【００１５】なお、ボンディングヘッド１０は、図示し
ないが、金線等の金属細線を挿通させるキャピラリツー
ルや、金属細線を挟持するクランパ、金属細線の下端に
溶融金属ボール部を形成するためのトーチ等とこれらの
部品の駆動機構等を備える。符号１２は前記テレビカメ
ラ１１にて撮像された画像や、登録（記憶）されたＩＣ
ペレット３１の電極パッドの基準パターン３２の画像を
表示するモニタテレビである。

【００１６】この自動ワイヤボンディング装置１全体を
マイクロコンピュータ等の電子制御装置１３にて作動制
御する。図３は制御装置１３の機能ブロック図であり、
ＸＹテーブル７及びボンディングヘッド１０駆動のＤＣ
モータ制御のためのテーブル中央処理装置（ＣＰＵ）１
５と、前記テレビカメラ１１及びモニタテレビ１２を作
動させる画像認識手段用中央処理装置（ＣＰＵ）１６と
は、メイン中央処理装置（ＭＣＰＵ）１４と各種制御信
号及びデータ信号の授受を行う。テーブル中央処理装置
１５から指令制御信号にてＸＹテーブルを駆動するため
のテーブル駆動回路１７とボンディングヘッド１０を作
動させるボンディング駆動回路１８とを作動する。

【００１７】前記メイン中央処理装置１４及び画像認識
手段用中央処理装置１６には、各々実行すべき制御プロ
グラム、演算プログラムを記憶させた読み出し専用メモ
リ（ＲＯＭ）１９，２０及び各種データの読み書き可能
なメモリ（ＲＡＭ）２１，画面メモリ２２が接続されて
いる。メイン中央処理装置１４は作業台２の操作パネル
２８における各入力ボタンや作動スイッチからの入力信
号を受け、またデータ入力するインターフェイス２３が
接続され、該インターフェイス２３には、後述するワイ
ヤボンディングすべき種類のＩＣペレットの基準パター
ン３２のデータ（データ上の電極パッドを符号Ｐ０，Ｐ
１，Ｐ２，Ｐ３で示す）を設計図に基づいて記録させた
カセット等の記録担持体からのデータが入力でき、前記
読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）２１に蓄えられる。メイ
ン中央処理装置１４の指令信号により、フレームローダ
４の駆動回路２４、フレーム送り台５のフレーム駆動回
路２５、収納部６の駆動回路２６を作動させる。なお符
号２７は各制御箇所（例えばフレーム送り台５上でのリ
ードフレームの所定の送りピッチ検出等）の制御センサ
ーのインターフェイスである。

【００１８】次に、リードフレーム３上のＩＣペレット
３１の電極パッドＥ０，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，‥‥に対す
るワイヤボンディング作業において、電極パッドＥ０，
Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，‥‥の位置検出動作の制御を、図４
のサブルーチンフローチャートに従って説明する。な
お、電極パッドＥ０，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，‥‥の位置検
出に先立ち、リードフレーム３のアイランド３ｂに対し
てＩＣペレット３１がダイボンディングされた位置（Ｘ
Ｙ座標）及び傾き（基準線Ｘ軸に対する傾き角度θ）を
検出して、これら位置及び傾きのデータは記憶されてい
るものとする。

【００１９】サブルーチンのスタートに続き、初期設定
を実行する（ステップ４０１）。ここでは、ワイヤボン
ディングすべき種類のＩＣペレットの平面視形状（寸
法）や位置検出するための電極パッドＰ０，Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３の基準パターン３２のデータが予め作業者によ
り入力されているのでそのデータ、特に基準となる電極
パッドＰ０の基準位置データやテレビカメラ１１の光軸
のＸＹテーブル７に対する座標（０，０）等を読み出し
て記憶させる。

【００２０】なお、前記基準となる電極パッドＰ０の座
標を原点Ｏ（０，０）とするように設定しておく（図５
（ａ）参照）。以下符号３５はモニタテレビ１２の画面
を示す。ステップ４０２ではフレーム送り台５上の所定
の位置にセットされたＩＣペレット３１の左上角部を撮
像すべく、ＸＹテーブル７を移動させ、ステップ４０３
でテレビカメラ１１にて電極パッドＥ０，Ｅ１，Ｅ２，
Ｅ３，‥‥部分を撮像し、その画像データ３４を取り込
む（図５（ｂ）参照）。この場合、電極パッドＥ０，Ｅ
１，Ｅ２，Ｅ３，‥‥の部分は、テレビカメラ１１によ
る検査範囲３３（視野）の中央に位置する必要はなく、
前記検査範囲３３の片隅に位置していても良い。ステッ
プ４０４では、基準パターン３２のデータと前記画像デ
ータ３４とを比較（重合わせ）してパターンが一致する
か否を判断するパターンマッチング処理を実行する。パ
ターンが一致するとき、ステップ４０５で前記基準の電
極パッドＰ０に対応する電極パッドＥ０の座標を演算し
て荒位置検出する。次いで、この荒位置の座標と、テレ
ビカメラ１１による検査範囲３３における原点、つまり
テレビカメラ１１の光軸の座標（原点）Ｏに対するずれ
量（ΔＸ１，ΔＹ１）を演算し（ステップ４０６、図５
（ｃ）参照）、そのずれ量が予め設定した許容範囲内で
あるか否かを判別する（ステップ４０７）。

【００２１】ステップ４０７で許容範囲外であると判断
したとき（noのとき）には、そのずれ量（ΔＸ１，ΔＹ
１）だけＸＹテーブル７を移動させて（ステップ４０
８）後、テレビカメラ１１にて再度前記電極パッドＥ
０，Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，‥‥部分を撮像し、その画像デ
ータ３４を取り込む（ステップ４０９図５（ｄ）参
照）。前述のように、テレビカメラ１１の光軸（原点）
Ｏから離れた位置では、カメラの光学系の歪みにより撮
像された画像に歪みがあるため、その画像の位置データ
には誤差が含まれているので、前記ずれ量自体にも誤差
がある。従って、前記ステップ４０８で、ずれ量（ΔＸ
１，ΔＹ１）だけＸＹテーブル７を移動させても、前記
基準の電極パッドＥ０の位置が原点に一致するとは限ら
ず、一般的になお微小のずれ量が存在することになる。

【００２２】そこで、ステップ４０６に戻して、再度、
電極パッドＥ０の位置のテレビカメラ１１の光軸の座標
（原点）に対するずれ量（ΔＸ２，ΔＹ２）を演算し
（図５（ｅ）参照）、そのずれ量（ΔＸ２，ΔＹ２）が
許容範囲内にあるか否かを判断し（ステップ４０７）、
許容範囲内に入るまで、前記ステップ４０６からステッ
プ４０９のフローを繰り返す。この許容範囲は、電極パ
ッドにワイヤボンディングするときの作動誤差範囲内に
あるように設定する。ステップ４０７で許容範囲内であ
る（yes ）と判断されると、前記基準の電極パッドＥ０
の位置を検出するという精密位置検出を実行し、その位
置を記憶するのである。（ステップ４１０，４１１）。

【００２３】前記図５（ａ）〜図５（ｅ）は、同じ倍率
で撮像した画像をテレビモニタにて映し出した画面であ
り、且つそれらに関する上記の説明から理解できるよう
に、テレビカメラの光学系の倍率は固定であることは明
らかであろう。

【００２４】このようにして、検査すべき対象の位置が
画像認識手段における、固定倍率の光学系からなる光学
的撮像手段の光学系の光軸近傍に位置するように調整す
れば、その光学系の歪みの影響が非常に少なくなり、検
出された位置のデータを正確に精度良く得ることができ
る。なお、電極パッドの位置検出の場合は、前記のよう
な位置検出の作動を、検査すべきＩＣペレットの対角線
に位置する２箇所の電極パッドについて実行すれば、そ
の余りの電極パッドの位置は、電極パッドのパターンの
設計データとの対比で演算することより、簡単に知るこ
とができ、次工程であるワイヤボンディング作業で、Ｉ
Ｃペレット３１上の電極パッドとリードフレーム３にお
けるリード部３ａとを金線等の金属細線３６にて接続す
れば良い（図６参照）。

【００２５】本発明の位置検出装置は、ワークであるＩ
Ｃペレットのピックアップ作業において、平面視矩形状
のＩＣペレットの対角線の位置を基準位置とし、その基
準位置を検出する等にも適用できることはいうまでもな
い。

【００２６】

【発明の作用・効果】以上に説明したように、本発明の
画像認識手段による電子部品の位置検出装置は、電子部
品等のワークの画像データを画像認識手段におけるテレ
ビカメラ等の光学的撮像手段で読み取り、この検出した
画像データを予め記憶させた基準位置データと比較し
て、ワークの基準位置を検出するようにした電子部品の
位置検出装置において、前記光学的撮像手段における光
学系倍率を固定とし、該光学的撮像手段またはワーク
を、その光学的撮像手段の光学系の光軸と交差する平面
上で相対的に移動させて、画像データを取り込み、ワー
クにおける基準位置を荒位置決めするための座標検出を
実行し、次いで、前記光学的撮像手段またはワークを再
度相対的に移動させて、前記ワークにおける基準位置を
前記光軸近傍に来るように制御する制御手段を設けたこ
とを特徴とするものであり、最初に、前記所定の倍率の
光学系を有する光学的撮像手段で撮像して取り込んだ画
像データを基に、座標検出して、ワークにおける基準位
置を荒位置決めし、再度同じ倍率で、光学的撮像手段ま
たはワークを、相対的に移動させて前記ワークにおける
基準位置を前記光軸近傍に来るように制御するだけの簡
単な操作で、光学系の光軸に近い光学的歪みの少ない箇
所で、ワークの基準位置を最終的に位置検出することに
なり、ワークの基準位置の位置検出結果のデータに関し
て光学的撮像手段における光学的歪みの影響を最小限に
することができる。

【００２７】このように、複数回の位置検出作業によ
り、ワークの基準位置を高い精度で検出できる結果、後
の作業に含まれる誤差を少なくして精度の高い作業を実
行できる効果を奏する。そして、光学的撮像手段の光学
系の倍率は固定的であるので、当該光学系の倍率の切換
装置や、倍率の異なる複数種類の光学系を準備する必要
がなく、検出装置はコンパクトで且つ安価になるという
効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動ワイヤボンディング装置の平面図である。

【図２】自動ワイヤボンディング装置の正面図である。

【図３】制御装置の機能ブロック図である。

【図４】位置検出のサブルーチンフローチャートであ
る。

【図５】（ａ）〜（ｅ）は位置検出のモニタテレビ画面
上での説明図である。

【図６】リードフレームにおけるワイヤボンディング結
果を示す図である。

【符号の説明】

１ 自動ワイヤボンディング装置 ２ 作業台 ３ リードフレーム ３ａ リード部 ４ フレームローダ ５ フレーム送り台 ６ 収納部 ７ ＸＹテーブル １０ ボンディングヘッド １１ テレビカメラ １２ モニタテレビ １３ 制御装置 １４ メイン中央処理装置 １５ テーブル中央処理装置 １６ 画像認識用中央処理装置 １７ テーブル駆動回路 １８ ボンディング駆動回路 ３１ ＩＣペレット ３２ 基準パターン ３３ 検査範囲 ３４ 画像データ ３５ モニタテレビの画面

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/60 301 G01B 11/24 G06F 15/62 405

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品等のワークの画像データを画像
   認識手段におけるテレビカメラ等の光学的撮像手段で読
   み取り、この検出した画像データを予め記憶させた基準
   位置データと比較して、ワークの基準位置を検出するよ
   うにした電子部品の位置検出装置において、前記光学的
   撮像手段における光学系倍率を固定とし、該光学的撮像
   手段またはワークを、その光学的撮像手段の光学系の光
   軸と交差する平面上で相対的に移動させて、画像データ
   を取り込み、ワークにおける基準位置を荒位置決めする
   ための座標検出を実行し、次いで、前記光学的撮像手段
   またはワークを再度相対的に移動させて、前記ワークに
   おける基準位置を前記光軸近傍に来るように制御する制
   御手段を設けたことを特徴とする画像認識手段による電
   子部品の位置検出装置。