JP3101854B2 - ワイヤボンデイング装置 - Google Patents

ワイヤボンデイング装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はワイヤボンデイング装置
に係り、特にカメラで検出する試料検出中心軸とキャピ
ラリ中心軸とのオフセットの修正手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４に示すように、リードフレーム１に
半導体チップ２が付着された試料３は、図５に示すワイ
ヤボンデイング装置１０により半導体チップ２のパッド
Ｐ1 、Ｐ2 ・・・とリードフレーム１のリード部Ｌ1 、
Ｌ2 ・・・にワイヤ４をワイヤボンデイングにより接続
する。
【０００３】かかるワイヤボンデイング方法において
は、一般に、まずカメラ１１によって半導体チップ２上
の少なくとも２つの定点、及びリードフレーム１上の少
なくとも２つの定点の正規の位置からのずれを検出し
て、この検出値に基づいて予め記憶されたボンデイング
座標を演算部で修正する。このカメラ１１による検出の
場合は、カメラ１１の中心軸１１ａが測定点の真上に位
置するようにＸ軸モータ１２及びＹ軸モータ１３が駆動
される。前記したようにボンデイング座標が修正された
後、キャピラリ１５がＸＹ軸方向及びＺ軸方向に移動さ
せられ、キャピラリ１５に挿通されたワイヤ４を半導体
チップ２のパッドＰ1 、Ｐ2 ・・・とリードフレーム１
のリード部Ｌ1 、Ｌ2 ・・・にワイヤボンデイングす
る。
【０００４】この場合、カメラ１１の中心軸１１ａとキ
ャピラリ１５の中心軸１５ａとは距離Ｗだけオフセット
されているので、カメラ１１によって定点のずれを検出
してボンデイング座標を修正した後、Ｘ軸モータ１２及
びＹ軸モータ１３によってＸＹテーブル１６がオフセッ
ト量Ｗだけ移動させられ、キャピラリ１５が試料３の第
１ボンド点の上方に位置させられる。その後、Ｘ軸モー
タ１２及びＹ軸モータ１３によるＸＹテーブル１６のＸ
Ｙ軸方向の移動と、Ｚ軸モータ１４によるキャピラリア
ーム１７の上下動（又は揺動）によるキャピラリ１５の
Ｚ軸方向の移動により、前記修正されたボンデイング座
標にワイヤ４がワイヤボンデイングされる。図５におい
て、キャピラリアーム１７はボンデイングヘッド１８に
揺動自在に設けられ、カメラ１１はカメラ保持アーム１
９を介してボンデイングヘッド１８に固定されている。
なお、Ｘｗはオフセット量ＷのＸ軸成分、Ｙｗはオフセ
ット量ＷのＹ軸成分を示す。
【０００５】なお、この種のワイヤボンデイング装置と
して、例えば特開平４−３１７３４２号公報、特開平４
−３２０３５０号公報等があげられる。また試料の位置
補正方法として、例えば特開昭５１−７８１７４号公
報、特公昭５７−５００５９号公報等があげられる。
【０００６】前記したように、カメラ１１の中心軸１１
ａとキャピラリ１５の中心軸１５ａとは、機械的に決め
られた一定のオフセット量Ｗを有している。従って、前
記したようにカメラ１１によって試料３のずれ量を検出
してボンデイング座標を修正し、前記オフセット量Ｗだ
け移動させて前記修正されたボンデイング座標に予め定
められたプログラムに従ってキャピラリ１５を順次移動
させることにより、ボンデイング点に正確にボンデイン
グさせることができる。
【０００７】しかし、ワイヤボンデイング装置１０は、
リードフレーム１を加熱するためのヒートブロックを有
し、キャピラリ１５を保持するキャピラリアーム１７
は、ヒートブロックの上方に位置している。またワイヤ
ボンデイング装置１０は、発熱源として前記したヒート
ブロックの他に、ＸＹテーブル１６をＸＹ軸方向に駆動
するＸ軸モータ１２及びＹ軸モータ１３、キャピラリア
ーム１７に内蔵された超音波発振源、キャピラリアーム
１７を揺動又は上下動させるＺ軸モータ１４等を備えて
いる。
【０００８】このような発熱源による周囲温度変化や動
作発熱等によって、キャピラリアーム１７の熱膨張とカ
メラ１１を保持するカメラ保持アーム１９の熱膨張とに
差が生じ、カメラ１１の中心軸１１ａとキャピラリ１５
の中心軸１５ａとのオフセット（量及び方向）が変動す
る。この変動による誤差分がボンデイング位置ずれとし
て表れる。
【０００９】従来、このオフセットの変動の修正は、作
業者が定期的に次のような方法による手動で行ってい
た。半導体チップ２のパッドＰ1 とリードフレーム１の
リード部Ｌ1 にワイヤボンデイングした後、パッドＰ1
の座標にオフセット量Ｗを加えた量だけＸＹテーブル１
６を駆動してカメラ１１の中心軸１１ａをパッドＰ1 の
上方に移動させ、カメラ１１で写し出されたパッドＰ1
にボンデイングされたボールがモニタ画面中心のクロス
ラインに対してずれているかを調べる。次にテンキー又
はチェスマンを手動操作してＸＹテーブル１６を駆動さ
せ、ボールをモニタ画面中心のクロスラインに合わせ
る。そして、この合わせ操作によるＸＹテーブル１６の
移動量を予め設定されているオフセット量Ｗに加えて修
正を行っていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によるオ
フセットの修正作業は、装置を一時停止し、手動入力手
段のテンキー等を操作してボールを画面中心のクロスラ
インに合わせる手動操作であるので、多大の修正作業時
間を要するという問題があった。また作業者のミスや個
人差などによる修正誤差が生じる。また手動修正方法で
は、対象画像の分解能がテレビモニタの分解能で決まっ
てしまうため、これより細かい位置が判断できなく、位
置精度はピクセル（画素）単位であった。また経時的な
変動に対する修正が非常に困難であるという問題があっ
た。
【００１１】本発明の目的は、オフセットのずれ量が自
動的に修正され、また修正精度の向上が図れると共に、
経時的なオフセットの変動も修正可能なワイヤボンデイ
ング装置を提供することにある。
【００１２】
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の装置は、リードフレームに半導体チップが付
着された試料にワイヤボンデイングするキャピラリと、
このキャピラリと一定のオフセット量を持って配設され
た試料検出中心軸を有するカメラと、キャピラリ及びカ
メラを共にＸＹ軸方向に駆動するＸＹテーブルと、前記
カメラで撮像した画像を処理して画像の位置ずれ量を算
出する画像処理部の演算制御部とを備えたワイヤボンデ
イング装置において、ワイヤボンデイング後にボンデイ
ングされたボール又はキャピラリの圧痕の上方に前記試
料検出中心軸を移動させるオフセットの修正時期及びオ
フセット修正手順が記憶されたオフセット修正用制御メ
モリと、前記オフセット量が記憶されたオフセットメモ
リと、前記オフセット修正用制御メモリにより前記ＸＹ
テーブルを駆動して前記試料検出中心軸を前記ボール又
はキャピラリの圧痕の上方に移動させ、前記画像処理部
の演算制御部で算出したずれ量によって前記オフセット
メモリに記憶されているオフセットの量を補正する装置
駆動部の演算制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
【作用】試料に次々にワイヤボンデイングが行われ、オ
フセット修正用制御メモリに設定した時間になると、オ
フセット修正用制御メモリにより演算制御部はボンデイ
ングされたボール又はキャピラリの圧痕の上方に試料検
出中心軸を移動させる。これにより、カメラによってボ
ール又はキャピラリの圧痕が撮像される。この撮像され
た映像は、画像処理部の演算制御部によって画像処理さ
れ、ずれ量を算出する。装置駆動部の演算制御部は、前
記算出されたずれ量によってオフセットメモリに記憶さ
れているオフセット量を補正する。以後、次のオフセッ
トの修正が行われるまで前記オフセットメモリに記憶さ
れているオフセット量が使用される。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１、図２、図４
及び図５により説明する。図１に示すように、制御回路
部は、主としてカメラ１１の映像を画像処理する画像処
理部２０と、図５に示すワイヤボンデイング装置１０を
駆動する装置駆動部３０と、座標等のデータを装置駆動
部３０に手動で入力する手動入力手段４５とからなって
いる。
【００１６】画像処理部２０は、カメラ１１より画像入
力手段２１を介して入力された映像の画像形状を記憶す
る画像メモリ２２と、この画像メモリ２２の画像処理手
順が記憶された制御メモリ２３と、この制御メモリ２３
の手順に従って画像メモリ２２の画像を処理して画像の
中心ずれ量を演算する演算制御部２４とからなってい
る。また前記画像メモリ２２の画像はテレビモニタ２５
に写し出される。
【００１７】装置駆動部３０は、Ｘ軸モータ１２、Ｙ軸
モータ１３、Ｚ軸モータ１４を制御するＸ軸モータ制御
部３１、Ｙ軸モータ制御部３２、Ｚ軸モータ制御部３３
と、ボンデイング動作のために前記モータ１２、１３、
１４を制御する制御手順及びボンデイング座標の算出手
順が記憶されたボンデイング用制御メモリ３４と、オフ
セット量Ｗの修正時期及びオフセット修正手順が記憶さ
れたオフセット修正用制御メモリ３５と、Ｘ軸モータ制
御部３１、Ｙ軸モータ制御部３２、Ｚ軸モータ制御部３
３、ボンデイング用制御メモリ３４及びオフセット修正
用制御メモリ３５を制御すると共に、前記演算制御部２
４によって算出された中心ずれ量と手動入力手段４５に
より入力されたボンデイング座標データにより実際のボ
ンデイング座標を算出及びオフセット修正量を算出する
演算制御部３６と、この演算制御部３６で算出されたボ
ンデイング座標を記憶するバッテリーバックアップ３７
されたボンデイング座標メモリ３８と、前記修正された
オフセットを記憶するオフセットメモリ３９とからなっ
ている。前記手動入力手段４５は、テンキー４６及びチ
ェスマン４７よりなり、ボンデイング座標及びオフセッ
トはそのいずれかを使用して装置駆動部３０に入力す
る。
【００１８】次に作用について説明する。オフセット修
正用制御メモリ３５には、予め手動入力手段４５を用い
て一定時間毎にオフセットの修正を行うように入力して
おき、またオフセット修正に使用する任意のパッド、例
えばパッドＰ1 を入力しておく。そこで、従来の技術の
項で説明したように、図５に示すワイヤボンデイング装
置１０により図４に示すように、試料３にワイヤボンデ
イングが行われる。
【００１９】試料３に次々にワイヤボンデイングが行わ
れ、オフセット修正用制御メモリ３５に設定した時間に
なると、その試料３へのワイヤボンデイングが完了した
後、オフセット修正用制御メモリ３５によりボンデイン
グ座標メモリ３７に記憶されているパッドＰ1 の座標と
オフセットメモリ４０に記憶されているオフセット量Ｗ
を演算制御部３６は読み出す。そして、演算制御部３６
はパッドＰ1 の座標にオフセット量Ｗを加えた座標にＸ
軸モータ制御部３１及びＹ軸モータ制御部３２を制御す
る。これにより、Ｘ軸モータ１２及びＹ軸モータ１３が
駆動し、カメラ１１の中心軸１１ａはワイヤボンデイン
グされたパッドＰ1 の上方に移動する。これにより、カ
メラ１１によってパッドＰ1 が撮像される。この撮像さ
れた映像は、画像入力手段２１によってデジタル信号に
変換されて画像メモリ２２に記憶される。この画像メモ
リ２２に記憶された画像形状は、演算制御部２４によっ
て画像処理され、パッドＰ1 にワイヤボンデイングされ
たボールの中心ずれ量を算出する。
【００２０】図２はパッドＰ1 にワイヤボンデイングさ
れたボール４ａがテレビモニタ２５に映っている撮像画
像例を示す。ボール４ａの中心をＰｃ（ｘｃ，ｙｃ）、
カメラ画像の中心をＰｓ（ｘｓ，ｙｓ）とすると、数１
によりカメラ画像の中心Ｐｓからボール４ａの中心Ｐｃ
のずれ量Δｘ，Δｙが求まる。本来、カメラ画像とボン
デイング中心の位置関係をオフセットとしているので、
Δｘ，Δｙがその時点のオフセットのずれ量となる。
【数１】Δｘ＝ｘｓ−ｘｃ Δｙ＝ｙｓ−ｙｃ
【００２１】この算出されるずれ量Δｘ，Δｙはサブピ
クセル（副画素）精度をもって検出できる。サブピクセ
ル演算については、多値化（階調付画像）相関処理に加
え、ＨＩＬＬ−ＣＬＩＭＢ技法及び補間法演算などを用
いることにより、副画素精度で最大の相関値を持つ点を
見つけ出せることが知られている。またこのずれ量Δ
ｘ，Δｙは画像メモリ２２のピクセル数として求まる
が、カメラ１１の倍率により、１ピクセル当たりの実寸
法（ＸＹテーブル１６の移動量）は装置の固有値である
ので、ＸＹテーブル１６の移動量に換算することがで
き、この換算の係数をｋｘ，ｋｙとすると、実寸法ずれ
量ｄｘ1 ，ｄｙ1 は数２で算出される。
【数２】ｄｘ＝ｋｘ・Δｘ ｄｙ＝ｋｙ・Δｙ
【００２２】次に演算制御部３６は、オフセットメモリ
３９に記憶されているオフセット量ＷのＸ軸成分Ｘｗ、
Ｙ軸成分Ｙｗに前記オフセットΔｘ，Δｙを数３のよう
に加えて修正し、この新たなオフセットＸｗ1 、Ｙｗ1
をオフセットメモリ３９に記憶させる。以後、次のオフ
セットの修正が行われるまで前記オフセットＸｗ1 、Ｙ
ｗ1 が使用される。
【数３】Ｘｗ1 ＝Ｘｗ＋ｄｘ Ｙｗ1 ＝Ｙｗ＋ｄｙ
【００２３】なお、前記実施例は、オフセットの修正を
一定時間毎に行う場合について説明したが、この方法に
限定されるものではない。例えば、電源をオンにした
時、またヒートブロックをオンにした時などには、温度
変化が大きくオフセットの大きな変動が予想される。こ
のように、大きな変動が予想される期間では修正回数を
増やし、時間が経過して変動が飽和した期間では回数を
減らす等のプログラムを用いたりしてもよい。また前記
実施例は、任意のパッド、例えばパッドＰ1 のみにカメ
ラ１１を戻してオフセットのずれ量を求めた。しかし、
１点のみのずれ量で補正すると、より余計にずれてしま
ったりすることがあるので、複数点についてずれ量を検
出、即ち複数回のサンプリングによりずれ方向とずれ量
の平均や偏差を計算する等の統計的手法を用いて修正し
てもよい。
【００２４】また前記実施例はパッドにワイヤボンデイ
ングされたボール４ａのずれ量を検出してオフセットを
補正したが、図３に示すように、リード部Ｌにワイヤボ
ンデイングした場合に生じるキャピラリ１５の圧痕マー
ク５を用いても同様に適用できることは言うまでもな
い。
【００２５】このように、オフセットの変動の修正が自
動的に行われ、オフセットに起因するボンデイングの位
置ずれ検出が自動的に行われ、一連のボンデイング作業
を全自動的に行うことができる。即ち、画像のクロスラ
インにボール４ａ又はキャピラリ１５の圧痕マーク５の
中心に合わせ込む操作を必要としないので、作業時間が
大幅に短縮されると共に、作業者のミスや個人差などに
よる位置合わせ誤差がなく、ボンデイング座標の位置精
度が向上する。また本実施例の場合、テレビモニタ２５
の分解能は６μｍ／ピクセルであり、手動で位置合わせ
する場合は、これより細かい位置の判断ができない。本
実施例においては、サブピクセル演算が可能であるの
で、１／３２ピクセルの検出精度があり、外乱の要因を
含めても１／４ピクセル、即ち１．５μｍの精度が得ら
れる。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、ワイヤボンデイング後
にボンデイングされたボール又はキャピラリの圧痕の位
置ずれを検出してオフセットのずれ量が自動的に修正さ
れ、また修正精度の向上が図れると共に、経時的なオフ
セットの変動も修正可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるワイヤボンデイング装置に用いる
制御回路部の一実施例を示すブロック図である。
【図２】ボンデイングされたボールのずれ検出を示す図
である。
【図３】リード部のボンデイング部分の平面図である。
【図４】試料の１例を示す平面図である。
【図５】ワイヤボンデイング装置の１例を示す斜視図で
ある。
【符号の説明】
１ リードフレーム ２ 半導体チップ ３ 試料 １０ ワイヤボンデイング装置 １１ カメラ １５ キャピラリ １６ ＸＹテーブル ２０ 画像処理部 ２４ 演算制御部 ３０ 装置駆動部 ３４ ボンデイング用制御メモリ ３５ オフセット修正用制御メモリ ３６ 演算制御部 ３８ ボンデイング座標メモリ ３９ オフセットメモリ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リードフレームに半導体チップが付着さ
    れた試料にワイヤボンデイングするキャピラリと、この
    キャピラリと一定のオフセット量を持って配設された試
    料検出中心軸を有するカメラと、キャピラリ及びカメラ
    を共にＸＹ軸方向に駆動するＸＹテーブルと、前記カメ
    ラで撮像した画像を処理して画像の位置ずれ量を算出す
    る画像処理部の演算制御部とを備えたワイヤボンデイン
    グ装置において、ワイヤボンデイング後にボンデイング
    されたボール又はキャピラリの圧痕の上方に前記試料検
    出中心軸を移動させるオフセットの修正時期及びオフセ
    ット修正手順が記憶されたオフセット修正用制御メモリ
    と、前記オフセット量が記憶されたオフセットメモリ
    と、前記オフセット修正用制御メモリにより前記ＸＹテ
    ーブルを駆動して前記試料検出中心軸を前記ボール又は
    キャピラリの圧痕の上方に移動させ、前記画像処理部の
    演算制御部で算出したずれ量によって前記オフセットメ
    モリに記憶されているオフセットの量を補正する装置駆
    動部の演算制御部とを備えたことを特徴とするワイヤボ
    ンデイング装置。
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