JP3578118B2

JP3578118B2 - Bonding apparatus and bonding method

Info

Publication number: JP3578118B2
Application number: JP2001216361A
Authority: JP
Inventors: 守内田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2001-07-17
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2021-07-17
Also published as: JP2003031619A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップなどの電子部品を被接合面にボンディングするボンディング装置およびボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フリップチップなどの電子部品を基板に実装する方法として、超音波接合や熱圧着などのボンディングによる方法が知られている。このボンディングにおいては、電子部品をボンディングツールによって基板に対して所定荷重で押圧することにより、フリップチップのバンプを基板の電極に接合する。押圧に用いられるボンディングツールは、一般にフリップチップを吸着保持する機能を備えている場合が多く、ボンディング動作においては、フリップチップを保持したボンディングツールを基板に対して下降させる過程で、ボンディングツールの下降動作を制御することにより、バンプを基板の電極に対する押圧荷重を制御するようになっている。このボンディングツールの動作制御は、一般にボンディングツールの昇降動作を駆動するサーボモータの位置制御機能およびトルク制御機能を用いて行われ、フリップチップのバンプが基板に接触したことを検出したタイミングで、位置制御モードから荷重制御モードに切り換えられる。
【０００３】
ところで、サーボモータの動作制御には、サーボモータへ駆動電力を供給し上述の位置制御・荷重制御の機能を有するドライバが用いられ、一般にこのドライバは個々のサーボモータの種類に応じた専用装置となっている。そして従来はこの専用装置をボンディング装置の全体制御機能によって制御することにより、位置制御から荷重制御への切換が行われるように制御系が構成されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のボンディング装置のボンディングツールの昇降動作制御においては、下降動作途中の接触検出や制御モード切り換えはボンディング装置の全体制御機能によって制御されていた。このため、接触検出や制御モード切り換えのための信号伝達経路が複雑になり、制御速度が低下して高速動作が困難になるとともに、装置全体の制御プラグラム作成負荷が増加するという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、ボンディング動作における制御モード切換を高速で行うことができるボンディング装置およびボンディング方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のボンディング装置は、ボンディングツールによってボンディング対象物に荷重を作用させながら被接合面に圧着するボンディング装置であって、前記ボンディングツールを駆動するモータと、このモータを制御するモータ制御部と、ボンディング装置全体を制御する上位制御部とを備え、前記モータ制御部は、ボンディング動作に関する動作プログラムおよびボンディング動作の制御に用いられる制御変数を記憶する記憶部と、位置制御方式とトルク制御方式とを選択的に切り換えながら前記モータに電力を供給するモータ駆動部と、このモータ駆動部を介して前記モータを制御する下位制御部とを備え、この下位制御部による前記モータの制御において、下位制御部が前記動作プログラムに基づいて前記モータを制御する第１の制御モードと動作プログラムを実行せずに前記上位制御部からの指令に基づいてモータを制御する第２の制御モードとを切り換えて制御する。
【０００７】
請求項２記載のボンディング装置は、請求項１記載のボンディング装置であって、前記上位制御部により、前記記憶部に記憶されている制御変数を書き換え可能になっている。
【０００８】
請求項３記載のボンディング方法は、ボンディングツールを駆動するモータと、このモータを制御するモータ制御部と、ボンディング動作に関する動作プログラムおよびボンディング動作の制御に用いられる制御変数を記憶する記憶部と、位置制御方式とトルク制御方式とを選択的に切り換えながら前記モータに電力を供給するモータ駆動部と、このモータ駆動部を介して前記モータを制御する下位制御部と、ボンディング装置全体を制御する上位制御部とを備えたボンディング装置によるボンディング方法であって、前記上位制御部からの指令に基づいて前記ボンディングツールを所定の位置に位置させる工程と、前記上位制御部から下位制御部に対してボンディング動作を行う指令を出力する工程と、下位制御部が前記動作プログラムに基づいてモータを制御してボンディング動作を行う工程と、前記ボンディング動作が完了したならば、動作完了信号を下位制御部から上位制御部へ出力する工程とを含む。
【０００９】
本発明によれば、ボンディングツールを駆動するモータの制御系を、位置制御方式とトルク制御方式とを選択的に切り換えながらモータに電力を供給するモータ駆動部とこのモータ駆動部を介してモータを制御する下位制御部とを備えたモータ制御部と、ボンディング装置全体を制御する上位制御部とで構成し、この下位制御部によるモータの制御において、下位制御部が動作プログラムに基づいてモータを制御する第１の制御モードと動作プログラムを実行せずに上位制御部からの指令に基づいてモータを制御する第２の制御モードとを切り換えて制御することにより、ボンディング動作における制御モードの切換を高速で行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のボンディング装置の構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態のボンディング装置のＺ軸モータの制御系の機能を示す機能ブロック図、図３は本発明の一実施の形態のボンディング装置の自動運転のフロー図、図４は本発明の一実施の形態のボンディング装置の自動運転の動作説明図、図５は本発明の一実施の形態のボンディング動作のフロー図、図６は本発明の一実施の形態のボンディング動作の説明図である。
【００１１】
まず図１を参照してボンディング装置の構成について説明する。図１において、位置決め部１の移動テーブル２上には、基板３が保持されている。移動テーブル２はＸ軸モータ、Ｙ軸モータ（図示省略）によって水平方向に移動する。Ｘ軸モータ、Ｙ軸モータはそれぞれＸ軸モータドライバ１６、Ｙ軸モータドライバ１７によって駆動され、制御部１８によってＸ軸モータドライバ１６、Ｙ軸モータドライバ１７制御することにより、移動テーブル２上の基板３は水平移動し、以下に説明するボンディング機構４に対して位置決めされる。
【００１２】
位置決め部１の上方には、ボンディング機構４が配設されている。ボンディング機構４は、垂直な固定フレーム５に固着されたツール昇降機構６を備えており、ツール昇降機構６はＺ軸モータ６ａ（図２参照）を備えている。Ｚ軸モータは、モータ制御部としてのＺ軸モータドライバ１３によって駆動され、制御部１８によってＺ軸モータドライバ１３を制御することにより、ボンディングツール７が昇降する。ボンディングツール７にはエンコーダ１２が装着されており、ボンディングツール７の昇降においてエンコーダ１２が固定フレーム５に固着されたリニアスケール１１に沿って昇降することにより、ボンディングツール７の高さ位置が検出できるようになっている。高さ位置検出結果は、Ｚ軸モータドライバ１３や制御部１８に伝達される。
【００１３】
位置決め部１の側方には、チップ供給ユニット１０の供給アーム９が水平方向に進退自在に配設されている。供給アーム９は、上面に載置されたボンディング対象物であるチップ８をボンディングツール７に供給する。供給アーム９が進出してチップ８をボンディングツール７の下方に位置させた状態で、ボンディングツール７が下降することにより、ボンディングツール７はチップ８を吸着して保持する。
【００１４】
位置決め部１の側方には、カメラ１４が水平方向に進退自在に配設されている。カメラ１４は、チップ８を保持したボンディングツール７の下方に進出し、チップ８を下方から撮像する。そして撮像結果を認識ユニット１５で認識処理することにより、チップ８の識別や位置認識が行われる。この認識結果は制御部１８に伝達される。そしてボンディングツール７によってチップ８を被接合面である基板３の上面にボンディングする際には、制御部１８がＸ軸モータドライバ１６、Ｙ軸モータドライバ１７を介して移動テーブル２を制御することにより、チップ８は基板３の正しい位置にボンディングされる。
【００１５】
またこのボンディング過程において、制御部１８がＺ軸モータドライバ１３を介してツール昇降機構６の動作を制御することにより、ボンディングツール７は所定の速度パターンで下降動作を行うとともに、チップ８を基板３に対して所定の押圧荷重を作用させて押圧する。制御部１８は操作部１９に接続されており、操作部１９からの操作入力により、上記動作制御に用いられる各種の制御変数の入力、設定変更や、手動運転時の操作を行えるようになっている。
【００１６】
次に図２を参照して、ツール昇降機構６のＺ軸モータの制御系の機能について説明する。図２において、枠１３内はＺ軸モータドライバ１３の機能を機能ブロック図にて示したものである。Ｚ軸モータドライバ１３は、下位制御部２０、記憶部２１、位置制御部２２、位置カウンタ２３、速度制御部２４、速度カウンタ２５、電流制御部２６の各機能部を有している。
【００１７】
下位制御部２０は、ボンディング装置全体の動作を制御する上位制御部としての制御部１８との間で、後述する４種類の信号Ａ〜Ｄの授受を行う。記憶部２１は、ボンディング動作プログラム２１ａ、制御変数２１ｂを記憶する。制御変数２１ｂは、ボンディング動作の制御において用いられる目標値（位置指令や荷重指令）などのデータであり、制御部１８により記憶部２１に記憶されている制御変数２１ｂを随時書き換えることが可能となっている。
【００１８】
信号Ａはボンディング動作プログラム２１ａ、制御変数２１ｂを、制御部１８から下位制御部２０を介して記憶部２１にダウンロードする信号を示している。信号Ｂは制御モードの指令信号であり、この指令信号により、下位制御部２０にボンディング動作を行わせる自動制御モードと、制御部１８によってＺ軸モータ６ａの動作を制御する個別制御モードとの切換を行う。ここで個別制御モードには、位置制御モードとトルク制御モードの２種類があり、動作形態によってこれらの制御モードが切り換えられる。信号Ｃは位置制御モードとトルク制御モードにおいて、制御部１８から送信される位置指令、荷重指令の信号を示している。また信号Ｄは自動制御モードにおいて、ボンディング動作プログラムによる動作が完了したことを伝達する動作完了信号である。
【００１９】
下位制御部２０の機能について説明する。下位制御部２０は、制御部１８からの制御モード指令（信号Ｂ）に従って、以下の２通りの制御を行う。先ず、自動制御モード（第１の制御モード）が指令された場合には、記憶部２１に記憶されたボンディング動作プログラム２１ａと制御変数２１ｂに基づいて、Ｚ軸モータ６ａを制御する。この場合には、下位制御部２０は位置制御部２２に対して目標位置を示す位置指令（信号ａ）を、電流制御部２６に対して制御切換指令（信号ｂ）やトルク制御時の目標荷重を示す荷重指令（信号ｃ）をボンディング動作プログラム２１ａに従って出力する。
【００２０】
位置制御モードまたはトルク制御モード（第２の制御モード）が指令された場合には、下位制御部２０はボンディング動作プログラム２１ａを実行せずに、制御部１８からの位置指令、荷重指令に基づいて、Ｚ軸モータ６ａを制御する。制御部１８が位置制御モード（信号Ｂ）を指令すると、下位制御部２０は制御切換指令（信号ｂ）を出力して電流制御部２６の制御方式を位置制御方式に切り換えるとともに、制御部１８からの位置指令（信号Ｃ）を中継して位置制御部２２に対して位置指令（信号ａ）を出力する。一方、制御部１８がトルク制御モード（信号Ｂ）を指令すると、下位制御部２０は制御切換指令（信号ｂ）を出力して電流制御部２６の制御方式をトルク制御方式に切り換えるとともに、制御部１８からの荷重指令（信号Ｃ）を中継して電流制御部２６に対して荷重指令（信号ｃ）を出力する。
【００２１】
位置制御部２２は、位置指令（信号ａ）と、位置カウンタ２３からの位置信号（信号ｄ）に基づいて、目標位置に到達するための目標速度を示す速度指令（信号ｅ）を速度制御部２４に対して出力する。位置信号（信号ｄ）はボンディングツール７の高さ位置を示すものであり、エンコーダ１２からのパルス信号に基づき、位置カウンタ２３によって生成される。この位置信号は、下位制御部２０に対しても出力される。
【００２２】
速度制御部２４は、速度指令（信号ｅ）と速度カウンタ２５からの速度信号（信号ｆ）に基づいて、Ｚ軸モータ６ａを駆動するための目標電流を示す電流指令（信号ｇ）を電流制御部２６に対して出力する。速度信号（信号ｆ）はボンディングツール７の昇降速度を示すものであり、エンコーダ１２からのパルス信号に基づき、速度カウンタ２５によって生成される。この速度信号は、下位制御部２０に対しても出力される。
【００２３】
電流制御部２６は、制御切換指令（信号ｂ）によって制御方式を位置制御方式とトルク制御方式に切り換える。位置制御方式の場合は、速度制御部２４から出力された電流指令（信号ｇ）に基づいて駆動電流ｉをＺ軸モータ６ａに対して出力し、トルク制御方式の場合は、下位制御部２０から出力された荷重指令（信号ｃ）に基づいて、駆動電流ｉをＺ軸モータ６ａに対して出力する。これにより、Ｚ軸モータ６ａには駆動用の電力が供給される。したがって、電流制御部２６は、位置制御方式とトルク制御方式とを選択的に切り換えながらＺ軸モータ６ａに電力を供給するモータ駆動部となっている。すなわち下位制御部２０は、電流制御部２６を介してＺ軸モータ６ａを制御する。
【００２４】
このボンディング装置は上記のように構成されており、次にこのボンディング装置の自動運転モードについて図３、図４を参照して説明する。
【００２５】
図３において、まず制御部１８から位置制御モードが指令され、これを受けた下位制御部２０は制御切換指令（信号ｂ）を電流制御部２６へ出力して、位置制御方式に切り換える（ＳＴ１）。次に制御部１８はボンディングツール７を上昇させるための位置指令Ｚ０を出力する。これを受けて下位制御部２０は位置指令Ｚ０（信号ａ）を出力し、位置制御部２２及び速度制御部２４を経て電流制御部２６に電流指令（信号ｇ）が出力され、電流制御部２６はこの電流指令（信号ｇ）に基づいて駆動電流ｉをＺ軸モータ６ａに対して出力して駆動する。
【００２６】
これにより図４（ａ）に示すように、ボンディングツール７は位置指令Ｚ０に対応する目標位置まで上昇し、所定位置に位置する（ＳＴ２）。この位置指令Ｚ０は、ボンディングツール７の待機位置に対応している。次いで図４（ｂ）に示すように、チップ８を載置した供給アーム９がボンディングツール７の下方に進出してチップ８が供給され（ＳＴ３）、制御部１８からの位置指令Ｚ１が出力されると、このチップ８に対してボンディングツール７が位置指令Ｚ１に対応する目標位置まで下降する。この位置指令Ｚ１はチップ吸着高さに対応している。
【００２７】
これによりチップ８はボンディングツール７によって吸着される（ＳＴ５）。この後、図４（ｃ）に示すようにボンディングツール７が再び位置指令Ｚ０に従って上昇する（ＳＴ６）とともに、供給アーム９が退避する。なお、ここでは供給アーム９が進退し、ボンディングツール７は単に昇降動作のみを行う例を示しているが、ボンディングツール７に昇降と水平移動とを組み合わせたチップ吸着動作を行わせるようにしてもよい。
【００２８】
この後図４（ｄ）に示すように、カメラ１４がボンディングツール７の下方に進出し、ボンディングツール７に保持された状態のチップ８を下方から認識するとともに、下方の基板３（図１）を認識する。これにより、基板３とチップ８との相対的な位置誤差が検出され、この位置誤差に基づいて移動テーブル２を駆動することにより、位置誤差を補正するアライメント動作が行われる（ＳＴ７）。
【００２９】
次に制御部１８により下位制御部２０に対して自動運転モードが指令され（ＳＴ８）、すなわちボンディング動作プログラムにしたがって所定のボンディング動作を行う指令が出力される。これにより、チップ８は基板３にボンディングされる。そしてボンディング動作プログラムに設定された動作完了信号が制御部１８によって受信されたならば、ボンディング動作の完了と判断して（ＳＴ９）、位置制御方式に復帰し（ＳＴ１０）、自動運転の１サイクルを終了する。
【００３０】
次に図５、図６を参照して、上記（ＳＴ８）の自動制御モードにおいて実行されるボンディング動作について説明する。図６は、ボンディング動作におけるボンディングツール７の高さ位置の時間的変化と、制御切換指令および荷重指令との関係を示すものである。ボンディング動作開始の時点では、図６（イ）に示すようにボンディングツール７は、チップ８を吸着して位置指令Ｚ０に対応した所定の待機位置にある。
【００３１】
ボンディング動作が開始されると、図５においてまず下位制御部２０からの制御切換指令によって制御方式が選択される（ＳＴ１１）。次に下位制御部２０はボンディングツール７を下降させるための位置指令Ｚ２（信号ａ）を出力してＺ軸モータ６ａを駆動する。位置指令Ｚ２は記憶部２１に制御変数２１ｂとして格納されている。すると図６（ロ）に示すように、ボンディングツール７は位置指令Ｚ２にしたがって下降する（ＳＴ１２）。位置指令Ｚ２は下降速度の切り換え高さに対応しており、位置指令Ｚ２に対応した高さに到達したならば、下降速度を低速に切り換えるとともに、トルクリミット機能をＯＮにする（ＳＴ１３）。
【００３２】
トルクリミット機能とは、駆動電流ｉの上限値を設定してこれ以上の電流がＺ軸モータ６ａに供給されないようにする機能であり、これにより、制御モードは単なる位置制御からトルクリミットつき位置制御に切り換えられ、ボンディングツール７の下降途中においてチップ８が基板３に当接した際のチップ８に対する過大な荷重が防止される。
【００３３】
この後、下位制御部２０からの位置指令Ｚ３が出力され、ボンディングツール７は位置指令Ｚ３を目標位置とする高さまで低速で下降する。この過程において、サーチ動作が行われる（ＳＴ１４）。このサーチ動作においては、チップ８と基板３との接触を検出する接触検出が行われる（ＳＴ１５）。すなわち速度カウンタ２５からの速度信号（信号ｆ）を下位制御部２０で監視し、この速度が急減速し始めた時点を「接触」と判断する。この接触検出においては、Ｚ軸の位置検出をＺ軸モータドライバ１３によって行うことから、従来の制御方式、すなわち制御部１８の機能によってＺ軸の位置検出を行う方式と比較して、高分解能の検出が可能となっている。
【００３４】
そして、図６（ハ）に示すようにチップ８が基板３に当接して下位制御部２０によって接触が検知されたならば、下位制御部２０は制御切換指令（信号ｂ）を出力して電流制御部２６の制御方式をトルク制御方式に切り換える（ＳＴ１６）。そして下位制御部２０から荷重指令Ｆ１（信号ｃ）が電流制御部２６に出力され、これにより、Ｚ軸モータ６ａが発生するトルクにより荷重指令Ｆ１に応じたボンディング荷重が印加され（ＳＴ１７）、この状態が所定の時間Ｔ１だけ保持される。時間Ｔ１が経過したならば（ＳＴ１８）、荷重指令Ｆ２に切り換えて図６（ニ）に示すように荷重指令Ｆ２に応じたボンディング荷重を印加し（ＳＴ１９）、所定の時間Ｔ２が経過したならば（ＳＴ２０）、下位制御部２０は制御切換指令（信号ｂ）を出力して電流制御部２６の制御方式を位置制御方式に復帰する（ＳＴ２１）。
【００３５】
次に下位制御部２０から位置指令Ｚ０が出力され、これによりチップ８を基板３にボンディングした後のボンディングツール７は、図６（ホ）に示す状態から位置指令Ｚ０に従って図６（へ）に示す待機位置まで上昇する（ＳＴ２２）。この後、Ｚ軸が停止したことを確認し（ＳＴ２３）、下位制御部２０から制御部１８に対して動作完了信号を出力する（ＳＴ２４）。これにより、ボンディング動作プログラムにしたがって自動制御モードで行われるボンディング動作の１サイクルが終了する。
【００３６】
上記説明したように、このボンディング方法は、上位制御部としての制御部１８からの指令に基づいてボンディングツール７を所定の待機位置に位置させる工程と、制御部１８から下位制御部２０に対してボンディング動作を行う指令を出力する工程と、下位制御部２０がボンディング動作プログラム２１ａに基づいてＺ軸モータ６ａを制御してボンディング動作を行う工程と、ボンディング動作が完了したならば、動作完了信号を下位制御部２０から制御部１８へ出力する工程とを含むものとなっている。
【００３７】
そして下位制御部２０がボンディング動作プログラム２１ａに基づいてＺ軸モータ６ａを制御してボンディング動作を行う工程において、接触検出や制御方式の切り換えは、制御部１８とは独立にＺ軸モータドライバ１３の内部機能によって行われることから、制御部１８の全体制御機能によってこれらの処理を行う従来の方法と比較して、信号伝達経路が簡略化され、これにより高速動作が実現される。
【００３８】
また、自動運転において自動制御モードで実行されるボンディング動作は、独立した動作ステップとして取り扱えることから、ボンディング装置（制御部１８）の動作プログラム作成負荷を低減することが可能となっている。
【００３９】
なお上記実施の形態においては、自動制御モードによって自動的に実行される動作プログラムとして、ボンディング動作の例のみを示しているが、チップ吸着動作など、ボンディングヘッド７の昇降動作を伴う他の動作についても、同様に自動制御モードによって実行することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、ボンディングツールを駆動するモータの制御系を、位置制御方式とトルク制御方式とを選択的に切り換えながらモータに電力を供給するモータ駆動部とこのモータ駆動部を介してモータを制御する下位制御部とを備えたモータ制御部と、ボンディング装置全体を制御する上位制御部とで構成し、この下位制御部によるモータの制御において、下位制御部が動作プログラムに基づいてモータを制御する第１の制御モードと動作プログラムを実行せずに上位制御部からの指令に基づいてモータを制御する第２の制御モードとを切り換えて制御するようにしたので、ボンディング動作における制御モードの切換を高速で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のボンディング装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態のボンディング装置のＺ軸モータの制御系の機能を示す機能ブロック図
【図３】本発明の一実施の形態のボンディング装置の自動運転のフロー図
【図４】本発明の一実施の形態のボンディング装置の自動運転の動作説明図
【図５】本発明の一実施の形態のボンディング動作のフロー図
【図６】本発明の一実施の形態のボンディング動作の説明図
【符号の説明】
３基板
４ボンディング機構
６ツール昇降機構
６ａＺ軸モータ
７ボンディングツール
８チップ
１３Ｚ軸モータドライバ
１８制御部
２０下位制御部
２１記憶部
２１ａボンディング動作プログラム
２１ｂ制御変数
２２位置制御部
２４速度制御部
２６電流制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a bonding apparatus and a bonding method for bonding an electronic component such as a flip chip to a surface to be bonded.
[0002]
[Prior art]
As a method of mounting an electronic component such as a flip chip on a substrate, a bonding method such as ultrasonic bonding or thermocompression bonding is known. In this bonding, the flip chip bumps are bonded to the electrodes of the substrate by pressing the electronic component against the substrate with a predetermined load using a bonding tool. In general, a bonding tool used for pressing often has a function of sucking and holding a flip chip, and in the bonding operation, the bonding tool holding the flip chip is lowered with respect to the substrate during the lowering of the bonding tool. By controlling the operation, the pressing load of the bump against the electrode of the substrate is controlled. The operation control of the bonding tool is generally performed by using a position control function and a torque control function of a servo motor that drives the lifting / lowering operation of the bonding tool. The mode is switched from the control mode to the load control mode.
[0003]
By the way, for the operation control of the servomotor, a driver having a function of supplying the driving power to the servomotor and having the functions of the position control and the load control described above is used. Generally, this driver is a dedicated device corresponding to the type of each servomotor. Has become. Conventionally, a control system has been configured such that switching from position control to load control is performed by controlling the dedicated device using the overall control function of the bonding device.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the control of the elevating operation of the bonding tool of the conventional bonding apparatus, the contact detection and the control mode switching during the lowering operation are controlled by the overall control function of the bonding apparatus. For this reason, there is a problem that a signal transmission path for contact detection and control mode switching is complicated, control speed is reduced, high-speed operation is difficult, and a control program creation load of the entire apparatus is increased. .
[0005]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a bonding apparatus and a bonding method capable of switching a control mode in a bonding operation at a high speed.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
2. The bonding apparatus according to claim 1, wherein the bonding tool presses the object to be bonded while applying a load to the object to be bonded by the bonding tool, wherein the motor drives the bonding tool, and the motor controller controls the motor. And a higher-level controller for controlling the entire bonding apparatus, wherein the motor controller is configured to store an operation program relating to the bonding operation and a control variable used for controlling the bonding operation, a position control method and a torque control method. And a lower-level control unit that controls the motor via the motor drive unit. The lower-level control unit controls the motor. A control unit that controls the motor based on the operation program; It is controlled by switching a second control mode for controlling the motor based on a command from the higher control unit without executing the control mode operating program of the.
[0007]
A bonding apparatus according to a second aspect is the bonding apparatus according to the first aspect, wherein the control variable stored in the storage unit can be rewritten by the higher-level control unit.
[0008]
A bonding method according to claim 3, wherein the motor drives a bonding tool, a motor control unit that controls the motor, a storage unit that stores an operation program related to the bonding operation and a control variable used for controlling the bonding operation, A motor drive unit for supplying power to the motor while selectively switching between a control system and a torque control system; a lower control unit for controlling the motor via the motor drive unit; and a higher control for controlling the entire bonding apparatus A step of positioning the bonding tool at a predetermined position based on a command from the higher-level control unit, and performing a bonding operation from the higher-level control unit to the lower-level control unit. Outputting a command for performing And performing a bonding operation by controlling the motor Zui, if the bonding operation is completed, and a step of outputting the operation completion signal from the slave control unit to the higher control part.
[0009]
According to the present invention, a motor drive unit that supplies power to a motor while selectively switching a control system of a motor that drives a bonding tool between a position control method and a torque control method, and a motor via the motor drive unit A motor control unit having a lower control unit for controlling the motor, and a higher control unit for controlling the entire bonding apparatus. In the control of the motor by the lower control unit, the lower control unit controls the motor based on an operation program. By switching between the first control mode for controlling the motor and the second control mode for controlling the motor based on a command from the host control unit without executing the operation program, the control mode can be switched at high speed in the bonding operation. Can be done with
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a functional block diagram showing functions of a control system of a Z-axis motor of the bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flowchart of the automatic operation of the bonding apparatus according to one embodiment of the present invention, FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the automatic operation of the bonding apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a flowchart of the bonding operation, and FIG. 6 is an explanatory diagram of the bonding operation according to one embodiment of the present invention.
[0011]
First, the configuration of the bonding apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a substrate 3 is held on a moving table 2 of a positioning unit 1. The moving table 2 is horizontally moved by an X-axis motor and a Y-axis motor (not shown). The X-axis motor and the Y-axis motor are driven by an X-axis motor driver 16 and a Y-axis motor driver 17, respectively. 3 moves horizontally and is positioned with respect to a bonding mechanism 4 described below.
[0012]
Above the positioning section 1, a bonding mechanism 4 is provided. The bonding mechanism 4 includes a tool elevating mechanism 6 fixed to a vertical fixed frame 5, and the tool elevating mechanism 6 includes a Z-axis motor 6a (see FIG. 2). The Z-axis motor is driven by a Z-axis motor driver 13 as a motor control unit, and the bonding tool 7 moves up and down by controlling the Z-axis motor driver 13 by the control unit 18. An encoder 12 is mounted on the bonding tool 7, and when the bonding tool 7 moves up and down along the linear scale 11 fixed to the fixed frame 5, the height position of the bonding tool 7 can be detected. It has become. The height position detection result is transmitted to the Z-axis motor driver 13 and the control unit 18.
[0013]
A supply arm 9 of a chip supply unit 10 is disposed on the side of the positioning unit 1 so as to be able to advance and retreat in a horizontal direction. The supply arm 9 supplies the chip 8 which is a bonding target placed on the upper surface to the bonding tool 7. With the supply arm 9 advanced and the chip 8 positioned below the bonding tool 7, the bonding tool 7 descends, and the bonding tool 7 sucks and holds the chip 8.
[0014]
A camera 14 is provided on the side of the positioning unit 1 so as to be able to advance and retreat in the horizontal direction. The camera 14 advances below the bonding tool 7 holding the chip 8 and images the chip 8 from below. Then, the recognition result of the imaging unit is recognized by the recognition unit 15, whereby the identification and the position of the chip 8 are recognized. This recognition result is transmitted to the control unit 18. When bonding the chip 8 to the upper surface of the substrate 3 which is the surface to be bonded by the bonding tool 7, the control unit 18 controls the moving table 2 via the X-axis motor driver 16 and the Y-axis motor driver 17. , Chip 8 is bonded to the correct position on substrate 3.
[0015]
In this bonding process, the control unit 18 controls the operation of the tool lifting / lowering mechanism 6 via the Z-axis motor driver 13 so that the bonding tool 7 performs a lowering operation at a predetermined speed pattern and the chip 8 is attached to the substrate 3. A predetermined pressing load is applied to the substrate to press it. The control unit 18 is connected to the operation unit 19, and can input various control variables used for the operation control, change settings, and perform an operation at the time of manual operation by an operation input from the operation unit 19. I have.
[0016]
Next, the function of the control system of the Z-axis motor of the tool lifting mechanism 6 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, a frame 13 shows the function of the Z-axis motor driver 13 in a functional block diagram. The Z-axis motor driver 13 has functional units such as a lower control unit 20, a storage unit 21, a position control unit 22, a position counter 23, a speed control unit 24, a speed counter 25, and a current control unit 26.
[0017]
The lower control unit 20 exchanges four types of signals A to D described later with the control unit 18 as an upper control unit that controls the operation of the entire bonding apparatus. The storage unit 21 stores a bonding operation program 21a and a control variable 21b. The control variable 21b is data such as a target value (position command or load command) used in the control of the bonding operation. The control variable 21b stored in the storage unit 21 by the control unit 18 can be rewritten as needed. ing.
[0018]
Signal A indicates a signal for downloading the bonding operation program 21a and the control variable 21b from the control unit 18 to the storage unit 21 via the lower control unit 20. The signal B is a command signal for a control mode. The command signal switches between an automatic control mode in which the lower control unit 20 performs a bonding operation and an individual control mode in which the control unit 18 controls the operation of the Z-axis motor 6a. I do. Here, there are two types of individual control modes, a position control mode and a torque control mode, and these control modes are switched depending on the operation mode. A signal C indicates a position command and a load command transmitted from the control unit 18 in the position control mode and the torque control mode. A signal D is an operation completion signal for notifying that the operation according to the bonding operation program has been completed in the automatic control mode.
[0019]
The function of the lower control unit 20 will be described. The lower control unit 20 performs the following two types of control in accordance with the control mode command (signal B) from the control unit 18. First, when the automatic control mode (first control mode) is instructed, the Z-axis motor 6a is controlled based on the bonding operation program 21a and the control variable 21b stored in the storage unit 21. In this case, the lower control unit 20 sends a position command (signal a) indicating the target position to the position control unit 22, a control switching command (signal b) to the current control unit 26, and a target load during torque control. Is output in accordance with the bonding operation program 21a.
[0020]
When the position control mode or the torque control mode (second control mode) is instructed, the lower-level control unit 20 does not execute the bonding operation program 21a and based on the position command and the load command from the control unit 18. , The Z-axis motor 6a. When the control unit 18 commands the position control mode (signal B), the lower control unit 20 outputs a control switching command (signal b) to switch the control method of the current control unit 26 to the position control method. The position command (signal a) is output to the position control unit 22 by relaying the position command (signal C). On the other hand, when the control unit 18 commands the torque control mode (signal B), the lower control unit 20 outputs a control switching command (signal b) to switch the control method of the current control unit 26 to the torque control method, and The load command (signal C) is relayed to the current control unit 26 by relaying the load command (signal C) from 18.
[0021]
Based on the position command (signal a) and the position signal (signal d) from the position counter 23, the position control unit 22 sends a speed command (signal e) indicating a target speed for reaching the target position to the speed control unit. 24. The position signal (signal d) indicates the height position of the bonding tool 7, and is generated by the position counter 23 based on the pulse signal from the encoder 12. This position signal is also output to the lower control unit 20.
[0022]
The speed control unit 24 controls the current command (signal g) indicating the target current for driving the Z-axis motor 6a based on the speed command (signal e) and the speed signal (signal f) from the speed counter 25. Output to the unit 26. The speed signal (signal f) indicates the elevating speed of the bonding tool 7 and is generated by the speed counter 25 based on a pulse signal from the encoder 12. This speed signal is also output to the lower control unit 20.
[0023]
The current control unit 26 switches the control method between the position control method and the torque control method according to the control switching command (signal b). In the case of the position control system, the drive current i is output to the Z-axis motor 6a based on the current command (signal g) output from the speed control unit 24, and in the case of the torque control system, the lower control unit 20 The drive current i is output to the Z-axis motor 6a based on the output load command (signal c). As a result, driving power is supplied to the Z-axis motor 6a. Therefore, the current control unit 26 is a motor drive unit that supplies power to the Z-axis motor 6a while selectively switching between the position control method and the torque control method. That is, the lower control unit 20 controls the Z-axis motor 6a via the current control unit 26.
[0024]
The bonding apparatus is configured as described above. Next, an automatic operation mode of the bonding apparatus will be described with reference to FIGS.
[0025]
In FIG. 3, first, the position control mode is commanded from the control unit 18, and upon receiving this, the lower control unit 20 outputs a control switching command (signal b) to the current control unit 26 to switch to the position control method (ST1). . Next, the control unit 18 outputs a position command Z0 for raising the bonding tool 7. In response to this, the lower control unit 20 outputs a position command Z0 (signal a), a current command (signal g) is output to the current control unit 26 via the position control unit 22 and the speed control unit 24, and the current control unit 26 Outputs a drive current i to the Z-axis motor 6a based on this current command (signal g) to drive.
[0026]
As a result, as shown in FIG. 4A, the bonding tool 7 moves up to the target position corresponding to the position command Z0 and is located at a predetermined position (ST2). This position command Z0 corresponds to the standby position of the bonding tool 7. Next, as shown in FIG. 4B, the supply arm 9 on which the chip 8 is placed advances below the bonding tool 7 to supply the chip 8 (ST3), and the position command Z1 from the control unit 18 is output. Then, the bonding tool 7 moves down to the target position corresponding to the position command Z1 with respect to the chip 8. This position command Z1 corresponds to the chip suction height.
[0027]
Thus, the chip 8 is sucked by the bonding tool 7 (ST5). Thereafter, as shown in FIG. 4C, the bonding tool 7 moves up again according to the position command Z0 (ST6), and the supply arm 9 retreats. Here, an example is shown in which the supply arm 9 advances and retreats, and the bonding tool 7 performs only the elevating operation. However, the bonding tool 7 may perform a chip suction operation that combines elevating and lowering and horizontal movement. Good.
[0028]
Thereafter, as shown in FIG. 4D, the camera 14 advances below the bonding tool 7 and recognizes the chip 8 held by the bonding tool 7 from below, and the lower substrate 3 (FIG. 1). Recognize. Thus, a relative position error between the substrate 3 and the chip 8 is detected, and the alignment operation for correcting the position error is performed by driving the moving table 2 based on the position error (ST7).
[0029]
Next, the automatic operation mode is instructed to the lower control unit 20 by the control unit 18 (ST8), that is, an instruction to perform a predetermined bonding operation according to the bonding operation program is output. Thus, the chip 8 is bonded to the substrate 3. If the operation completion signal set in the bonding operation program is received by the control unit 18, it is determined that the bonding operation has been completed (ST9), the operation returns to the position control method (ST10), and one cycle of the automatic operation is performed. finish.
[0030]
Next, a bonding operation performed in the automatic control mode (ST8) will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows a relationship between a temporal change of the height position of the bonding tool 7 in the bonding operation, and a control switching command and a load command. At the start of the bonding operation, the bonding tool 7 is at a predetermined standby position corresponding to the position command Z0 by sucking the chip 8 as shown in FIG.
[0031]
When the bonding operation is started, a control method is first selected in FIG. 5 by a control switching command from the lower control unit 20 (ST11). Next, the lower control unit 20 outputs a position command Z2 (signal a) for lowering the bonding tool 7 and drives the Z-axis motor 6a. The position command Z2 is stored in the storage unit 21 as a control variable 21b. Then, as shown in FIG. 6B, the bonding tool 7 descends according to the position command Z2 (ST12). The position command Z2 corresponds to the switching height of the descending speed. When reaching the height corresponding to the position command Z2, the descending speed is switched to a low speed and the torque limit function is turned on (ST13).
[0032]
The torque limit function is a function of setting an upper limit value of the drive current i so that no more current is supplied to the Z-axis motor 6a, whereby the control mode is changed from simple position control to position control with torque limit. To prevent excessive load on the chip 8 when the chip 8 comes into contact with the substrate 3 during the lowering of the bonding tool 7.
[0033]
Thereafter, the position command Z3 is output from the lower control unit 20, and the bonding tool 7 moves down to a height at which the position command Z3 is a target position at a low speed. In this process, a search operation is performed (ST14). In this search operation, contact detection for detecting contact between the chip 8 and the substrate 3 is performed (ST15). That is, the speed signal (signal f) from the speed counter 25 is monitored by the lower control unit 20, and the point at which the speed starts to rapidly decrease is determined as "contact". In this contact detection, since the Z-axis position is detected by the Z-axis motor driver 13, a higher resolution than the conventional control method, that is, the method of detecting the Z-axis position by the function of the controller 18 is used. Detection is possible.
[0034]
Then, as shown in FIG. 6C, when the chip 8 comes into contact with the substrate 3 and the lower control unit 20 detects the contact, the lower control unit 20 outputs a control switching command (signal b) and outputs the current. The control system of the control unit 26 is switched to the torque control system (ST16). Then, the load command F1 (signal c) is output from the lower control unit 20 to the current control unit 26, whereby a bonding load corresponding to the load command F1 is applied by the torque generated by the Z-axis motor 6a (ST17). The state is maintained for a predetermined time T1. If the time T1 has elapsed (ST18), the mode is switched to the load command F2, and a bonding load corresponding to the load command F2 is applied as shown in FIG. 6D (ST19), and if the predetermined time T2 has elapsed. (ST20), the lower control unit 20 outputs a control switching command (signal b) and returns the control method of the current control unit 26 to the position control method (ST21).
[0035]
Next, the position command Z0 is output from the lower control unit 20, and the bonding tool 7 after bonding the chip 8 to the substrate 3 changes from the state shown in FIG. 6E to the state shown in FIG. It rises to the indicated standby position (ST22). Thereafter, it is confirmed that the Z-axis has stopped (ST23), and the lower control unit 20 outputs an operation completion signal to the control unit 18 (ST24). This completes one cycle of the bonding operation performed in the automatic control mode according to the bonding operation program.
[0036]
As described above, this bonding method includes the steps of: positioning the bonding tool 7 at a predetermined standby position based on a command from the control unit 18 as a higher-level control unit; A step of outputting a command for performing a bonding operation; a step in which the lower control unit 20 controls the Z-axis motor 6a based on the bonding operation program 21a to perform the bonding operation; Output from the lower control unit 20 to the control unit 18.
[0037]
In the step in which the lower control unit 20 performs the bonding operation by controlling the Z-axis motor 6a based on the bonding operation program 21a, the contact detection and the switching of the control method are performed independently of the control unit 18 by the Z-axis motor driver 13. Since the processing is performed by the internal function, the signal transmission path is simplified as compared with the conventional method of performing these processes by the overall control function of the control unit 18, thereby realizing high-speed operation.
[0038]
In addition, since the bonding operation performed in the automatic control mode in the automatic operation can be handled as an independent operation step, it is possible to reduce the operation program creation load of the bonding apparatus (control unit 18).
[0039]
In the above-described embodiment, only an example of a bonding operation is shown as an operation program automatically executed in the automatic control mode. However, other operations involving the lifting operation of the bonding head 7 such as a chip suction operation are described. Can also be executed in the automatic control mode.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, a motor drive unit that supplies power to a motor while selectively switching a control system of a motor that drives a bonding tool between a position control method and a torque control method, and a motor via the motor drive unit A motor control unit having a lower control unit for controlling the motor, and a higher control unit for controlling the entire bonding apparatus. In the control of the motor by the lower control unit, the lower control unit controls the motor based on an operation program. The control mode is switched by switching between the first control mode for controlling the motor and the second control mode for controlling the motor based on a command from the host control unit without executing the operation program. Can be performed at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a functional block diagram illustrating functions of a control system of a Z-axis motor of the bonding apparatus according to the embodiment of the present invention. 3 is a flowchart of the automatic operation of the bonding apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the automatic operation of the bonding apparatus according to the embodiment of the present invention. FIG. 5 is an embodiment of the present invention. FIG. 6 is a flowchart of a bonding operation according to an embodiment of the present invention.
3 Substrate 4 Bonding mechanism 6 Tool lifting mechanism 6a Z-axis motor 7 Bonding tool 8 Chip 13 Z-axis motor driver 18 Control unit 20 Lower control unit 21 Storage unit 21a Bonding operation program 21b Control variable 22 Position control unit 24 Speed control unit 26 Current Control unit

Claims

What is claimed is: 1. A bonding apparatus for applying pressure to a surface to be bonded while applying a load to an object to be bonded by a bonding tool, comprising: a motor for driving the bonding tool; a motor control unit for controlling the motor; A control unit, wherein the motor control unit stores an operation program related to a bonding operation and a control variable used for controlling the bonding operation, and the motor while selectively switching between a position control method and a torque control method. And a lower control unit that controls the motor via the motor drive unit. In the control of the motor by the lower control unit, the lower control unit performs control based on the operation program. A first control mode for controlling the motor and an operation program are executed. Bonding apparatus and controls switching a second control mode for controlling the motor based on a command from the higher control unit without.

The bonding apparatus according to claim 1, wherein the control variable stored in the storage unit can be rewritten by the host control unit.

Select a motor for driving the bonding tool, a motor control unit for controlling the motor, a storage unit for storing an operation program relating to the bonding operation and a control variable used for controlling the bonding operation, and a position control method and a torque control method. Bonding by a bonding apparatus comprising: a motor driving unit for supplying electric power to the motor while switching the motor; a lower control unit for controlling the motor via the motor driving unit; and a higher control unit for controlling the entire bonding apparatus. A method, comprising: positioning the bonding tool at a predetermined position based on a command from the higher-level control unit; and outputting a command to perform a bonding operation from the higher-level control unit to a lower-level control unit. The lower control unit controls the motor based on the operation program and And performing an operation, if the bonding operation is complete, bonding method which comprises a step of outputting an operation completion signal from the slave control unit to the higher control part.