JP3818166B2

JP3818166B2 - Ultrasonic bonding apparatus and ultrasonic bonding method

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Publication number: JP3818166B2
Application number: JP2002038115A
Authority: JP
Inventors: 元和徳丸
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-09-06
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: JP2003243450A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品や電極接合用ワイヤなどのボンディング対象物に超音波振動を作用させて被接合面にボンディングする超音波ボンディング装置及び超音波ボンディング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板の電極などの被接合面にボンディングする方法として、超音波ボンディングを用いる方法が知られている。この方法は、電子部品を被接合面に対して押圧しながら電子部品に超音波振動を与え、接合面を微小に振動させて摩擦を生じさせることにより接合面を密着させるものである。この超音波ボンディングでは、振動付与手段である振動子を備えたボンディングツールによって電子部品に荷重と超音波振動を作用させる。
【０００３】
超音波ボンディングにおいて品質の安定したボンディングを効率よく行うためには、振動子の駆動周波数をボンディングツールの振動系の固有振動周波数と一致させて機械共振させることにより、強力な振動を発生させることが望ましい。この機械共振周波数はボンディング時の荷重負荷や温度上昇によって変動することから、超音波ボンディング装置に用いられる発振器には、変動する共振周波数に振動子の駆動周波数を追従させる周波数自動追従機能が備えられている場合が多い。この周波数自動追従の方法として、位相同期ループ型の発振器が知られている。この形式の発振器は、振動子を駆動する電流と電圧との間の位相差を検出することにより発振周波数を制御して共振周波数に自動的に追従するようにしたものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の位相同期ループ型の発振器を用いた従来の超音波ボンディング装置には、以下に説明するような不都合があった。上述のように、位相同期ループ型の発振器が正常に動作するためには、振動子の駆動回路に流れる電流が検出されることが条件となる。ところが、ボンディング動作を開始する際に振動子への電圧印加を開始した直後には、振動子に電流が流れない不整定時間が存在する。そしてこの不整定時間において位相同期ループが閉じていると正常なフィードバックが行われずに発振器は不規則発振を起こし、動作エラーを誘発して正常なボンディング動作が行えないという問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は、振動子の駆動開始時に不規則発振を生じることなく正常なボンディング動作を行うことができる超音波ボンディング装置及び超音波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記載の超音波ボンディング装置は、接合対象物に荷重と超音波振動を作用させながら被接合面に圧着する超音波ボンディング装置であって、前記接合対象物に当接するボンディングツールと、このボンディングツールを接合対象物を介して被接合面に対して押圧する押圧手段と、前記ボンディングツールに超音波振動を付与する振動子と、この振動子を駆動するための電力を供給する振動子駆動部と、この振動子駆動部に対して前記振動子の駆動周波数を指示するための駆動周波数信号を異なる複数の出力モードの中から選択指示された出力モードに従って出力する駆動周波数信号出力部と、前記振動子駆動部により駆動された前記振動子の電圧および電流をそれぞれ検出する検出部と、この検出部で検出された電圧と電流の位相を比較してその比較結果を前記駆動周波数信号出力部に出力する位相比較部と、予め設定された指令周波数を前記駆動周波数信号出力部に対して出力する指令周波数信号出力部と、前記駆動周波数信号出力部に対して前記出力モードを指示するモード指示部とを備え、前記複数の出力モードは、前記指令周波数と同じ周波数の信号を駆動周波数信号として出力する第１モードと、前記指令周波数に前記位相比較部の比較結果に基づく補正分を加えた補正後周波数の信号を駆動周波数信号として出力する第２モードとを含み、ボンディング動作における前記振動子の駆動開始時には第１モードを指示させ、その後前記検出部が予めしきい値電流として設定された所定電流値以上の電流を検出した後、第２モードの指示に切り換えるように前記モード指示部を制御するボンディング制御手段を備えた。
【０００８】
請求項２記載の超音波ボンディング装置は、請求項１記載の超音波ボンディング装置であって、前記指令周波数信号出力部に対して周波数を指示する周波数指示部と、前記振動子の共振周波数を検出する共振周波数検出手段とを備え、前記周波数指示部は前記共振周波数検出手段によって検出された共振周波数を前記振動子の基本周波数として設定して指令周波数信号出力部に対して指示し、指令周波数信号出力部は前記基本周波数に基づいた指令周波数信号を出力する。
【０００９】
請求項３記載の超音波ボンディング装置は、請求項２記載の超音波ボンディング装置であって、前記共振周波数検出手段による前記振動子の共振周波数の検出時において、前記駆動周波数信号出力部が、前記第１モードによって前記駆動周波数信号を出力する。
【００１０】
請求項４記載の超音波ボンディング装置は、請求項２または３記載の超音波ボンディング装置であって、前記共振周波数検出手段が、前記振動子を駆動しながら指令周波数を所定の範囲内で規則的に変化させる周波数スイープ手段と、周波数スイープ時において前記検出部によって検出された検出値と当該検出値に対応する指令周波数とを関連づけて記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶された検出値に基づき振動子の駆動電流が略最大もしくはインピーダンスが略最小となる指令周波数を検索して共振周波数とする共振周波数検索手段とを備えた。
【００１１】
請求項５記載の超音波ボンディング方法は、接合対象物に当接するボンディングツールと、このボンディングツールを接合対象物を介して被接合面に対して押圧する押圧手段と、前記ボンディングツールに超音波振動を付与する振動子と、この振動子を駆動するための電力を供給する振動子駆動部と、この振動子駆動部に対して前記振動子の駆動周波数を指示するための駆動周波数信号を異なる複数の出力モードの中から選択指示された出力モードに従って出力する駆動周波数信号出力部と、前記振動子駆動部により駆動された前記振動子の電圧および電流をそれぞれ検出する検出部と、この検出部で検出された電圧と電流の位相を比較してその比較結果を前記駆動周波数信号出力部に出力する位相比較部と、予め設定された指令周波数を前記駆動周波数信号出力部に対して出力する指令周波数信号出力部と、前記駆動周波数信号出力部に対して前記出力モードを指示するモード指示部とを備えた超音波ボンディング装置による超音波ボンディング方法であって、ボンディング動作における前記振動子の駆動開始時には、前記指令周波数と同じ周波数の信号を駆動周波数信号として出力する第１モードを指示させ、その後前記検出部が予めしきい値電流として設定された所定電流値以上の電流を検出した後、前記指令周波数に前記位相比較部の比較結果に基づく補正分を加えた補正後周波数の信号を駆動周波数信号として出力する第２モードに切り換える。
【００１４】
本発明によれば、振動子の駆動周波数を指示するための駆動周波数信号を異なる出力モードに従って出力する構成とし、振動子の駆動開始時には指令周波数と同じ周波数の信号を駆動周波数信号として出力し、その後指令周波数に電流と電圧の位相比較結果に基づく補正分を加えた補正後周波数の信号を駆動周波数信号として出力することにより、振動子の駆動開始時に不規則発振を生じることなく正常なボンディング動作を行うことができる。
【００１５】
【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超音波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超音波ボンディング装置の駆動周波数信号出力処理のフローチャート、図３は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置による基本周波数設定処理のフローチャート、図４は本発明の一実施の形態のボンディング装置の周波数検索データを示すグラフ、図５は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置によるボンディング動作時振動子駆動処理のフローチャートである。
【００１６】
まず図１を参照して超音波ボンディング装置の構成を説明する。図１においてボンディングステージ１上には基板２が載置されている。被接合面である基板２上面には、接合対象物である電子部品３が超音波ボンディングにより実装される。ボンディングステージ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、ヘッド駆動部１２に駆動される昇降機構部９によって昇降する昇降ブロック８に、ボンディングツール７を保持させた構造となっている。
【００１７】
ボンディングツール７は横方向に細長形状のホーン５の端部に振動子６を装着して構成されており、振動子６を駆動することによりボンディングツール７には超音波振動が付与される。ホーン５の中央部下面には、下方に突出した接合作用部５ａが設けられており、電子部品３の上面に接合作用部５ａを当接させて吸着孔（図示省略）から真空吸引することにより、接合作用部５ａに電子部品３を保持する。
【００１８】
振動子６を駆動することにより、ホーン５には超音波の縦振動が付与され、接合作用部５ａを介して、電子部品３に超音波振動が伝達される。ホーン５は、振動子６によって生じる定在波振動の節に相当する位置を、保持部材８ａによって両持ち支持されており、ホーン５に誘起された振動が昇降ブロック８に伝達されることによるロスを極力防止するようになっている。
【００１９】
接合作用部５ａに電子部品３を吸着保持させた状態で、昇降機構部９を駆動することによりボンディングツール７は下降し、電子部品３は基板２に対して所定荷重で押圧される。そしてこの状態で振動子６を駆動することにより、電子部品３は荷重と超音波振動の作用によって被接合面である基板２に圧着される。昇降機構部９は、ボンディングツール７を電子部品３を介して基板２に押圧する押圧手段となっている。
【００２０】
次に振動子６を駆動する駆動回路および駆動回路を制御する制御系について説明する。本実施の形態に示す超音波ボンディング装置は、位相同期ループ型の周波数追従機能を備えており、振動子６の電圧と電流の位相差が所定の大きさになるように振動子６の駆動周波数を制御することにより、振動子６の発生する超音波振動の振動数をボンディングツール７の共振周波数に追従させることができるようになっている。
【００２１】
上記のように周波数追従機能を備えている場合にあっても、駆動開始時にはボンディングツールごとに駆動周波数を指示する必要があるため、振動子６の駆動を開始する際の駆動周波数（自走周波数）が予め設定される。この自走周波数としては、一般にボンディングツールに荷重負荷が作用していない空中状態で発振させたときの共振周波数を用いる。
【００２２】
この無負荷状態の共振周波数は、各個別のボンディングツールに固有の基本周波数としての性格を有するものであり、各品種・各固体毎にデータとして登録しておくことが望ましい。このため本実施の形態の超音波ボンディング装置は、ボンディングツールに装着された振動子６の基本周波数としての共振周波数を自動的に検出する共振周波数検出手段を備えている。
【００２３】
まず、振動子６の駆動回路について説明する。振動子駆動部１０は振動子６に超音波振動を発生させるドライバであり、駆動電圧Ｖおよび駆動周波数ｆが指令されることにより、これらの指令に応じて振動子６を駆動するための電力を供給する。ここで駆動電圧Ｖ、駆動周波数ｆは、振動子６から出力される超音波振動のパワー、周波数をそれぞれ決定する指令パラメータである。駆動電圧Ｖは、制御部１６の駆動電圧指示部１６ｆから指示され、駆動周波数ｆは、駆動周波数信号出力部１８から駆動周波数信号として振動子駆動部１０に対して指示される。
【００２４】
検出部１３は、振動子駆動部１０により駆動された振動子６の２つの接続端子間の電圧を検出することにより振動子６の駆動電圧（ＵＳＶ）を検出するとともに、抵抗の両端間の電圧を検出することにより振動子６の駆動電流（ＵＳＩ）を検出する。位相比較部１５は、検出部１３で検出された電圧と電流の位相を比較する。この比較結果は駆動周波数信号出力部１８に対して位相差に比例した電圧値として出力される。
【００２５】
そして駆動周波数信号出力部１８が振動子駆動部１０に対して駆動周波数信号を指令する際には、指令周波数信号出力部１７から出力される指令周波数に、上述の比較結果（電圧と電流の位相差）に応じた補正分（補正周波数）を加味した駆動周波数の信号を指令する。ここではアナログ回路によって位相差に略比例した補正周波数を出力させ、この補正周波数を指令周波数に加味するようにしている。この位相同期ループ回路により、振動子駆動部１０はボンディングツール７の共振周波数に追従した駆動周波数の電力を振動子６に対して供給する。
【００２６】
ここで指令周波数とは駆動周波数を決定する際の基準データであり、前述の基本周波数ｆ０に基づいて予め設定されている。この指令周波数の設定においては、２種類の設定パターンを選択できるようになっている。すなわち、指令周波数として基本周波数ｆ０そのものを用いる場合と、基本周波数ｆ０に所定のオフセット周波数を加算した周波数を指令周波数として用いる場合とがあり、必要に応じて使い分けができるようになっている。本実施の形態では、指令周波数として基本周波数ｆ０そのものを用いる設定パターンについて説明する。
【００２７】
この指令周波数の指示は、制御部１６の周波数指示部１６ｅが駆動パラメータ記憶部２３から基本周波数ｆ０やオフセット周波数などのデータを読み取り、指令周波数信号出力部１７に対して指示することによって行われる。そして指令周波数信号出力部１７は、この周波数指示部１６ｅの指示に従って駆動周波数信号出力部１８に対して指令周波数信号を出力する。これらのデータのうち、基本周波数ｆ０は、後述するように超音波ボンディング装置に備えられた共振周波数検出手段によって検出され、駆動パラメータ記憶部２３に記憶される。
【００２８】
すなわち周波数指示部１６ｅは、共振周波数検出手段によって検出された共振周波数ｆ０を、振動子６の基本周波数として設定して指令周波数信号出力部１７に対して指示する。そして指令周波数信号出力部１７は、基本周波数ｆ０に基づいた指令周波数信号を、駆動周波数信号出力部１８に対して出力する。
【００２９】
なお駆動周波数信号出力部１８が振動子駆動部１０に対して駆動周波数信号を出力する際には、異なる複数の出力モードの中から選択指示された出力モードに従って出力することができるようになっている。これらの出力モードには、上述の位相同期ループ回路を閉じた状態で周波数追従を行わせるための出力モード（第１モード）と、位相同期ループ回路を開放して周波数追従機能をオフ状態にする出力モード（第２モード）とが含まれる。これらの出力モードの指示は、制御部１６のモード指示部１６ｄによって行われる。
【００３０】
ここで、上記駆動周波数を指令する駆動周波数出力信号と、出力モードとの関連について図２を参照して説明する。図２は駆動周波数信号出力部１８によって駆動周波数信号を振動子駆動部１０に対して出力する際の駆動周波数信号出力処理を示している。
【００３１】
まず、指令周波数信号出力部１７から指令周波数信号を、およびモード指示部１６ｄから出力モードの指示を読み込む（ＳＴ１）。次いで出力モードを判別する（ＳＴ２）。ここで第１モードならば、指令周波数と同じ周波数の信号を駆動周波数信号として振動子駆動部１０に対して出力する（ＳＴ３）。
【００３２】
また、第２モードならば、次の処理を行う。まず、位相比較部１５の比較結果を読み込む（ＳＴ４）。そして比較結果に基づいて、補正周波数を求める（ＳＴ５）。すなわち、電圧と電流の位相差に略比例した補正周波数をアナログ回路によって出力させ、そして指令周波数にこの補正分を加えた補正後周波数の信号を駆動周波数信号として出力する（ＳＴ６）。このように出力モードの指定を行うことにより、周波数追従機能のオンオフを選択することができるようになっている。
【００３３】
次に制御系を説明する。制御部１６はボンディング動作を全体制御するボンディング制御手段であり、以下の各部で説明される処理機能を備えている。ヘッド駆動指示部１６ａは、昇降機構部９を駆動するヘッド駆動部１２を制御する。検出値書込処理部１６ｂは、検出部１３の検出データを検出値記憶部２４に書き込むための処理を行う。検出部１３によって検出された電圧および電流のアナログデータは、変換部１４によって実効値に変換されさらにデジタルデータに変換される。検出値書込処理部１６ｂは、これらのデジタルデータをデータ処理することにより、所定のデータ形式でデータを検出値記憶部２４に書き込む。これにより、共振周波数検出処理に必要な周波数検索データ（図４参照）が作成される。
【００３４】
演算部１６ｃは、検出値記憶部２４に記憶された周波数検索データに基づいて共振周波数を求める共振周波数検出演算などの各種演算処理を行う。モード指示部１６ｄは、プログラム記憶部２２に記憶されたボンディング動作プログラムや、基本周波数検出処理プログラムに基づき、駆動周波数信号出力部１８に対して出力モードを指示する。周波数指示部１６ｅは、駆動パラメータ記憶部２３に記憶された各種パラメータの中から周波数パラメータを読み出して、指令周波数信号出力部１７に対して必要な周波数を指示する。駆動電圧指示部１６ｆは、振動子駆動部１０に対し駆動電圧Ｖを指示する。周波数計測部１６ｇは、振動子６の駆動電圧ＵＳＶの周波数をカウントすることにより、振動子駆動部１０により駆動された振動子６の基本周波数を実測する。
【００３５】
操作・入力部２０はキーボードやマウスなどの入力手段であり、操作コマンド入力やデータ入力を行う。表示部２１はＣＲＴなどの表示パネルであり、データ入力時、操作時の案内画面を表示する。プログラム記憶部２２は、ボンディング動作や、基本周波数検出処理などの各種動作プログラム、処理プログラムを記憶する。
【００３６】
駆動パラメータ記憶部２３は、ボンディングツールを空中で発振させたときの共振周波数を示す基本周波数ｆ０、基本周波数検出処理において実行される周波数スイープのためのスイープ周波数データ（スイープ範囲の下限周波数ｆｍｉｎ．上限周波数ｆｍａｘ．およびスイープピッチ周波数Δｆ）、駆動電圧Ｖ、ボンディング時間ｔなど、振動子６を駆動してボンディング動作や各種処理を実行する上で使用される各種の駆動パラメータを記憶する。検査値記憶部２４は、検出部１３によって検出された電流、電圧の検出データを共振周波数検出処理に必要な周波数検索データの形で記憶する。
【００３７】
次に図３を参照して、基本周波数検出処理について説明する。ここでは、ボンディングツール７が上昇した空中状態において振動子６を駆動したときの無負荷状態での共振周波数が、周波数スイープによって求められる。このときの共振周波数を周波数計測部１６ｇを用いて実測して確認してもよい。そして求められた共振周波数は基本周波数として設定され、ボンディング動作において振動子６の駆動を開始する際の駆動周波数である自走周波数として用いられる。もちろん、同様の検出処理によってボンディングツール７を基板２に対して押圧した荷重状態における共振周波数を求めることもできる。
【００３８】
まず、駆動周波数信号の出力モードとして第１モードを指示する（ＳＴ１０）。これにより、駆動周波数信号出力部１８が振動子駆動部１０に対して駆動周波数信号を出力する際には、第１モードにしたがって、指令周波数信号出力部１７から出力された指令周波数と同じ周波数の信号が出力されるようになる。
【００３９】
次にスイープ周波数データを読み取る（ＳＴ１１）。すなわち、スイープ範囲の下限周波数ｆｍｉｎ．上限周波数ｆｍａｘ．およびスイープピッチ周波数Δｆを駆動パラメータ記憶部２３から読み取る。次いで駆動電圧Ｖを駆動パラメータ記憶部２３から読み取る（ＳＴ１２）。そして周波数指示部１６ｅによってスイープ範囲の下限周波数ｆｍｉｎ．を指令周波数ｆとして指示する（ＳＴ１３）。
【００４０】
この後、振動子６が駆動される。すなわち、振動子６を駆動電流Ｖ、駆動周波数ｆ（指令周波数と同じ）にて駆動する（ＳＴ１４）。この振動子６の駆動の過程において、検出部１３によって振動子６の駆動電流（ＵＳＩ）（以下、単に電流Ｉという）を検出し（ＳＴ１５）、検出値をこのときの駆動周波数ｆと関連づけて検出値記憶部２４に記憶する（ＳＴ１６）。
【００４１】
次いで駆動周波数ｆにスイープピッチ周波数Δｆを加算して駆動周波数ｆを増加する（ＳＴ１７）。そして駆動周波数ｆが上限周波数ｆｍａｘ．に到達したか否かを判定し（ＳＴ１８）、到達していなければ（ＳＴ１４）に戻って以降の処理を反復実行して電流検出、検出値の記憶を実行する。周波数スイープにおいては、周波数スイープの順序を、上限周波数ｆｍａｘ．から下限周波数ｆｍｉｎ．に向かって変化させるようにしても良い。
【００４２】
上記処理において、周波数指示部１６ｅは、振動子６を駆動しながら指令周波数を所定の範囲内で規則的に変化させる周波数スイープ手段となっている。また、検出値書込処理部１６ｂおよび検出値記憶部２４は、周波数スイープ時において検出部１３によって検出された検出値と当該検出値に対応する指令周波数とを関連づけて記憶する記憶手段となっている。
【００４３】
そして（ＳＴ１８）において、指令周波数ｆが上限周波数ｆｍａｘ．に到達しているならば、換言すれば図４のグラフに示すデータ点がすべて求められ、周波数検索データとして検出値記憶部２４に記憶されたならば周波数検索処理を行う。すなわち記憶した検出値の中から、電流の最大値Ｉｍａｘ．を検索し、この最大値Ｉｍａｘ．に対応する指令周波数ｆ（Ｉｍａｘ．）を求める（ＳＴ１９）。この検索処理は、演算部１６ｃによって行われる。
【００４４】
そして、求めた最大値Ｉｍａｘ．に対応する指令周波数ｆ（Ｉｍａｘ．）を共振周波数（基本周波数ｆ０）として設定し、駆動パラメータ記憶部２３に記憶する（ＳＴ２０）。そしてボンディング動作においては、振動子６の駆動開始時の指令周波数は、この基本周波数ｆ０に基づいて設定される。上記処理において、演算部１６ｃは、検出値記憶部２４に記憶された検出値に基づき、振動子６の駆動電流が略最大もしくはインピーダンスが略最小となる指令周波数を検索して共振周波数とする共振周波数検索手段となっている。なお、電流値をパラメータとして用いる代わりにインピーダンスをパラメータとして用い、インピーダンスの最小値を検索してこの最小値に対応する指令周波数を求めるようにしても良い。なお共振状態では振動子６の両端電圧ＵＳＶと振動子６に流れる電流ＵＳＩの位相差がほぼゼロとなることを利用して共振周波数を求めるようにしてもよい。
【００４５】
次に図５を参照して、ボンディング動作時の振動子駆動処理について説明する。まず、振動子駆動パラメータをパラメータ記憶部２３から読み取る（ＳＴ２１）。これにより、基本周波数ｆ０、駆動電圧Ｖおよび振動子駆動時間ｔが読み取られる。次いで振動子６の駆動開始に際し、駆動周波数信号の出力モードとして第１モードを指示する（ＳＴ２２）。これにより、駆動周波数信号出力部１８が振動子駆動部１０に対して駆動周波数信号を出力する際には、第１モードにしたがって、指令周波数信号出力部１７から出力された指令周波数と同じ周波数の信号が出力され、周波数追従機能がオフされる。
【００４６】
すなわち、駆動周波数信号出力部１８から振動子駆動部１０に対して駆動周波数ｆが出力され、この基本周波数ｆ０に等しい駆動周波数ｆおよび駆動電圧Ｖにて振動子６が駆動される（ＳＴ２３）。そしてこの駆動状態において、検出部１３により電流Ｉを検出し（ＳＴ２４）、予めしきい値電流として設定された所定電流値以上の電流が検出されたか否かを判定する（ＳＴ２５）。
【００４７】
ここで、所定電流値に到達していなければ、（ＳＴ２３）に戻って上述の駆動周波数による振動子６の駆動を継続し、また所定電流値に到達している場合には、モード指示部１６ｄによって駆動周波数信号の出力モードとして第２モードを指示する（ＳＴ２６）。これにより、駆動周波数信号出力部１８が振動子駆動部１０に対して駆動周波数信号を出力する際には、第２モードにしたがって、指令周波数信号出力部１７から出力された指令周波数に位相比較部１５の比較結果に基づく補正分を加えた補正後周波数が駆動周波数信号として出力され、周波数追従機能がオンされる。
【００４８】
すなわち、検出部１３によって検出された電流と電圧との間の位相差に応じた補正を加えた駆動周波数にて振動子６を駆動する（ＳＴ２７）。これにより、負荷状態に応じて共振周波数が変動した場合にも、振動子６の駆動周波数を当該負荷状態における共振周波数に追従させることができる。この後、振動子駆動時間ｔがタイムアップしたか否かを判定し（ＳＴ２８）、タイムアップを確認したならば振動子６の駆動を停止する（ＳＴ２９）。これにより、ボンディング動作が終了する。
【００４９】
上記ボンディングにおいては、制御部１６がボンディング動作プログラムにしたがってモード指示部１６ｄを制御することにより、ボンディング動作における振動子６の駆動開始時には第１モードを指示させ、その後第２モードの指示に切り換えるようになっている。
【００５０】
そして上記ボンディングにおける振動子駆動処理では、駆動開始直後に振動子６に正常に電流が流れない不静定時間においては、第１モードによって常に指令周波数通りの駆動周波数によって振動子６が駆動される。したがって、振動子６に電流が流れない不整定時間において位相同期ループが閉じていることによる不規則発振が発生せず、不規則発振に起因する動作エラーを排除して、正常なボンディング動作を実行することができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、振動子の駆動周波数を指示するための駆動周波数信号を異なる出力モードに従って出力する構成とし、振動子の駆動開始時には指令周波数と同じ周波数の信号を駆動周波数信号として出力し、その後指令周波数に電流と電圧の位相比較結果に基づく補正分を加えた補正後周波数の信号を駆動周波数信号として出力するようにしたので、振動子の駆動開始時に不規則発振を生じることなく正常なボンディング動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の超音波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超音波ボンディング装置の駆動周波数信号出力処理のフローチャート
【図３】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置による基本周波数設定処理のフローチャート
【図４】本発明の一実施の形態のボンディング装置の周波数検索データを示すグラフ
【図５】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置によるボンディング動作時振動子駆動処理のフローチャート
【符号の説明】
２基板
３電子部品
５ホーン
６振動子
７ボンディングツール
１０振動子駆動部
１３検出部
１５位相比較部
１６制御部
１６ｄモード指示部
１７指令周波数信号出力部
１８駆動周波数信号出力部
２４検出値記憶部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic bonding apparatus and an ultrasonic bonding method for bonding an object to be bonded by applying ultrasonic vibration to a bonding target such as an electronic component or an electrode bonding wire.
[0002]
[Prior art]
As a method for bonding an electronic component to a surface to be bonded such as an electrode of a substrate, a method using ultrasonic bonding is known. In this method, ultrasonic vibration is applied to the electronic component while pressing the electronic component against the surface to be joined, and the joining surface is brought into close contact by causing the joining surface to vibrate minutely to generate friction. In this ultrasonic bonding, a load and ultrasonic vibration are applied to an electronic component by a bonding tool including a vibrator as a vibration applying unit.
[0003]
In order to efficiently perform bonding with stable quality in ultrasonic bonding, it is possible to generate strong vibration by mechanically resonating the drive frequency of the vibrator with the natural vibration frequency of the vibration system of the bonding tool. desirable. Since this mechanical resonance frequency varies depending on the load applied during bonding and the temperature rise, the oscillator used in the ultrasonic bonding device is equipped with an automatic frequency tracking function that allows the drive frequency of the transducer to follow the varying resonance frequency. There are many cases. As a method for automatic frequency tracking, a phase-locked loop type oscillator is known. This type of oscillator controls the oscillation frequency by detecting the phase difference between the current and the voltage that drives the vibrator, and automatically follows the resonance frequency.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional ultrasonic bonding apparatus using the above-described phase-locked loop type oscillator has the following disadvantages. As described above, in order for the phase-locked loop oscillator to operate normally, it is necessary to detect the current flowing through the drive circuit of the vibrator. However, immediately after the voltage application to the vibrator is started when the bonding operation is started, there is an irregular time during which no current flows through the vibrator. If the phase-locked loop is closed during this indefinite time, normal feedback is not performed and the oscillator oscillates irregularly, causing an operation error and preventing normal bonding operation.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide an ultrasonic bonding apparatus and an ultrasonic bonding method capable of performing a normal bonding operation without causing irregular oscillation at the start of driving of a vibrator.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The ultrasonic bonding apparatus according to claim 1 is an ultrasonic bonding apparatus that press-bonds to a surface to be bonded while applying a load and ultrasonic vibration to a bonding target object, and a bonding tool that contacts the bonding target object, A pressing unit that presses the bonding tool against the surface to be bonded via the object to be bonded, a vibrator that applies ultrasonic vibration to the bonding tool, and a vibrator drive that supplies electric power to drive the vibrator A drive frequency signal output unit that outputs a drive frequency signal for instructing the drive frequency of the vibrator to the vibrator drive unit according to an output mode selected and designated from a plurality of different output modes; A detecting unit for detecting the voltage and current of the vibrator driven by the vibrator driving unit, and a phase of the voltage and current detected by the detecting unit. The phase comparison unit that outputs the comparison result to the drive frequency signal output unit, the command frequency signal output unit that outputs a preset command frequency to the drive frequency signal output unit, and the drive frequency signal A mode instructing unit for instructing the output mode to the output unit, and the plurality of output modes include a first mode for outputting a signal having the same frequency as the command frequency as a drive frequency signal, and the command frequency at the command frequency. look containing a second mode for outputting a signal of the corrected frequency plus the correction amount based on the comparison result of the phase comparison unit as the drive frequency signal to instruct the first mode when starting driving of the vibrator in the bonding operation, Thereafter, the detection unit detects a current that is equal to or greater than a predetermined current value set in advance as a threshold current, and then switches to the second mode instruction. With a bonding control means for controlling the instruction unit.
[0008]
The ultrasonic bonding apparatus according to claim 2 is the ultrasonic bonding apparatus according to claim 1, wherein a frequency instruction unit that instructs a frequency to the command frequency signal output unit and a resonance frequency of the vibrator are detected. A resonance frequency detecting means configured to set the resonance frequency detected by the resonance frequency detecting means as a fundamental frequency of the vibrator and instructing the command frequency signal output section; The output unit outputs a command frequency signal based on the fundamental frequency.
[0009]
Ultrasonic bonding apparatus according to the third aspect, an ultrasonic bonding apparatus according to claim 2, wherein, during the detection of the resonance frequency of the vibrator by the resonance frequency detection means, the drive frequency signal output section, the The drive frequency signal is output in the first mode.
[0010]
An ultrasonic bonding apparatus according to a fourth aspect is the ultrasonic bonding apparatus according to the second or third aspect , wherein the resonance frequency detecting means regularly controls a command frequency within a predetermined range while driving the vibrator. Frequency sweeping means for changing to, a storage means for storing the detection value detected by the detection unit at the time of frequency sweep and the command frequency corresponding to the detection value in association with each other, and the detection value stored in the storage means And a resonance frequency search means for searching for a command frequency at which the drive current of the vibrator is substantially maximum or impedance is substantially minimum to obtain a resonance frequency.
[0011]
The ultrasonic bonding method according to claim 5 is a bonding tool that comes into contact with a bonding object, a pressing unit that presses the bonding tool against a surface to be bonded through the bonding object, and an ultrasonic vibration applied to the bonding tool. A vibrator that supplies power for driving the vibrator, and a plurality of different drive frequency signals for instructing the vibrator drive section the drive frequency of the vibrator. A drive frequency signal output unit that outputs in accordance with the output mode selected and instructed from among the output modes, a detection unit that detects the voltage and current of the transducer driven by the transducer drive unit, and a detection unit a phase comparator for outputting a comparison result to the driving frequency signal output unit compares the phase of the detected voltage and current, a preset frequency command before An ultrasonic bonding method using an ultrasonic bonding apparatus, comprising: a command frequency signal output unit that outputs to a drive frequency signal output unit; and a mode instruction unit that instructs the output mode to the drive frequency signal output unit. Then, at the start of driving of the vibrator in the bonding operation, a first mode in which a signal having the same frequency as the command frequency is output as a driving frequency signal is instructed, and then the detection unit is set in advance as a threshold current. After detecting a current greater than or equal to the current value, the mode is switched to a second mode in which a signal having a corrected frequency obtained by adding a correction amount based on the comparison result of the phase comparison unit to the command frequency is output as a drive frequency signal.
[0014]
According to the present invention, it is configured to output a drive frequency signal for instructing the drive frequency of the vibrator according to different output modes, and at the start of driving of the vibrator, a signal having the same frequency as the command frequency is output as a drive frequency signal, After that, the corrected frequency signal, which is the command frequency plus the correction value based on the phase comparison result of the current and voltage, is output as the drive frequency signal. It can be performed.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart of drive frequency signal output processing of the ultrasonic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a flowchart showing frequency search data of a bonding apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an embodiment of the present invention. 5 is a flowchart of vibrator driving processing during bonding operation by the ultrasonic bonding apparatus of FIG.
[0016]
First, the configuration of the ultrasonic bonding apparatus will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a substrate 2 is placed on the bonding stage 1. On the upper surface of the substrate 2 that is the bonded surface, the electronic component 3 that is the bonding target is mounted by ultrasonic bonding. A bonding mechanism 4 is disposed above the bonding stage 1. The bonding mechanism 4 has a structure in which a bonding tool 7 is held in an elevating block 8 that is moved up and down by an elevating mechanism unit 9 driven by a head driving unit 12.
[0017]
The bonding tool 7 is configured by attaching a vibrator 6 to the end of a horn 5 that is elongated in the lateral direction. Driving the vibrator 6 gives ultrasonic vibration to the bonding tool 7. The lower surface of the central portion of the horn 5 is provided with a bonding operation portion 5a protruding downward. By bringing the bonding operation portion 5a into contact with the upper surface of the electronic component 3 and vacuuming it from an adsorption hole (not shown). The electronic component 3 is held in the joining portion 5a.
[0018]
By driving the vibrator 6, longitudinal vibrations of ultrasonic waves are applied to the horn 5, and the ultrasonic vibrations are transmitted to the electronic component 3 through the bonding action part 5 a. The horn 5 is supported at both ends by a holding member 8 a at a position corresponding to a node of standing wave vibration generated by the vibrator 6, and loss caused by transmission of vibration induced in the horn 5 to the lifting block 8. Is to prevent as much as possible.
[0019]
In a state where the electronic component 3 is attracted and held by the bonding operation portion 5a, the elevating mechanism unit 9 is driven to lower the bonding tool 7, and the electronic component 3 is pressed against the substrate 2 with a predetermined load. Then, by driving the vibrator 6 in this state, the electronic component 3 is pressure-bonded to the substrate 2 that is the surface to be joined by the action of the load and ultrasonic vibration. The elevating mechanism unit 9 is a pressing unit that presses the bonding tool 7 against the substrate 2 via the electronic component 3.
[0020]
Next, a drive circuit that drives the vibrator 6 and a control system that controls the drive circuit will be described. The ultrasonic bonding apparatus shown in the present embodiment has a frequency tracking function of a phase locked loop type, and the driving frequency of the vibrator 6 so that the phase difference between the voltage and current of the vibrator 6 becomes a predetermined magnitude. By controlling the above, the frequency of the ultrasonic vibration generated by the vibrator 6 can be made to follow the resonance frequency of the bonding tool 7.
[0021]
Even when the frequency tracking function is provided as described above, since it is necessary to instruct the driving frequency for each bonding tool at the start of driving, the driving frequency (free-running frequency when driving the vibrator 6 is started). ) Is preset. As the free-running frequency, a resonance frequency is generally used when the bonding tool is oscillated in an air state where no load is applied.
[0022]
The resonance frequency in the no-load state has a characteristic as a fundamental frequency unique to each individual bonding tool, and is desirably registered as data for each type and each individual. For this reason, the ultrasonic bonding apparatus according to the present embodiment includes a resonance frequency detection unit that automatically detects a resonance frequency as a fundamental frequency of the vibrator 6 mounted on the bonding tool.
[0023]
First, the drive circuit for the vibrator 6 will be described. The vibrator drive unit 10 is a driver that causes the vibrator 6 to generate ultrasonic vibrations. When the drive voltage V and the drive frequency f are commanded, the power for driving the vibrator 6 according to these commands is obtained. Supply. Here, the drive voltage V and the drive frequency f are command parameters that respectively determine the power and frequency of the ultrasonic vibration output from the vibrator 6. The drive voltage V is instructed from the drive voltage instruction unit 16f of the control unit 16, and the drive frequency f is instructed from the drive frequency signal output unit 18 to the vibrator drive unit 10 as a drive frequency signal.
[0024]
The detecting unit 13 detects the driving voltage (USV) of the vibrator 6 by detecting the voltage between the two connection terminals of the vibrator 6 driven by the vibrator driving unit 10, and the voltage between both ends of the resistor. By detecting this, the drive current (USI) of the vibrator 6 is detected. The phase comparison unit 15 compares the voltage and current phases detected by the detection unit 13. The comparison result is output to the drive frequency signal output unit 18 as a voltage value proportional to the phase difference.
[0025]
When the drive frequency signal output unit 18 instructs the vibrator drive unit 10 to issue a drive frequency signal, the command frequency output from the command frequency signal output unit 17 is compared with the comparison result (the voltage and current levels). A signal having a drive frequency that takes into account a correction amount (correction frequency) according to the phase difference is commanded. Here, a correction frequency approximately proportional to the phase difference is output by an analog circuit, and this correction frequency is added to the command frequency. With this phase-locked loop circuit, the vibrator driving unit 10 supplies power to the vibrator 6 with a driving frequency that follows the resonance frequency of the bonding tool 7.
[0026]
Here, the command frequency is reference data for determining the drive frequency, and is set in advance based on the basic frequency f0. In setting the command frequency, two types of setting patterns can be selected. That is, there are a case where the basic frequency f0 itself is used as the command frequency and a case where a frequency obtained by adding a predetermined offset frequency to the basic frequency f0 is used as the command frequency. In the present embodiment, a setting pattern using the basic frequency f0 itself as the command frequency will be described.
[0027]
The instruction of the command frequency is performed when the frequency instruction unit 16e of the control unit 16 reads data such as the basic frequency f0 and the offset frequency from the drive parameter storage unit 23 and instructs the command frequency signal output unit 17 to instruct the command frequency. The command frequency signal output unit 17 outputs a command frequency signal to the drive frequency signal output unit 18 in accordance with the instruction from the frequency instruction unit 16e. Of these data, the fundamental frequency f0 is detected by a resonance frequency detecting means provided in the ultrasonic bonding apparatus and stored in the drive parameter storage unit 23 as will be described later.
[0028]
That is, the frequency instruction unit 16 e sets the resonance frequency f 0 detected by the resonance frequency detection unit as the basic frequency of the vibrator 6 and instructs the command frequency signal output unit 17. The command frequency signal output unit 17 outputs a command frequency signal based on the basic frequency f0 to the drive frequency signal output unit 18.
[0029]
When the driving frequency signal output unit 18 outputs a driving frequency signal to the vibrator driving unit 10, it can output in accordance with an output mode selected and instructed from a plurality of different output modes. Yes. These output modes include an output mode (first mode) for performing frequency tracking with the above-described phase-locked loop circuit closed, and opening the phase-locked loop circuit to turn off the frequency tracking function. The output mode (second mode) is included. These output mode instructions are given by the mode instruction section 16d of the control section 16.
[0030]
Here, the relationship between the drive frequency output signal for instructing the drive frequency and the output mode will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a drive frequency signal output process when the drive frequency signal output unit 18 outputs a drive frequency signal to the vibrator drive unit 10.
[0031]
First, a command frequency signal is read from the command frequency signal output unit 17 and an output mode command is read from the mode command unit 16d (ST1). Next, the output mode is determined (ST2). Here, in the first mode, a signal having the same frequency as the command frequency is output to the vibrator drive unit 10 as a drive frequency signal (ST3).
[0032]
In the second mode, the following processing is performed. First, the comparison result of the phase comparison unit 15 is read (ST4). Based on the comparison result, a correction frequency is obtained (ST5). That is, a correction frequency approximately proportional to the phase difference between voltage and current is output by an analog circuit, and a signal having a corrected frequency obtained by adding this correction to the command frequency is output as a drive frequency signal (ST6). By specifying the output mode in this way, it is possible to select on / off of the frequency tracking function.
[0033]
Next, the control system will be described. The control unit 16 is a bonding control unit that controls the entire bonding operation, and includes processing functions described in the following units. The head drive instruction unit 16 a controls the head drive unit 12 that drives the lifting mechanism unit 9. The detection value writing processing unit 16 b performs processing for writing the detection data of the detection unit 13 in the detection value storage unit 24. The voltage and current analog data detected by the detection unit 13 is converted into an effective value by the conversion unit 14 and further converted into digital data. The detected value writing processing unit 16b performs data processing on these digital data, thereby writing data in the detected value storage unit 24 in a predetermined data format. Thus, frequency search data (see FIG. 4) necessary for the resonance frequency detection process is created.
[0034]
The calculation unit 16 c performs various calculation processes such as a resonance frequency detection calculation for obtaining a resonance frequency based on the frequency search data stored in the detection value storage unit 24. The mode instruction unit 16d instructs the output mode to the drive frequency signal output unit 18 based on the bonding operation program stored in the program storage unit 22 and the basic frequency detection processing program. The frequency instruction unit 16 e reads out the frequency parameter from the various parameters stored in the drive parameter storage unit 23 and instructs the command frequency signal output unit 17 about the necessary frequency. The drive voltage instruction unit 16 f instructs the drive voltage V to the vibrator drive unit 10. The frequency measuring unit 16g measures the fundamental frequency of the vibrator 6 driven by the vibrator driving unit 10 by counting the frequency of the driving voltage USV of the vibrator 6.
[0035]
The operation / input unit 20 is an input means such as a keyboard and a mouse, and inputs operation commands and data. The display unit 21 is a display panel such as a CRT, and displays a guidance screen during data input and operation. The program storage unit 22 stores various operation programs and processing programs such as bonding operations and basic frequency detection processing.
[0036]
The drive parameter storage unit 23 includes a fundamental frequency f0 indicating a resonance frequency when the bonding tool is oscillated in the air, sweep frequency data (frequency lower limit fmin. Upper limit of the sweep range) for frequency sweep executed in the fundamental frequency detection process. Various drive parameters used to drive the vibrator 6 and execute bonding operations and various processes such as a frequency fmax., A sweep pitch frequency Δf), a drive voltage V, and a bonding time t are stored. The inspection value storage unit 24 stores the current and voltage detection data detected by the detection unit 13 in the form of frequency search data necessary for the resonance frequency detection process.
[0037]
Next, the fundamental frequency detection process will be described with reference to FIG. Here, the resonance frequency in the no-load state when the vibrator 6 is driven in the aerial state where the bonding tool 7 is raised is obtained by frequency sweep. The resonance frequency at this time may be confirmed by actual measurement using the frequency measuring unit 16g. The obtained resonance frequency is set as a fundamental frequency, and is used as a free-running frequency that is a driving frequency when driving of the vibrator 6 is started in the bonding operation. Of course, the resonance frequency in a load state in which the bonding tool 7 is pressed against the substrate 2 can be obtained by the same detection process.
[0038]
First, the first mode is designated as the output mode of the drive frequency signal (ST10). Thus, when the drive frequency signal output unit 18 outputs a drive frequency signal to the vibrator drive unit 10, the same frequency as the command frequency output from the command frequency signal output unit 17 according to the first mode. A signal is output.
[0039]
Next, the sweep frequency data is read (ST11). That is, the lower limit frequency fmin. Upper limit frequency fmax. The sweep pitch frequency Δf is read from the drive parameter storage unit 23. Next, the drive voltage V is read from the drive parameter storage unit 23 (ST12). Then, the lower limit frequency fmin. Is designated as the command frequency f (ST13).
[0040]
Thereafter, the vibrator 6 is driven. That is, the vibrator 6 is driven with the drive current V and the drive frequency f (same as the command frequency) (ST14). In the process of driving the vibrator 6, the detector 13 detects the drive current (USI) (hereinafter simply referred to as current I) of the vibrator 6 (ST15), and associates the detected value with the drive frequency f at this time. It memorize | stores in the detected value memory | storage part 24 (ST16).
[0041]
Next, the drive frequency f is increased by adding the sweep pitch frequency Δf to the drive frequency f (ST17). The drive frequency f is the upper limit frequency fmax. (ST18), if not, the process returns to (ST14) and the subsequent processing is repeatedly executed to detect the current and store the detected value. In the frequency sweep, the order of the frequency sweep is set to the upper limit frequency fmax. To the lower limit frequency fmin. You may make it change toward.
[0042]
In the above processing, the frequency instruction unit 16e is a frequency sweep unit that regularly changes the command frequency within a predetermined range while driving the vibrator 6. The detection value writing processing unit 16b and the detection value storage unit 24 serve as storage means for storing the detection value detected by the detection unit 13 and the command frequency corresponding to the detection value in association with the frequency sweep. Yes.
[0043]
In (ST18), the command frequency f is the upper limit frequency fmax. 4, in other words, all the data points shown in the graph of FIG. 4 are obtained, and if they are stored in the detected value storage unit 24 as frequency search data, a frequency search process is performed. That is, the maximum current value Imax. And the maximum value Imax. The command frequency f (Imax.) Corresponding to is obtained (ST19). This search process is performed by the arithmetic unit 16c.
[0044]
Then, the obtained maximum value Imax. Is set as the resonance frequency (basic frequency f0) and stored in the drive parameter storage unit 23 (ST20). In the bonding operation, the command frequency at the start of driving of the vibrator 6 is set based on the basic frequency f0. In the above processing, the calculation unit 16c searches for a command frequency at which the drive current of the vibrator 6 is approximately maximum or impedance is approximately minimum based on the detection value stored in the detection value storage unit 24, and sets the resonance frequency as the resonance frequency It is a frequency search means. Note that instead of using the current value as a parameter, the impedance may be used as a parameter, and the minimum value of the impedance may be searched to obtain the command frequency corresponding to this minimum value. In the resonance state, the resonance frequency may be obtained by utilizing the fact that the phase difference between the voltage USV across the vibrator 6 and the current USI flowing through the vibrator 6 is substantially zero.
[0045]
Next, with reference to FIG. 5, the vibrator driving process during the bonding operation will be described. First, vibrator drive parameters are read from the parameter storage unit 23 (ST21). Thereby, the fundamental frequency f0, the drive voltage V, and the vibrator drive time t are read. Next, when the driving of the vibrator 6 is started, the first mode is instructed as an output mode of the driving frequency signal (ST22). Thus, when the drive frequency signal output unit 18 outputs a drive frequency signal to the vibrator drive unit 10, the same frequency as the command frequency output from the command frequency signal output unit 17 according to the first mode. A signal is output and the frequency tracking function is turned off.
[0046]
That is, the driving frequency signal output unit 18 outputs the driving frequency f to the vibrator driving unit 10, and the vibrator 6 is driven with the driving frequency f and the driving voltage V equal to the basic frequency f0 (ST23). In this driving state, the detection unit 13 detects the current I (ST24), and determines whether a current equal to or greater than a predetermined current value set in advance as a threshold current is detected (ST25).
[0047]
Here, if the predetermined current value has not been reached, the process returns to (ST23) to continue driving the vibrator 6 at the above drive frequency, and if the predetermined current value has been reached, the mode instruction section 16d. To instruct the second mode as the output mode of the drive frequency signal (ST26). Thereby, when the drive frequency signal output unit 18 outputs a drive frequency signal to the vibrator drive unit 10, the phase comparison unit is added to the command frequency output from the command frequency signal output unit 17 according to the second mode. The corrected frequency obtained by adding the correction amount based on the 15 comparison results is output as the drive frequency signal, and the frequency tracking function is turned on.
[0048]
That is, the vibrator 6 is driven at a drive frequency to which correction according to the phase difference between the current and voltage detected by the detection unit 13 is added (ST27). Thereby, even when the resonance frequency fluctuates according to the load state, the drive frequency of the vibrator 6 can follow the resonance frequency in the load state. Thereafter, it is determined whether or not the vibrator driving time t has expired (ST28), and if the time has been confirmed, the driving of the vibrator 6 is stopped (ST29). Thereby, the bonding operation is completed.
[0049]
In the bonding described above, the control unit 16 controls the mode instruction unit 16d in accordance with the bonding operation program so that the first mode is instructed at the start of driving of the vibrator 6 in the bonding operation, and is then switched to the second mode instruction. It has become.
[0050]
In the vibrator driving process in the above bonding, the vibrator 6 is always driven at the driving frequency according to the command frequency in the first mode during the indefinite time when the current does not normally flow through the vibrator 6 immediately after the start of driving. . Therefore, irregular oscillation due to the phase-locked loop being closed does not occur during the irregular time when no current flows through the vibrator 6, and normal operation is performed by eliminating operation errors caused by irregular oscillation. can do.
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is configured to output a drive frequency signal for instructing the drive frequency of the vibrator according to different output modes, and at the start of driving of the vibrator, a signal having the same frequency as the command frequency is output as a drive frequency signal, After that, the corrected frequency signal, which is the command frequency plus the correction based on the phase comparison result of current and voltage, is output as the drive frequency signal. Bonding operation can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an ultrasonic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart of drive frequency signal output processing of the ultrasonic bonding apparatus according to an embodiment of the present invention. Flowchart of basic frequency setting process by ultrasonic bonding apparatus according to one embodiment of the present invention FIG. 4 is a graph showing frequency search data of the bonding apparatus according to one embodiment of the present invention. Flow chart of vibrator drive processing during bonding operation by the ultrasonic bonding apparatus of the form
2 Substrate 3 Electronic component 5 Horn 6 Vibrator 7 Bonding tool 10 Vibrator drive unit 13 Detection unit 15 Phase comparison unit 16 Control unit 16d Mode instruction unit 17 Command frequency signal output unit 18 Drive frequency signal output unit 24 Detection value storage unit

Claims

An ultrasonic bonding apparatus that presses against a surface to be bonded while applying a load and ultrasonic vibration to a bonding target, a bonding tool that contacts the bonding target, and the bonding tool to be bonded via the bonding target A pressing unit that presses against the surface; a vibrator that applies ultrasonic vibration to the bonding tool; a vibrator driving unit that supplies power for driving the vibrator; and the vibrator driving unit. A drive frequency signal output unit for outputting a drive frequency signal for instructing a drive frequency of the vibrator according to an output mode selected and designated from a plurality of different output modes; and the vibration driven by the vibrator drive unit A detection unit for detecting the voltage and current of each of the sub-elements, and the phase of the voltage and current detected by the detection unit and comparing the result of the comparison with the drive frequency signal A phase comparison unit that outputs to the output unit, a command frequency signal output unit that outputs a preset command frequency to the drive frequency signal output unit, and commands the output mode to the drive frequency signal output unit A plurality of output modes, a first mode for outputting a signal having the same frequency as the command frequency as a drive frequency signal, and a correction amount based on a comparison result of the phase comparison unit for the command frequency. And a second mode in which a signal having a frequency after correction is output as a driving frequency signal. The first mode is instructed at the start of driving of the vibrator in the bonding operation, and then the detection unit is set in advance as a threshold current. after detecting a predetermined current value or more current that is, the bonding control means for controlling said mode instruction unit to switch to an instruction of the second mode Ultrasonic bonding apparatus it said that there was e.

A frequency instruction unit for instructing a frequency to the command frequency signal output unit; and a resonance frequency detection unit for detecting a resonance frequency of the vibrator, wherein the frequency instruction unit is a resonance detected by the resonance frequency detection unit. The frequency is set as a fundamental frequency of the vibrator and instructed to a command frequency signal output unit, and the command frequency signal output unit outputs a command frequency signal based on the fundamental frequency. Ultrasonic bonding equipment.

3. The ultrasonic bonding according to claim 2 , wherein the drive frequency signal output unit outputs the drive frequency signal in the first mode when the resonance frequency of the vibrator is detected by the resonance frequency detection unit. apparatus.

The resonance frequency detection means is a frequency sweep means that regularly changes a command frequency within a predetermined range while driving the vibrator, and a detection value detected by the detection unit at the time of frequency sweep and the detection value. A storage unit that associates and stores a corresponding command frequency and searches for a command frequency at which the drive current of the vibrator is approximately maximum or impedance is approximately minimum based on the detected value stored in the storage unit, and is used as a resonance frequency. ultrasonic bonding apparatus according to claim 2 or 3, wherein in that a resonant frequency search means.

A bonding tool that abuts on the object to be joined, a pressing means that presses the bonding tool against the surface to be joined via the object to be joined, a vibrator that applies ultrasonic vibration to the bonding tool, and this vibrator An output instructed to select a driving frequency signal for instructing the driving frequency of the vibrator to the vibrator driving unit from among a plurality of different output modes. The drive frequency signal output unit that outputs in accordance with the mode , the detection unit that detects the voltage and current of the transducer driven by the transducer drive unit, and the phase of the voltage and current detected by the detection unit are compared. a phase comparator for outputting a comparison result to the driving frequency signal output section Te, finger outputs a preset frequency command with respect to the driving frequency signal output section An ultrasonic bonding method using an ultrasonic bonding apparatus, comprising: a frequency signal output unit; and a mode instruction unit that instructs the output mode to the drive frequency signal output unit, and starts driving the vibrator in a bonding operation. Sometimes, the first mode for outputting a signal having the same frequency as the command frequency as a drive frequency signal is instructed, and then the detection unit detects a current equal to or higher than a predetermined current value set in advance as a threshold current. An ultrasonic bonding method characterized by switching to a second mode in which a corrected frequency signal obtained by adding a correction amount based on a comparison result of the phase comparison unit to a command frequency is output as a drive frequency signal.