JP3941948B2 - ボンディング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被ボンディング部品にボンディングを行うボンディング装置に関し、特に、カメラで撮像した画像の明るさを補正することが可能なボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣチップ上のパッドと外部リードとを接続するボンディング装置としては、図８に示すようなワイヤボンディング装置が知られている。
【０００３】
図８に示すように、ワイヤボンディング装置は、カメラ２０と光学レンズ２と照明灯３からなる光学系と、照明灯３の光量を制御する照明コントローラ４と、キャピラリ２１ａが先端に装着されたボンディングアーム２１と、ボンディングアーム２１を上下に駆動するボンディングヘッド２３と、光学系およびボンディングヘッド２３を搭載してＸ方向及びＹ方向に二次元的に移動させて位置決めするＸＹテーブル１０と、キャピラリ２１ａ及びボンディングアーム２１等からなるボンディングヘッド２３によるボンディング作業が行なわれるボンディングステージ２７を有する搬送装置2５とを備えており、ボンディングステージ２７は、複数のＩＣチップが長手方向に並べて貼着されたリードフレーム、ＰＣＢ等からなる基板を加熱するヒータ２７ａを有している。
【０００４】
また、ワイヤボンディング装置は、カメラ２０からの撮像信号を受ける画像処理装置２８と、画像処理装置２８からの出力を受けるモニタ２９と、ボンディング装置の制御等を行う制御装置８と、ＸＹテーブル１０を手動にて移動させるための信号を制御装置８に出力するマニュピュレータ３７と、制御装置８からの指令信号に応じてボンディングヘッド２３及びＸＹテーブル１０への駆動信号を発する駆動装置３１とが設けられている。
【０００５】
ボンディング作業に先立ち予め行われるセルフティーチに関して説明する。セルフティーチは、ボンディング対象たるパッド及びリード上の各ボンディング位置等に関する各種条件の設定を行うものである。
【０００６】
図８に示すように、オペレータは、カメラ２０からの撮像信号による画像をモニタ２９にて目視しながらマニピュレータ３７を操作してＸＹテーブル１０を移動させて、モニタ２９の画面上に設けられているクロスライン２９ａの交点ＯをＩＣチップ上の２個所の定点に合わせる。このとき、照明コントローラ４により照明灯３の光量を調整して、ＩＣチップ上の定点付近のモニタの画像が適切な明るさになるようにする。なお、照明灯の明るさは、制御装置８からの照度設定値により照明コントローラ４で可変できるようになっている。
【０００７】
なお、クロスライン２９ａの交点Ｏをセルフティーチにより設定するＩＣチップ上の２個所の定点に合わせたときのＸＹテーブル１０の位置をＩＣチップの第１基準位置及び第２基準位置と称する。また、オペレータがマニュピュレータ３７を操作してＸＹテーブル１０上のカメラ２０を移動させて、モニタ２９の画面上に設けられているクロスライン２９ａの交点ＯをＩＣチップ上の定点、ボンディング位置としてのパッドの中心点、リードの中心点等に合わせる操作を、以後、目合わせと称する。
【０００８】
そして、ＩＣチップ上の定点におけるＸＹテーブル１０の第１基準位置及び第２基準位置の位置座標が制御装置８内のメモリ（記憶装置）に記憶され、また、ＸＹテーブル１０の第１基準位置及び第２基準位置でのモニタ２９上のウインド２９ｂ内のＩＣチップの定点を中心とする画像が基準パターンとして画像処理装置２８のメモリ（記憶装置）に記憶される。また、照明コントローラ４の照度設定値も制御装置８内のメモリ（記憶装置）に記憶される。
【０００９】
次に、前述した定点２カ所おける目合わせは、ＩＣチップの目合わせであるが、それに加えて基板上の１個所の定点に目合わせを行う必要がある。このとき、照明コントローラ４の照度設定値により照明灯の光量を調整して、リード上の定点付近のモニタの画像を適切な明るさになるようにする。セルフティーチにより基板上で設定する定点の位置を基板の第１基準位置とする。
【００１０】
そして、ＸＹテーブル１０の基板の第１基準位置の位置座標が制御装置８内のメモリに記憶され、また、ＸＹテーブル１０の基板の第１基準位置でのモニタ２９上のウインド２９ｂ内の基板上の定点を中心とする画像が基準パターンとして画像処理装置２８のメモリに記憶される。また、照明コントローラ４の照度設定値も制御装置８内のメモリ（記憶装置）に記憶される。
【００１１】
次に、全てのパッド及びリードの目合わせを行い、ボンディング点の位置座標を制御装置８内のメモリに記憶する。
【００１２】
以上、セルフティーチにより設定したボンディング対象たるパッド及びリード上の各ボンディング位置等に関する各種条件はフロッピー（登録商標）ディスク等の記録媒体に記憶されて、他のボンディング装置でフロッピー（登録商標）ディスクより各種条件のデータを読み出して使用する。
【００１３】
しかしながら、ボンディング装置には機差があるため、照明コントローラ４に同一の照度設定値を出力しても、照明灯３の明るさは装置によって異なってしまう。セルフティーチにより設定した各種条件を他のボンディング装置で使用するには、照明条件等を再設定する必要がある。
【００１４】
このため、セルフティーチ時に照度計を用いて照明灯の照度を測定して、他の装置で照明灯の設定時に照度計を用いて所定の照度になるように照明灯の調整が行われている。
【００１５】
また、マスターとなるボンダで設定した被ボンディング部品の位置検出を行うための基準画像（基準パターン）の照明条件を、スレーブボンダで再構築してセットアップ時のエラーを低減する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、スレーブボンダ上で、マスターボンダで設定した基準画像と同程度の画像が得られるように照明の明るさを調整して、最適な照明条件をスレーブボンダに設定するようにしている。
【００１６】
【特許文献１】
ＵＳ２００１／００４７３６６Ａ１
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、ＩＣチップおよびリード上の基準位置における基準パターンは照明灯からの反射光をレンズで集光してカメラで撮像した画像である。しかしながら、各ボンディング装置の照明灯の光量のバラツキにより所定の明るさが得られないため、セルフティーチ時に照度計を用いて照明灯の照度を測定して、他の装置でも照度計を用いて所定の照度になるように調整していた。照度計を使用した場合には、照明灯の明るさのみが補正され、カメラの感度やレンズの明るさのバラツキによる機差を補正することができない。このため、照度計を用いる方法では機差補正としては充分ではなかった。さらに、測定したデータを装置に入力する必要があり、操作性も悪かった。
【００１８】
また、スレーブボンダ上で、マスターボンダで設定した基準画像と同程度の画像が得られるように照明の明るさを調整して、最適な照明条件をスレーブボンダに設定する方法では、最適な照明条件の選定が容易でないため、設定にバラツキが発生する恐れもある。
【００１９】
さらに、照明灯のランプ、ＬＥＤ等は長時間の使用により経時変化で明るさのバラツキが発生することがあるため、定期的な照明灯の明るさの確認、ランプ交換等が必要となる。
【００２０】
また、照明灯は明るさの設定値を変えた場合には、ランプの応答速度が遅いため、所定の明るさに達するまでに時間がかかってしまう。このため、照明灯の明るさの設定値を変更した直後のカメラによる撮像では、照明灯の明るさが安定していないために、所定の明るさの画像が得られないことがある。
【００２１】
そこで本発明は、画像の明るさの基準モデルを前もって設定して、反射板を治具として使用して照明灯の外部設定値、カメラの露光時間に対する画像の明るさを測定して測定モデルを算出し、算出した測定モデルから、カメラで撮像した画像の明るさが基準モデルの基準値になるように補正することが可能なボンディング装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によるボンディング装置は、対象物からの反射光を撮像手段の撮像面に結像する光学レンズと、撮像面の露光時間を外部から制御可能な撮像手段と、照明の明るさを外部から制御可能な照明手段と、該撮像手段からの信号をデジタル化してメモリに記憶する画像記憶手段と、該画像記憶手段から画像の明るさを演算する演算手段とを備えたボンディング装置であって、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する反射板の画像の明るさを基準モデルとして前もって設定して、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する前記反射板の画像の明るさを前記画像記憶手段及び前記演算手段で演算して測定モデルを算出し、前記測定モデルより画像の明るさが基準モデルの基準値になるように前記照明手段の照度設定値を補正するようにしたものである。
【００２３】
また、本発明によるボンディング装置は、対象物からの反射光を撮像手段の撮像面に結像する光学レンズと、撮像面の露光時間を外部から制御可能な撮像手段と、照明の明るさを外部から制御可能な照明手段と、該撮像手段からの信号をデジタル化してメモリに記憶する画像記憶手段と、該画像記憶手段から画像の明るさを演算する演算手段とを備えたボンディング装置であって、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する反射板の画像の明るさを基準モデルとして前もって設定して、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する前記反射板の画像の明るさを前記画像記憶手段及び前記演算手段で演算して測定モデルを算出し、前記測定モデルより画像の明るさが基準モデルの基準値になるように前記撮像手段の露光時間を補正するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明によるボンディング装置は、対象物からの反射光を撮像手段の撮像面に結像する光学レンズと、撮像面の露光時間を外部から制御可能な撮像手段と、照明の明るさを外部から制御可能な照明手段と、前記光学レンズと前記撮像手段と前記照明手段とからなる光学系を被撮像対象物に対して二次元的に相対移動させて位置決めを行う位置決め手段と、該撮像手段からの信号をデジタル化してメモリに記憶する画像記憶手段と、該画像記憶手段から画像の明るさを演算する演算手段とを備えたボンディング装置であって、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する反射板の画像の明るさを基準モデルとして前もって設定して、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する前記反射板の画像の明るさを前記画像記憶手段及び前記演算手段で演算して測定モデルを算出し、前記位置決め手段の動作完了後に前記測定モデルより画像の明るさが基準モデルの基準値になるように前記撮像手段の露光時間を補正するようにしたものである。
【００２５】
また、本発明によるボンディング装置の前記画像の明るさは、前記画像記憶手段に記憶された所定の画像エリア内の画素データの平均値としたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明によるボンディング装置について説明する。なお、本発明のボンディング装置は、ボンディング前のＩＣチップおよびリードの基準位置のずれ量検出における画像の明るさを前もって設定した基準モデルの基準値となるように補正する機能を有するようにしたものである。
【００２７】
図１は、本発明によるボンディング装置の光学系の構成を示す図、図２は、ボンディング装置の光学系の信号のデータ等の流れを示す図、図３は、ボンディング装置の光学系の補正を行うための測定モデルの処理の流れを示すフローチャート、図４は、カメラの各露光時間毎の照明灯の照度設定値に対する画像の明るさの変化を示す図、図５は、基準モデルと測定モデルによる照明灯の照度設定値の補正について示した図である。
【００２８】
図１および図２に示すように、ボンディング装置は、被ボンディング部品または反射板１５に光を照射するための照明灯３と、照明灯３を駆動する電源部を有し照明の明るさを制御する照明コントローラ４と、対象物からの反射光を撮像手段としてのカメラ１の撮像面に結像する光学レンズ２と、被ボンディング部品または反射板１５を撮像する撮像手段としてのカメラ１と、カメラ１からの映像信号により被ボンディング部品の位置ずれを検出する画像処理装置７とを有している。
【００２９】
照明灯３は、照明コントローラ４のハロゲンランプからの光を多数本の光ファイバで導入して先端を円筒状に分配したリング照明からなっている。照明コントローラ４は、照明灯３を駆動する電源部を有しており、図２に示す制御装置８からの照度設定値によりハロゲンランプへの印加電圧を可変してリング照明を調光するようになっている。
【００３０】
撮像手段としてのカメラ１は、ＣＣＤ型イメージセンサ等を使用しており、図２に示す画像処理装置７から露光時間を制御することできるシャッター機能を有している。カメラ１は、任意のタイミングで、設定された露光時間で被ボンディング部品等を撮像するようになっている。
【００３１】
画像処理装置７は、図２に示すカメラ１の映像信号からの画像と基準パターンとのマッチングにより被ボンディング部品の位置ずれを検出するものである。画像処理装置７には、カメラ１からの映像信号をデジタル化してメモリに記憶する画像メモリ７ａ（図１に示す）および演算、制御を行うＣＰＵが内蔵されており、画像メモリ７ａに記憶されたデータをＣＰＵで読み出して演算することが可能となっている。画像処理装置７は、図２に示す制御装置８からのコマンドに基づいて処理を行い、ずれ量データ等を制御装置８に出力するようになっている。
【００３２】
図１に示す反射板１５は、カメラ１の画像の明るさを補正するときに使用するものである。反射板１５は、フロスト加工処理によりガラスの表面を薬液で溶かして半球状の細かいクレーターを設け、フロスト加工処理後にメッキ処理したものである。反射板１５の微細なクレーターにより、リング照明からなる照明灯３の入射光を均質に拡散することができる。これにより均一なカメラ画像が得られるようになっている。なお、同軸照明を用いている場合には、表面を鏡状に形成した反射板１５を使用するようにする。
【００３３】
以上の構成からなるボンディング装置におけるカメラ１の画像の明るさの補正について説明する。なお、本実施例では、画像の明るさは０から２５５までの値で表され、照明灯３の照度設定値は０から２５５までの値とする。また、カメラの露光時間をＴｎとし、ｎは１からｎまでの自然数を示す。最初に、カメラ１の露光時間Ｔｎ及び照明灯３の外部からの照度設定値に対する画像の明るさを示す基準モデルとしてのモデル関数を規定する。モデル関数は、カメラ１の露光時間及び照明灯３の照度設定値に対して、基準となる画像の明るさを表すものである。画像の明るさのモデル関数Ｆｎ（Ｘ）は、カメラ１の露光時間Ｔｎにおける照明灯３の照度設定値を変数Ｘとした（１）式に示す一次関数で表される。
【００３４】
Ｆｎ（Ｘ）＝ＡｎＸ＋Ｂｎ （１）
ただし、Ａｎ、Ｂｎは、カメラ１の露光時間Ｔｎにおける係数を示す。
なお、（１）式に示すモデル関数は一次関数であるが、ランプの特性により、二次関数などの他の関数でモデル関数を決めるようにする。また、照明灯３の照度設定値Ｘ及びカメラ１の露光時間Ｔｎを変数としたモデル関数を規定してもよい。
【００３５】
次に、図３に示すフローチャートを用いてボンディング装置の光学系の補正を行うための測定モデルの処理について述べる。なお、光学系の補正は、定期的な装置の保守点検時、ランプを交換したときなどに行うようにする。
【００３６】
最初に、反射板１５をボンディングステージ上にセットして、ＸＹテーブル１０（図８に示す）に搭載された光学レンズ２の中心軸が反射板１５のほぼ中央に位置するようにする（図３に示すステップＳ１）。次に、カメラ１の露光時間Ｔｎに初期値（Ｔ１）を設定し（ステップＳ２）、照明灯の照度設定値に初期値を設定する（ステップＳ３）。次に、カメラの所定の露光時間で反射板１５の撮像を行う（ステップＳ４）。
【００３７】
カメラからの映像信号は画像処理装置７に内蔵されたＡＤ変換器によりデジタル値に変換されて画素単位で画像処理装置７の画像メモリ７ａに記憶される。画像処理装置７のＣＰＵは、画像エリアとしてのずれ量を検出する範囲である検出エリア内の画像メモリ７ａのデータを読み出して、データの平均値を演算して、演算した平均値を記憶する。なお、演算した画素データの平均値を画像の明るさとする（ステップＳ５）。次に、照明灯の照度設定値が最終値であるかを判断して（ステップＳ６）、照明灯の照度設定値が最終値でないときは、照度設定値の設定値を例えば１６ステップ毎に変化させて（ステップＳ７）、ステップＳ４に移行する。また、照明灯の照度設定値が最終値のときは、カメラ１の露光時間が最終値であるかを判断して（ステップＳ８）、カメラ１の露光時間が最終値でないときには、カメラ１の露光時間を長くして（ステップＳ９）、ステップＳ３に移行する。カメラ１の露光時間が最終値のときには、処理を終了する。以上の処理により、カメラ１の各露光時間における照明灯の照度設定値に対する画像の明るさのデータが得られる。
【００３８】
図４は、カメラ１の各露光時間（Ｔ１からＴｎ）毎の照明灯の照度設定値に対する画像の明るさの変化を示す図である。図４に示すように、カメラ１の露光時間がＴ１，Ｔ２、Ｔｎと長くなるに伴い、画像の明るさは同一の照明灯の照度設定値に対して増加している。また、画像の明るさのデータが５０未満では照明灯の照度設定値に対する変化がなく、２００を越えると飽和状態になり照明灯の照度設定値に追従していない。このため、カメラ１が明るさを正常に検出できる範囲（図４では５０から２００まで）内の照明灯３の照度設定値を有効なデータとして選択するようにしている。
【００３９】
次に、上記測定データに基づいて各露光時間毎に照明灯３の照度設定値に対するカメラ１の画像の明るさの測定モデルとしての補正式を算出する。画像の明るさの補正式は、例えば、照明灯３の照度設定値ｘを変数とした（２）式に示す一次関数で表される。
【００４０】
ｆｎ（ｘ）＝ａｎｘ＋ｂｎ （２）
ただし、ａｎ、ｂｎは、カメラ１の露光時間Ｔｎにおける、照度設定値と画像の明るさのデータから最小二乗法より求めた係数を示す。
【００４１】
（１）式より照明灯３の照度設定値がＸのときには、基準値としての画像の明るさはＦｎ（Ｘ）であり、（２）式のｆｎ（ｘ）と（１）式のＦｎ（Ｘ）とを等しくするには、ａｎｘ＋ｂｎ＝ＡｎＸ＋Ｂｎより
ｘ＝（ＡｎＸ＋Ｂｎ−ｂｎ）／ａｎを計算してｘを算出する。照明灯３の照度設定値をｘとすることにより、画像の明るさは基準値のＦｎ（Ｘ）となる。
【００４２】
これにより、ボンディング装置は、照明灯の外部設定値としての照度設定値と画像の明るさの関係を測定モデルとして算出し、予め設定した基準モデルの基準値となるように、照明灯の照度設定値を補正する。図５に示すように、例えば、照明灯３の照度設定値が１５０のとき、画像の明るさの基準値を１２０とする。測定モデルより補正対象のランプの照度設定値が１５０のときに、画像の明るさが１１０となる場合には、照明灯３の照度設定値を１７０に補正して出力することにより、基準モデルの基準値の画像の明るさが得られる。
【００４３】
以上述べたように、前もって設定した画像の明るさの基準値となるように、照明灯の照度設定値を補正することにより、光学レンズの明るさ及びカメラの感度のバラツキに影響を受けずに補正することが可能となる。
【００４４】
【実施例】
ボンディング作業では、最初に、ＩＣチップ、基板のずれ量の検出が行われる。ずれ量の検出でのＩＣチップに於ける照明灯３の照度設定値とリードに於ける照明灯３の照度設定値とが異なる場合には、ＸＹテーブルがＩＣチップの第２基準位置からリードの第１基準位置に移動中に照明灯の照度設定値を切り替えている。しかしながら、照明灯は、所定の明るさに達するまでに時間が掛かるためリードのずれ量検出時に所定の明るさが得られないことがある。
【００４５】
以下に、照明灯３の明るさの照度設定値を一定にして基準位置毎にカメラの露光時間を変えて画像の明るさが基準モデルの基準値となるようにすることにより、照明灯の応答の遅れに影響されずにずれ量の検出を行うことができるボンディング装置について述べる。
【００４６】
最初に、カメラ１の露光時間及び照明灯３の明るさの外部照度設定値に対する画像の明るさを示す基準モデルとしてのモデル関数を規定する。照明灯３の照度設定値をＢｍとし、ｍは１からｍまでの自然数を示す。モデル関数は、カメラ１の露光時間及び照明灯３の照度設定値Ｂｍに対して、基準となる画像の明るさを表すものである。画像の明るさのモデル関数Ｆｍ（Ｔ）は、照明灯３の照度設定値Ｂｍにおける、カメラ１の露光時間を変数Ｔとした（３）式に示す一次関数で示される。
【００４７】
Ｆｍ（Ｔ）＝ＡｍＴ＋Ｂｍ （３）
ただし、Ａｍ、Ｂｍは、照明灯の照度設定値Ｂｍにおける係数を示す。
なお、（１）式に示すモデル関数は一次関数であるが、照明灯３の照度設定値Ｂｍ及びカメラ１の露光時間Ｔを変数としたモデル関数を規定してもよい。
【００４８】
次に、図６に示すフローチャートを用いてボンディング装置の光学系の補正を行うための測定モデルの処理について述べる。最初に、反射板１５をボンディングステージ上にセットして、ＸＹテーブルに搭載された光学レンズ２の中心軸が反射板１５のほぼ中央に位置するようにする（図６に示すステップＳ１１）。照明灯の照度設定値Ｂｍに初期値を設定し（ステップＳ１２）、カメラ１の露光時間に初期値を設定する（ステップＳ１３）。次に、照明灯３の照度設定値の明るさでカメラ１の所定の露光時間で画像の撮像を行う（ステップＳ１４）。カメラ１からの映像信号は画像処理装置７に内蔵されたＡＤ変換器によりデジタル値に変換して画素単位で画像処理装置７の画像メモリ７ａに記憶される。画像処理装置７のＣＰＵは、画像エリアとしてずれ量を検出する範囲である検出エリア内の画像メモリ７ａのデータを読み出して、データの平均値を演算して、演算した平均値を記憶する。なお、演算した画素データの平均値を画像の明るさとする（ステップＳ１５）。次に、カメラ１の露光時間が最終値であるかを判断して（ステップＳ１６）、カメラ１の露光時間が最終値でないときは、カメラ１の露光時間を長くして（ステップＳ１７）、ステップＳ１４に移行する。また、カメラ１の露光時間が最終値のときは、照明灯の照度設定値が最終値であるかを判断して（ステップＳ１８）、照明灯の照度設定値が最終値でないときには、照度設定値の設定値を例えば１６ステップ毎に変化させて（ステップＳ１９）、ステップＳ１３に移行する。カメラ１の露光時間が最終値のときには、処理を終了する。以上の処理により、照明灯の各照度設定値におけるカメラ１の露光時間に対する画像の明るさのデータが得られる。
【００４９】
次に、上記測定データに基づいて照明灯３の各照度設定値（Ｂ１からＢｍ）毎のカメラ１の露光時間に対する画像の明るさの測定モデルとしての補正式を算出する。画像の明るさの補正式は、例えば、カメラ１の露光時間を変数ｔとした（４）式に示す一次関数で表される。
ｆｍ（ｔ）＝ａｍｔ＋ｂｍ （４）
ただし、ａｍ、ｂｍは、照明灯３の各照度設定値Ｂｍにおける、カメラ１の露光時間と画像の明るさのデータから最小二乗法より求めた係数を示す。
【００５０】
（３）式よりカメラ１の露光時間設定値Ｔのときは、基準値としての画像の明るさはＦｍ（Ｔ）であり、（４）式のｆｍ（ｔ）とＦｍ（Ｔ）とを等しくするには、ａｍｔ＋ｂｍ＝ＡｍＴ＋Ｂｍより、ｔ＝（ＡｍＴ＋Ｂｍ−ｂｍ）／ａｍ を計算してｔを算出する。カメラ１の露光時間の外部設定値をｔとすることにより、画像の明るさは基準値のＦｍ（ｔ）となる。
【００５１】
次に、ボンディング装置によるずれ量検出の動作を図７に示すタイミング図を用いて説明する。基板上に複数のＩＣチップが長手方向に接合材で並べて貼着されたＩＣチップの位置は、貼着されるべき所定の位置に対してずれた位置となっている場合がある。
【００５２】
このためワイヤボンディング作業を行う前に、セルフティーチで設定されたＩＣチップ上の２個所の定点の位置を検出して、ＩＣチップの所定の基準位置に対するずれ量を算出する。
【００５３】
ＩＣチップのずれ量の算出は、図７に示すようにＸＹテーブル１０上に搭載されたカメラ１をＩＣチップの第１基準位置に移動して、ＸＹテーブル１０の移動完了後カメラ１で露光時間ＴａでＩＣチップを撮像し、その撮像信号を画像処理装置７に入力してずれ量検出を行い、第１基準位置からのＩＣチップ上の定点までの各ずれ量を求める。次に、ＸＹテーブル１０上に搭載されたカメラ１をＩＣチップの第２基準位置に移動して、ＸＹテーブル１０の移動完了後カメラ１で露光時間ＴｂでＩＣチップを撮像し、その撮像信号を画像処理装置７に入力してずれ量検出を行い、第２基準位置からのＩＣチップ上の定点までの各ずれ量を求める。前記ずれ量のデータに基づきＩＣチップのオフセット量、回転量を算出して、予め記憶された各パッドのボンディングの位置座標と演算して、ＩＣチップのボンディングすべきパッドのボンディング位置座標を算出する。なお、カメラ１の露光時間Ｔａ，Ｔｂは（４）式より算出されたものであり、露光時間Ｔａ，Ｔｂで撮像することにより、画像の明るさは前もって設定している基準値となるようになっている。
【００５４】
次に、ＸＹテーブル１０上に搭載されたカメラ１を基板の第１基準位置に移動して、ＸＹテーブル１０の移動完了後カメラ１で露光時間Ｔｃで基板を撮像する。なお、露光時間Ｔｃで撮像することにより、画像の明るさは前もって設定している基準値となるようになっている。カメラ１からの撮像信号を画像処理装置７に入力してずれ量検出を行い、第１基準位置からの基板上の定点までの各ずれ量を求める。このずれ量に基づきリードのボンディング位置座標を演算してリードの位置を求める。図７に示すように、照明灯の照度設定値は各基準位置で一定しており、照明灯の明るさを変えることなく、カメラの露光時間で所定の画像の明るさが得られるようになっている。
【００５５】
これにより、ボンディング装置は、照明灯の照度設定値を一定にして基準位置毎にカメラの撮像時間を変えて画像の明るさが基準値となるようにすることにより、照明灯の応答の遅れに影響されずに位置ずれの検出を行うことが可能となる。
【００５６】
以上述べたように、前もって設定した画像の明るさの基準値となるように、照明灯の照度設定値またはカメラの露光時間を補正することにより、照明灯の光量、レンズの明るさ及びカメラの感度のバラツキに影響を受けない。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるボンディング装置によれば、前もって設定した画像の明るさの基準値となるように、照明灯の設定データまたはカメラの露光時間を補正するため、照明灯の明るさ、レンズの明るさ及びカメラの感度のバラツキに影響されない。これにより、すべてのボンディング装置で同じ画像の明るさを維持することができるため、装置の稼働率が向上してＩＣの生産数を増やすことができる。
【００５８】
また、光学系の補正は自動で行うことができるため、オペレータによる設定ミスや設定のバラツキを防ぐことができる。
【００５９】
また、本発明によるボンディング装置によれば、照明灯の照度設定値を一定にして基準位置毎にカメラの露光時間を変えて画像の明るさが基準値となるようにしたため、照明灯の応答の遅れに影響されずにずれ量の検出を行うことが可能とり、ＩＣの生産数を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明によるボンディング装置の光学系の構成を示す図である。
【図２】ボンディング装置の光学系の信号のデータ等の流れを示す図である。
【図３】ボンディング装置の光学系の補正を行うための測定モデルの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】カメラの各露光時間毎の照明灯の照度設定値に対する画像の明るさの変化を示す図である。
【図５】基準モデルと測定モデルによる照明灯の照度設定値の補正について示した図である。
【図６】ボンディング装置の光学系の補正を行うための測定モデルの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】ボンディング装置におけるずれ量検出時のＸＹテーブルの移動、カメラ１の撮像タイミング等を示すタイミング図である。
【図８】従来のボンディング装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１、２０ カメラ
２ 光学レンズ
３ 照明灯
４ 照明コントローラ
７、２８ 画像処理装置
７ａ 画像メモリ
８ 制御装置
１０ ＸＹテーブル
１５ 反射板
２１ ボンディングアーム
２１ａ キャピラリ
２３ ボンディングヘッド
２５ 搬送装置
２７ ボンディングステージ
２７ａ ヒータ
２９ モニタ
２９ａ クロスライン
２９ｂ ウインド
３１ 駆動装置
３７ マニュピュレータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、被ボンディング部品にボンディングを行うボンディング装置に関し、特に、カメラで撮像した画像の明るさを補正することが可能なボンディング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＣチップ上のパッドと外部リードとを接続するボンディング装置としては、図８に示すようなワイヤボンディング装置が知られている。
【０００３】
図８に示すように、ワイヤボンディング装置は、カメラ２０と光学レンズ２と照明灯３からなる光学系と、照明灯３の光量を制御する照明コントローラ４と、キャピラリ２１ａが先端に装着されたボンディングアーム２１と、ボンディングアーム２１を上下に駆動するボンディングヘッド２３と、光学系およびボンディングヘッド２３を搭載してＸ方向及びＹ方向に二次元的に移動させて位置決めするＸＹテーブル１０と、キャピラリ２１ａ及びボンディングアーム２１等からなるボンディングヘッド２３によるボンディング作業が行なわれるボンディングステージ２７を有する搬送装置2５とを備えており、ボンディングステージ２７は、複数のＩＣチップが長手方向に並べて貼着されたリードフレーム、ＰＣＢ等からなる基板を加熱するヒータ２７ａを有している。
【０００４】
また、ワイヤボンディング装置は、カメラ２０からの撮像信号を受ける画像処理装置２８と、画像処理装置２８からの出力を受けるモニタ２９と、ボンディング装置の制御等を行う制御装置８と、ＸＹテーブル１０を手動にて移動させるための信号を制御装置８に出力するマニュピュレータ３７と、制御装置８からの指令信号に応じてボンディングヘッド２３及びＸＹテーブル１０への駆動信号を発する駆動装置３１とが設けられている。
【０００５】
ボンディング作業に先立ち予め行われるセルフティーチに関して説明する。セルフティーチは、ボンディング対象たるパッド及びリード上の各ボンディング位置等に関する各種条件の設定を行うものである。
【０００６】
図８に示すように、オペレータは、カメラ２０からの撮像信号による画像をモニタ２９にて目視しながらマニピュレータ３７を操作してＸＹテーブル１０を移動させて、モニタ２９の画面上に設けられているクロスライン２９ａの交点ＯをＩＣチップ上の２個所の定点に合わせる。このとき、照明コントローラ４により照明灯３の光量を調整して、ＩＣチップ上の定点付近のモニタの画像が適切な明るさになるようにする。なお、照明灯の明るさは、制御装置８からの照度設定値により照明コントローラ４で可変できるようになっている。
【０００７】
なお、クロスライン２９ａの交点Ｏをセルフティーチにより設定するＩＣチップ上の２個所の定点に合わせたときのＸＹテーブル１０の位置をＩＣチップの第１基準位置及び第２基準位置と称する。また、オペレータがマニュピュレータ３７を操作してＸＹテーブル１０上のカメラ２０を移動させて、モニタ２９の画面上に設けられているクロスライン２９ａの交点ＯをＩＣチップ上の定点、ボンディング位置としてのパッドの中心点、リードの中心点等に合わせる操作を、以後、目合わせと称する。
【０００８】
そして、ＩＣチップ上の定点におけるＸＹテーブル１０の第１基準位置及び第２基準位置の位置座標が制御装置８内のメモリ（記憶装置）に記憶され、また、ＸＹテーブル１０の第１基準位置及び第２基準位置でのモニタ２９上のウインド２９ｂ内のＩＣチップの定点を中心とする画像が基準パターンとして画像処理装置２８のメモリ（記憶装置）に記憶される。また、照明コントローラ４の照度設定値も制御装置８内のメモリ（記憶装置）に記憶される。
【０００９】
次に、前述した定点２カ所おける目合わせは、ＩＣチップの目合わせであるが、それに加えて基板上の１個所の定点に目合わせを行う必要がある。このとき、照明コントローラ４の照度設定値により照明灯の光量を調整して、リード上の定点付近のモニタの画像を適切な明るさになるようにする。セルフティーチにより基板上で設定する定点の位置を基板の第１基準位置とする。
【００１０】
そして、ＸＹテーブル１０の基板の第１基準位置の位置座標が制御装置８内のメモリに記憶され、また、ＸＹテーブル１０の基板の第１基準位置でのモニタ２９上のウインド２９ｂ内の基板上の定点を中心とする画像が基準パターンとして画像処理装置２８のメモリに記憶される。また、照明コントローラ４の照度設定値も制御装置８内のメモリ（記憶装置）に記憶される。
【００１１】
次に、全てのパッド及びリードの目合わせを行い、ボンディング点の位置座標を制御装置８内のメモリに記憶する。
【００１２】
以上、セルフティーチにより設定したボンディング対象たるパッド及びリード上の各ボンディング位置等に関する各種条件はフロッピー（登録商標）ディスク等の記録媒体に記憶されて、他のボンディング装置でフロッピー（登録商標）ディスクより各種条件のデータを読み出して使用する。
【００１３】
しかしながら、ボンディング装置には機差があるため、照明コントローラ４に同一の照度設定値を出力しても、照明灯３の明るさは装置によって異なってしまう。セルフティーチにより設定した各種条件を他のボンディング装置で使用するには、照明条件等を再設定する必要がある。
【００１４】
このため、セルフティーチ時に照度計を用いて照明灯の照度を測定して、他の装置で照明灯の設定時に照度計を用いて所定の照度になるように照明灯の調整が行われている。
【００１５】
また、マスターとなるボンダで設定した被ボンディング部品の位置検出を行うための基準画像（基準パターン）の照明条件を、スレーブボンダで再構築してセットアップ時のエラーを低減する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、スレーブボンダ上で、マスターボンダで設定した基準画像と同程度の画像が得られるように照明の明るさを調整して、最適な照明条件をスレーブボンダに設定するようにしている。
【００１６】
【特許文献１】
ＵＳ２００１／００４７３６６Ａ１
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、ＩＣチップおよびリード上の基準位置における基準パターンは照明灯からの反射光をレンズで集光してカメラで撮像した画像である。しかしながら、各ボンディング装置の照明灯の光量のバラツキにより所定の明るさが得られないため、セルフティーチ時に照度計を用いて照明灯の照度を測定して、他の装置でも照度計を用いて所定の照度になるように調整していた。照度計を使用した場合には、照明灯の明るさのみが補正され、カメラの感度やレンズの明るさのバラツキによる機差を補正することができない。このため、照度計を用いる方法では機差補正としては充分ではなかった。さらに、測定したデータを装置に入力する必要があり、操作性も悪かった。
【００１８】
また、スレーブボンダ上で、マスターボンダで設定した基準画像と同程度の画像が得られるように照明の明るさを調整して、最適な照明条件をスレーブボンダに設定する方法では、最適な照明条件の選定が容易でないため、設定にバラツキが発生する恐れもある。
【００１９】
さらに、照明灯のランプ、ＬＥＤ等は長時間の使用により経時変化で明るさのバラツキが発生することがあるため、定期的な照明灯の明るさの確認、ランプ交換等が必要となる。
【００２０】
また、照明灯は明るさの設定値を変えた場合には、ランプの応答速度が遅いため、所定の明るさに達するまでに時間がかかってしまう。このため、照明灯の明るさの設定値を変更した直後のカメラによる撮像では、照明灯の明るさが安定していないために、所定の明るさの画像が得られないことがある。
【００２１】
そこで本発明は、画像の明るさの基準モデルを前もって設定して、反射板を治具として使用して照明灯の外部設定値、カメラの露光時間に対する画像の明るさを測定して測定モデルを算出し、算出した測定モデルから、カメラで撮像した画像の明るさが基準モデルの基準値になるように補正することが可能なボンディング装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によるボンディング装置は、対象物からの反射光を撮像手段の撮像面に結像する光学レンズと、撮像面の露光時間を外部から制御可能な撮像手段と、照明の明るさを外部から制御可能な照明手段と、該撮像手段からの信号をデジタル化してメモリに記憶する画像記憶手段と、該画像記憶手段から画像の明るさを演算する演算手段とを備えたボンディング装置であって、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する反射板の画像の明るさを基準モデルとして前もって設定して、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する前記反射板の画像の明るさを前記画像記憶手段及び前記演算手段で演算して測定モデルを算出し、前記測定モデルより画像の明るさが基準モデルの基準値になるように前記照明手段の照度設定値を補正するようにしたものである。
【００２３】
また、本発明によるボンディング装置は、対象物からの反射光を撮像手段の撮像面に結像する光学レンズと、撮像面の露光時間を外部から制御可能な撮像手段と、照明の明るさを外部から制御可能な照明手段と、該撮像手段からの信号をデジタル化してメモリに記憶する画像記憶手段と、該画像記憶手段から画像の明るさを演算する演算手段とを備えたボンディング装置であって、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する反射板の画像の明るさを基準モデルとして前もって設定して、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する前記反射板の画像の明るさを前記画像記憶手段及び前記演算手段で演算して測定モデルを算出し、前記測定モデルより画像の明るさが基準モデルの基準値になるように前記撮像手段の露光時間を補正するようにしたものである。
【００２４】
また、本発明によるボンディング装置は、対象物からの反射光を撮像手段の撮像面に結像する光学レンズと、撮像面の露光時間を外部から制御可能な撮像手段と、照明の明るさを外部から制御可能な照明手段と、前記光学レンズと前記撮像手段と前記照明手段とからなる光学系を被撮像対象物に対して二次元的に相対移動させて位置決めを行う位置決め手段と、該撮像手段からの信号をデジタル化してメモリに記憶する画像記憶手段と、該画像記憶手段から画像の明るさを演算する演算手段とを備えたボンディング装置であって、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する反射板の画像の明るさを基準モデルとして前もって設定して、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する前記反射板の画像の明るさを前記画像記憶手段及び前記演算手段で演算して測定モデルを算出し、前記位置決め手段の動作完了後に前記測定モデルより画像の明るさが基準モデルの基準値になるように前記撮像手段の露光時間を補正するようにしたものである。
【００２５】
また、本発明によるボンディング装置の前記画像の明るさは、前記画像記憶手段に記憶された所定の画像エリア内の画素データの平均値としたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明によるボンディング装置について説明する。なお、本発明のボンディング装置は、ボンディング前のＩＣチップおよびリードの基準位置のずれ量検出における画像の明るさを前もって設定した基準モデルの基準値となるように補正する機能を有するようにしたものである。
【００２７】
図１は、本発明によるボンディング装置の光学系の構成を示す図、図２は、ボンディング装置の光学系の信号のデータ等の流れを示す図、図３は、ボンディング装置の光学系の補正を行うための測定モデルの処理の流れを示すフローチャート、図４は、カメラの各露光時間毎の照明灯の照度設定値に対する画像の明るさの変化を示す図、図５は、基準モデルと測定モデルによる照明灯の照度設定値の補正について示した図である。
【００２８】
図１および図２に示すように、ボンディング装置は、被ボンディング部品または反射板１５に光を照射するための照明灯３と、照明灯３を駆動する電源部を有し照明の明るさを制御する照明コントローラ４と、対象物からの反射光を撮像手段としてのカメラ１の撮像面に結像する光学レンズ２と、被ボンディング部品または反射板１５を撮像する撮像手段としてのカメラ１と、カメラ１からの映像信号により被ボンディング部品の位置ずれを検出する画像処理装置７とを有している。
【００２９】
照明灯３は、照明コントローラ４のハロゲンランプからの光を多数本の光ファイバで導入して先端を円筒状に分配したリング照明からなっている。照明コントローラ４は、照明灯３を駆動する電源部を有しており、図２に示す制御装置８からの照度設定値によりハロゲンランプへの印加電圧を可変してリング照明を調光するようになっている。
【００３０】
撮像手段としてのカメラ１は、ＣＣＤ型イメージセンサ等を使用しており、図２に示す画像処理装置７から露光時間を制御することできるシャッター機能を有している。カメラ１は、任意のタイミングで、設定された露光時間で被ボンディング部品等を撮像するようになっている。
【００３１】
画像処理装置７は、図２に示すカメラ１の映像信号からの画像と基準パターンとのマッチングにより被ボンディング部品の位置ずれを検出するものである。画像処理装置７には、カメラ１からの映像信号をデジタル化してメモリに記憶する画像メモリ７ａ（図１に示す）および演算、制御を行うＣＰＵが内蔵されており、画像メモリ７ａに記憶されたデータをＣＰＵで読み出して演算することが可能となっている。画像処理装置７は、図２に示す制御装置８からのコマンドに基づいて処理を行い、ずれ量データ等を制御装置８に出力するようになっている。
【００３２】
図１に示す反射板１５は、カメラ１の画像の明るさを補正するときに使用するものである。反射板１５は、フロスト加工処理によりガラスの表面を薬液で溶かして半球状の細かいクレーターを設け、フロスト加工処理後にメッキ処理したものである。反射板１５の微細なクレーターにより、リング照明からなる照明灯３の入射光を均質に拡散することができる。これにより均一なカメラ画像が得られるようになっている。なお、同軸照明を用いている場合には、表面を鏡状に形成した反射板１５を使用するようにする。
【００３３】
以上の構成からなるボンディング装置におけるカメラ１の画像の明るさの補正について説明する。なお、本実施例では、画像の明るさは０から２５５までの値で表され、照明灯３の照度設定値は０から２５５までの値とする。また、カメラの露光時間をＴｎとし、ｎは１からｎまでの自然数を示す。最初に、カメラ１の露光時間Ｔｎ及び照明灯３の外部からの照度設定値に対する画像の明るさを示す基準モデルとしてのモデル関数を規定する。モデル関数は、カメラ１の露光時間及び照明灯３の照度設定値に対して、基準となる画像の明るさを表すものである。画像の明るさのモデル関数Ｆｎ（Ｘ）は、カメラ１の露光時間Ｔｎにおける照明灯３の照度設定値を変数Ｘとした（１）式に示す一次関数で表される。
【００３４】
Ｆｎ（Ｘ）＝ＡｎＸ＋Ｂｎ （１）
ただし、Ａｎ、Ｂｎは、カメラ１の露光時間Ｔｎにおける係数を示す。
なお、（１）式に示すモデル関数は一次関数であるが、ランプの特性により、二次関数などの他の関数でモデル関数を決めるようにする。また、照明灯３の照度設定値Ｘ及びカメラ１の露光時間Ｔｎを変数としたモデル関数を規定してもよい。
【００３５】
次に、図３に示すフローチャートを用いてボンディング装置の光学系の補正を行うための測定モデルの処理について述べる。なお、光学系の補正は、定期的な装置の保守点検時、ランプを交換したときなどに行うようにする。
【００３６】
最初に、反射板１５をボンディングステージ上にセットして、ＸＹテーブル１０（図８に示す）に搭載された光学レンズ２の中心軸が反射板１５のほぼ中央に位置するようにする（図３に示すステップＳ１）。次に、カメラ１の露光時間Ｔｎに初期値（Ｔ１）を設定し（ステップＳ２）、照明灯の照度設定値に初期値を設定する（ステップＳ３）。次に、カメラの所定の露光時間で反射板１５の撮像を行う（ステップＳ４）。
【００３７】
カメラからの映像信号は画像処理装置７に内蔵されたＡＤ変換器によりデジタル値に変換されて画素単位で画像処理装置７の画像メモリ７ａに記憶される。画像処理装置７のＣＰＵは、画像エリアとしてのずれ量を検出する範囲である検出エリア内の画像メモリ７ａのデータを読み出して、データの平均値を演算して、演算した平均値を記憶する。なお、演算した画素データの平均値を画像の明るさとする（ステップＳ５）。次に、照明灯の照度設定値が最終値であるかを判断して（ステップＳ６）、照明灯の照度設定値が最終値でないときは、照度設定値の設定値を例えば１６ステップ毎に変化させて（ステップＳ７）、ステップＳ４に移行する。また、照明灯の照度設定値が最終値のときは、カメラ１の露光時間が最終値であるかを判断して（ステップＳ８）、カメラ１の露光時間が最終値でないときには、カメラ１の露光時間を長くして（ステップＳ９）、ステップＳ３に移行する。カメラ１の露光時間が最終値のときには、処理を終了する。以上の処理により、カメラ１の各露光時間における照明灯の照度設定値に対する画像の明るさのデータが得られる。
【００３８】
図４は、カメラ１の各露光時間（Ｔ１からＴｎ）毎の照明灯の照度設定値に対する画像の明るさの変化を示す図である。図４に示すように、カメラ１の露光時間がＴ１，Ｔ２、Ｔｎと長くなるに伴い、画像の明るさは同一の照明灯の照度設定値に対して増加している。また、画像の明るさのデータが５０未満では照明灯の照度設定値に対する変化がなく、２００を越えると飽和状態になり照明灯の照度設定値に追従していない。このため、カメラ１が明るさを正常に検出できる範囲（図４では５０から２００まで）内の照明灯３の照度設定値を有効なデータとして選択するようにしている。
【００３９】
次に、上記測定データに基づいて各露光時間毎に照明灯３の照度設定値に対するカメラ１の画像の明るさの測定モデルとしての補正式を算出する。画像の明るさの補正式は、例えば、照明灯３の照度設定値ｘを変数とした（２）式に示す一次関数で表される。
【００４０】
ｆｎ（ｘ）＝ａｎｘ＋ｂｎ （２）
ただし、ａｎ、ｂｎは、カメラ１の露光時間Ｔｎにおける、照度設定値と画像の明るさのデータから最小二乗法より求めた係数を示す。
【００４１】
（１）式より照明灯３の照度設定値がＸのときには、基準値としての画像の明るさはＦｎ（Ｘ）であり、（２）式のｆｎ（ｘ）と（１）式のＦｎ（Ｘ）とを等しくするには、ａｎｘ＋ｂｎ＝ＡｎＸ＋Ｂｎより
ｘ＝（ＡｎＸ＋Ｂｎ−ｂｎ）／ａｎを計算してｘを算出する。照明灯３の照度設定値をｘとすることにより、画像の明るさは基準値のＦｎ（Ｘ）となる。
【００４２】
これにより、ボンディング装置は、照明灯の外部設定値としての照度設定値と画像の明るさの関係を測定モデルとして算出し、予め設定した基準モデルの基準値となるように、照明灯の照度設定値を補正する。図５に示すように、例えば、照明灯３の照度設定値が１５０のとき、画像の明るさの基準値を１２０とする。測定モデルより補正対象のランプの照度設定値が１５０のときに、画像の明るさが１１０となる場合には、照明灯３の照度設定値を１７０に補正して出力することにより、基準モデルの基準値の画像の明るさが得られる。
【００４３】
以上述べたように、前もって設定した画像の明るさの基準値となるように、照明灯の照度設定値を補正することにより、光学レンズの明るさ及びカメラの感度のバラツキに影響を受けずに補正することが可能となる。
【００４４】
【実施例】
ボンディング作業では、最初に、ＩＣチップ、基板のずれ量の検出が行われる。ずれ量の検出でのＩＣチップに於ける照明灯３の照度設定値とリードに於ける照明灯３の照度設定値とが異なる場合には、ＸＹテーブルがＩＣチップの第２基準位置からリードの第１基準位置に移動中に照明灯の照度設定値を切り替えている。しかしながら、照明灯は、所定の明るさに達するまでに時間が掛かるためリードのずれ量検出時に所定の明るさが得られないことがある。
【００４５】
以下に、照明灯３の明るさの照度設定値を一定にして基準位置毎にカメラの露光時間を変えて画像の明るさが基準モデルの基準値となるようにすることにより、照明灯の応答の遅れに影響されずにずれ量の検出を行うことができるボンディング装置について述べる。
【００４６】
最初に、カメラ１の露光時間及び照明灯３の明るさの外部照度設定値に対する画像の明るさを示す基準モデルとしてのモデル関数を規定する。照明灯３の照度設定値をＢｍとし、ｍは１からｍまでの自然数を示す。モデル関数は、カメラ１の露光時間及び照明灯３の照度設定値Ｂｍに対して、基準となる画像の明るさを表すものである。画像の明るさのモデル関数Ｆｍ（Ｔ）は、照明灯３の照度設定値Ｂｍにおける、カメラ１の露光時間を変数Ｔとした（３）式に示す一次関数で示される。
【００４７】
Ｆｍ（Ｔ）＝ＡｍＴ＋Ｂｍ （３）
ただし、Ａｍ、Ｂｍは、照明灯の照度設定値Ｂｍにおける係数を示す。
なお、（１）式に示すモデル関数は一次関数であるが、照明灯３の照度設定値Ｂｍ及びカメラ１の露光時間Ｔを変数としたモデル関数を規定してもよい。
【００４８】
次に、図６に示すフローチャートを用いてボンディング装置の光学系の補正を行うための測定モデルの処理について述べる。最初に、反射板１５をボンディングステージ上にセットして、ＸＹテーブルに搭載された光学レンズ２の中心軸が反射板１５のほぼ中央に位置するようにする（図６に示すステップＳ１１）。照明灯の照度設定値Ｂｍに初期値を設定し（ステップＳ１２）、カメラ１の露光時間に初期値を設定する（ステップＳ１３）。次に、照明灯３の照度設定値の明るさでカメラ１の所定の露光時間で画像の撮像を行う（ステップＳ１４）。カメラ１からの映像信号は画像処理装置７に内蔵されたＡＤ変換器によりデジタル値に変換して画素単位で画像処理装置７の画像メモリ７ａに記憶される。画像処理装置７のＣＰＵは、画像エリアとしてずれ量を検出する範囲である検出エリア内の画像メモリ７ａのデータを読み出して、データの平均値を演算して、演算した平均値を記憶する。なお、演算した画素データの平均値を画像の明るさとする（ステップＳ１５）。次に、カメラ１の露光時間が最終値であるかを判断して（ステップＳ１６）、カメラ１の露光時間が最終値でないときは、カメラ１の露光時間を長くして（ステップＳ１７）、ステップＳ１４に移行する。また、カメラ１の露光時間が最終値のときは、照明灯の照度設定値が最終値であるかを判断して（ステップＳ１８）、照明灯の照度設定値が最終値でないときには、照度設定値の設定値を例えば１６ステップ毎に変化させて（ステップＳ１９）、ステップＳ１３に移行する。カメラ１の露光時間が最終値のときには、処理を終了する。以上の処理により、照明灯の各照度設定値におけるカメラ１の露光時間に対する画像の明るさのデータが得られる。
【００４９】
次に、上記測定データに基づいて照明灯３の各照度設定値（Ｂ１からＢｍ）毎のカメラ１の露光時間に対する画像の明るさの測定モデルとしての補正式を算出する。画像の明るさの補正式は、例えば、カメラ１の露光時間を変数ｔとした（４）式に示す一次関数で表される。
ｆｍ（ｔ）＝ａｍｔ＋ｂｍ （４）
ただし、ａｍ、ｂｍは、照明灯３の各照度設定値Ｂｍにおける、カメラ１の露光時間と画像の明るさのデータから最小二乗法より求めた係数を示す。
【００５０】
（３）式よりカメラ１の露光時間設定値Ｔのときは、基準値としての画像の明るさはＦｍ（Ｔ）であり、（４）式のｆｍ（ｔ）とＦｍ（Ｔ）とを等しくするには、ａｍｔ＋ｂｍ＝ＡｍＴ＋Ｂｍより、ｔ＝（ＡｍＴ＋Ｂｍ−ｂｍ）／ａｍ を計算してｔを算出する。カメラ１の露光時間の外部設定値をｔとすることにより、画像の明るさは基準値のＦｍ（ｔ）となる。
【００５１】
次に、ボンディング装置によるずれ量検出の動作を図７に示すタイミング図を用いて説明する。基板上に複数のＩＣチップが長手方向に接合材で並べて貼着されたＩＣチップの位置は、貼着されるべき所定の位置に対してずれた位置となっている場合がある。
【００５２】
このためワイヤボンディング作業を行う前に、セルフティーチで設定されたＩＣチップ上の２個所の定点の位置を検出して、ＩＣチップの所定の基準位置に対するずれ量を算出する。
【００５３】
ＩＣチップのずれ量の算出は、図７に示すようにＸＹテーブル１０上に搭載されたカメラ１をＩＣチップの第１基準位置に移動して、ＸＹテーブル１０の移動完了後カメラ１で露光時間ＴａでＩＣチップを撮像し、その撮像信号を画像処理装置７に入力してずれ量検出を行い、第１基準位置からのＩＣチップ上の定点までの各ずれ量を求める。次に、ＸＹテーブル１０上に搭載されたカメラ１をＩＣチップの第２基準位置に移動して、ＸＹテーブル１０の移動完了後カメラ１で露光時間ＴｂでＩＣチップを撮像し、その撮像信号を画像処理装置７に入力してずれ量検出を行い、第２基準位置からのＩＣチップ上の定点までの各ずれ量を求める。前記ずれ量のデータに基づきＩＣチップのオフセット量、回転量を算出して、予め記憶された各パッドのボンディングの位置座標と演算して、ＩＣチップのボンディングすべきパッドのボンディング位置座標を算出する。なお、カメラ１の露光時間Ｔａ，Ｔｂは（４）式より算出されたものであり、露光時間Ｔａ，Ｔｂで撮像することにより、画像の明るさは前もって設定している基準値となるようになっている。
【００５４】
次に、ＸＹテーブル１０上に搭載されたカメラ１を基板の第１基準位置に移動して、ＸＹテーブル１０の移動完了後カメラ１で露光時間Ｔｃで基板を撮像する。なお、露光時間Ｔｃで撮像することにより、画像の明るさは前もって設定している基準値となるようになっている。カメラ１からの撮像信号を画像処理装置７に入力してずれ量検出を行い、第１基準位置からの基板上の定点までの各ずれ量を求める。このずれ量に基づきリードのボンディング位置座標を演算してリードの位置を求める。図７に示すように、照明灯の照度設定値は各基準位置で一定しており、照明灯の明るさを変えることなく、カメラの露光時間で所定の画像の明るさが得られるようになっている。
【００５５】
これにより、ボンディング装置は、照明灯の照度設定値を一定にして基準位置毎にカメラの撮像時間を変えて画像の明るさが基準値となるようにすることにより、照明灯の応答の遅れに影響されずに位置ずれの検出を行うことが可能となる。
【００５６】
以上述べたように、前もって設定した画像の明るさの基準値となるように、照明灯の照度設定値またはカメラの露光時間を補正することにより、照明灯の光量、レンズの明るさ及びカメラの感度のバラツキに影響を受けない。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるボンディング装置によれば、前もって設定した画像の明るさの基準値となるように、照明灯の設定データまたはカメラの露光時間を補正するため、照明灯の明るさ、レンズの明るさ及びカメラの感度のバラツキに影響されない。これにより、すべてのボンディング装置で同じ画像の明るさを維持することができるため、装置の稼働率が向上してＩＣの生産数を増やすことができる。
【００５８】
また、光学系の補正は自動で行うことができるため、オペレータによる設定ミスや設定のバラツキを防ぐことができる。
【００５９】
また、本発明によるボンディング装置によれば、照明灯の照度設定値を一定にして基準位置毎にカメラの露光時間を変えて画像の明るさが基準値となるようにしたため、照明灯の応答の遅れに影響されずにずれ量の検出を行うことが可能とり、ＩＣの生産数を増やすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明によるボンディング装置の光学系の構成を示す図である。
【図２】ボンディング装置の光学系の信号のデータ等の流れを示す図である。
【図３】ボンディング装置の光学系の補正を行うための測定モデルの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】カメラの各露光時間毎の照明灯の照度設定値に対する画像の明るさの変化を示す図である。
【図５】基準モデルと測定モデルによる照明灯の照度設定値の補正について示した図である。
【図６】ボンディング装置の光学系の補正を行うための測定モデルの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】ボンディング装置におけるずれ量検出時のＸＹテーブルの移動、カメラ１の撮像タイミング等を示すタイミング図である。
【図８】従来のボンディング装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１、２０ カメラ
２ 光学レンズ
３ 照明灯
４ 照明コントローラ
７、２８ 画像処理装置
７ａ 画像メモリ
８ 制御装置
１０ ＸＹテーブル
１５ 反射板
２１ ボンディングアーム
２１ａ キャピラリ
２３ ボンディングヘッド
２５ 搬送装置
２７ ボンディングステージ
２７ａ ヒータ
２９ モニタ
２９ａ クロスライン
２９ｂ ウインド
３１ 駆動装置
３７ マニュピュレータ
Claims (4)
- 対象物からの反射光を撮像手段の撮像面に結像する光学レンズと、撮像面の露光時間を外部から制御可能な撮像手段と、照明の明るさを外部から制御可能な照明手段と、該撮像手段からの信号をデジタル化してメモリに記憶する画像記憶手段と、該画像記憶手段から画像の明るさを演算する演算手段とを備えたボンディング装置であって、
前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する反射板の画像の明るさを基準モデルとして前もって設定して、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する前記反射板の画像の明るさを前記画像記憶手段及び前記演算手段で演算して測定モデルを算出し、前記測定モデルより画像の明るさが基準モデルの基準値になるように前記照明手段の照度設定値を補正するようにしたことを特徴とするボンディング装置。 - 対象物からの反射光を撮像手段の撮像面に結像する光学レンズと、撮像面の露光時間を外部から制御可能な撮像手段と、照明の明るさを外部から制御可能な照明手段と、該撮像手段からの信号をデジタル化してメモリに記憶する画像記憶手段と、該画像記憶手段から画像の明るさを演算する演算手段とを備えたボンディング装置であって、
前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する反射板の画像の明るさを基準モデルとして前もって設定して、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する前記反射板の画像の明るさを前記画像記憶手段及び前記演算手段で演算して測定モデルを算出し、前記測定モデルより画像の明るさが基準モデルの基準値になるように前記撮像手段の露光時間を補正するようにしたことを特徴とするボンディング装置。 - 対象物からの反射光を撮像手段の撮像面に結像する光学レンズと、撮像面の露光時間を外部から制御可能な撮像手段と、照明の明るさを外部から制御可能な照明手段と、前記光学レンズと前記撮像手段と前記照明手段とからなる光学系を被撮像対象物に対して二次元的に相対移動させて位置決めを行う位置決め手段と、該撮像手段からの信号をデジタル化してメモリに記憶する画像記憶手段と、該画像記憶手段から画像の明るさを演算する演算手段とを備えたボンディング装置であって、
前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する反射板の画像の明るさを基準モデルとして前もって設定して、前記撮像手段の露光時間と前記照明手段の照度設定値に対する前記反射板の画像の明るさを前記画像記憶手段及び前記演算手段で演算して測定モデルを算出し、前記位置決め手段の動作完了後に前記測定モデルより画像の明るさが基準モデルの基準値になるように前記撮像手段の露光時間を補正するようにしたことを特徴とするボンディング装置。 - 前記画像の明るさは、前記画像記憶手段に記憶された所定の画像エリア内の画素データの平均値であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載のボンディング装置。
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