JP4124554B2 - 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、半導体デバイスの組立工程において、被ボンディング部品となるＩＣチップ上のパッド（電極）と、ＩＣチップが貼着されている被ボンディング部品となるリードフレーム等に形成された外部リードとをボンディングワイヤ等で接続するボンディング装置における、前記ＩＣチップ、前記外部リード等の位置の検出を行う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（電極）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、カメラヘッド１ａ、光学レンズ１ｂ（以下レンズという）等を備えた撮像手段としてのカメラ１と、キャピラリ２ａが先端に装着されたボンディングアーム２と、ボンディングアーム２を上下に駆動するボンディングヘッド３と、ボンディングアーム２及びボンディングヘッド３からなるボンディング手段及び撮像手段を搭載して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位置決め手段としてのＸＹテーブル４と、キャピラリ２ａ及びボンディングアーム２等からなるボンディングヘッド３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７を有する搬送装置５とを備えている。また、ボンディングステージ７は、リードフレームＬ／Ｆ等を加熱するヒータ７ａを有している。
【０００４】
また、図８に示すように、ワイヤボンディング装置は、カメラ１からの撮像信号を受ける画像処理装置３０と、画像処理装置３０からの出力を受けるモニタ９と、マイクロプロセッサを含む制御装置１０と、ＸＹテーブル４を手動にて移動させるための信号を制御装置１０に出力するマニュピュレータ１７と、制御装置１０からの指令信号に応じてボンディングヘッド３及びＸＹテーブル４への駆動信号を発する駆動装置１１とが設けられている。
【０００５】
ワイヤボンディング装置においては、図９に示すように、複数のＩＣチップ６が長手方向に並べて貼着されたリードフレームＬ／Ｆが扱われる。図８に示すように、作業開始に際して搬送装置５により加熱されているボンディングステージ７上にリードフレームＬ／Ｆが搬入され、且つ、最先のＩＣチップ６がボンディング作業位置に位置決めされる。この状態で、上記ボンディングアーム２及びＸＹテーブル４が作動されて最先のＩＣチップ６に関するボンディング作業が行われる。
【０００６】
ＩＣチップ６は、例えば正方形にしてその上面外周に沿って多数のパッド１２ａが並設され、リードフレームＬ／Ｆに形成されたランド部１４に貼着されている。そして、リードフレームＬ／Ｆには、これらパッド１２ａ各々に対応するリード２０が設けられている。
【０００７】
次に、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１２ａ及びリード２０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。
【０００８】
図８に示すように、作業者は、カメラ１からの撮像信号による画像をモニタ９にて目視しながらマニュピュレータ１７を操作して前記ＸＹテーブル４を移動させて、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点をＩＣチップ６上の少なくとも２個所の定点に合わせる。なお、クロスライン９ａの交点をＩＣチップ６上の２個所の定点に合わせたときのＸＹテーブル４の位置を第１基準点及び第２基準点と称する。
【０００９】
ＩＣチップ６上の定点でのＸＹテーブル４の第１基準点及び第２基準点の位置座標が制御装置１０内のメモリ（記憶装置）に記憶され、また、ＸＹテーブル４の第１基準点及び第２基準点でのモニタ９上のウインド９ｂ内のＩＣチップ６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３０のメモリ（記憶装置）に記憶される。
【００１０】
次に、カメラ１からの撮像信号による画像をモニタ９にて目視しながらマニュピュレータ１７を操作してＸＹテーブル４を移動させて、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点をリードフレームＬ／Ｆ上の１個所の定点に合わせる。なお、リードフレームＬ／Ｆ上の定点に合わせたときのＸＹテーブル４の位置を第３基準点と称する。ＸＹテーブル４の第３基準点の位置座標が制御装置１０内のメモリに記憶され、また、ＸＹテーブル４の第３基準点でのモニタ９上のウインド９ｂ内のリードフレームＬ／Ｆ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３０のメモリに記憶される。
【００１１】
次に、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点に、マニュピュレータ１７を操作してＸＹテーブル４を移動させてリード２０又はパッド１２ａ上の所定位置、すなわちボンディングを行うべき位置に可能な限り正確に合わせる（この操作を目合わせと称する）。目合わせが完了した時点で、ＸＹテーブル４の位置をボンディング点の位置座標として制御装置１０内のメモリに記憶する。
【００１２】
以下、全てのパッド１２ａ及びリード２０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１０内のメモリに記憶する。
【００１３】
次に、ボンディング装置によるワイヤボンディングの動作について説明を行う。ワイヤボンディング作業では、最初に、ＩＣチップ６、リード２０のずれ量の検出が行われる。
【００１４】
図９に示すように、リードフレームＬ／Ｆ上に複数のＩＣチップ６が長手方向に導電性の接合材で並べて貼着されたＩＣチップ６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（図９の破線で示す６’がＩＣチップ６の所定の位置である）。また、搬送装置５でリードフレームＬ／Ｆをボンディングステージ７上に搬送したとき、ボンディングステージ７上でのリードフレームＬ／Ｆの位置がＸ方向にばらつくことがある。
【００１５】
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６上の２個所の定点の位置を検出して、ＩＣチップ６の所定の位置に対するずれ量を算出する。
【００１６】
ＩＣチップ６のずれ量の算出は、ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１を第１基準点（図９のａ）及び第２基準点（図９のｂ）に移動して、ＸＹテーブル４の移動完了後カメラ１でＩＣチップ６を撮像し、その撮像信号を画像処理装置３０に入力して画像認識を行い、第１基準点及び第２基準点からのＩＣチップ６上の定点（図９に示す、ａ’、ｂ’）までの各ずれ量（図９のΔＸａ、ΔＹａ及びΔＸｂ、ΔＹｂ））を求める。前記ずれ量のデータに基づき予め記憶された各パッド１２ａのボンディング位置座標を演算して、ＩＣチップ６のボンディングすべきパッド１２ａの位置を算出する。
【００１７】
また、第２ボンディング点となるリード２０の位置もリードフレームＬ／Ｆ上の１個所の定点の位置を検出して、リードフレームＬ／Ｆ上の所定の位置に対するずれ量を算出する。すなわち、リードフレームＬ／Ｆのずれ量は、ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１を第３基準点に移動して、ＸＹテーブル４の移動完了後カメラ１でリードフレームＬ／Ｆを撮像し、その撮像信号を画像処理装置３０に入力し、第３基準点からのリードフレーム上の定点のずれ量を求め、このずれ量に基づき予め記憶されたリード２０のボンディング位置座標を演算してリード２０の位置を求める。
【００１８】
また、リード２０の本数が多く、各リード２０の位置がばらついている場合には、リードロケイタ（リードのボンディング位置を画像認識により検出する機能）により各リード２０の位置を検出してリードのボンディング位置座標の修正を行い、実際のリード２０の位置を求める。
【００１９】
以上説明したＩＣチップ６のパッド１２ａ及びリード２０の各位置を検出後、ボンディングアーム２の先端にボールが形成されたワイヤが挿通されたキャピラリ２ａをＸＹテーブル４の作動によりボンディング位置座標に基づきパッド１２ａの直上に位置決めする。
【００２０】
この位置決めが完了したら、図８に示すボンディングヘッド３によりボンディングアーム２を駆動しキャピラリ２ａを下降させ、パッド１２ａ上のボールを押しつぶして熱圧着ボンディングを行う。このとき、図示しない超音波励振手段を用いてキャピラリ２ａを励振することも行われる。
【００２１】
この第１ボンディング点への接続が終わると、ボンディングアーム２の昇降動作及びＸＹテーブル４の動作が適時行われ、所定のループコントロールに従ってワイヤが引き出され、第１ボンディング点に対すると同様にしてリード２０上の第２ボンディング点へのボンディングが行われ、ワイヤがリード２０上に圧接される。その後、ボンディングアーム２を所定の高さまで上昇させる過程でワイヤのカットが行われ、一組のパッド１２ａ及びリード２０の接続が完了する。以後、ＩＣチップ６に設けられた各パッド１２ａとこれらに対応して配設された各リード２０について上記の一連の動作が繰り返される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来のワイヤボンディング装置では、ワイヤボンディングを行う際に、前もつて設定されている第１基準点、第２基準点及び第３基準点にＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１を移動し、ＸＹテーブル４の移動完了後カメラ１で被ボンディング部品となるＩＣチップ６及びリードフレームＬ／Ｆを撮像し、その撮像信号を画像処理装置３０に入力して画像処理を行い、各基準点からＩＣチップ上の定点及びリードフレームＬ／Ｆ上の定点の各ずれ量を求め、このずれ量に基づいて予め記憶されているパッド及びリード２０のボンディング位置座標の補正を行い、補正した各パッドの位置及び各リード２０の位置にワイヤをボンディング接続する。
【００２３】
近年、半導体デバイスの小型化、軽量化に伴って、ＩＣチップ６のパットサイズの縮小化及びリード２０の幅の微細化が行われている。このため、ボンディングにおけるＩＣチップ６のパッド１２ａ上のボールの位置の精度及びリード２０上のワイヤの圧接位置の精度を高める必要がある。
【００２４】
パッド１２ａ上のボールの位置の精度及びリード２０上のワイヤの圧接位置の精度を高めるには、高倍率のレンズを使用して、ＩＣチップ６及びリードフレームＬ／Ｆの各定点のずれ量の検出精度を向上させることが必要となる。しかしながら、レンズ１ｂの倍率等を大きくすることにより、カメラ１の撮像範囲が狭くなり、ＩＣチップ６上の定点がカメラ１の撮像範囲外に位置することがあり、ＩＣチップ６上の定点を検出できないときがある。
【００２５】
例えば、同一のカメラ１でレンズの倍率を４倍から６倍に変更すると、図１０に示すように６倍のレンズでの撮像範囲は、４倍のレンズと比較して４倍のレンズの撮像範囲の５６％に減少する。このため、図１０に示すように、４倍のレンズの撮像範囲内に位置していたＩＣチップ６の定点が、６倍のレンズでは撮像範囲外に位置することがある。
【００２６】
従って、従来のレンズの倍率では検出できていたものが、レンズの倍率を大きくすることにより、ＩＣチップ６上の定点又はリードフレームＬ／Ｆ上の定点を検出できないときがある。
【００２７】
これに対して、高倍率のレンズを用いて撮像範囲を広げる手段としては、図１１に示すように基準点Ｏを中心としてＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１をａ、ｂ、ｃ、ｄの位置へ順に移動して、各位置でずれ量を検出することにより、撮像範囲を図１１に示す実線の枠より点線の枠までに広げることが可能となる。しかしながら、ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１の移動の順序は、前もって固定されており、リードフレームＬ／Ｆのランド部１４上に貼着されたＩＣチップ６の位置によっては、最大４回のＸＹテーブル４の移動動作及び検出動作が必要となる。このため、ＸＹテーブル４の移動時間及びずれ量の検出時間が増加して、ボンディング工程における半導体デバイスの生産数が低下してしまう。このため、ＩＣチップ６等の定点がカメラ１の撮像範囲外であっても、短時間でずれ量を検出することが望まれている。
【００２８】
そこで、本発明は、従来のボンディング装置が有する課題に鑑みてなされたものであり、撮像手段は、被ボンディング部品の視野の中心を共有した撮像範囲の異なる撮像信号を出力する出力手段を具備し、前記撮像手段の出力手段からの撮像範囲の異なる撮像信号を指定範囲より画像データとして切り出す画像切り出し手段とを備え、画像切り出し手段で切り出された画像データをテンプレートとして、撮像範囲の異なる撮像信号と該撮像信号のテンプレートとのパターンマッチングを行い、被ボンディング部品の定点のずれ量の検出を高速で行う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している。
【００２９】
【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、被ボンディング部品に対する視野の中心を共有し、レンズ倍率の異なる２種類の光学レンズと撮像素子からなり、前記光学レンズのレンズ倍率に基づいた撮像範囲の異なる撮像信号を出力する撮像手段と、前記光学レンズ毎の前記撮像手段からの撮像信号を選択する切替手段と、前記切替手段で選択した撮像信号を画像データに変換して前記被ボンディング部品の定点を含む指定範囲より基準パターンとして切り出す画像切り出し手段と、光学レンズ毎の前記基準パターンを記憶する記憶手段と、前記切替手段で選択した光学レンズの前記撮像手段の撮像信号から変換した画像データと該光学レンズに対応した前記記憶手段の基準パターンとのパターンマッチングを行って被ボンディング部品の定点のずれ量を検出する画像認識装置とからなる前記画像認識手段とを備え、ボンディング時に、前記画像認識手段は、撮像範囲の狭い前記光学レンズの前記撮像手段からの撮像信号による前記パターンマッチングを行い、前記パターンマッチングがエラーとなったとき、撮像範囲の広い前記光学レンズの前記撮像手段からの撮像信号による前記パターンマッチングを行って、前記被ボンディング部品の定点が撮像範囲の狭い前記光学レンズの撮像範囲外であってもずれ量を検出できるようにしたものである。
【００３１】
また、本発明によるボンディング装置の前記画像認識手段の前記画像切り出し手段は、撮像範囲の異なる一方の撮像信号の基準パターンを切り出す指定範囲のデータから、撮像範囲の異なる他方の撮像信号の前記被ボンディング部品上での基準パターンとして切り出す範囲が撮像範囲の異なる一方の撮像信号のものと同一となるように、撮像範囲の異なる他方の撮像信号の指定範囲のデータを算出し、算出した該データにより撮像範囲の異なる他方の撮像信号の基準パターンを切り出すようにしたものである。
【００３３】
【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、図８に示す従来のワイヤボンディング装置と同一の構成及び機能を有する部分については、同じ符号を用いて説明する。
【００３４】
図１に示すように、本発明によるボンディング装置は、被ボンディング部品の撮像を行う撮像手段としてのカメラ２１とボンディングアーム２の先端に取り付けられたキャピラリ２ａ等を含むボンディング手段としてのボンディングヘッド３と、カメラ２１及びボンディングヘッド３をＸ方向及びＹ方向の二次元方向に移動可能な位置決め手段としてのＸＹテーブル（ＸＹステージ）４と、カメラ２１によって撮像される被ボンディング部品としてのＩＣチップ６を搭載したリードフレームＬ／Ｆをボンディングステージ７へ搬送する搬送装置５と、カメラ２１からの出力を受けて被ボンディング部品の定点の位置の検出を行う画像認識手段としての画像認識装置８と、この画像認識装置８からの出力を受ける表示手段としてのモニタ９と、駆動手段としての駆動装置１１への制御信号を生成するマイクロプロセッサ及び情報を記憶するメモリ（記憶装置）を含む制御装置１０と、ＸＹテーブル４を手動にて移動させるための信号を制御装置１０に出力するマニュピュレータ１７と、制御装置１０からの指令信号に応じてボンディングヘッド３及びＸＹテーブル４への駆動信号を発する駆動手段としての駆動装置１１とが設けられている。また、制御装置１０には、画像の切り出し範囲等を設定するキーボード（図示せず）が接続されている。
【００３５】
次に、図１に示す画像認識装置８の構成について図２を参照して説明する。
【００３６】
図２に示すように、画像認識装置８は、図２に示すように、クロック信号生成回路８ａと、クロック信号生成回路８ａからのクロック及び制御回路８ｆからの信号によりカメラ２１に水平及び垂直同期信号などのカメラ制御信号を出力するカメラ制御信号生成回路８ｂと、カメラ２１からの撮像信号を切り替えて増幅器８ｃに入力するカメラ切替回路８ｐと、カメラ切替回路８ｐから出力される撮像信号を増幅する増幅器８ｃと、増幅器８ｃから出力される信号を多値化又は二値化のデジタル値（画像データ）に変換する変換器８ｅと、変換器８ｅから出力される画像データとのパターンマッチング等の画像認識を行う画像処理回路８ｄと、位置検出用基準パターン等を記憶する記憶手段としての画像メモリ８ｇと、画像処理回路８ｄ、カメラ制御信号生成回路８ｂ等の制御を行うマイクロコンピュータを内蔵した制御回路８ｆと、制御回路８ｆからの制御信号によりモニタ９への表示信号を切り替え制御する表示制御回路８ｍと、制御装置１０との通信を行う入出力回路８ｈよりなる。
【００３７】
図３は、撮像手段としてのカメラ２１の外観を示す図である。
【００３８】
図３に示すように、カメラ２１はレンズ２１ｃ、カメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄからなり、カメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄは固体撮像素子をそれそれ内蔵している。
【００３９】
レンズ２１ｃは、対物レンズ等のレンズ、ハーフミラー、プリズム等の偏光素子で構成されている。図４に示すようにレンズ２１ｃの対物レンズ（図示せず）を通った入射光は２分割され、カメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄの各固体撮像素子の撮像面の手前に位置するレンズ倍率の異なる接眼レンズ（図示せず）により、倍率の異なる像が各固体撮像素子の撮像面に結像させる。
【００４０】
なお、本発明では、カメラヘッド２１ａのレンズ倍率は６倍であり、カメラヘッド２１ｄのレンズ倍率は３倍のレンズを使用している。また、カメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄは、同一の撮像エリアを持つ固体撮像素子を使用している。
【００４１】
以上の構成よりなる撮像手段としてのカメラのカメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄの各固体撮像素子の撮像面には、視野の中心を共有した像が結像される。すなわち、図１に示すカメラ２１は、被ボンディング部品を撮像したときのカメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄの各画像の中心位置は同じであり、撮像範囲の異なる撮像信号を出力する出力手段を備えている。
【００４２】
なお、レンズ倍率３倍のカメラヘッド２１ｄの撮像範囲は、レンズ倍率６倍のカメラヘッド２１ａの撮像範囲の４倍であり、撮像範囲の縦及び横の長さは、レンズ倍率６倍のカメラヘッド２１ａの２倍となる。以後、高倍率（倍率６倍）のレンズ使用したカメラヘッド２１ａを高倍率カメラと称し、低倍率（倍率３倍）のレンズ使用したカメラヘッド２１ｄを低倍率カメラとそれぞれ称する。
【００４３】
また、制御装置１０のメモリには、以下に説明するセルフティーチ、ずれ量の検出等の各動作を行う制御プログラムが内蔵されている。
【００４４】
以下に、上記構成よりなるボンディング装置におけるＩＣチップ６の２個所の定点及びリードフレームＬ／Ｆ上の定点の各ずれ量を検出するための、各種の条件を設定するセルフティーチについて図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、セルフティーチ及び後述するずれ量の検出動作に於ける高倍率カメラ２１ａ又は低倍率カメラ２１ｄの選択は、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐの制御により自動選択されるようになっている。
【００４５】
図１に示すように、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより高倍率カメラ２１ａを選択して、高倍率カメラ２１ａの撮像信号を増幅器８ｃに入力する。作業者は、高倍率カメラ２１ａからの撮像信号による画像をモニタ９にて目視しながらマニュピュレータ１７を操作してＸＹテーブル４を移動させて、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点をＩＣチップ６上の第１の定点に合わせる（ステップＳ１）。ＩＣチップ６上の定点にクロスライン９ａの交点の合わせが完了後、モニタ９上の高倍率カメラ２１ａの切り出し範囲を表示するウインド９ｂのサイズを前記制御装置１０に接続しているキーボード（図示せず）より設定する（ステップＳ２）。設定した切り出し範囲のデータは、制御装置１０から画像認識装置８の入出力回路８ｈに出力されて制御回路８ｆで読み取られる。制御回路８ｆは、切り出し範囲を画像認識装置８の画像切り出し回路８ｋに設定後、ＸＹテーブル４の位置座標を第１基準点として制御装置１０内のメモリに記憶し（ステップＳ３）、また、第１基準点のモニタ９上のウインド９ｂ内の画像が高倍率カメラ２１ａの基準パターンとして画像切り出し回路８ｋで切り出されて画像認識装置８の画像メモリ８ｇに記憶される（ステップＳ４）。
【００４６】
次に、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより低倍率カメラ２１ｄを選択して低倍率カメラ２１ｄの撮像信号を増幅器８ｃに入力する。ステップＳ２で前記高倍率カメラ２１ａで設定した切り出し範囲より切り出した基準パターンと同じパターンを切り出す範囲を演算して演算結果のデータを低倍率カメラ２１ｄの切り出し範囲として画像切り出し回路８ｋに設定して（ステップＳ５）、切り出した画像データを低倍率カメラ２１ｄの基準パターンとして画像認識装置８の画像メモリ８ｇに記憶する（ステップＳ６）。
【００４７】
次に、低倍率カメラ２１ｄでの切り出す範囲の算出法を図６を参照して説明する。
【００４８】
図６（ａ）に示すように、高倍率カメラ２１ａの撮像範囲をＸ方向にＸｈ、Ｙ方向にＹｈとし、また、低倍率カメラ２１ｄの撮像範囲をＸ方向にＸｔ、Ｙ方向にＹｔとし、ステップ２で設定した切り出し範囲をＸｃｈ、Ｙｃｈとすると、低倍率カメラ２１ｄの切り出し範囲Ｘｃｔ、Ｙｃｔは、Ｘｃｔ＝Ｘｈ／Ｘｔ×Ｘｃｈ、Ｙｃｔ＝Ｙｈ／Ｙｔ×Ｙｃｈより算出して、算出した切り出し範囲Ｘｃｔ、Ｙｃｔを画像切り出し回路８ｋ（図２に図示）に設定して切り出すことにより、高倍率カメラ２１ａで切り出した基準パターンと同一の圧縮したパターンを低倍率カメラ２１ｄの画像データから切り出すことができる。
【００４９】
図６（ｂ）は、高倍率カメラ２１ａで切り出した基準パターンを示し、図６（ｃ）は、低倍率カメラ２１ｄで切り出した基準パターンを示す図である。
【００５０】
図６（ｃ）に示すように、低倍率カメラ２１ｄの切り出した基準パターンは、高倍率カメラ２１ａの基準パターンを圧縮したものとなっている。
【００５１】
次に、図１に示すように、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより高倍率カメラ２１ａを選択して高倍率カメラ２１ａの撮像信号を増幅器８ｃに入力する。高倍率カメラ２１ａからの撮像信号による画像をモニタ９にて目視しながらマニュピュレータ１７を操作してＸＹテーブル４を移動し、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点をＩＣチップ６上の第２の定点に合わせる（ステップＳ７）。ＩＣチップ６上の定点にクロスライン９ａの交点の合わせが完了後、モニタ９上の切り出し範囲を表示するウインド９ｂのサイズを設定する（ステップＳ８）。ただし、第１基準点と同一の切り出し範囲のときには、この操作は不要である。
【００５２】
前記切り出し範囲の設定完了後、ＸＹテーブル４の位置座標を第２基準点として制御装置１０内のメモリに記憶して（ステップＳ９）、また、第２基準点のモニタ９上のウインド９ｂ内の画像が高倍率カメラ２１ａの基準パターンとして画像認識装置８の画像切り出し回路８ｋで切り出されて、画像メモリ８ｇに記憶する（ステップＳ１０）。
【００５３】
次に、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより低倍率カメラ２１ｄを選択して、低倍率カメラ２１ｄの撮像信号を増幅器８ｃに入力する。低倍率カメラ２１ｄの撮像信号から、高倍率カメラ２１ａで切り出し範囲の基準パターンと同じパターンを切り出す範囲を演算して、演算結果のデータを画像切り出し回路８ｋに設定して（ステップＳ１１）、切り出した画像データを低倍率カメラ２１ｄの基準パターンとして画像認識装置８の画像メモリ８ｇに記憶する（ステップＳ１２）。
【００５４】
次に、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより高倍率カメラ２１ａを選択して、高倍率カメラ２１ａの撮像信号を増幅器８ｃに入力する。高倍率カメラ２１ａからの撮像信号による画像をモニタ９にて目視しながらマニュピュレータ１７を操作してＸＹテーブル４を移動させて、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点をリードフレームＬ／Ｆ上の定点に合わせる（ステップＳ１３）。リードフレームＬ／Ｆ上の定点にクロスライン９ａの交点の合わせが完了後、モニタ９上の切り出し範囲を表示するウインド９ｂのサイズを設定する（ステップＳ１４）。ただし、第２基準点と同一の切り出し範囲のときには、この操作は不要である。
【００５５】
前記切り出し範囲の設定完了後、ＸＹテーブル４の位置座標が第３基準点として制御装置１０内のメモリに記憶し（ステップＳ１５）、第３基準点のモニタ９上のウインド９ｂ内の画像が高倍率カメラ２１ａの基準パターンとして画像認識装置８の画像切り出し回路８ｋで切り出されて、画像メモリ８ｇ（記憶装置）に記憶される（ステップＳ１６）。
【００５６】
次に、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより低倍率カメラ２１ｄを選択して撮像信号を増幅器８ｃに入力する。低倍率カメラ２１ｄの撮像信号から高倍率カメラ２１ａで切り出し範囲の基準パターンと同じパターンを切り出す範囲を演算して、演算結果のデータを画像切り出し回路８ｋに設定して（ステップＳ１７）、切り出した画像データを低倍率カメラ２１ｄの基準パターンとして画像認識装置８の画像メモリ８ｇに記憶する（ステップＳ１８）。
【００５７】
以上により、ＩＣチップ及びリードフレーム上の定点のずれ量の検出を行うための各基準点の位置座標、各基準点に対応した高倍率カメラ２１ａの基準パターン及び低倍率カメラ２１ｄの基準パターンの設定が完了する。
【００５８】
次に、ＩＣチップ上の定点の基準点からのずれ量の検出について説明するが、その前に、画像認識装置８と制御装置１０とのずれ量の処理形態について説明する。
【００５９】
画像認識装置８でのずれ量の検出処理は、画素単位で行われる。このため、高倍率カメラ２１ａと低倍率カメラ２１ｄとでは、画像認識装置８におけるＸ軸及びＹ軸の１画素当たりの実際の長さ（μｍ）はそれぞれ異なった値となっている。また、制御装置１０でのずれ量は、μｍ単位で処理する。そこで、画像認識装置８の１画素当たりの実際の長さ（μｍ）を表す係数を、高倍率カメラ２１ａ及び低倍率カメラ２１ｄ用にワイヤボンディング装置上で前もつて自動計測して、制御装置１０のメモリに倍率係数として記憶しておき、制御装置１０でのずれ量の算出は、倍率係数と画像認識装置８から出力される画素単位のずれ量とを乗算して行う。なお、高倍率カメラ２１ａのＸ軸用の倍率係数をＫｈｘ、Ｙ軸用の倍率係数をＫｈｙとして、また、低倍率カメラ２１ｄのＸ軸用の倍率係数をＫｓｘ、Ｙ軸用の倍率係数をＫｓｙとして以下に説明する。
【００６０】
図７は、ＩＣチップ上の定点の基準点からのずれ量の検出を説明するフローチャートである。
【００６１】
図１、図２、図７に示すように、リードフレームＬ／Ｆを収納したマガジン（図示せず）からリードフレームＬ／Ｆがボンディングステージ７上に搬送されると、制御装置１０は、制御装置１０のメモリに記憶されている基準点情報に基づき駆動装置１２を駆動させてＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ２１を前述したセルフティーチで設定した第１基準点の位置へ移動させる（ステップＳ３０）。なお、前記第１基準点の位置座標を（Ｘｐ１、Ｙｐ１）とする。この時カメラ２１の中心（検出範囲の中心）は、前記第１基準点の位置座標（Ｘｐ１、Ｙｐ１）に位置している。
【００６２】
次に、制御装置１０は、ＸＹテーブル４の移動完了を確認後、画像認識装置８の制御回路８ｆにずれ量を検出するための制御信号を出力する。画像認識装置８の制御回路８ｆは、第１基準点の基準パターンとして記憶されている高倍率カメラ２１ａ用の基準パターンを画像メモリ８ｇより読み出して画像処理回路８ｄへ転送し、転送完了後、画像処理回路８ｄに位置検出処理の制御信号を出力する。
【００６３】
高倍率カメラ２１ａからの撮像信号は、増幅器８ｃで増幅して、変換器８ｅより画像処理回路８ｄへ入力する（ステップＳ３１）。画像処理回路８ｄは入力された高倍率カメラ２１ａの画像データと画像メモリ８ｇから転送された高倍率カメラ２１ａ用の基準パターンとのパターンマッチングを行い（ステップＳ３２）、パターンマッチング結果の良否及びずれ量（画素単位）が、制御回路８ｆから制御装置１０へ出力される。なお、Ｘ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＸｈｄ、Ｙ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＹｈｄとする。制御装置１０は、制御回路８ｆから出力されたパターンマッチング結果の良否を判定して（ステップＳ３３）、パターンマッチング結果が良のとき、正常に検出したと判断し、ステップＳ４１のずれ量の算出を行い、ＸＹテーブル４を次の基準点に移動するよう制御する。前記制御装置１０によるステップＳ４１のずれ量の算出は、以下の演算により行われる。すなわち、ステップＳ３３で正常に検出されたと判断したときの定点のμｍ単位のずれ量をΔＸａ、ΔＹａとすると、前記μｍ単位のずれ量ΔＸａ、ΔＹａは、ΔＸａ＝Ｋｈｘ×△Ｘｈｄ、ΔＹａ＝Ｋｈｙ×△Ｙｈｄより算出される。但し、Ｋｈｘ及びＫｈｙは、高倍率カメラ２１ｄにおける定数としての倍率係数を示す。
【００６４】
一方、パターンマッチング結果が否のときは、検出が正常に行われなかったと判断し、以下の動作を行う。
【００６５】
画像認識装置８の制御回路８ｆは、第１基準点の基準パターンとして記憶されている低倍率カメラ２１ｄ用の基準パターンを画像メモリ８ｇより読み出して画像処理回路８ｄへ転送する。画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより低倍率カメラ２１ｄを選択して、低倍率カメラ２１ｄの撮像信号を増幅器８ｃに入力して、変換器８ｅより画像処理回路８ｄへ入力する（ステップＳ３４）。画像処理回路８ｄは、低倍率カメラ２１ｄの画像データと低倍率カメラ２１ｄ用の基準パターンとのパターンマッチングを行い（ステップＳ３５）、パターンマッチング結果の良否及びずれ量（画素単位）を、制御回路８ｆから制御装置１０へ出力する。なお、Ｘ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＸｓｄ、Ｙ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＹｓｄとする。
【００６６】
制御装置１０は、制御回路８ｆから出力されたパターンマッチング結果の良否を判定し（ステップＳ３６）、パターンマッチング結果が良のとき、正常に検出したと判断し、ステップＳ３７以後の動作に移行する。一方、パターンマッチング結果が否のときは、検出が正常に行われなかったと判断し、エラー信号を出力して（ステップＳ４２）動作を停止する。
【００６７】
ステップＳ３６で正常に検出したと判断した場合には、制御装置１０は、画像認識装置８から出力された画素単位のずれ量△Ｘｓｄ、△Ｙｓｄより、低倍率カメラ２１ｄによる定点のμｍ単位のずれ量を算出する。定点のμｍ単位のずれ量をΔＸｓ、ΔＹｓとすると、前記ずれ量△Ｘｓ、△Ｙｓは、△Ｘｓ＝Ｋｓｘ×△Ｘｓｄ、△Ｙｓ＝Ｋｓｙ×△Ｙｓｄより算出される。但し、Ｋｓｘ及びＫｓｙは、低倍率カメラ２１ｄにおける定数としての倍率係数を示す。
【００６８】
次に、算出された前記ずれ量ΔＸｓ、ΔＹｓより、ＸＹテーブル４を第１基準点からＸ軸に△Ｘｓ、Ｙ軸に△Ｙｓ移動するよう制御する。前記ＸＹテーブル４がΔＸｓ、ΔＹｓ移動することにより、カメラ２１は、ＩＣチップ６上の定点の近傍に移動する（ステップＳ３７）。この時の前記カメラ２１の位置座標は、（Ｘｐ１＋ΔＸｓ、Ｙｐ１＋ΔＹｓ）である。
【００６９】
前記ＸＹテーブル４の移動完了後、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより高倍率カメラ２１ａを選択する。画像認識装置８の制御回路８ｆは、第１基準点の基準パターンとして記憶されている高倍率カメラ２１ａ用の基準パターンを画像メモリ８ｇより読み出して画像処理回路８ｄへ転送し、転送完了後、画像処理回路８ｄに位置検出処理の制御信号を出力する。高倍率カメラ２１ａからの撮像信号は、増幅器８ｃで増幅して、変換器８ｅより画像処理回路８ｄへ入力する（ステップＳ３８）。画像処理回路８ｄは入力された高倍率カメラ２１ａの画像データと画像メモリ８ｇから転送された高倍率カメラ２１ａ用の基準パターンとのパターンマッチングを行い（ステップＳ３９）、パターンマッチング結果の良否及びずれ量（画素単位）が、制御回路８ｆから制御装置１０へ出力される。なお、Ｘ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＸｈｅ、Ｙ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＹｈｅとする。
【００７０】
前記制御装置１０は、制御回路８ｆから出力されたパターンマッチング結果の良否を判定し（ステップＳ４０）、パターンマッチング結果が良のとき、正常に検出したと判断し、ステップＳ４１の定点のずれ量の算出を行う。
【００７１】
一方、パターンマッチング結果が否のときは、検出が正常に行われなかったと判断し、エラー信号を出力して（ステップＳ４２）、動作を停止する。
【００７２】
ステップＳ４１の定点のずれ量の算出は、以下の演算により行われる。ステップＳ３８でのカメラ２１の位置座標は、（Ｘｐ１＋△Ｘｓ、Ｙｐ１＋△Ｙｓ）である。前記位置座標（Ｘｐ１＋△Ｘｓ、Ｙｐ１＋△Ｙｓ）での前記画像認識装置８から出力された前記ずれ量△Ｘｈｅ、△Ｙｈｅは、ＸＹテーブルの位置座標（Ｘｐ１＋△Ｘｓ、Ｙｐ１＋△Ｙｓ）を原点とするＩＣチップ６の定点の画素単位のずれ量を示す。また、μｍ単位のずれ量を△Ｘｈａ、△Ｙｈａとすると、前記ずれ量△Ｘｈａ、△Ｙｈａは、ΔＸｈａ＝Ｋｈｘ×△Ｘｈｅ、ΔＹｈａ＝Ｋｈｙ×△Ｙｈｅより算出される。但し、Ｋｈｘ及びＫｈｙは、高倍率カメラ２１ｄにおける定数としての倍率係数を示す。
【００７３】
そして、μｍ単位の前記ずれ量△Ｘｈａ、△Ｙｈａより、ＩＣチップ６の定点の位置座標は、（Ｘｐ１＋△Ｘｓ＋ΔＸｈａ、Ｙｐ１＋△Ｙｓ＋ΔＹｈａ）となる。
【００７４】
以上により、ステップＳ３４からの低倍率カメラ２１ｄ及び高倍率カメラ２１ａによる第１基準点の位置（Ｘｐ１、Ｙｐ１）からの定点のずれ量ΔＸａ、ΔＹａは、ΔＸａ＝△Ｘｓ＋△Ｘｈａ、ΔＹａ＝△Ｙｓ＋△Ｙｈａとして算出される。
【００７５】
なお、第２基準点及び第３基準点でのずれ量の検出も、図７に示したフローチャートに従って、各基準点からのずれ量を検出することができる。
【００７６】
以上、図７に示すフローチャートでずれ量検出の説明を行ったが、図７に示すステップＳ３７からの動作は、ＩＣチップ６の定点の検出精度を向上させるためのものである。このため、定点の検出精度が低倍率カメラ２１ｄの検出精度で十分なとき、例えば、ダイオード、トランジスタ等のディスクリート品を搭載した混成ＩＣ等のずれ量検出では、ステップＳ３７からの動作を省略して、ステップＳ４１のずれ量の算出のみを行うようにしてもよい。
【００７７】
また、本発明によるボンディング装置は、低倍率カメラ２１ｄによるパターンマッチングでずれ量を検出したとき、前記ずれ量を制御装置１０のメモリに記憶し、ずれ量の平均値を演算し、演算した平均値を基準点に加算して、撮像手段を移動する基準点の補正手段を有している。これは、ずれ量の平均値を基準点に加算することにより撮像手段を被ボンディング部品の定点付近に移動させるためのものである。以下に、ずれ量の平均値を基準点に加算する動作について詳述する。
【００７８】
図７に示す定点の基準点からのずれ量の検出動作で、ステップＳ３５で得られた基準点からの画素単位のずれ量より、μｍ単位のずれ量を算出して、算出したμｍ単位の前記ずれ量を制御装置１０内のメモリに記憶する。また、前記制御装置１０内のメモリに基準点からのずれ量を記憶した回数も同時に記憶する。なお、基準点からのずれ量の前記制御装置１０内のメモリへの記憶は、各基準点毎に、記憶するようにする。
【００７９】
そして、前記制御装置１０内のメモリへの記憶された前記ずれ量は、例えば、ステップＳ３５でのずれ量がＩＣチップ６の検出動作で連続してＮ回続いたとき、Ｎ個のずれ量データが記憶されている。ステップＳ３５でのずれ量が検出動作がＮ回連続して続いたとき、前記制御装置１０内のメモリへの記憶されたＮ個の前記ずれ量データの平均値を演算し、演算した結果を基準点の位置座標に加算し、以後、ＸＹテーブルは、ずれ量を加算した基準点に移動する。
【００８０】
これにより、例えば、ＩＣチップのリードフレームＬ／Ｆの貼着で、ＩＣチップ６の貼着位置が、所定の位置より一方向にずれているときなどに、基準点をずれ量の平均値で修正することにより、検出時に、ＸＹテーブル４上のカメラ２１がＩＣチップ６の定点付近に移動するため、以後、低倍率カメラ２１ｄでの検出動作を行うことなく、ずれ量を短時間で検出できる。
【００８１】
なお、本発明によるボンディング装置は、ワイヤボンディング装置について述べたが、テープボンディング装置におけるＩＣチップ、テープキャリア上のリードの位置検出等にも適用できる。
【００８２】
【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、撮像範囲の異なる撮像信号を出力する出力手段により、撮像範囲の狭い撮像信号と撮像信号のテンプレートとのパターンマッチングを行って、検出できないときに、撮像範囲の広い撮像信号と撮像信号のテンプレートとのパターンマッチングを行って、被ボンディング部品の定点の位置を検出する。ＩＣチップ６等の定点が、撮像範囲の狭いカメラの撮像範囲外に位置していても、従来のように、ＸＹテーブルを順次移動して、撮像範囲を広げる必要がないため、高速に位置検出を行うことができる。
【００８３】
また、本発明によるボンディング装置によれば、基準点からのＩＣチップ上の定点までのずれ量を検出する際に、過去に検出されたずれ量がメモリ上に記憶され、ずれ量の平均値を演算し、その平均値を基準点に加算し、加算された位置にカメラを移動することにより、ＩＣチップ上の定点が検出範囲内に位置し、ＩＣチップのずれ量の検出を短時間で行うことができるため、ボンディング工程における半導体デバイスの生産数を向上することができる。
【００８４】
また、本発明によるボンディング装置は、高倍率カメラと低倍率カメラとを有しており、高い検出精度を必要としないダイオード、トランジスタ等のディスクリート品の位置検出には、低倍率カメラを使用することにより、広範囲の半導体デバイスに対応するため、汎用性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す画像認識装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３】カメラヘッド２１ａ、カメラヘッド２１ｄ、レンズ２１ｃよりなるカメラ２１の外観図である。
【図４】レンズ２１の入射光の経路を示す図である。
【図５】第１基準点での画像認識装置８の画像メモリへの記憶動作等を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は、高倍率カメラ２１ａ及び低倍率カメラ２１ｄの撮像範囲及び高倍率カメラ２１ａの切り出し範囲を示し、（ｂ）は、高倍率カメラ２１ａで切り出した基準パターンを示し、（ｃ）は、低倍率カメラ２１ｄで切り出した基準パターンを示す図である。
【図７】ＩＣチップ上の定点の基準点からのずれ量の検出を示すフローチャートである。
【図８】従来のワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図である。
【図９】リードフレームに貼着されたＩＣチップの位置を示し、基準点からのＩＣチップの定点のずれ量を示す図である。
【図１０】レンズ倍率４倍及び６倍の撮像範囲及びＩＣチップ上の定点を示す図である。
【図１１】撮像範囲を広げるための移動点及びそのときの撮像範囲をを点線で示した図である。
【符号の説明】
Ｌ／Ｆ リードフレーム
２１ カメラ
２１ａ カメラヘッド（高倍率カメラ）
２１ｄ カメラヘッド（低倍率カメラ）
２１ｃ 光学レンズ（レンズ）
２ ボンディングアーム
２ａ キャピラリ
３ ボンディングヘッド
４ ＸＹテーブル
５ 搬送装置
６ ＩＣチップ
７ ボンディングステージ
７ａ ヒータ
８ 画像認識装置
８ａ クロック信号生成回路
８ｂ カメラ制御信号生成回路
８ｃ 増幅器
８ｄ 画像処理回路
８ｅ 変換器
８ｆ 制御回路
８ｇ 画像メモリ
８ｈ 入出力回路
８ｋ 画像切り出し回路
８ｍ 表示制御回路
８ｐ カメラ切替回路
９ モニタ
９ａ クロスライン
９ｂ ウインド
１０ 制御装置
１１ 駆動装置
１２ａ パッド
１４ ランド部
１７ マニュピュレータ
２０ リード
３０ 画像処理装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの組立工程において、被ボンディング部品となるＩＣチップ上のパッド（電極）と、ＩＣチップが貼着されている被ボンディング部品となるリードフレーム等に形成された外部リードとをボンディングワイヤ等で接続するボンディング装置における、前記ＩＣチップ、前記外部リード等の位置の検出を行う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（電極）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、カメラヘッド１ａ、光学レンズ１ｂ（以下レンズという）等を備えた撮像手段としてのカメラ１と、キャピラリ２ａが先端に装着されたボンディングアーム２と、ボンディングアーム２を上下に駆動するボンディングヘッド３と、ボンディングアーム２及びボンディングヘッド３からなるボンディング手段及び撮像手段を搭載して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位置決め手段としてのＸＹテーブル４と、キャピラリ２ａ及びボンディングアーム２等からなるボンディングヘッド３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７を有する搬送装置５とを備えている。また、ボンディングステージ７は、リードフレームＬ／Ｆ等を加熱するヒータ７ａを有している。
【０００４】
また、図８に示すように、ワイヤボンディング装置は、カメラ１からの撮像信号を受ける画像処理装置３０と、画像処理装置３０からの出力を受けるモニタ９と、マイクロプロセッサを含む制御装置１０と、ＸＹテーブル４を手動にて移動させるための信号を制御装置１０に出力するマニュピュレータ１７と、制御装置１０からの指令信号に応じてボンディングヘッド３及びＸＹテーブル４への駆動信号を発する駆動装置１１とが設けられている。
【０００５】
ワイヤボンディング装置においては、図９に示すように、複数のＩＣチップ６が長手方向に並べて貼着されたリードフレームＬ／Ｆが扱われる。図８に示すように、作業開始に際して搬送装置５により加熱されているボンディングステージ７上にリードフレームＬ／Ｆが搬入され、且つ、最先のＩＣチップ６がボンディング作業位置に位置決めされる。この状態で、上記ボンディングアーム２及びＸＹテーブル４が作動されて最先のＩＣチップ６に関するボンディング作業が行われる。
【０００６】
ＩＣチップ６は、例えば正方形にしてその上面外周に沿って多数のパッド１２ａが並設され、リードフレームＬ／Ｆに形成されたランド部１４に貼着されている。そして、リードフレームＬ／Ｆには、これらパッド１２ａ各々に対応するリード２０が設けられている。
【０００７】
次に、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１２ａ及びリード２０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。
【０００８】
図８に示すように、作業者は、カメラ１からの撮像信号による画像をモニタ９にて目視しながらマニュピュレータ１７を操作して前記ＸＹテーブル４を移動させて、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点をＩＣチップ６上の少なくとも２個所の定点に合わせる。なお、クロスライン９ａの交点をＩＣチップ６上の２個所の定点に合わせたときのＸＹテーブル４の位置を第１基準点及び第２基準点と称する。
【０００９】
ＩＣチップ６上の定点でのＸＹテーブル４の第１基準点及び第２基準点の位置座標が制御装置１０内のメモリ（記憶装置）に記憶され、また、ＸＹテーブル４の第１基準点及び第２基準点でのモニタ９上のウインド９ｂ内のＩＣチップ６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３０のメモリ（記憶装置）に記憶される。
【００１０】
次に、カメラ１からの撮像信号による画像をモニタ９にて目視しながらマニュピュレータ１７を操作してＸＹテーブル４を移動させて、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点をリードフレームＬ／Ｆ上の１個所の定点に合わせる。なお、リードフレームＬ／Ｆ上の定点に合わせたときのＸＹテーブル４の位置を第３基準点と称する。ＸＹテーブル４の第３基準点の位置座標が制御装置１０内のメモリに記憶され、また、ＸＹテーブル４の第３基準点でのモニタ９上のウインド９ｂ内のリードフレームＬ／Ｆ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３０のメモリに記憶される。
【００１１】
次に、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点に、マニュピュレータ１７を操作してＸＹテーブル４を移動させてリード２０又はパッド１２ａ上の所定位置、すなわちボンディングを行うべき位置に可能な限り正確に合わせる（この操作を目合わせと称する）。目合わせが完了した時点で、ＸＹテーブル４の位置をボンディング点の位置座標として制御装置１０内のメモリに記憶する。
【００１２】
以下、全てのパッド１２ａ及びリード２０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１０内のメモリに記憶する。
【００１３】
次に、ボンディング装置によるワイヤボンディングの動作について説明を行う。ワイヤボンディング作業では、最初に、ＩＣチップ６、リード２０のずれ量の検出が行われる。
【００１４】
図９に示すように、リードフレームＬ／Ｆ上に複数のＩＣチップ６が長手方向に導電性の接合材で並べて貼着されたＩＣチップ６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（図９の破線で示す６’がＩＣチップ６の所定の位置である）。また、搬送装置５でリードフレームＬ／Ｆをボンディングステージ７上に搬送したとき、ボンディングステージ７上でのリードフレームＬ／Ｆの位置がＸ方向にばらつくことがある。
【００１５】
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６上の２個所の定点の位置を検出して、ＩＣチップ６の所定の位置に対するずれ量を算出する。
【００１６】
ＩＣチップ６のずれ量の算出は、ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１を第１基準点（図９のａ）及び第２基準点（図９のｂ）に移動して、ＸＹテーブル４の移動完了後カメラ１でＩＣチップ６を撮像し、その撮像信号を画像処理装置３０に入力して画像認識を行い、第１基準点及び第２基準点からのＩＣチップ６上の定点（図９に示す、ａ’、ｂ’）までの各ずれ量（図９のΔＸａ、ΔＹａ及びΔＸｂ、ΔＹｂ））を求める。前記ずれ量のデータに基づき予め記憶された各パッド１２ａのボンディング位置座標を演算して、ＩＣチップ６のボンディングすべきパッド１２ａの位置を算出する。
【００１７】
また、第２ボンディング点となるリード２０の位置もリードフレームＬ／Ｆ上の１個所の定点の位置を検出して、リードフレームＬ／Ｆ上の所定の位置に対するずれ量を算出する。すなわち、リードフレームＬ／Ｆのずれ量は、ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１を第３基準点に移動して、ＸＹテーブル４の移動完了後カメラ１でリードフレームＬ／Ｆを撮像し、その撮像信号を画像処理装置３０に入力し、第３基準点からのリードフレーム上の定点のずれ量を求め、このずれ量に基づき予め記憶されたリード２０のボンディング位置座標を演算してリード２０の位置を求める。
【００１８】
また、リード２０の本数が多く、各リード２０の位置がばらついている場合には、リードロケイタ（リードのボンディング位置を画像認識により検出する機能）により各リード２０の位置を検出してリードのボンディング位置座標の修正を行い、実際のリード２０の位置を求める。
【００１９】
以上説明したＩＣチップ６のパッド１２ａ及びリード２０の各位置を検出後、ボンディングアーム２の先端にボールが形成されたワイヤが挿通されたキャピラリ２ａをＸＹテーブル４の作動によりボンディング位置座標に基づきパッド１２ａの直上に位置決めする。
【００２０】
この位置決めが完了したら、図８に示すボンディングヘッド３によりボンディングアーム２を駆動しキャピラリ２ａを下降させ、パッド１２ａ上のボールを押しつぶして熱圧着ボンディングを行う。このとき、図示しない超音波励振手段を用いてキャピラリ２ａを励振することも行われる。
【００２１】
この第１ボンディング点への接続が終わると、ボンディングアーム２の昇降動作及びＸＹテーブル４の動作が適時行われ、所定のループコントロールに従ってワイヤが引き出され、第１ボンディング点に対すると同様にしてリード２０上の第２ボンディング点へのボンディングが行われ、ワイヤがリード２０上に圧接される。その後、ボンディングアーム２を所定の高さまで上昇させる過程でワイヤのカットが行われ、一組のパッド１２ａ及びリード２０の接続が完了する。以後、ＩＣチップ６に設けられた各パッド１２ａとこれらに対応して配設された各リード２０について上記の一連の動作が繰り返される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来のワイヤボンディング装置では、ワイヤボンディングを行う際に、前もつて設定されている第１基準点、第２基準点及び第３基準点にＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１を移動し、ＸＹテーブル４の移動完了後カメラ１で被ボンディング部品となるＩＣチップ６及びリードフレームＬ／Ｆを撮像し、その撮像信号を画像処理装置３０に入力して画像処理を行い、各基準点からＩＣチップ上の定点及びリードフレームＬ／Ｆ上の定点の各ずれ量を求め、このずれ量に基づいて予め記憶されているパッド及びリード２０のボンディング位置座標の補正を行い、補正した各パッドの位置及び各リード２０の位置にワイヤをボンディング接続する。
【００２３】
近年、半導体デバイスの小型化、軽量化に伴って、ＩＣチップ６のパットサイズの縮小化及びリード２０の幅の微細化が行われている。このため、ボンディングにおけるＩＣチップ６のパッド１２ａ上のボールの位置の精度及びリード２０上のワイヤの圧接位置の精度を高める必要がある。
【００２４】
パッド１２ａ上のボールの位置の精度及びリード２０上のワイヤの圧接位置の精度を高めるには、高倍率のレンズを使用して、ＩＣチップ６及びリードフレームＬ／Ｆの各定点のずれ量の検出精度を向上させることが必要となる。しかしながら、レンズ１ｂの倍率等を大きくすることにより、カメラ１の撮像範囲が狭くなり、ＩＣチップ６上の定点がカメラ１の撮像範囲外に位置することがあり、ＩＣチップ６上の定点を検出できないときがある。
【００２５】
例えば、同一のカメラ１でレンズの倍率を４倍から６倍に変更すると、図１０に示すように６倍のレンズでの撮像範囲は、４倍のレンズと比較して４倍のレンズの撮像範囲の５６％に減少する。このため、図１０に示すように、４倍のレンズの撮像範囲内に位置していたＩＣチップ６の定点が、６倍のレンズでは撮像範囲外に位置することがある。
【００２６】
従って、従来のレンズの倍率では検出できていたものが、レンズの倍率を大きくすることにより、ＩＣチップ６上の定点又はリードフレームＬ／Ｆ上の定点を検出できないときがある。
【００２７】
これに対して、高倍率のレンズを用いて撮像範囲を広げる手段としては、図１１に示すように基準点Ｏを中心としてＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１をａ、ｂ、ｃ、ｄの位置へ順に移動して、各位置でずれ量を検出することにより、撮像範囲を図１１に示す実線の枠より点線の枠までに広げることが可能となる。しかしながら、ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１の移動の順序は、前もって固定されており、リードフレームＬ／Ｆのランド部１４上に貼着されたＩＣチップ６の位置によっては、最大４回のＸＹテーブル４の移動動作及び検出動作が必要となる。このため、ＸＹテーブル４の移動時間及びずれ量の検出時間が増加して、ボンディング工程における半導体デバイスの生産数が低下してしまう。このため、ＩＣチップ６等の定点がカメラ１の撮像範囲外であっても、短時間でずれ量を検出することが望まれている。
【００２８】
そこで、本発明は、従来のボンディング装置が有する課題に鑑みてなされたものであり、撮像手段は、被ボンディング部品の視野の中心を共有した撮像範囲の異なる撮像信号を出力する出力手段を具備し、前記撮像手段の出力手段からの撮像範囲の異なる撮像信号を指定範囲より画像データとして切り出す画像切り出し手段とを備え、画像切り出し手段で切り出された画像データをテンプレートとして、撮像範囲の異なる撮像信号と該撮像信号のテンプレートとのパターンマッチングを行い、被ボンディング部品の定点のずれ量の検出を高速で行う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している。
【００２９】
【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、被ボンディング部品に対する視野の中心を共有し、レンズ倍率の異なる２種類の光学レンズと撮像素子からなり、前記光学レンズのレンズ倍率に基づいた撮像範囲の異なる撮像信号を出力する撮像手段と、前記光学レンズ毎の前記撮像手段からの撮像信号を選択する切替手段と、前記切替手段で選択した撮像信号を画像データに変換して前記被ボンディング部品の定点を含む指定範囲より基準パターンとして切り出す画像切り出し手段と、光学レンズ毎の前記基準パターンを記憶する記憶手段と、前記切替手段で選択した光学レンズの前記撮像手段の撮像信号から変換した画像データと該光学レンズに対応した前記記憶手段の基準パターンとのパターンマッチングを行って被ボンディング部品の定点のずれ量を検出する画像認識装置とからなる前記画像認識手段とを備え、ボンディング時に、前記画像認識手段は、撮像範囲の狭い前記光学レンズの前記撮像手段からの撮像信号による前記パターンマッチングを行い、前記パターンマッチングがエラーとなったとき、撮像範囲の広い前記光学レンズの前記撮像手段からの撮像信号による前記パターンマッチングを行って、前記被ボンディング部品の定点が撮像範囲の狭い前記光学レンズの撮像範囲外であってもずれ量を検出できるようにしたものである。
【００３１】
また、本発明によるボンディング装置の前記画像認識手段の前記画像切り出し手段は、撮像範囲の異なる一方の撮像信号の基準パターンを切り出す指定範囲のデータから、撮像範囲の異なる他方の撮像信号の前記被ボンディング部品上での基準パターンとして切り出す範囲が撮像範囲の異なる一方の撮像信号のものと同一となるように、撮像範囲の異なる他方の撮像信号の指定範囲のデータを算出し、算出した該データにより撮像範囲の異なる他方の撮像信号の基準パターンを切り出すようにしたものである。
【００３３】
【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、図８に示す従来のワイヤボンディング装置と同一の構成及び機能を有する部分については、同じ符号を用いて説明する。
【００３４】
図１に示すように、本発明によるボンディング装置は、被ボンディング部品の撮像を行う撮像手段としてのカメラ２１とボンディングアーム２の先端に取り付けられたキャピラリ２ａ等を含むボンディング手段としてのボンディングヘッド３と、カメラ２１及びボンディングヘッド３をＸ方向及びＹ方向の二次元方向に移動可能な位置決め手段としてのＸＹテーブル（ＸＹステージ）４と、カメラ２１によって撮像される被ボンディング部品としてのＩＣチップ６を搭載したリードフレームＬ／Ｆをボンディングステージ７へ搬送する搬送装置５と、カメラ２１からの出力を受けて被ボンディング部品の定点の位置の検出を行う画像認識手段としての画像認識装置８と、この画像認識装置８からの出力を受ける表示手段としてのモニタ９と、駆動手段としての駆動装置１１への制御信号を生成するマイクロプロセッサ及び情報を記憶するメモリ（記憶装置）を含む制御装置１０と、ＸＹテーブル４を手動にて移動させるための信号を制御装置１０に出力するマニュピュレータ１７と、制御装置１０からの指令信号に応じてボンディングヘッド３及びＸＹテーブル４への駆動信号を発する駆動手段としての駆動装置１１とが設けられている。また、制御装置１０には、画像の切り出し範囲等を設定するキーボード（図示せず）が接続されている。
【００３５】
次に、図１に示す画像認識装置８の構成について図２を参照して説明する。
【００３６】
図２に示すように、画像認識装置８は、図２に示すように、クロック信号生成回路８ａと、クロック信号生成回路８ａからのクロック及び制御回路８ｆからの信号によりカメラ２１に水平及び垂直同期信号などのカメラ制御信号を出力するカメラ制御信号生成回路８ｂと、カメラ２１からの撮像信号を切り替えて増幅器８ｃに入力するカメラ切替回路８ｐと、カメラ切替回路８ｐから出力される撮像信号を増幅する増幅器８ｃと、増幅器８ｃから出力される信号を多値化又は二値化のデジタル値（画像データ）に変換する変換器８ｅと、変換器８ｅから出力される画像データとのパターンマッチング等の画像認識を行う画像処理回路８ｄと、位置検出用基準パターン等を記憶する記憶手段としての画像メモリ８ｇと、画像処理回路８ｄ、カメラ制御信号生成回路８ｂ等の制御を行うマイクロコンピュータを内蔵した制御回路８ｆと、制御回路８ｆからの制御信号によりモニタ９への表示信号を切り替え制御する表示制御回路８ｍと、制御装置１０との通信を行う入出力回路８ｈよりなる。
【００３７】
図３は、撮像手段としてのカメラ２１の外観を示す図である。
【００３８】
図３に示すように、カメラ２１はレンズ２１ｃ、カメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄからなり、カメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄは固体撮像素子をそれそれ内蔵している。
【００３９】
レンズ２１ｃは、対物レンズ等のレンズ、ハーフミラー、プリズム等の偏光素子で構成されている。図４に示すようにレンズ２１ｃの対物レンズ（図示せず）を通った入射光は２分割され、カメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄの各固体撮像素子の撮像面の手前に位置するレンズ倍率の異なる接眼レンズ（図示せず）により、倍率の異なる像が各固体撮像素子の撮像面に結像させる。
【００４０】
なお、本発明では、カメラヘッド２１ａのレンズ倍率は６倍であり、カメラヘッド２１ｄのレンズ倍率は３倍のレンズを使用している。また、カメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄは、同一の撮像エリアを持つ固体撮像素子を使用している。
【００４１】
以上の構成よりなる撮像手段としてのカメラのカメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄの各固体撮像素子の撮像面には、視野の中心を共有した像が結像される。すなわち、図１に示すカメラ２１は、被ボンディング部品を撮像したときのカメラヘッド２１ａ及びカメラヘッド２１ｄの各画像の中心位置は同じであり、撮像範囲の異なる撮像信号を出力する出力手段を備えている。
【００４２】
なお、レンズ倍率３倍のカメラヘッド２１ｄの撮像範囲は、レンズ倍率６倍のカメラヘッド２１ａの撮像範囲の４倍であり、撮像範囲の縦及び横の長さは、レンズ倍率６倍のカメラヘッド２１ａの２倍となる。以後、高倍率（倍率６倍）のレンズ使用したカメラヘッド２１ａを高倍率カメラと称し、低倍率（倍率３倍）のレンズ使用したカメラヘッド２１ｄを低倍率カメラとそれぞれ称する。
【００４３】
また、制御装置１０のメモリには、以下に説明するセルフティーチ、ずれ量の検出等の各動作を行う制御プログラムが内蔵されている。
【００４４】
以下に、上記構成よりなるボンディング装置におけるＩＣチップ６の２個所の定点及びリードフレームＬ／Ｆ上の定点の各ずれ量を検出するための、各種の条件を設定するセルフティーチについて図５に示すフローチャートを用いて説明する。なお、セルフティーチ及び後述するずれ量の検出動作に於ける高倍率カメラ２１ａ又は低倍率カメラ２１ｄの選択は、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐの制御により自動選択されるようになっている。
【００４５】
図１に示すように、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより高倍率カメラ２１ａを選択して、高倍率カメラ２１ａの撮像信号を増幅器８ｃに入力する。作業者は、高倍率カメラ２１ａからの撮像信号による画像をモニタ９にて目視しながらマニュピュレータ１７を操作してＸＹテーブル４を移動させて、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点をＩＣチップ６上の第１の定点に合わせる（ステップＳ１）。ＩＣチップ６上の定点にクロスライン９ａの交点の合わせが完了後、モニタ９上の高倍率カメラ２１ａの切り出し範囲を表示するウインド９ｂのサイズを前記制御装置１０に接続しているキーボード（図示せず）より設定する（ステップＳ２）。設定した切り出し範囲のデータは、制御装置１０から画像認識装置８の入出力回路８ｈに出力されて制御回路８ｆで読み取られる。制御回路８ｆは、切り出し範囲を画像認識装置８の画像切り出し回路８ｋに設定後、ＸＹテーブル４の位置座標を第１基準点として制御装置１０内のメモリに記憶し（ステップＳ３）、また、第１基準点のモニタ９上のウインド９ｂ内の画像が高倍率カメラ２１ａの基準パターンとして画像切り出し回路８ｋで切り出されて画像認識装置８の画像メモリ８ｇに記憶される（ステップＳ４）。
【００４６】
次に、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより低倍率カメラ２１ｄを選択して低倍率カメラ２１ｄの撮像信号を増幅器８ｃに入力する。ステップＳ２で前記高倍率カメラ２１ａで設定した切り出し範囲より切り出した基準パターンと同じパターンを切り出す範囲を演算して演算結果のデータを低倍率カメラ２１ｄの切り出し範囲として画像切り出し回路８ｋに設定して（ステップＳ５）、切り出した画像データを低倍率カメラ２１ｄの基準パターンとして画像認識装置８の画像メモリ８ｇに記憶する（ステップＳ６）。
【００４７】
次に、低倍率カメラ２１ｄでの切り出す範囲の算出法を図６を参照して説明する。
【００４８】
図６（ａ）に示すように、高倍率カメラ２１ａの撮像範囲をＸ方向にＸｈ、Ｙ方向にＹｈとし、また、低倍率カメラ２１ｄの撮像範囲をＸ方向にＸｔ、Ｙ方向にＹｔとし、ステップ２で設定した切り出し範囲をＸｃｈ、Ｙｃｈとすると、低倍率カメラ２１ｄの切り出し範囲Ｘｃｔ、Ｙｃｔは、Ｘｃｔ＝Ｘｈ／Ｘｔ×Ｘｃｈ、Ｙｃｔ＝Ｙｈ／Ｙｔ×Ｙｃｈより算出して、算出した切り出し範囲Ｘｃｔ、Ｙｃｔを画像切り出し回路８ｋ（図２に図示）に設定して切り出すことにより、高倍率カメラ２１ａで切り出した基準パターンと同一の圧縮したパターンを低倍率カメラ２１ｄの画像データから切り出すことができる。
【００４９】
図６（ｂ）は、高倍率カメラ２１ａで切り出した基準パターンを示し、図６（ｃ）は、低倍率カメラ２１ｄで切り出した基準パターンを示す図である。
【００５０】
図６（ｃ）に示すように、低倍率カメラ２１ｄの切り出した基準パターンは、高倍率カメラ２１ａの基準パターンを圧縮したものとなっている。
【００５１】
次に、図１に示すように、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより高倍率カメラ２１ａを選択して高倍率カメラ２１ａの撮像信号を増幅器８ｃに入力する。高倍率カメラ２１ａからの撮像信号による画像をモニタ９にて目視しながらマニュピュレータ１７を操作してＸＹテーブル４を移動し、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点をＩＣチップ６上の第２の定点に合わせる（ステップＳ７）。ＩＣチップ６上の定点にクロスライン９ａの交点の合わせが完了後、モニタ９上の切り出し範囲を表示するウインド９ｂのサイズを設定する（ステップＳ８）。ただし、第１基準点と同一の切り出し範囲のときには、この操作は不要である。
【００５２】
前記切り出し範囲の設定完了後、ＸＹテーブル４の位置座標を第２基準点として制御装置１０内のメモリに記憶して（ステップＳ９）、また、第２基準点のモニタ９上のウインド９ｂ内の画像が高倍率カメラ２１ａの基準パターンとして画像認識装置８の画像切り出し回路８ｋで切り出されて、画像メモリ８ｇに記憶する（ステップＳ１０）。
【００５３】
次に、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより低倍率カメラ２１ｄを選択して、低倍率カメラ２１ｄの撮像信号を増幅器８ｃに入力する。低倍率カメラ２１ｄの撮像信号から、高倍率カメラ２１ａで切り出し範囲の基準パターンと同じパターンを切り出す範囲を演算して、演算結果のデータを画像切り出し回路８ｋに設定して（ステップＳ１１）、切り出した画像データを低倍率カメラ２１ｄの基準パターンとして画像認識装置８の画像メモリ８ｇに記憶する（ステップＳ１２）。
【００５４】
次に、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより高倍率カメラ２１ａを選択して、高倍率カメラ２１ａの撮像信号を増幅器８ｃに入力する。高倍率カメラ２１ａからの撮像信号による画像をモニタ９にて目視しながらマニュピュレータ１７を操作してＸＹテーブル４を移動させて、モニタ９の画面上に設けられているクロスライン９ａの交点をリードフレームＬ／Ｆ上の定点に合わせる（ステップＳ１３）。リードフレームＬ／Ｆ上の定点にクロスライン９ａの交点の合わせが完了後、モニタ９上の切り出し範囲を表示するウインド９ｂのサイズを設定する（ステップＳ１４）。ただし、第２基準点と同一の切り出し範囲のときには、この操作は不要である。
【００５５】
前記切り出し範囲の設定完了後、ＸＹテーブル４の位置座標が第３基準点として制御装置１０内のメモリに記憶し（ステップＳ１５）、第３基準点のモニタ９上のウインド９ｂ内の画像が高倍率カメラ２１ａの基準パターンとして画像認識装置８の画像切り出し回路８ｋで切り出されて、画像メモリ８ｇ（記憶装置）に記憶される（ステップＳ１６）。
【００５６】
次に、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより低倍率カメラ２１ｄを選択して撮像信号を増幅器８ｃに入力する。低倍率カメラ２１ｄの撮像信号から高倍率カメラ２１ａで切り出し範囲の基準パターンと同じパターンを切り出す範囲を演算して、演算結果のデータを画像切り出し回路８ｋに設定して（ステップＳ１７）、切り出した画像データを低倍率カメラ２１ｄの基準パターンとして画像認識装置８の画像メモリ８ｇに記憶する（ステップＳ１８）。
【００５７】
以上により、ＩＣチップ及びリードフレーム上の定点のずれ量の検出を行うための各基準点の位置座標、各基準点に対応した高倍率カメラ２１ａの基準パターン及び低倍率カメラ２１ｄの基準パターンの設定が完了する。
【００５８】
次に、ＩＣチップ上の定点の基準点からのずれ量の検出について説明するが、その前に、画像認識装置８と制御装置１０とのずれ量の処理形態について説明する。
【００５９】
画像認識装置８でのずれ量の検出処理は、画素単位で行われる。このため、高倍率カメラ２１ａと低倍率カメラ２１ｄとでは、画像認識装置８におけるＸ軸及びＹ軸の１画素当たりの実際の長さ（μｍ）はそれぞれ異なった値となっている。また、制御装置１０でのずれ量は、μｍ単位で処理する。そこで、画像認識装置８の１画素当たりの実際の長さ（μｍ）を表す係数を、高倍率カメラ２１ａ及び低倍率カメラ２１ｄ用にワイヤボンディング装置上で前もつて自動計測して、制御装置１０のメモリに倍率係数として記憶しておき、制御装置１０でのずれ量の算出は、倍率係数と画像認識装置８から出力される画素単位のずれ量とを乗算して行う。なお、高倍率カメラ２１ａのＸ軸用の倍率係数をＫｈｘ、Ｙ軸用の倍率係数をＫｈｙとして、また、低倍率カメラ２１ｄのＸ軸用の倍率係数をＫｓｘ、Ｙ軸用の倍率係数をＫｓｙとして以下に説明する。
【００６０】
図７は、ＩＣチップ上の定点の基準点からのずれ量の検出を説明するフローチャートである。
【００６１】
図１、図２、図７に示すように、リードフレームＬ／Ｆを収納したマガジン（図示せず）からリードフレームＬ／Ｆがボンディングステージ７上に搬送されると、制御装置１０は、制御装置１０のメモリに記憶されている基準点情報に基づき駆動装置１２を駆動させてＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ２１を前述したセルフティーチで設定した第１基準点の位置へ移動させる（ステップＳ３０）。なお、前記第１基準点の位置座標を（Ｘｐ１、Ｙｐ１）とする。この時カメラ２１の中心（検出範囲の中心）は、前記第１基準点の位置座標（Ｘｐ１、Ｙｐ１）に位置している。
【００６２】
次に、制御装置１０は、ＸＹテーブル４の移動完了を確認後、画像認識装置８の制御回路８ｆにずれ量を検出するための制御信号を出力する。画像認識装置８の制御回路８ｆは、第１基準点の基準パターンとして記憶されている高倍率カメラ２１ａ用の基準パターンを画像メモリ８ｇより読み出して画像処理回路８ｄへ転送し、転送完了後、画像処理回路８ｄに位置検出処理の制御信号を出力する。
【００６３】
高倍率カメラ２１ａからの撮像信号は、増幅器８ｃで増幅して、変換器８ｅより画像処理回路８ｄへ入力する（ステップＳ３１）。画像処理回路８ｄは入力された高倍率カメラ２１ａの画像データと画像メモリ８ｇから転送された高倍率カメラ２１ａ用の基準パターンとのパターンマッチングを行い（ステップＳ３２）、パターンマッチング結果の良否及びずれ量（画素単位）が、制御回路８ｆから制御装置１０へ出力される。なお、Ｘ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＸｈｄ、Ｙ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＹｈｄとする。制御装置１０は、制御回路８ｆから出力されたパターンマッチング結果の良否を判定して（ステップＳ３３）、パターンマッチング結果が良のとき、正常に検出したと判断し、ステップＳ４１のずれ量の算出を行い、ＸＹテーブル４を次の基準点に移動するよう制御する。前記制御装置１０によるステップＳ４１のずれ量の算出は、以下の演算により行われる。すなわち、ステップＳ３３で正常に検出されたと判断したときの定点のμｍ単位のずれ量をΔＸａ、ΔＹａとすると、前記μｍ単位のずれ量ΔＸａ、ΔＹａは、ΔＸａ＝Ｋｈｘ×△Ｘｈｄ、ΔＹａ＝Ｋｈｙ×△Ｙｈｄより算出される。但し、Ｋｈｘ及びＫｈｙは、高倍率カメラ２１ｄにおける定数としての倍率係数を示す。
【００６４】
一方、パターンマッチング結果が否のときは、検出が正常に行われなかったと判断し、以下の動作を行う。
【００６５】
画像認識装置８の制御回路８ｆは、第１基準点の基準パターンとして記憶されている低倍率カメラ２１ｄ用の基準パターンを画像メモリ８ｇより読み出して画像処理回路８ｄへ転送する。画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより低倍率カメラ２１ｄを選択して、低倍率カメラ２１ｄの撮像信号を増幅器８ｃに入力して、変換器８ｅより画像処理回路８ｄへ入力する（ステップＳ３４）。画像処理回路８ｄは、低倍率カメラ２１ｄの画像データと低倍率カメラ２１ｄ用の基準パターンとのパターンマッチングを行い（ステップＳ３５）、パターンマッチング結果の良否及びずれ量（画素単位）を、制御回路８ｆから制御装置１０へ出力する。なお、Ｘ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＸｓｄ、Ｙ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＹｓｄとする。
【００６６】
制御装置１０は、制御回路８ｆから出力されたパターンマッチング結果の良否を判定し（ステップＳ３６）、パターンマッチング結果が良のとき、正常に検出したと判断し、ステップＳ３７以後の動作に移行する。一方、パターンマッチング結果が否のときは、検出が正常に行われなかったと判断し、エラー信号を出力して（ステップＳ４２）動作を停止する。
【００６７】
ステップＳ３６で正常に検出したと判断した場合には、制御装置１０は、画像認識装置８から出力された画素単位のずれ量△Ｘｓｄ、△Ｙｓｄより、低倍率カメラ２１ｄによる定点のμｍ単位のずれ量を算出する。定点のμｍ単位のずれ量をΔＸｓ、ΔＹｓとすると、前記ずれ量△Ｘｓ、△Ｙｓは、△Ｘｓ＝Ｋｓｘ×△Ｘｓｄ、△Ｙｓ＝Ｋｓｙ×△Ｙｓｄより算出される。但し、Ｋｓｘ及びＫｓｙは、低倍率カメラ２１ｄにおける定数としての倍率係数を示す。
【００６８】
次に、算出された前記ずれ量ΔＸｓ、ΔＹｓより、ＸＹテーブル４を第１基準点からＸ軸に△Ｘｓ、Ｙ軸に△Ｙｓ移動するよう制御する。前記ＸＹテーブル４がΔＸｓ、ΔＹｓ移動することにより、カメラ２１は、ＩＣチップ６上の定点の近傍に移動する（ステップＳ３７）。この時の前記カメラ２１の位置座標は、（Ｘｐ１＋ΔＸｓ、Ｙｐ１＋ΔＹｓ）である。
【００６９】
前記ＸＹテーブル４の移動完了後、画像認識装置８のカメラ切替回路８ｐにより高倍率カメラ２１ａを選択する。画像認識装置８の制御回路８ｆは、第１基準点の基準パターンとして記憶されている高倍率カメラ２１ａ用の基準パターンを画像メモリ８ｇより読み出して画像処理回路８ｄへ転送し、転送完了後、画像処理回路８ｄに位置検出処理の制御信号を出力する。高倍率カメラ２１ａからの撮像信号は、増幅器８ｃで増幅して、変換器８ｅより画像処理回路８ｄへ入力する（ステップＳ３８）。画像処理回路８ｄは入力された高倍率カメラ２１ａの画像データと画像メモリ８ｇから転送された高倍率カメラ２１ａ用の基準パターンとのパターンマッチングを行い（ステップＳ３９）、パターンマッチング結果の良否及びずれ量（画素単位）が、制御回路８ｆから制御装置１０へ出力される。なお、Ｘ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＸｈｅ、Ｙ軸における画素単位の前記ずれ量をΔＹｈｅとする。
【００７０】
前記制御装置１０は、制御回路８ｆから出力されたパターンマッチング結果の良否を判定し（ステップＳ４０）、パターンマッチング結果が良のとき、正常に検出したと判断し、ステップＳ４１の定点のずれ量の算出を行う。
【００７１】
一方、パターンマッチング結果が否のときは、検出が正常に行われなかったと判断し、エラー信号を出力して（ステップＳ４２）、動作を停止する。
【００７２】
ステップＳ４１の定点のずれ量の算出は、以下の演算により行われる。ステップＳ３８でのカメラ２１の位置座標は、（Ｘｐ１＋△Ｘｓ、Ｙｐ１＋△Ｙｓ）である。前記位置座標（Ｘｐ１＋△Ｘｓ、Ｙｐ１＋△Ｙｓ）での前記画像認識装置８から出力された前記ずれ量△Ｘｈｅ、△Ｙｈｅは、ＸＹテーブルの位置座標（Ｘｐ１＋△Ｘｓ、Ｙｐ１＋△Ｙｓ）を原点とするＩＣチップ６の定点の画素単位のずれ量を示す。また、μｍ単位のずれ量を△Ｘｈａ、△Ｙｈａとすると、前記ずれ量△Ｘｈａ、△Ｙｈａは、ΔＸｈａ＝Ｋｈｘ×△Ｘｈｅ、ΔＹｈａ＝Ｋｈｙ×△Ｙｈｅより算出される。但し、Ｋｈｘ及びＫｈｙは、高倍率カメラ２１ｄにおける定数としての倍率係数を示す。
【００７３】
そして、μｍ単位の前記ずれ量△Ｘｈａ、△Ｙｈａより、ＩＣチップ６の定点の位置座標は、（Ｘｐ１＋△Ｘｓ＋ΔＸｈａ、Ｙｐ１＋△Ｙｓ＋ΔＹｈａ）となる。
【００７４】
以上により、ステップＳ３４からの低倍率カメラ２１ｄ及び高倍率カメラ２１ａによる第１基準点の位置（Ｘｐ１、Ｙｐ１）からの定点のずれ量ΔＸａ、ΔＹａは、ΔＸａ＝△Ｘｓ＋△Ｘｈａ、ΔＹａ＝△Ｙｓ＋△Ｙｈａとして算出される。
【００７５】
なお、第２基準点及び第３基準点でのずれ量の検出も、図７に示したフローチャートに従って、各基準点からのずれ量を検出することができる。
【００７６】
以上、図７に示すフローチャートでずれ量検出の説明を行ったが、図７に示すステップＳ３７からの動作は、ＩＣチップ６の定点の検出精度を向上させるためのものである。このため、定点の検出精度が低倍率カメラ２１ｄの検出精度で十分なとき、例えば、ダイオード、トランジスタ等のディスクリート品を搭載した混成ＩＣ等のずれ量検出では、ステップＳ３７からの動作を省略して、ステップＳ４１のずれ量の算出のみを行うようにしてもよい。
【００７７】
また、本発明によるボンディング装置は、低倍率カメラ２１ｄによるパターンマッチングでずれ量を検出したとき、前記ずれ量を制御装置１０のメモリに記憶し、ずれ量の平均値を演算し、演算した平均値を基準点に加算して、撮像手段を移動する基準点の補正手段を有している。これは、ずれ量の平均値を基準点に加算することにより撮像手段を被ボンディング部品の定点付近に移動させるためのものである。以下に、ずれ量の平均値を基準点に加算する動作について詳述する。
【００７８】
図７に示す定点の基準点からのずれ量の検出動作で、ステップＳ３５で得られた基準点からの画素単位のずれ量より、μｍ単位のずれ量を算出して、算出したμｍ単位の前記ずれ量を制御装置１０内のメモリに記憶する。また、前記制御装置１０内のメモリに基準点からのずれ量を記憶した回数も同時に記憶する。なお、基準点からのずれ量の前記制御装置１０内のメモリへの記憶は、各基準点毎に、記憶するようにする。
【００７９】
そして、前記制御装置１０内のメモリへの記憶された前記ずれ量は、例えば、ステップＳ３５でのずれ量がＩＣチップ６の検出動作で連続してＮ回続いたとき、Ｎ個のずれ量データが記憶されている。ステップＳ３５でのずれ量が検出動作がＮ回連続して続いたとき、前記制御装置１０内のメモリへの記憶されたＮ個の前記ずれ量データの平均値を演算し、演算した結果を基準点の位置座標に加算し、以後、ＸＹテーブルは、ずれ量を加算した基準点に移動する。
【００８０】
これにより、例えば、ＩＣチップのリードフレームＬ／Ｆの貼着で、ＩＣチップ６の貼着位置が、所定の位置より一方向にずれているときなどに、基準点をずれ量の平均値で修正することにより、検出時に、ＸＹテーブル４上のカメラ２１がＩＣチップ６の定点付近に移動するため、以後、低倍率カメラ２１ｄでの検出動作を行うことなく、ずれ量を短時間で検出できる。
【００８１】
なお、本発明によるボンディング装置は、ワイヤボンディング装置について述べたが、テープボンディング装置におけるＩＣチップ、テープキャリア上のリードの位置検出等にも適用できる。
【００８２】
【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、撮像範囲の異なる撮像信号を出力する出力手段により、撮像範囲の狭い撮像信号と撮像信号のテンプレートとのパターンマッチングを行って、検出できないときに、撮像範囲の広い撮像信号と撮像信号のテンプレートとのパターンマッチングを行って、被ボンディング部品の定点の位置を検出する。ＩＣチップ６等の定点が、撮像範囲の狭いカメラの撮像範囲外に位置していても、従来のように、ＸＹテーブルを順次移動して、撮像範囲を広げる必要がないため、高速に位置検出を行うことができる。
【００８３】
また、本発明によるボンディング装置によれば、基準点からのＩＣチップ上の定点までのずれ量を検出する際に、過去に検出されたずれ量がメモリ上に記憶され、ずれ量の平均値を演算し、その平均値を基準点に加算し、加算された位置にカメラを移動することにより、ＩＣチップ上の定点が検出範囲内に位置し、ＩＣチップのずれ量の検出を短時間で行うことができるため、ボンディング工程における半導体デバイスの生産数を向上することができる。
【００８４】
また、本発明によるボンディング装置は、高倍率カメラと低倍率カメラとを有しており、高い検出精度を必要としないダイオード、トランジスタ等のディスクリート品の位置検出には、低倍率カメラを使用することにより、広範囲の半導体デバイスに対応するため、汎用性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す画像認識装置の回路構成を示すブロック図である。
【図３】カメラヘッド２１ａ、カメラヘッド２１ｄ、レンズ２１ｃよりなるカメラ２１の外観図である。
【図４】レンズ２１の入射光の経路を示す図である。
【図５】第１基準点での画像認識装置８の画像メモリへの記憶動作等を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は、高倍率カメラ２１ａ及び低倍率カメラ２１ｄの撮像範囲及び高倍率カメラ２１ａの切り出し範囲を示し、（ｂ）は、高倍率カメラ２１ａで切り出した基準パターンを示し、（ｃ）は、低倍率カメラ２１ｄで切り出した基準パターンを示す図である。
【図７】ＩＣチップ上の定点の基準点からのずれ量の検出を示すフローチャートである。
【図８】従来のワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図である。
【図９】リードフレームに貼着されたＩＣチップの位置を示し、基準点からのＩＣチップの定点のずれ量を示す図である。
【図１０】レンズ倍率４倍及び６倍の撮像範囲及びＩＣチップ上の定点を示す図である。
【図１１】撮像範囲を広げるための移動点及びそのときの撮像範囲をを点線で示した図である。
【符号の説明】
Ｌ／Ｆ リードフレーム
２１ カメラ
２１ａ カメラヘッド（高倍率カメラ）
２１ｄ カメラヘッド（低倍率カメラ）
２１ｃ 光学レンズ（レンズ）
２ ボンディングアーム
２ａ キャピラリ
３ ボンディングヘッド
４ ＸＹテーブル
５ 搬送装置
６ ＩＣチップ
７ ボンディングステージ
７ａ ヒータ
８ 画像認識装置
８ａ クロック信号生成回路
８ｂ カメラ制御信号生成回路
８ｃ 増幅器
８ｄ 画像処理回路
８ｅ 変換器
８ｆ 制御回路
８ｇ 画像メモリ
８ｈ 入出力回路
８ｋ 画像切り出し回路
８ｍ 表示制御回路
８ｐ カメラ切替回路
９ モニタ
９ａ クロスライン
９ｂ ウインド
１０ 制御装置
１１ 駆動装置
１２ａ パッド
１４ ランド部
１７ マニュピュレータ
２０ リード
３０ 画像処理装置
Claims (2)
- 被ボンディング部品に対する視野の中心を共有し、レンズ倍率の異なる２種類の光学レンズと撮像素子からなり、前記光学レンズのレンズ倍率に基づいた撮像範囲の異なる撮像信号を出力する撮像手段と、
前記光学レンズ毎の前記撮像手段からの撮像信号を選択する切替手段と、前記切替手段で選択した撮像信号を画像データに変換して前記被ボンディング部品の定点を含む指定範囲より基準パターンとして切り出す画像切り出し手段と、光学レンズ毎の前記基準パターンを記憶する記憶手段と、前記切替手段で選択した光学レンズの前記撮像手段の撮像信号から変換した画像データと該光学レンズに対応した前記記憶手段の基準パターンとのパターンマッチングを行って被ボンディング部品の定点のずれ量を検出する画像認識装置とからなる前記画像認識手段とを備え、
ボンディング時に、前記画像認識手段は、撮像範囲の狭い前記光学レンズの前記撮像手段からの撮像信号による前記パターンマッチングを行い、前記パターンマッチングがエラーとなったとき、撮像範囲の広い前記光学レンズの前記撮像手段からの撮像信号による前記パターンマッチングを行って、前記被ボンディング部品の定点が撮像範囲の狭い前記光学レンズの撮像範囲外であってもずれ量を検出できるようにしたことを特徴とするボンディング装置。 - 前記画像認識手段の前記画像切り出し手段は、撮像範囲の異なる一方の撮像信号の基準パターンを切り出す指定範囲のデータから、撮像範囲の異なる他方の撮像信号の前記被ボンディング部品上での基準パターンとして切り出す範囲が撮像範囲の異なる一方の撮像信号のものと同一となるように、撮像範囲の異なる他方の撮像信号の指定範囲のデータを算出し、算出した該データにより撮像範囲の異なる他方の撮像信号の基準パターンを切り出すようにしたものであることを特徴とする請求項１記載のボンディング装置。
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