JP4259646B2 - ワイヤボンディング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤボンディング装置に関し、特にチップの電極の第１ボンディング点からワイヤを掛け渡すリードの第２ボンディング点までのキャピラリの動作を、マイクロコンピュータにより制御するワイヤボンディング装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、チップの電極とリードとをワイヤで接続するワイヤボンディング装置においては、キャピラリをチップの電極の第１ボンディング点からリードの第２ボンディング点まで水平面内でＸ軸およびＹ軸方向に移動させるＸ軸移動テーブルおよびＹ軸移動テーブルと、上下（Ｚ軸方向）に揺動させるＺ軸駆動機構と、これらを駆動制御するサーボ駆動制御部を有している。Ｚ軸駆動機構の先端部にはワイヤが挿通されたキャピラリが有り、キャピラリが直線と近似円弧を組み合わせた軌跡を描いて移動するようになっている。
【０００３】
図８は、従来のワイヤボンディング装置の構成の一例を示すブロック図である。
図８において、ベース２０上にはＸ軸モータ２１を備えたＸ軸移動テーブル２２と、Ｙ軸モータ２３を備えたＹ軸移動テーブル２４が設置されており、Ｘ軸モータ２１とＹ軸モータ２３の回転によりテーブルが水平面内を移動する。Ｙ軸移動テーブル２４上にはＺ軸駆動機構２５が設置されており、Ｚ軸駆動機構２５は支軸２６により保持ブロック２７に回転自在に軸支されている。Ｚ軸駆動機構２５にはアーム２８が延出しており、アーム２８の先端部にはワイヤ２９が挿通されたキャピラリ３０が保持されている。また、Ｚ軸駆動機構２５にはＺ軸モータ３２がありアーム２８を上下に揺動させる。キャピラリ３０の上位部にはワイヤ２９を第２ボンディング点から切るときに挟持するワイヤクランプ４０を備えている。
【０００４】
べース２０上にはボンディング対象物であるチップ５０が搭載されたリードフレーム５１を搭載するボンディングステージ３３が設置されている。チップ５０には電極５２があり、ボンディングにより電極５２とリード５３がワイヤ２９により接続される。Ｙ軸移動テーブル２４上のＺ軸駆動機構２５の横には保持具３４が延出しており、この保持具３４にはＩＴＶカメラ３５が固定されている。ＩＴＶカメラ３５はボンディング部分に対して水平面内で移動可能であり、ボンディング部分を撮像し映像を読み取り電気信号に変換する。
【０００５】
画像認識部３６はＩＴＶカメラ３５により読み取られた映像信号を画像認識し、ワイヤボンディングに必要な位置決め情報を制御部３７へ出力する。制御部３７はこの位置決め情報によりキャピラリ３０の位置を制御する。制御部３７に含まれるループ制御部３８には、キャピラリ３０が第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動するときの、キャピラリ３０のＸ軸およびＹ軸上の水平面内の位置とＺ軸上の上下の位置のパラメータが予め設定されており、このパラメータによりループ制御部３８はキャピラリ３０が定められた軌跡に沿って移動する制御信号を出力する。
【０００６】
サーボ駆動制御部３９はループ制御部３８からの信号によりＸ軸モータ２１とＹ軸モータ２３とを回転させることにより、Ｘ軸移動テーブル２２とＹ軸移動テーブル２４を水平面内に移動させる。さらにサーボ駆動制御部３９はＺ軸モータ３２を駆動させることによりアーム２８を上下に揺動させる。これによりキャピラリ３０が第１ボンディング点から第２ボンディング点まで定められた軌跡で移動するようになっている。
【０００７】
次に、従来のワイヤボンディング装置のボンディング動作について図８および図９を使用して説明する。
図９は図８の従来のワイヤボンディング装置の動作時のキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。図８によれば、ボンディングステージ３３上のリードフレーム５１の上面にチップ５０が搭載されている。ワイヤボンディングを行うのに先立って、チップ５０の電極５２とリード５３がＩＴＶカメラ３５で撮像される。この映像は電気信号に変換され画像認識部３６にて画像認識されボンディング位置が検出され制御部３７へ送られる。制御部３７ではこの位置情報と制御部３７に含まれるループ制御部３８に予め設定されているキャピラリ３０の移動軌跡のパラメータを使用して、キャピラリ３０が上昇時は直線に、下降時は近似円弧の軌跡で移動させる制御信号が作られる。この制御信号によりサーボ駆動制御部３９はキャピラリを第１ボンディング点から第２ボンディング点まで設定された軌跡で移動させる。
【０００８】
キャピラリ３０が第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動することによりキャピラリ３０に挿通されたワイヤ２９がこの２点を掛け渡し、チップ５０の電極５２とリード５３とがワイヤ２９によりループを形成して接続される。接続が終わるとキャピラリ３０は上昇し第１ボンディング点へ移動して次のボンディング動作へ移る。キャピラリ３０が上昇中にキャピラリ３０の上位部のワイヤクランプ４０が閉じて上へ移動することによりワイヤ２９が切られ、その後スパークにより次のボンディングのためのボールが形成される。
【０００９】
次にキャピラリ３０の移動軌跡について図９を使用して説明する。
図９によれば、キャピラリ３０が第１ボンディング点のＲ０からＲ１までは直線の軌跡で上昇し、Ｒ１からＲ２までは第２ボンディング点の方向とは反対方向に直線の軌跡で水平移動し、Ｒ２から最高位置のＲ３までは直線の軌跡で上昇し、Ｒ３からＲ４，Ｒ５を経由して第２ボンディング点のＲ６までは近似円弧の軌跡で下降する。第１ボンディング点のＲ０と第２ボンディング点のＲ６のＺ軸上の段差Ｄはチップ５０の高さに相当する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術には次のような問題があった。
第１の問題点は、キャピラリが第１ボンディング点から上昇して最高位置に達するまでは３方向の直線移動をし、最高位置から第２ボンディング点までは近似円弧の軌跡で移動するようになっており、キャピラリの移動軌跡が直線と近似円弧だけの単純なものあるので、キャピラリの移動中に行われるキャピラリのワイヤ挿通孔内のワイヤの通過がスムーズに行われなく、良好なループ形成が困難となっている。また、ボンディングの長ワイヤ化により第１ボンディング点から第２ボンディング点までの距離が長くなった場合は、良好なループ形成ができない。この結果ボンディングの信頼度や精度があがらないということである。
【００１１】
近年、半導体チップは高密度化，高精度化の要請により縮小化，多ピン化，リードフレームの共有化が進み第１ボンディング点から第２ボンディング点までの距離が益々長くなっている。これによりワイヤボンディングは長ワイヤ化が進んでおり、直線と円弧だけの軌跡でのキャピラリの動作では対応することが困難となっている。
【００１２】
第２の問題点は、キャピラリが第１ボンディング点から上昇して最高位置に達するまでは３方向の直線移動をし、最高位置から第２ボンディング点までは近似円弧の軌跡で移動するようになっているので、キャピラリの移動方向が３回変わり、これを駆動するサーボ機構はその都度静止安定のための時間を要し、ワイヤボンディングの時間が長くなる。この結果ボンディング速度があがらないということである。
【００１３】
第３の問題点は、キャピラリが第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動するときの速度制御がされていないのでボンディング動作を繰り返したとき第１ボンディング点から第２ボンディング点までの移動時間と移動軌跡の再現性が悪く、このためループの形状にばらつきが生じてループ形成の再現性が悪くなる。この結果ボンディングの信頼度や精度があがらないということである。
【００１４】
第４の問題点は、キャピラリが第２ボンディング点から上昇し第１ボンディング点まで戻るまでの速度制御が行われていないので、キャピラリが上昇して次のボンディングのためのボールを形成するワイヤをキャピラリの先端から出るようにするときに、キャピラリの速度にばらつきがあるとキャピラリ先端から出るワイヤの長さが変わり、このためボールの大きさにばらつきが生じてボール形成の再現性が悪くなる。この結果ボンディングの信頼性があがらないということである。
【００１５】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、ワイヤボンディング装置におけるＸ軸移動テーブルとＹ軸移動テーブルとの水平面内の動作とＺ軸駆動機構の上下動作を、マイクロコンピュータで制御することにより、キャピラリが第１ボンディング点から第２ボンディング点まで最適な軌跡で移動するようにし、良好なループが形成されボンディングの信頼度や精度をあげると共に、ボンディング速度をあげることができるワイヤボンディング装置を提供することにある。
また、キャピラリの動作を速度制御することにより、ループ形成の再現性とボール形成の再現性を良くし、ボンディングの精度と信頼性をあげることができるワイヤボンディング装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために次の各手段構成を有する。
第１の発明は、チップの電極とリードを接続するワイヤが挿通されるキャピラリを保持するアームと、このアームを上下のＺ軸方向に揺動させるＺ軸モータを有するＺ軸駆動機構と、チップの電極とリードの上面を撮像し映像を電気信号に変換するＩＴＶカメラと、前記アームと前記ＩＴＶカメラをチップに対して相対的に水平面内に移動させるＸ軸モータを有するＸ軸移動テーブルおよびＹ軸モータを有するＹ軸移動テーブルと、ボンディング対象物のチップが搭載されたリードフレームを搭載するボンディングステージと、前記ＩＴＶカメラからの映像信号を画像認識し位置情報を得る画像認識部と、画像認識部からの画像信号を受けて、キャピラリの軌跡を定める軌跡信号を演算出力する制御用マイクロコンピュータと、制御用マイクロコンピュータから軌跡信号を受け、前記Ｘ軸モータ，Ｙ軸モータ，Ｚ軸モータを駆動させるサーボ駆動制御部とを有するワイヤボンディング装置であって、前記制御用マイクロコンピュータが、次の各手段構成を有することを特徴とする。
（イ）キャピラリの移動軌跡が直線となる一次関数を記憶する一次関数記憶手段
（ロ）キャピラリの移動軌跡がベジェ曲線となるベジェ関数を記憶するベジェ関数記憶手段
（ハ）キャピラリが直線の軌跡で移動するように制御する一次関数ループ制御手段
（ニ）キャピラリがベジェ曲線の軌跡で移動するように制御するベジェ関数ループ制御手段
【００１７】
第２の発明は、第１の発明の制御用マイクロコンピュータにおける（ロ）記載のベジェ関数記憶手段と（ニ）記載のベジェ関数ループ制御手段に代えて、下記（ロ），（ニ）記載の各手段構成を有することを特徴とするワイヤボンディング装置である。
（ロ）キャピラリの移動軌跡がスプライン曲線となるスプライン関数を記憶するスプライン関数記憶手段
（ニ）キャピラリがスプライン曲線の軌跡で移動するように制御するスプライン関数ループ制御手段
【００１８】
第３の発明は、第１の発明の制御用マイクロコンピュータに、次の手段構成を付加したことを特徴とするワイヤボンディング装置である。
（イ）キャピラリが近似直線とベジェ曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する複合ループ制御手段
【００１９】
第４の発明は、第２の発明の制御用マイクロコンピュータに、次の手段構成を付加したことを特徴とするワイヤボンディング装置である。
（イ）キャピラリが近似直線とスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する複合ループ制御手段
【００２０】
第５の発明は、第１，第２，第３または第４の発明の制御用マイクロコンピュータに、次の各手段構成を付加したことを特徴とするワイヤボンディング装置である。
（イ）キャピラリの動作を速度制御する速度関数を記憶する速度関数記憶手段
（ロ）キャピラリの動作を速度制御する速度制御手段
【００２１】
第６の発明は、第１の発明の制御用マイクロコンピュータに、次の各手段構成を付加したことを特徴とするワイヤボンディング装置である。
（イ）キャピラリの移動軌跡がスプライン曲線となるスプライン関数を記憶するスプライン関数記憶手段
（ロ）キャピラリがスプライン曲線の軌跡で移動するように制御するスプライン関数ループ制御手段
（ハ）キャピラリが直線とベジェ曲線またはスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する複合ループ制御手段
（ニ）キャピラリの動作を速度制御する速度関数を記憶する速度関数記憶手段
（ホ）キャピラリの動作を速度制御する速度制御手段
【００２２】
【作用】
本発明では、各手段構成によりキャピラリの第１ボンディング点から第２ボンディング点までの移動軌跡を、直線とベジェ曲線またはスプライン曲線にしたので、キャピラリの上昇中に行われるワイヤの繰り出しや下降中に行われるワイヤの吸い込みがスムーズに行われるように、移動軌跡を設定することができる。これにより良好なループが形成される。また、ボンディングが長ワイヤ化により第１ボンディング点から第２ボンディング点までの距離が長くなった場合でも、良好なループ形成が行われ、ボンディング精度をあげることができる。
また、本発明では複合ループ制御手段によりキャピラリが近似直線とベジェ曲線またはスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線でつくられた軌跡で移動するようしたので、これを駆動するサーボ機構は従来のような方向転換のための停止始動を行わないので静止安定のための時間が少なくて済み、ワイヤボンディングの時間が速くなり、ボンディング速度をあげることができる。
さらに、キャピラリが第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動するときに速度制御を行うようにしたので、ボンディング動作を繰り返したとき第１ボンディング点から第２ボンディング点までの移動時間と移動軌跡の再現性が良くなり、このためループ形成の再現性が良くなる。この結果ボンディングの精度と信頼性をあげることができる。
さらに、本発明ではキャピラリが第２ボンディング点から上昇し第１ボンディング点まで戻るときに速度制御を行い、キャピラリが上昇中に一定速度領域を設け一定速度領域を通過後にワイヤクランプがワイヤを挟持してワイヤが切られるようにしたので、キャピラリの先端から出るワイヤの長さはボンディング毎にはばらつかず、このためボールの大きさにばらつきが生じなくボール形成の再現性が良くなり、ボンディング精度をあげることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、チップの電極とリードを接続するワイヤが挿通されるキャピラリを保持するアームと、このアームを上下のＺ軸方向に揺動させるＺ軸モータを有するＺ軸駆動機構と、チップの電極とリードの上面を撮像し映像を電気信号に変換するＩＴＶカメラと、前記アームと前記ＩＴＶカメラをチップに対して相対的に水平面内に移動させるＸ軸モータを有するＸ軸移動テーブルおよびＹ軸モータを有するＹ軸移動テーブルと、ボンディング対象物のチップが搭載されたリードフレームを搭載するボンディングステージと、前記ＩＴＶカメラからの映像信号を画像認識し位置情報を得る画像認識部と、演算機能を有する制御用マイクロコンピュータと、Ｘ軸モータ，Ｙ軸モータ，Ｚ軸モータを駆動させるサーボ駆動制御部とを有するワイヤボンディング装置であって、キャピラリが、第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動するときの軌跡と速度を、制御用マイクロコンピュータで演算し制御することにより、ボンディングのループやボールの形成が良好でばらつきがなく再現性を良くしたものである。
【００２４】
制御用マイクロコンピュータにはループ情報記憶部とループ制御部が含まれデータバスで接続されている。ループ情報記憶部にはキャピラリの移動軌跡を形成するための一次関数記憶手段とベジェ関数記憶手段とを有する。また、ループ制御部には一次関数ループ制御手段とベジェ関数ループ制御手段とを有する。キャピラリは一次関数ループ制御手段とベジェ関数ループ制御手段により、直線とベジェ曲線を組み合わせた軌跡を描いて移動するように制御される。この結果ループ形成の再現性が良くなる。
【００２５】
前記制御用マイクロコンピュータに含まれるループ情報記憶部のベジェ関数ループ制御手段に代えてスプライン関数記憶手段を、またループ制御部のベジェ関数ループ制御手段に代えてスプライン関数ループ制御手段を有することにより、キャピラリが直線とスプライン曲線を組み合わせた軌跡を描いて移動するように制御することができる。
【００２６】
さらに、ループ制御部に複合ループ制御手段を付加することにより、一次関数ループ制御手段とベジェ関数ループ制御手段によるキャピラリの移動軌跡が、近似直線とベジェ曲線とを組み合わせたものでキャピラリの方向転換が滑らかに行われる１本の曲線となるように制御される。またベジェ関数ループ制御手段に代えてスプライン関数ループ制御手段とすることができ、移動軌跡が近似直線とベジェ曲線とを組み合わせた１本の曲線となるように制御できる。この結果ループ形成の時間が速くなる。
【００２７】
前記制御用マイクロコンピュータに含まれるループ情報記憶部に速度関数記憶手段を、さらにループ制御部に速度制御手段を付加することにより、キャピラリが動作開始位置から目的位置まで移動するときに水平面内の移動距離が同じである限りどのような方向に対しても、水平面内の軌跡は直線となり同じ所要時間で動作を行うように制御される。この結果ワイヤが水平面内で直線に掛け渡すことができ、ボンディング中のワイヤが隣のワイヤに接触することを防止できる。また、第１ボンディング点から第２ボンディング点までのキャピラリの移動時間が同じとなる。この結果ループ形成の再現性が良くなる。
【００２８】
また、前記速度制御手段により、キャピラリが第２ボンディング点からスパーク点まで上昇する途中に一定速度領域を設けるように制御することにより、次のボンディングのボールを形成するためキャピラリの先端から出るワイヤの長さを一定にすることができる。この結果ボールの大きさにばらつきが生じなくボール形成の再現性が良くなる。
【００２９】
【実施例】
以下本発明のワイヤボンディング装置の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明のワイヤボンディング装置の第１の発明の実施例の構成を示すブロック図である。図１において、ベース２０上にはＸ軸モータ２１を備えたＸ軸移動テーブル２２と、Ｙ軸モータ２３を備えたＹ軸移動テーブル２４が設置されており、Ｘ軸モータ２１とＹ軸モータ２３の回転によりテーブルが水平面内を移動する。Ｙ軸移動テーブル２４上にはＺ軸駆動機構２５が設置されており、Ｚ軸駆動機構２５は支軸２６により保持ブロック２７に回転自在に軸支されている。Ｚ軸駆動機構２５にはアーム２８が延出しており、アーム２８の先端部にはワイヤ２９が挿通されたキャピラリ３０が保持されている。また、Ｚ軸駆動機構２５にはＺ軸モータ３２がありアーム２８を上下に揺動させる。キャピラリ３０の上位部にはワイヤ２９を挟持して切るワイヤクランプ４０を備えている。
【００３０】
べース２０上にはボンディング対象物であるチップ５０を搭載したリードフレーム５１を搭載するボンディングステージ３３が設置されている。
チップ５０には電極５２があり、ボンディングにより電極５２とリード５３がワイヤ２９により接続される。Ｙ軸移動テーブル２４上のＺ軸駆動機構２５の横には保持具３４が延出しており、この保持具３４にはＩＴＶカメラ３５が固定されている。ＩＴＶカメラ３５はボンディング部分に対して水平面内で移動可能であり、ボンディング部分を撮像し映像を読み取り電気信号に変換する。画像認識部３６はＩＴＶカメラ３５により読み取られた映像信号を画像認識し、ワイヤボンディングに必要な位置決め情報を制御用マイクロコンピュータ１へ出力する。
【００３１】
制御用マイクロコンピュータ１はこの位置決め情報によりキャピラリ３０の位置を制御する。制御用マイクロコンピュータ１にはループ情報記憶部２とループ制御部３が含まれデータバス４で接続されている。ループ情報記憶部２にはキャピラリ３０の移動軌跡を形成するための一次関数記憶手段５とベジェ関数記憶手段６が記憶されている。一次関数記憶手段５は一次関数式が記憶されておりキャピラリ３０の移動軌跡が直線のときに読み出される。ベジェ関数記憶手段６はベジェ関数式が記憶されておりキャピラリ３０の移動軌跡がベジェ曲線のときに読み出される。ループ制御部３は一次関数ループ制御手段７とベジェ関数ループ制御手段８を有している。一次関数ループ制御手段７は一次関数記憶手段５に記憶された一次関数式を読み出し、キャピラリ３０が直線の軌跡で移動するように制御する。ベジェ関数ループ制御手段８はベジェ関数記憶手段６に記憶されたベジェ関数式を読み出し、キャピラリ３０がベジェ曲線の軌跡で移動するように制御する。ループ制御部３はキャピラリ３０が電極５２の第１ボンディング点からリード５３の第２ボンディング点まで移動するときのＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上の位置のパラメータが設定できるようになっている。このパラメータを使用してループ制御部３はキャピラリ３０が定められた軌跡に沿って移動し、ワイヤボンディング装置を動作させるための制御信号を出力する。
【００３２】
サーボ駆動制御部３９は、ループ制御部３からの信号によりＸ軸モータ２１とＹ軸モータ２３とを回転させることにより、Ｘ軸移動テーブル２２とＹ軸移動テーブル２４を水平面内に移動させる。さらにサーボ駆動制御部３９はＺ軸モータ３２を駆動しアーム２８を上下に揺動させる。これによりキャピラリ３０が第１ボンディング点から第２ボンディング点まで定められた軌跡で移動するようになっている。
【００３３】
次に本発明の第２，第３，第４，第５および第６の発明の実施例の制御用マイクロコンピュータの構成について図２を使用して詳細に説明する。
図２は本発明の第２，第３，第４，第５および第６の発明の実施例の制御用マイクロコンピュータの構成を説明するためのブロック図である。第２の発明の制御用マイクロコンピュータは、第１の発明の制御用マイクロコンピュータ１に含まれるループ情報記憶部２のベジェ関数記憶手段６をスプライン関数記憶手段１２に置き替え、ループ制御部３のベジェ関数ループ制御手段８をスプライン関数ループ制御手段１４に置き替えたものである。スプライン関数記憶手段１２はスプライン関数が記憶されておりキャピラリ３０の移動軌跡がスプライン曲線のときに読み出される。スプライン関数ループ制御手段１４はスプライン関数記憶手段１２に記憶されたスプライン関数を読み出し、キャピラリ３０がスプライン曲線の軌跡で移動するように制御する。
【００３４】
第３の発明の制御用マイクロコンピュータは、第１の発明の制御用マイクロコンピュータ１に含まれるループ制御部３に複合ループ制御手段１５を付加したものである。複合ループ制御手段１５は一次関数記憶手段５とベージェ関数記憶手段６に記憶された関数を読み出し、キャピラリ３０が近似直線とベジェ曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する。
【００３５】
第４の発明の制御用マイクロコンピュータは、第２の発明の制御用マイクロコンピュータに含まれるループ制御部に複合ループ制御手段１５を付加したものである。複合ループ制御手段１５は一次関数記憶手段５とスプライン関数記憶手段１２に記憶された関数を読み出し、キャピラリ３０が近似直線とスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する。
【００３６】
第５の発明の制御用マイクロコンピュータは、第１，第２，第３または第４の発明の制御用マイクロコンピュータに含まれるループ情報記憶部に速度関数記憶手段１３と、ループ制御部に速度制御手段１６とを付加したものである。速度関数記憶手段１３は速度関数が記憶されておりキャピラリ３０の速度制御に使用される。速度制御手段１６は速度関数記憶手段１３に記憶された関数を読み出し、キャピラリ３０が動作開始位置から目的位置まで移動するときの速度の制御を行う。
【００３７】
第６の発明の制御用マイクロコンピュータ９は、図２に示すように第１の発明の制御用マイクロコンピュータ１に含まれるループ情報記憶部２にスプライン関数記憶手段１２と速度関数記憶手段１３とを付加したループ情報記憶部１０と、ループ制御部３にスプライン関数ループ制御手段１４と複合ループ制御手段１５と速度制御手段１６とを付加したループ制御部１１とを有し、データバス４で接続されている。各手段構成の機能については前に説明したとおりである。
【００３８】
次に、本発明の第１の発明のワイヤボンディング装置の動作について図１および図３を使用して説明する。
図３は本発明の第１の発明の動作においてキャピラリの移動軌跡を示す図である。図１によれば、ボンディングステージ３３上のリードフレーム５１上面にチップ５０が搭載されている。ワイヤボンディングを行うのに先立って、チップ５０の電極５２とリード５３がＩＴＶカメラ３５で撮像される。この映像は電気信号に変換され画像認識部３６にて画像認識されボンディング位置が検出され制御用マイクロコンピュータ１へ送られる。制御用マイクロコンピュータ１ではこの位置情報と制御用マイクロコンピュータ１に含まれるループ制御部３で設定されたキャピラリ３０の移動軌跡のパラメータとを使用して、キャピラリ３０が上昇時は直線の軌跡で、下降時はベジェ曲線の軌跡で移動する制御信号が作られる。この制御信号によりサーボ駆動制御部３９はＸ軸モータ，Ｙ軸モータ，Ｚ軸モータを駆動させ、キャピラリ３０を移動させる。
【００３９】
キャピラリ３０が第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動することによりキャピラリ３０に挿通されたワイヤ２９がこの２点を掛け渡し、チップ５０の電極５２とリード５３とがワイヤ２９によりループを形成して接続される。接続が終わるとキャピラリ３０は上昇し第１ボンディング点へ移動して次のボンディング動作へ移る。キャピラリ３０が上昇するときにキャピラリ３０の上部のワイヤクランプ４０が閉じて上へ移動することによりワイヤ２９が切られ、その後スパークにより次のボンディングのためのボールが形成される。
【００４０】
次にキャピラリの移動軌跡について図４を使用して説明する。
図４は本発明の第１または第２の発明のキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。図４によれば、第１の発明ではキャピラリ３０が第１ボンディング点のＰ０からＰ１までは直線に上昇し、Ｐ１からＰ２までは第２ボンディング点の方向とは反対方向に直線に水平移動し、Ｐ２から最高位置のＰ３までは直線に上昇するように一次関数ループ制御手段７により制御され、Ｐ３からＰ４，Ｐ５を経由して第２ボンディング点のＰｎまではベジェ曲線の軌跡で下降するようにベジェ関数ループ制御手段８により制御される。図４において、Ｐ３からＰ４，Ｐ５を経由した第２ボンディング点までの点線で示した軌跡は、パラメータの設定を変えたもので自由な軌跡が得られる。第１ボンディング点のＰ０と第２ボンディング点のＰｎのＺ軸上の段差Ｄはチップ５０の高さに相当する。
また第２の発明では、Ｐ０からＰ２までの軌跡は第１の発明と同じである。Ｐ３からＰ４，Ｐ５を経由して第２ボンディング点のＰｎまではスプライン曲線の軌跡で下降するようにスプライン関数ループ制御手段１４により制御される。
【００４１】
次に複合ループ制御手段によるキャピラリの移動軌跡について図５を使用して説明する。
図５は本発明の第３または第４の発明の複合ループ制御手段によるキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。図５によれば、第３の発明では、キャピラリ３０が近似直線とベジェ曲線とを組み合わせた１本の曲線でつくられた軌跡で移動するように複合ループ制御手段１５により制御される。これによりキャピラリ３０が図４の軌跡と同様に第１ボンディング点のＰ０からＰ１までは近似直線の軌跡で上昇し、Ｐ１からＰ２までは第２ボンディング点の反対方向に近似直線の軌跡で水平移動し、Ｐ２から最高位置のＰ３までは近似直線の軌跡で上昇し、Ｐ３からＰ４，Ｐ５を経由して第２ボンディング点のＰｎまではベジェ曲線の軌跡で下降する。第１ボンディング点のＰ０と第２ボンディング点のＰｎのＺ軸上の段差Ｄはチップ５０の高さに相当する。第４の発明では、キャピラリ３０が近似直線とスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線でつくられた軌跡で移動するように複合ループ制御手段１５により制御される。
【００４２】
次にキャピラリの速度制御について図６を使用して説明する。
図６は本発明の第５の発明の速度制御手段の動作を説明するためのグラフである。図６によれば、キャピラリ３０が動作開始位置Ｑ０から目的位置Ｑｎまで移動するときの、通過時間ｔ１，ｔ２，ｔｎにおける通過点Ｑ１，Ｑ２，ＱｎのＸ軸座標Ｘ１，Ｘ２，ＸｎとＹ軸座標Ｙ１，Ｙ２，Ｙｎとをパラメータとして速度制御手段１６に設定する。これにより速度制御手段１６がキャピラリ３０が水平面内の移動距離が同じである限りどのような方向に対しても、水平面内の軌跡は直線となり同じ所要時間で動作を行うように制御する。この結果ワイヤ２９が水平面内では直線に掛け渡すことができ、ボンディング中のワイヤが隣のワイヤに接触することを防止できる。また、第１ボンディング点から第２ボンディング点までのキャピラリ３０の移動時間が同じとなりループ形成の再現性を良くすることができる。
【００４３】
次にキャピラリが第２ボンディング点から上昇するときの速度制御について図７を使用して説明する。
図７は本発明の第５の発明の速度制御手段の動作でキャピラリが第２ボンディング点から上昇するときの速度変化を説明するためのグラフである。図７によれば、キャピラリ３０が第２ボンディング点Ｐｎからスパーク点Ｓｍまで上昇するとき、途中のＳ１からＳ２までの一定速度領域を一定速度で動くように速度制御手段１６により制御される。一方Ｓ１でワイヤクランプ４０の挟持信号が出される。しかし挟持信号が出されてワイヤ２９が挟持され切られるまでには時間遅れがあり、この時間遅れはＳ１からＳ２の動作時間とほぼ同じに設定されているのでワイヤ２９はＳ２で切られる。これにより一定速度領域では一定距離だけキャピラリが上昇し、次のボンディングのためのキャピラリの先端が出ているワイヤの長さが安定する。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のワイヤボンディング装置は次の効果を有する。
第１の効果は、キャピラリが第１ボンディング点から第２ボンディング点まで、直線とベジェ曲線またはスプライン曲線の軌跡で移動するようにしたので、キャピラリの移動中に行われるキャピラリのワイヤ挿通孔内のワイヤの通過がスムーズに行われ良好なループが形成される。また、第１ボンディング点から第２ボンディング点までの距離が長くなった場合でも、良好なループ形成が行われる。この結果ボンディングの精度と信頼性をあげることができる。
【００４５】
第２の効果は、複合ループ制御手段によりキャピラリが直線とベジェ曲線またはスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線でつくられた軌跡で移動するようにしたので、これを駆動するサーボ機構は従来のような方向転換のための停止始動を行わないので静止安定のための時間が少なくて済み、ワイヤボンディングの時間が速くなる。この結果ボンディング速度をあげることができる。
【００４６】
第３の効果は、キャピラリが第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動するときに速度制御を行うようにしたので、ボンディング動作を繰り返したとき第１ボンディング点から第２ボンディング点までの移動時間と移動軌跡の再現性が良くなり、このためループ形成の再現性が良くなる。この結果ボンディングの精度と信頼性をあげることができる。
【００４７】
第４の効果は、キャピラリが第２ボンディング点から上昇し第１ボンディング点まで戻るときに速度制御を行い、キャピラリが上昇中に一定速度領域を設けたので、一定速度領域ではキャピラリの上昇距離が一定で変わらず、キャピラリの先端から出ているワイヤの長さがボンディング毎にばらつかず、このためボールの大きさにばらつきがなくボール形成の再現性が良くなる。この結果ボンディング精度をあげることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤボンディング装置の第１の発明の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２，第３，第４，第５および第６の発明の実施例の制御用マイクロコンピュータの構成を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の第１の発明の動作においてキャピラリの移動軌跡を示す図である。
【図４】本発明の第１または第２の発明のキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。
【図５】本発明の第３または第４の発明の複合ループ制御手段によるキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。
【図６】本発明の第５の発明の速度制御手段の動作を説明するためのグラフである。
【図７】本発明の第５の発明の速度制御手段の動作でキャピラリが第２ボンディング点から上昇するときの速度変化を説明するためのグラフである。
【図８】従来のワイヤボンディング装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】図８の従来のワイヤボンディング装置の動作時のキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。
【符号の説明】
１ 制御用マイクロコンピュータ
２ ループ情報記憶部
３ ループ制御部
４ データバス
５ 一次関数記憶手段
６ ベジェ関数記憶手段
７ 一次関数ループ制御手段
８ ベジェ関数ループ制御手段
９ 制御用マイクロコンピュータ
１０ ループ情報記憶部
１１ ループ制御部
１２ スプライン関数記憶手段
１３ 速度関数記憶手段
１４ スプライン関数ループ制御手段
１５ 複合ループ制御手段
１６ 速度制御手段
２０ ベース
２１ Ｘ軸モータ
２２ Ｘ軸移動テーブル
２３ Ｙ軸モータ
２４ Ｙ軸移動テーブル
２５ Ｚ軸駆動機構
２６ 支軸
２７ 保持ブロック
２８ アーム
２９ ワイヤ
３０ キャピラリ
３２ Ｚ軸モータ
３３ ボンディングステージ
３４ 保持具
３５ ＩＴＶカメラ
３６ 画像認識部
３７ 制御部
３８ ループ制御部
３９ サーボ駆動制御部
４０ ワイヤクランプ
５０ チップ
５１ リードフレーム
５２ 電極
５３ リード
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤボンディング装置に関し、特にチップの電極の第１ボンディング点からワイヤを掛け渡すリードの第２ボンディング点までのキャピラリの動作を、マイクロコンピュータにより制御するワイヤボンディング装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、チップの電極とリードとをワイヤで接続するワイヤボンディング装置においては、キャピラリをチップの電極の第１ボンディング点からリードの第２ボンディング点まで水平面内でＸ軸およびＹ軸方向に移動させるＸ軸移動テーブルおよびＹ軸移動テーブルと、上下（Ｚ軸方向）に揺動させるＺ軸駆動機構と、これらを駆動制御するサーボ駆動制御部を有している。Ｚ軸駆動機構の先端部にはワイヤが挿通されたキャピラリが有り、キャピラリが直線と近似円弧を組み合わせた軌跡を描いて移動するようになっている。
【０００３】
図８は、従来のワイヤボンディング装置の構成の一例を示すブロック図である。
図８において、ベース２０上にはＸ軸モータ２１を備えたＸ軸移動テーブル２２と、Ｙ軸モータ２３を備えたＹ軸移動テーブル２４が設置されており、Ｘ軸モータ２１とＹ軸モータ２３の回転によりテーブルが水平面内を移動する。Ｙ軸移動テーブル２４上にはＺ軸駆動機構２５が設置されており、Ｚ軸駆動機構２５は支軸２６により保持ブロック２７に回転自在に軸支されている。Ｚ軸駆動機構２５にはアーム２８が延出しており、アーム２８の先端部にはワイヤ２９が挿通されたキャピラリ３０が保持されている。また、Ｚ軸駆動機構２５にはＺ軸モータ３２がありアーム２８を上下に揺動させる。キャピラリ３０の上位部にはワイヤ２９を第２ボンディング点から切るときに挟持するワイヤクランプ４０を備えている。
【０００４】
べース２０上にはボンディング対象物であるチップ５０が搭載されたリードフレーム５１を搭載するボンディングステージ３３が設置されている。チップ５０には電極５２があり、ボンディングにより電極５２とリード５３がワイヤ２９により接続される。Ｙ軸移動テーブル２４上のＺ軸駆動機構２５の横には保持具３４が延出しており、この保持具３４にはＩＴＶカメラ３５が固定されている。ＩＴＶカメラ３５はボンディング部分に対して水平面内で移動可能であり、ボンディング部分を撮像し映像を読み取り電気信号に変換する。
【０００５】
画像認識部３６はＩＴＶカメラ３５により読み取られた映像信号を画像認識し、ワイヤボンディングに必要な位置決め情報を制御部３７へ出力する。制御部３７はこの位置決め情報によりキャピラリ３０の位置を制御する。制御部３７に含まれるループ制御部３８には、キャピラリ３０が第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動するときの、キャピラリ３０のＸ軸およびＹ軸上の水平面内の位置とＺ軸上の上下の位置のパラメータが予め設定されており、このパラメータによりループ制御部３８はキャピラリ３０が定められた軌跡に沿って移動する制御信号を出力する。
【０００６】
サーボ駆動制御部３９はループ制御部３８からの信号によりＸ軸モータ２１とＹ軸モータ２３とを回転させることにより、Ｘ軸移動テーブル２２とＹ軸移動テーブル２４を水平面内に移動させる。さらにサーボ駆動制御部３９はＺ軸モータ３２を駆動させることによりアーム２８を上下に揺動させる。これによりキャピラリ３０が第１ボンディング点から第２ボンディング点まで定められた軌跡で移動するようになっている。
【０００７】
次に、従来のワイヤボンディング装置のボンディング動作について図８および図９を使用して説明する。
図９は図８の従来のワイヤボンディング装置の動作時のキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。図８によれば、ボンディングステージ３３上のリードフレーム５１の上面にチップ５０が搭載されている。ワイヤボンディングを行うのに先立って、チップ５０の電極５２とリード５３がＩＴＶカメラ３５で撮像される。この映像は電気信号に変換され画像認識部３６にて画像認識されボンディング位置が検出され制御部３７へ送られる。制御部３７ではこの位置情報と制御部３７に含まれるループ制御部３８に予め設定されているキャピラリ３０の移動軌跡のパラメータを使用して、キャピラリ３０が上昇時は直線に、下降時は近似円弧の軌跡で移動させる制御信号が作られる。この制御信号によりサーボ駆動制御部３９はキャピラリを第１ボンディング点から第２ボンディング点まで設定された軌跡で移動させる。
【０００８】
キャピラリ３０が第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動することによりキャピラリ３０に挿通されたワイヤ２９がこの２点を掛け渡し、チップ５０の電極５２とリード５３とがワイヤ２９によりループを形成して接続される。接続が終わるとキャピラリ３０は上昇し第１ボンディング点へ移動して次のボンディング動作へ移る。キャピラリ３０が上昇中にキャピラリ３０の上位部のワイヤクランプ４０が閉じて上へ移動することによりワイヤ２９が切られ、その後スパークにより次のボンディングのためのボールが形成される。
【０００９】
次にキャピラリ３０の移動軌跡について図９を使用して説明する。
図９によれば、キャピラリ３０が第１ボンディング点のＲ０からＲ１までは直線の軌跡で上昇し、Ｒ１からＲ２までは第２ボンディング点の方向とは反対方向に直線の軌跡で水平移動し、Ｒ２から最高位置のＲ３までは直線の軌跡で上昇し、Ｒ３からＲ４，Ｒ５を経由して第２ボンディング点のＲ６までは近似円弧の軌跡で下降する。第１ボンディング点のＲ０と第２ボンディング点のＲ６のＺ軸上の段差Ｄはチップ５０の高さに相当する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術には次のような問題があった。
第１の問題点は、キャピラリが第１ボンディング点から上昇して最高位置に達するまでは３方向の直線移動をし、最高位置から第２ボンディング点までは近似円弧の軌跡で移動するようになっており、キャピラリの移動軌跡が直線と近似円弧だけの単純なものあるので、キャピラリの移動中に行われるキャピラリのワイヤ挿通孔内のワイヤの通過がスムーズに行われなく、良好なループ形成が困難となっている。また、ボンディングの長ワイヤ化により第１ボンディング点から第２ボンディング点までの距離が長くなった場合は、良好なループ形成ができない。この結果ボンディングの信頼度や精度があがらないということである。
【００１１】
近年、半導体チップは高密度化，高精度化の要請により縮小化，多ピン化，リードフレームの共有化が進み第１ボンディング点から第２ボンディング点までの距離が益々長くなっている。これによりワイヤボンディングは長ワイヤ化が進んでおり、直線と円弧だけの軌跡でのキャピラリの動作では対応することが困難となっている。
【００１２】
第２の問題点は、キャピラリが第１ボンディング点から上昇して最高位置に達するまでは３方向の直線移動をし、最高位置から第２ボンディング点までは近似円弧の軌跡で移動するようになっているので、キャピラリの移動方向が３回変わり、これを駆動するサーボ機構はその都度静止安定のための時間を要し、ワイヤボンディングの時間が長くなる。この結果ボンディング速度があがらないということである。
【００１３】
第３の問題点は、キャピラリが第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動するときの速度制御がされていないのでボンディング動作を繰り返したとき第１ボンディング点から第２ボンディング点までの移動時間と移動軌跡の再現性が悪く、このためループの形状にばらつきが生じてループ形成の再現性が悪くなる。この結果ボンディングの信頼度や精度があがらないということである。
【００１４】
第４の問題点は、キャピラリが第２ボンディング点から上昇し第１ボンディング点まで戻るまでの速度制御が行われていないので、キャピラリが上昇して次のボンディングのためのボールを形成するワイヤをキャピラリの先端から出るようにするときに、キャピラリの速度にばらつきがあるとキャピラリ先端から出るワイヤの長さが変わり、このためボールの大きさにばらつきが生じてボール形成の再現性が悪くなる。この結果ボンディングの信頼性があがらないということである。
【００１５】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みて、ワイヤボンディング装置におけるＸ軸移動テーブルとＹ軸移動テーブルとの水平面内の動作とＺ軸駆動機構の上下動作を、マイクロコンピュータで制御することにより、キャピラリが第１ボンディング点から第２ボンディング点まで最適な軌跡で移動するようにし、良好なループが形成されボンディングの信頼度や精度をあげると共に、ボンディング速度をあげることができるワイヤボンディング装置を提供することにある。
また、キャピラリの動作を速度制御することにより、ループ形成の再現性とボール形成の再現性を良くし、ボンディングの精度と信頼性をあげることができるワイヤボンディング装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために次の各手段構成を有する。
第１の発明は、チップの電極とリードを接続するワイヤが挿通されるキャピラリを保持するアームと、このアームを上下のＺ軸方向に揺動させるＺ軸モータを有するＺ軸駆動機構と、チップの電極とリードの上面を撮像し映像を電気信号に変換するＩＴＶカメラと、前記アームと前記ＩＴＶカメラをチップに対して相対的に水平面内に移動させるＸ軸モータを有するＸ軸移動テーブルおよびＹ軸モータを有するＹ軸移動テーブルと、ボンディング対象物のチップが搭載されたリードフレームを搭載するボンディングステージと、前記ＩＴＶカメラからの映像信号を画像認識し位置情報を得る画像認識部と、画像認識部からの画像信号を受けて、キャピラリの軌跡を定める軌跡信号を演算出力する制御用マイクロコンピュータと、制御用マイクロコンピュータから軌跡信号を受け、前記Ｘ軸モータ，Ｙ軸モータ，Ｚ軸モータを駆動させるサーボ駆動制御部とを有するワイヤボンディング装置であって、前記制御用マイクロコンピュータが、次の各手段構成を有することを特徴とする。
（イ）キャピラリの移動軌跡が直線となる一次関数を記憶する一次関数記憶手段
（ロ）キャピラリの移動軌跡がベジェ曲線となるベジェ関数を記憶するベジェ関数記憶手段
（ハ）キャピラリが直線の軌跡で移動するように制御する一次関数ループ制御手段
（ニ）キャピラリがベジェ曲線の軌跡で移動するように制御するベジェ関数ループ制御手段
【００１７】
第２の発明は、第１の発明の制御用マイクロコンピュータにおける（ロ）記載のベジェ関数記憶手段と（ニ）記載のベジェ関数ループ制御手段に代えて、下記（ロ），（ニ）記載の各手段構成を有することを特徴とするワイヤボンディング装置である。
（ロ）キャピラリの移動軌跡がスプライン曲線となるスプライン関数を記憶するスプライン関数記憶手段
（ニ）キャピラリがスプライン曲線の軌跡で移動するように制御するスプライン関数ループ制御手段
【００１８】
第３の発明は、第１の発明の制御用マイクロコンピュータに、次の手段構成を付加したことを特徴とするワイヤボンディング装置である。
（イ）キャピラリが近似直線とベジェ曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する複合ループ制御手段
【００１９】
第４の発明は、第２の発明の制御用マイクロコンピュータに、次の手段構成を付加したことを特徴とするワイヤボンディング装置である。
（イ）キャピラリが近似直線とスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する複合ループ制御手段
【００２０】
第５の発明は、第１，第２，第３または第４の発明の制御用マイクロコンピュータに、次の各手段構成を付加したことを特徴とするワイヤボンディング装置である。
（イ）キャピラリの動作を速度制御する速度関数を記憶する速度関数記憶手段
（ロ）キャピラリの動作を速度制御する速度制御手段
【００２１】
第６の発明は、第１の発明の制御用マイクロコンピュータに、次の各手段構成を付加したことを特徴とするワイヤボンディング装置である。
（イ）キャピラリの移動軌跡がスプライン曲線となるスプライン関数を記憶するスプライン関数記憶手段
（ロ）キャピラリがスプライン曲線の軌跡で移動するように制御するスプライン関数ループ制御手段
（ハ）キャピラリが直線とベジェ曲線またはスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する複合ループ制御手段
（ニ）キャピラリの動作を速度制御する速度関数を記憶する速度関数記憶手段
（ホ）キャピラリの動作を速度制御する速度制御手段
【００２２】
【作用】
本発明では、各手段構成によりキャピラリの第１ボンディング点から第２ボンディング点までの移動軌跡を、直線とベジェ曲線またはスプライン曲線にしたので、キャピラリの上昇中に行われるワイヤの繰り出しや下降中に行われるワイヤの吸い込みがスムーズに行われるように、移動軌跡を設定することができる。これにより良好なループが形成される。また、ボンディングが長ワイヤ化により第１ボンディング点から第２ボンディング点までの距離が長くなった場合でも、良好なループ形成が行われ、ボンディング精度をあげることができる。
また、本発明では複合ループ制御手段によりキャピラリが近似直線とベジェ曲線またはスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線でつくられた軌跡で移動するようしたので、これを駆動するサーボ機構は従来のような方向転換のための停止始動を行わないので静止安定のための時間が少なくて済み、ワイヤボンディングの時間が速くなり、ボンディング速度をあげることができる。
さらに、キャピラリが第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動するときに速度制御を行うようにしたので、ボンディング動作を繰り返したとき第１ボンディング点から第２ボンディング点までの移動時間と移動軌跡の再現性が良くなり、このためループ形成の再現性が良くなる。この結果ボンディングの精度と信頼性をあげることができる。
さらに、本発明ではキャピラリが第２ボンディング点から上昇し第１ボンディング点まで戻るときに速度制御を行い、キャピラリが上昇中に一定速度領域を設け一定速度領域を通過後にワイヤクランプがワイヤを挟持してワイヤが切られるようにしたので、キャピラリの先端から出るワイヤの長さはボンディング毎にはばらつかず、このためボールの大きさにばらつきが生じなくボール形成の再現性が良くなり、ボンディング精度をあげることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、チップの電極とリードを接続するワイヤが挿通されるキャピラリを保持するアームと、このアームを上下のＺ軸方向に揺動させるＺ軸モータを有するＺ軸駆動機構と、チップの電極とリードの上面を撮像し映像を電気信号に変換するＩＴＶカメラと、前記アームと前記ＩＴＶカメラをチップに対して相対的に水平面内に移動させるＸ軸モータを有するＸ軸移動テーブルおよびＹ軸モータを有するＹ軸移動テーブルと、ボンディング対象物のチップが搭載されたリードフレームを搭載するボンディングステージと、前記ＩＴＶカメラからの映像信号を画像認識し位置情報を得る画像認識部と、演算機能を有する制御用マイクロコンピュータと、Ｘ軸モータ，Ｙ軸モータ，Ｚ軸モータを駆動させるサーボ駆動制御部とを有するワイヤボンディング装置であって、キャピラリが、第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動するときの軌跡と速度を、制御用マイクロコンピュータで演算し制御することにより、ボンディングのループやボールの形成が良好でばらつきがなく再現性を良くしたものである。
【００２４】
制御用マイクロコンピュータにはループ情報記憶部とループ制御部が含まれデータバスで接続されている。ループ情報記憶部にはキャピラリの移動軌跡を形成するための一次関数記憶手段とベジェ関数記憶手段とを有する。また、ループ制御部には一次関数ループ制御手段とベジェ関数ループ制御手段とを有する。キャピラリは一次関数ループ制御手段とベジェ関数ループ制御手段により、直線とベジェ曲線を組み合わせた軌跡を描いて移動するように制御される。この結果ループ形成の再現性が良くなる。
【００２５】
前記制御用マイクロコンピュータに含まれるループ情報記憶部のベジェ関数ループ制御手段に代えてスプライン関数記憶手段を、またループ制御部のベジェ関数ループ制御手段に代えてスプライン関数ループ制御手段を有することにより、キャピラリが直線とスプライン曲線を組み合わせた軌跡を描いて移動するように制御することができる。
【００２６】
さらに、ループ制御部に複合ループ制御手段を付加することにより、一次関数ループ制御手段とベジェ関数ループ制御手段によるキャピラリの移動軌跡が、近似直線とベジェ曲線とを組み合わせたものでキャピラリの方向転換が滑らかに行われる１本の曲線となるように制御される。またベジェ関数ループ制御手段に代えてスプライン関数ループ制御手段とすることができ、移動軌跡が近似直線とベジェ曲線とを組み合わせた１本の曲線となるように制御できる。この結果ループ形成の時間が速くなる。
【００２７】
前記制御用マイクロコンピュータに含まれるループ情報記憶部に速度関数記憶手段を、さらにループ制御部に速度制御手段を付加することにより、キャピラリが動作開始位置から目的位置まで移動するときに水平面内の移動距離が同じである限りどのような方向に対しても、水平面内の軌跡は直線となり同じ所要時間で動作を行うように制御される。この結果ワイヤが水平面内で直線に掛け渡すことができ、ボンディング中のワイヤが隣のワイヤに接触することを防止できる。また、第１ボンディング点から第２ボンディング点までのキャピラリの移動時間が同じとなる。この結果ループ形成の再現性が良くなる。
【００２８】
また、前記速度制御手段により、キャピラリが第２ボンディング点からスパーク点まで上昇する途中に一定速度領域を設けるように制御することにより、次のボンディングのボールを形成するためキャピラリの先端から出るワイヤの長さを一定にすることができる。この結果ボールの大きさにばらつきが生じなくボール形成の再現性が良くなる。
【００２９】
【実施例】
以下本発明のワイヤボンディング装置の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明のワイヤボンディング装置の第１の発明の実施例の構成を示すブロック図である。図１において、ベース２０上にはＸ軸モータ２１を備えたＸ軸移動テーブル２２と、Ｙ軸モータ２３を備えたＹ軸移動テーブル２４が設置されており、Ｘ軸モータ２１とＹ軸モータ２３の回転によりテーブルが水平面内を移動する。Ｙ軸移動テーブル２４上にはＺ軸駆動機構２５が設置されており、Ｚ軸駆動機構２５は支軸２６により保持ブロック２７に回転自在に軸支されている。Ｚ軸駆動機構２５にはアーム２８が延出しており、アーム２８の先端部にはワイヤ２９が挿通されたキャピラリ３０が保持されている。また、Ｚ軸駆動機構２５にはＺ軸モータ３２がありアーム２８を上下に揺動させる。キャピラリ３０の上位部にはワイヤ２９を挟持して切るワイヤクランプ４０を備えている。
【００３０】
べース２０上にはボンディング対象物であるチップ５０を搭載したリードフレーム５１を搭載するボンディングステージ３３が設置されている。
チップ５０には電極５２があり、ボンディングにより電極５２とリード５３がワイヤ２９により接続される。Ｙ軸移動テーブル２４上のＺ軸駆動機構２５の横には保持具３４が延出しており、この保持具３４にはＩＴＶカメラ３５が固定されている。ＩＴＶカメラ３５はボンディング部分に対して水平面内で移動可能であり、ボンディング部分を撮像し映像を読み取り電気信号に変換する。画像認識部３６はＩＴＶカメラ３５により読み取られた映像信号を画像認識し、ワイヤボンディングに必要な位置決め情報を制御用マイクロコンピュータ１へ出力する。
【００３１】
制御用マイクロコンピュータ１はこの位置決め情報によりキャピラリ３０の位置を制御する。制御用マイクロコンピュータ１にはループ情報記憶部２とループ制御部３が含まれデータバス４で接続されている。ループ情報記憶部２にはキャピラリ３０の移動軌跡を形成するための一次関数記憶手段５とベジェ関数記憶手段６が記憶されている。一次関数記憶手段５は一次関数式が記憶されておりキャピラリ３０の移動軌跡が直線のときに読み出される。ベジェ関数記憶手段６はベジェ関数式が記憶されておりキャピラリ３０の移動軌跡がベジェ曲線のときに読み出される。ループ制御部３は一次関数ループ制御手段７とベジェ関数ループ制御手段８を有している。一次関数ループ制御手段７は一次関数記憶手段５に記憶された一次関数式を読み出し、キャピラリ３０が直線の軌跡で移動するように制御する。ベジェ関数ループ制御手段８はベジェ関数記憶手段６に記憶されたベジェ関数式を読み出し、キャピラリ３０がベジェ曲線の軌跡で移動するように制御する。ループ制御部３はキャピラリ３０が電極５２の第１ボンディング点からリード５３の第２ボンディング点まで移動するときのＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸上の位置のパラメータが設定できるようになっている。このパラメータを使用してループ制御部３はキャピラリ３０が定められた軌跡に沿って移動し、ワイヤボンディング装置を動作させるための制御信号を出力する。
【００３２】
サーボ駆動制御部３９は、ループ制御部３からの信号によりＸ軸モータ２１とＹ軸モータ２３とを回転させることにより、Ｘ軸移動テーブル２２とＹ軸移動テーブル２４を水平面内に移動させる。さらにサーボ駆動制御部３９はＺ軸モータ３２を駆動しアーム２８を上下に揺動させる。これによりキャピラリ３０が第１ボンディング点から第２ボンディング点まで定められた軌跡で移動するようになっている。
【００３３】
次に本発明の第２，第３，第４，第５および第６の発明の実施例の制御用マイクロコンピュータの構成について図２を使用して詳細に説明する。
図２は本発明の第２，第３，第４，第５および第６の発明の実施例の制御用マイクロコンピュータの構成を説明するためのブロック図である。第２の発明の制御用マイクロコンピュータは、第１の発明の制御用マイクロコンピュータ１に含まれるループ情報記憶部２のベジェ関数記憶手段６をスプライン関数記憶手段１２に置き替え、ループ制御部３のベジェ関数ループ制御手段８をスプライン関数ループ制御手段１４に置き替えたものである。スプライン関数記憶手段１２はスプライン関数が記憶されておりキャピラリ３０の移動軌跡がスプライン曲線のときに読み出される。スプライン関数ループ制御手段１４はスプライン関数記憶手段１２に記憶されたスプライン関数を読み出し、キャピラリ３０がスプライン曲線の軌跡で移動するように制御する。
【００３４】
第３の発明の制御用マイクロコンピュータは、第１の発明の制御用マイクロコンピュータ１に含まれるループ制御部３に複合ループ制御手段１５を付加したものである。複合ループ制御手段１５は一次関数記憶手段５とベージェ関数記憶手段６に記憶された関数を読み出し、キャピラリ３０が近似直線とベジェ曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する。
【００３５】
第４の発明の制御用マイクロコンピュータは、第２の発明の制御用マイクロコンピュータに含まれるループ制御部に複合ループ制御手段１５を付加したものである。複合ループ制御手段１５は一次関数記憶手段５とスプライン関数記憶手段１２に記憶された関数を読み出し、キャピラリ３０が近似直線とスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する。
【００３６】
第５の発明の制御用マイクロコンピュータは、第１，第２，第３または第４の発明の制御用マイクロコンピュータに含まれるループ情報記憶部に速度関数記憶手段１３と、ループ制御部に速度制御手段１６とを付加したものである。速度関数記憶手段１３は速度関数が記憶されておりキャピラリ３０の速度制御に使用される。速度制御手段１６は速度関数記憶手段１３に記憶された関数を読み出し、キャピラリ３０が動作開始位置から目的位置まで移動するときの速度の制御を行う。
【００３７】
第６の発明の制御用マイクロコンピュータ９は、図２に示すように第１の発明の制御用マイクロコンピュータ１に含まれるループ情報記憶部２にスプライン関数記憶手段１２と速度関数記憶手段１３とを付加したループ情報記憶部１０と、ループ制御部３にスプライン関数ループ制御手段１４と複合ループ制御手段１５と速度制御手段１６とを付加したループ制御部１１とを有し、データバス４で接続されている。各手段構成の機能については前に説明したとおりである。
【００３８】
次に、本発明の第１の発明のワイヤボンディング装置の動作について図１および図３を使用して説明する。
図３は本発明の第１の発明の動作においてキャピラリの移動軌跡を示す図である。図１によれば、ボンディングステージ３３上のリードフレーム５１上面にチップ５０が搭載されている。ワイヤボンディングを行うのに先立って、チップ５０の電極５２とリード５３がＩＴＶカメラ３５で撮像される。この映像は電気信号に変換され画像認識部３６にて画像認識されボンディング位置が検出され制御用マイクロコンピュータ１へ送られる。制御用マイクロコンピュータ１ではこの位置情報と制御用マイクロコンピュータ１に含まれるループ制御部３で設定されたキャピラリ３０の移動軌跡のパラメータとを使用して、キャピラリ３０が上昇時は直線の軌跡で、下降時はベジェ曲線の軌跡で移動する制御信号が作られる。この制御信号によりサーボ駆動制御部３９はＸ軸モータ，Ｙ軸モータ，Ｚ軸モータを駆動させ、キャピラリ３０を移動させる。
【００３９】
キャピラリ３０が第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動することによりキャピラリ３０に挿通されたワイヤ２９がこの２点を掛け渡し、チップ５０の電極５２とリード５３とがワイヤ２９によりループを形成して接続される。接続が終わるとキャピラリ３０は上昇し第１ボンディング点へ移動して次のボンディング動作へ移る。キャピラリ３０が上昇するときにキャピラリ３０の上部のワイヤクランプ４０が閉じて上へ移動することによりワイヤ２９が切られ、その後スパークにより次のボンディングのためのボールが形成される。
【００４０】
次にキャピラリの移動軌跡について図４を使用して説明する。
図４は本発明の第１または第２の発明のキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。図４によれば、第１の発明ではキャピラリ３０が第１ボンディング点のＰ０からＰ１までは直線に上昇し、Ｐ１からＰ２までは第２ボンディング点の方向とは反対方向に直線に水平移動し、Ｐ２から最高位置のＰ３までは直線に上昇するように一次関数ループ制御手段７により制御され、Ｐ３からＰ４，Ｐ５を経由して第２ボンディング点のＰｎまではベジェ曲線の軌跡で下降するようにベジェ関数ループ制御手段８により制御される。図４において、Ｐ３からＰ４，Ｐ５を経由した第２ボンディング点までの点線で示した軌跡は、パラメータの設定を変えたもので自由な軌跡が得られる。第１ボンディング点のＰ０と第２ボンディング点のＰｎのＺ軸上の段差Ｄはチップ５０の高さに相当する。
また第２の発明では、Ｐ０からＰ２までの軌跡は第１の発明と同じである。Ｐ３からＰ４，Ｐ５を経由して第２ボンディング点のＰｎまではスプライン曲線の軌跡で下降するようにスプライン関数ループ制御手段１４により制御される。
【００４１】
次に複合ループ制御手段によるキャピラリの移動軌跡について図５を使用して説明する。
図５は本発明の第３または第４の発明の複合ループ制御手段によるキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。図５によれば、第３の発明では、キャピラリ３０が近似直線とベジェ曲線とを組み合わせた１本の曲線でつくられた軌跡で移動するように複合ループ制御手段１５により制御される。これによりキャピラリ３０が図４の軌跡と同様に第１ボンディング点のＰ０からＰ１までは近似直線の軌跡で上昇し、Ｐ１からＰ２までは第２ボンディング点の反対方向に近似直線の軌跡で水平移動し、Ｐ２から最高位置のＰ３までは近似直線の軌跡で上昇し、Ｐ３からＰ４，Ｐ５を経由して第２ボンディング点のＰｎまではベジェ曲線の軌跡で下降する。第１ボンディング点のＰ０と第２ボンディング点のＰｎのＺ軸上の段差Ｄはチップ５０の高さに相当する。第４の発明では、キャピラリ３０が近似直線とスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線でつくられた軌跡で移動するように複合ループ制御手段１５により制御される。
【００４２】
次にキャピラリの速度制御について図６を使用して説明する。
図６は本発明の第５の発明の速度制御手段の動作を説明するためのグラフである。図６によれば、キャピラリ３０が動作開始位置Ｑ０から目的位置Ｑｎまで移動するときの、通過時間ｔ１，ｔ２，ｔｎにおける通過点Ｑ１，Ｑ２，ＱｎのＸ軸座標Ｘ１，Ｘ２，ＸｎとＹ軸座標Ｙ１，Ｙ２，Ｙｎとをパラメータとして速度制御手段１６に設定する。これにより速度制御手段１６がキャピラリ３０が水平面内の移動距離が同じである限りどのような方向に対しても、水平面内の軌跡は直線となり同じ所要時間で動作を行うように制御する。この結果ワイヤ２９が水平面内では直線に掛け渡すことができ、ボンディング中のワイヤが隣のワイヤに接触することを防止できる。また、第１ボンディング点から第２ボンディング点までのキャピラリ３０の移動時間が同じとなりループ形成の再現性を良くすることができる。
【００４３】
次にキャピラリが第２ボンディング点から上昇するときの速度制御について図７を使用して説明する。
図７は本発明の第５の発明の速度制御手段の動作でキャピラリが第２ボンディング点から上昇するときの速度変化を説明するためのグラフである。図７によれば、キャピラリ３０が第２ボンディング点Ｐｎからスパーク点Ｓｍまで上昇するとき、途中のＳ１からＳ２までの一定速度領域を一定速度で動くように速度制御手段１６により制御される。一方Ｓ１でワイヤクランプ４０の挟持信号が出される。しかし挟持信号が出されてワイヤ２９が挟持され切られるまでには時間遅れがあり、この時間遅れはＳ１からＳ２の動作時間とほぼ同じに設定されているのでワイヤ２９はＳ２で切られる。これにより一定速度領域では一定距離だけキャピラリが上昇し、次のボンディングのためのキャピラリの先端が出ているワイヤの長さが安定する。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のワイヤボンディング装置は次の効果を有する。
第１の効果は、キャピラリが第１ボンディング点から第２ボンディング点まで、直線とベジェ曲線またはスプライン曲線の軌跡で移動するようにしたので、キャピラリの移動中に行われるキャピラリのワイヤ挿通孔内のワイヤの通過がスムーズに行われ良好なループが形成される。また、第１ボンディング点から第２ボンディング点までの距離が長くなった場合でも、良好なループ形成が行われる。この結果ボンディングの精度と信頼性をあげることができる。
【００４５】
第２の効果は、複合ループ制御手段によりキャピラリが直線とベジェ曲線またはスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線でつくられた軌跡で移動するようにしたので、これを駆動するサーボ機構は従来のような方向転換のための停止始動を行わないので静止安定のための時間が少なくて済み、ワイヤボンディングの時間が速くなる。この結果ボンディング速度をあげることができる。
【００４６】
第３の効果は、キャピラリが第１ボンディング点から第２ボンディング点まで移動するときに速度制御を行うようにしたので、ボンディング動作を繰り返したとき第１ボンディング点から第２ボンディング点までの移動時間と移動軌跡の再現性が良くなり、このためループ形成の再現性が良くなる。この結果ボンディングの精度と信頼性をあげることができる。
【００４７】
第４の効果は、キャピラリが第２ボンディング点から上昇し第１ボンディング点まで戻るときに速度制御を行い、キャピラリが上昇中に一定速度領域を設けたので、一定速度領域ではキャピラリの上昇距離が一定で変わらず、キャピラリの先端から出ているワイヤの長さがボンディング毎にばらつかず、このためボールの大きさにばらつきがなくボール形成の再現性が良くなる。この結果ボンディング精度をあげることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤボンディング装置の第１の発明の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２，第３，第４，第５および第６の発明の実施例の制御用マイクロコンピュータの構成を説明するためのブロック図である。
【図３】本発明の第１の発明の動作においてキャピラリの移動軌跡を示す図である。
【図４】本発明の第１または第２の発明のキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。
【図５】本発明の第３または第４の発明の複合ループ制御手段によるキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。
【図６】本発明の第５の発明の速度制御手段の動作を説明するためのグラフである。
【図７】本発明の第５の発明の速度制御手段の動作でキャピラリが第２ボンディング点から上昇するときの速度変化を説明するためのグラフである。
【図８】従来のワイヤボンディング装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図９】図８の従来のワイヤボンディング装置の動作時のキャピラリの移動軌跡を３次元グラフで示したものである。
【符号の説明】
１ 制御用マイクロコンピュータ
２ ループ情報記憶部
３ ループ制御部
４ データバス
５ 一次関数記憶手段
６ ベジェ関数記憶手段
７ 一次関数ループ制御手段
８ ベジェ関数ループ制御手段
９ 制御用マイクロコンピュータ
１０ ループ情報記憶部
１１ ループ制御部
１２ スプライン関数記憶手段
１３ 速度関数記憶手段
１４ スプライン関数ループ制御手段
１５ 複合ループ制御手段
１６ 速度制御手段
２０ ベース
２１ Ｘ軸モータ
２２ Ｘ軸移動テーブル
２３ Ｙ軸モータ
２４ Ｙ軸移動テーブル
２５ Ｚ軸駆動機構
２６ 支軸
２７ 保持ブロック
２８ アーム
２９ ワイヤ
３０ キャピラリ
３２ Ｚ軸モータ
３３ ボンディングステージ
３４ 保持具
３５ ＩＴＶカメラ
３６ 画像認識部
３７ 制御部
３８ ループ制御部
３９ サーボ駆動制御部
４０ ワイヤクランプ
５０ チップ
５１ リードフレーム
５２ 電極
５３ リード
Claims (8)
- チップの電極とリードとを接続するワイヤが挿通されるキャピラリと、キャピラリを保持するアームと、このアームを上下のＺ軸方向に揺動させるＺ軸モータを有するＺ軸駆動機構と、チップの電極とリードの上面を撮像し映像を電気信号に変換するＩＴＶカメラと、前記アームと前記ＩＴＶカメラをチップに対して相対的に水平面内に移動させるＸ軸モータを有するＸ軸移動テーブルおよびＹ軸モータを有するＹ軸移動テーブルと、チップが搭載されたリードフレームを搭載するボンディングステージと、前記ＩＴＶカメラからの映像信号を画像認識し位置情報を得る画像認識部と、画像認識部からの画像信号を受けて、キャピラリの軌跡を定める軌跡信号を演算出力する制御用マイクロコンピュータと、制御用マイクロコンピュータから軌跡信号を受け、前記Ｘ軸モータ，Ｙ軸モータ，Ｚ軸モータを駆動させるサーボ駆動制御部とを有するワイヤボンディング装置において、前記制御用マイクロコンピュータが、次の各構成を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
（イ）キャピラリの移動軌跡が直線となる一次関数を記憶する一次関数記憶手段
（ロ）キャピラリの移動軌跡がベジェ曲線となるベジェ関数を記憶するベジェ関数記憶手段
（ハ）キャピラリが直線の軌跡で移動するように制御する一次関数ループ制御手段
（ニ）キャピラリがベジェ曲線の軌跡で移動するように制御するベジェ関数ループ制御手段 - 請求項１記載の制御用マイクロコンピュータにおける（ロ）記載のベジェ関数記憶手段と（ニ）記載のベジェ関数ループ制御手段に代えて、下記（ロ），（ニ）記載の各構成を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
（ロ）キャピラリの移動軌跡がスプライン曲線となるスプライン関数を記憶するスプライン関数記憶手段
（ニ）キャピラリがスプライン曲線の軌跡で移動するように制御するスプライン関数ループ制御手段 - 請求項１記載の制御用マイクロコンピュータに、次の構成を付加したことを特徴とするワイヤボンディング装置。
（イ）キャピラリが近似直線とベジェ曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する複合ループ制御手段 - 請求項２記載の制御用マイクロコンピュータに、次の構成を付加したことを特徴とするワイヤボンディング装置。
（イ）キャピラリが近似直線とスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する複合ループ制御手段 - 請求項１，２，３または４記載の制御用マイクロコンピュータに、次の各構成を付加したことを特徴とするのワイヤボンディング装置。
（イ）キャピラリの動作を速度制御する速度関数を記憶する速度関数記憶手段
（ロ）キャピラリの動作を速度制御する速度制御手段 - 請求項１記載の制御用マイクロコンピュータに、次の各構成を付加したことを特徴とするワイヤボンディング装置。
（イ）キャピラリの移動軌跡がスプライン曲線となるスプライン関数を記憶するスプライン関数記憶手段
（ロ）キャピラリがスプライン曲線の軌跡で移動するように制御するスプライン関数ループ制御手段
（ハ）キャピラリが近似直線とベジェ曲線またはスプライン曲線とを組み合わせた１本の曲線の軌跡で移動するように制御する複合ループ制御手段
（ニ）キャピラリの動作を速度制御する速度関数を記憶する速度関数記憶手段
（ホ）キャピラリの動作を速度制御する速度制御手段 - キャピラリが動作開始位置から目的位置まで移動するときに水平面内の移動距離が同じである限りどのような方向に対しても、水平面内の軌跡は直線で同じ所要時間で動作することを特徴とする請求項５又は請求項６記載のワイヤボンディング装置。
- 速度制御手段が、キャピラリが第２ボンディング点からスパーク点まで上昇する途中の予め定めた領域で一定速度で動作することを特徴とする請求項５又は請求項６記載のワイヤボンディング装置。
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