JP4672211B2 - 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、このＩＣチップが貼着されている被ボンディング部品となるＰＣＢ（プリント基板）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６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６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）等からなるカメラ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、カメラ１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とを備えており、ボンディングステージ７は、複数のＩＣチップ６が長手方向に並べて貼着されたＰＣＢ（プリント基板）等からなる基板３０を加熱するヒータ７ａを有している。
【０００４】
また、図６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認識装置８と、画像認識装置８からの出力を受けるモニタ９と、ボンディング装置の制御等を行う制御装置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】
図６及び図７に示すように、ワイヤボンディング装置は、作業開始に際して加熱されているボンディングステージ７上に搬送装置５により基板３０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を作動させて最先のＩＣチップ６に関するボンディング作業が行われる。図７に示すように、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６ａが並設され、基板３０上のランド部１４に貼着されている。そして、基板３０には、これらパッド６ａ各々に対応するリード２０が設けられている。
【０００６】
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６ａ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。
【０００７】
図６に示すように、オペレータは、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Ｏを図７に示すＩＣチップ６上の２個所の定点ａ、ｂに合わせる。なお、図７に示すように、クロスライン９ａの交点Ｏをセルフティーチにより設定するＩＣチップ６上の２個所の定点ａ、ｂに合わせたときのＸＹテーブル４の位置を第１基準位置及び第２基準位置と称する。なお、オペレータがマニュピュレータ１７を操作してＸＹテーブル４上のカメラ１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ＯをＩＣチップ６上の定点、ボンディング位置としてのパッド６ａの中心点、リード２０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６上の定点ａ，ｂにおけるＸＹテーブル４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基準位置及び第２基準位置でのモニタ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（図６で示すモニタ９上のウインド９ｂ）として画像認識装置８のメモリ（記憶装置）に記憶される。
【０００９】
次に、前述した定点ａ、ｂおける目合わせは、ＩＣチップ６の目合わせであるが、それに加えて基板３０上の１個所の定点に目合わせを行う必要がある。図７に示すように、セルフティーチにより基板３０上で設定する定点ｃであるＸＹテーブル４の位置を基板３０の第１基準位置とする。そして、ＸＹテーブル４の基板３０の第１基準位置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の基板３０の第１基準位置でのモニタ９上のウインド９ｂ内の基板３０上の定点を中心とする画像が基準パターンとして画像認識装置８のメモリに記憶される。次に、全てのパッド６ａ及びリード２０の目合わせを行い、ボンディング点の基準位置座標を制御装置１０内のメモリに記憶する。
【００１０】
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する。
【００１１】
ワイヤボンディング作業では、最初に、ＩＣチップ６、基板３０のずれ量の検出が行われる。図８に示すように、基板３０上に複数のＩＣチップ６が長手方向に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８の破線で示す６’がＩＣチップ６の所定の位置である）。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ａ，ｂの位置を検出して、ＩＣチップ６の所定ａ，ｂの基準位置に対するずれ量を算出する。
【００１２】
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ＩＣチップ６の第１基準位置及び第２基準位置に移動して、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認識装置８に入力して画像認識を行い、第１基準位置及び第２基準位置からのＩＣチップ６上の定点（図８に示す、ａ’、ｂ’）までの各ずれ量（図８のΔＸａ、ΔＹａ及びΔＸｂ、ΔＹｂ）を求める。前記ずれ量のデータに基づきＩＣチップ６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６ａのボンディングの基準位置座標と演算して、ＩＣチップ６のボンディングすべきパッド６ａのボンディング位置座標を算出する。
【００１３】
また、搬送装置５で基板３０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上での基板３０の位置が、Ｘ方向にばらつくことがある。このため、図８に示すように、基板３０上の第１基準位置からの定点（図８に示すｃ’）の位置を検出して、基板３０上の所定の位置に対するずれ量を算出する。すなわち、基板３０のずれ量は、ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１をセルフティーチで予め設定された基板３０の第１基準位置に移動して、第１基準位置から基板３０上の定点ｃ’までのずれ量を求める。このずれ量に基づきリード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。
【００１４】
また、基板３０上は、搬送装置５のボンディングステージ７上でヒータ７ａにより加熱されるため、基板３０が熱により膨張することにより基板３０上の各リード２０の位置がずれてしまうことがある。このため、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の位置を検出して前記リードボンディング位置座標の修正を行い、実際のリード２０の位置を求めるようにしている。
【００１５】
以上説明したＩＣチップ６のパッド６ａ及びリード２０の各位置を算出後、ＸＹテーブル４を作動して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をボンディング位置座標に基づきパッド６ａの直上に位置決めして、図６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６ａ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。
【００１６】
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６ａ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６ａ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。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来のボンディング装置では、セルフティーチにより、ＩＣチップ６及び基板３０の定点の基準位置、パッド６ａ及びリード２０のボンディング位置を前もつて設定している。
【００１８】
しかしながら、ＩＣパッケージの多ピン化により、ボンディング点等の目合わせ作業は、時間を要し、また、小パッド及びリード幅の微細化により、目合わせ作業が困難となってきている。このため、ＩＣチップ６及び基板３０の各定点の基準位置及びボンディング基準位置をＣＡＤ（コンピューターによる設計）の設計データを用いて設定することが行われている。定点の基準位置及びボンディング基準位置の座標データは、フレキシブルディスク等に格納されており、フレキシブルディスクより座標データを読み出して、制御装置の記憶装置（メモリ）に格納する。また、ＣＡＤの設計データを記憶したコンピュータとボンディング装置の制御装置１０とを通信によりデータを転送するようにしている。
【００１９】
しかしながら、ＣＡＤのＩＣチップ６の設計値のデータは、常温時のものであり、ボンディング時には搬送装置５のヒータ７ａにより加熱されるため、ＩＣチップ全体が熱により膨張する。特に、チップサイズの大きいＩＣチップでは、熱によるＩＣチップの膨張を考慮してパッドの位置を正確に求める必要がある。
【００２０】
また、ボンディング時に基板３０は、ヒータによる加熱されることにより、基板全体が延びたり、歪みを発生して、基板３０上に形成されたリードの位置が変化してしまう。また、セラミックよりなるパッケージは、セラミックの焼結時に、セラミックの歪み、伸縮によりリードの位置が一定していない。
【００２１】
ＰＣＢ、セラミック等の基板３０は、基板３０の伸縮、歪み等によりリードの位置が一定していないため、リードロケイタにより個々のリードの位置を検出して、リードの位置を補正する必要がある。リードロケイタは、カメラ１により総てのリードの画像を撮像してリードの位置を検出するため、検出に時間がかかってしまう。このため、半導体デバイスのボンディング工程での生産数を向上させることが課題となっている。
【００２２】
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、熱によるＩＣチップの膨張があっても、少なくとも３個所のＩＣチップ上の定点の位置を求めることにより、正確なパッドの位置を算出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。
【００２３】
また、被ボンディング部品のリードの位置の検出を、リードロケイタによる個々のリードの位置を検出することなしに、少なくとも３個所の基板上の定点の位置を求めることにより、リードの位置を算出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。
【００２４】
【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してボンディングを行うボンディング手段と、前記ボンディング手段を前記被ボンディング部品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、
被ボンディング部品上の定点の基準位置の位置座標からのずれ量を検出するずれ量検出手段と、前記ずれ量検出手段からのずれ量によりボンディング位置座標を演算する演算手段とからなるボンディング装置であって、前記ずれ量検出手段は、前記位置決め手段が定点の基準位置の位置座標に移動後、前記位置決め手段に搭載されたカメラからの信号を画像データに変換して、変換した画像データを画像認識して定点の基準位置の位置座標からのずれ量を算出し、前記演算手段は、前記ずれ量検出手段で検出した被ボンディング部品上のＩＣチップ又は基板における３個所の定点の基準位置の位置座標からのずれ量を基準位置の位置座標に加算して、ＸＹ直交軸上の定点の位置座標を算出し、算出した３個所の定点の位置座標（Ｘ１’，Ｙ１’）、（Ｘ２’，Ｙ２’）、（Ｘ３’，Ｙ３’）及び定点の３個所の基準位置の位置座標（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）を３行３列の同次座標系のマトリックスに変換し、変換した定点の位置座標のマトリックスは、数式１に示す定点の基準位置の位置座標のマトリックスと変換マトリックスＭＳとの積とからなり、前記数式１から前記変換マトリックスＭＳにおけるＳ００、Ｓ１１のＸ軸及びＹ軸の被ボンディング部品の伸縮率であるスケール要素値、Ｓ１０、Ｓ０１のＸ軸及びＹ軸の被ボンディング部品の歪みの比率であるスキュー要素値、Ｓ２０，Ｓ２１のＸ軸及びＹ軸の被ボンディング部品の平行移動量であるオフセット要素値を算出し、
【数１】
Figure 0004672211
被ボンディング部品上のＩＣチップ又は基板のボンディング点の基準位置座標と前記数式１から算出された前記変換マトリックスＭＳの各要素値との演算により、ボンディング位置座標を算出するようにしたものである。
【００２８】
また、本発明によるボンディング装置は、変換マトリックスの演算されたＸ軸及びＹ軸スケール要素値、Ｘ軸及びＹ軸スキュー要素値、Ｘ軸及びＹ軸オフセット要素値を前もって設定した基準値と比較して、前記各要素値が基準値以上の場合はエラー信号を出力するようにしたものである。
【００２９】
【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の実施の形態について説明する。なお、図６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。図１は、本発明によるボンディング装置の構成を示すブロック図、図２は、ＩＣチップ６及び基板３０上に設定した定点及び定点の基準位置を示す図、図３は、ＩＣチップ６及び基板３０上の定点のずれ量を示した図、図４は、ＩＣチップ６のパッド６ａのボンディング位置座標の算出のフローチャートを示す図、図５は、基板３０のボンディング位置座標の算出のフローチャートを示す図である。
【００３０】
図１に示すように、本発明によるボンディング装置は、先端に取り付けられたレンズ１ｂ及び撮像素子が内蔵された１つのカメラヘッド１ａを有して、被ボンディング部品の撮像を行う撮像手段としての１つのカメラ１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１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４と、カメラ１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を搭載した基板３０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１からの出力を受けてずれ量の検出を行うずれ量検出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１０ａ及びデータを記憶するメモリ（記憶装置）１０ｂを含む演算手段としての制御装置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、図１に示す制御装置１０のメモリ１０ｂは、以下に説明するずれ量の検出、ボンディング位置の演算等の各動作をつかさどる制御及び演算プログラムを内蔵している。
【００３１】
以下に、本発明によるボンディング装置におけるＩＣチップ６等の定点のずれ量の検出、ボンディング位置の算出について述べる。なお、ＩＣチップ６上及び基板３０上の定点の基準位置座標及びＩＣチップ６のパッド６ａ及び基板３０のリード２０の基準ボンディングの位置座標は、前もってセルフティーチ又はＣＡＤデータにより設定されている。すなわち、図２に示すように、ＩＣチップ６上の定点ｅの第１基準位置の位置座標を（Ｘａ１，Ｙａ１）、定点ｆの第２基準位置の位置座標を（Ｘａ２，Ｙａ２）、定点ｇの第３基準位置の位置座標を（Ｘａ３，Ｙａ３）とする。また、基板３０上の定点ｈの第１基準位置の位置座標を（Ｘｂ１，Ｙｂ１）、定点ｉの第２基準位置の位置座標を（Ｘｂ２，Ｙｂ２）、定点ｊの第３基準位置の位置座標を（Ｘｂ３，Ｙｂ３）とする。また、ＩＣチップ６のボンディングの基準位置座標を（ＸＰｎ，ＹＰｎ）、リード２０のボンディングの基準位置座標を（ＸＬｎ，ＹＬｎ）とする。但し、ｎは、n＝１，２・・・、Ｎを示す。
【００３２】
次に、ＩＣチップ６、基板３０の伸縮、歪み及びオフセットを表す変換マトリックス（スケーリングマトリックス、以後スケーリングマトリックスと記す）について述べる。ＩＣチップ６、基板３０の伸縮、歪み及びオフセット値は式（１）に示すスケーリングマトリックス［ＭＳ］で表現される。
【００３３】
【数１】
Figure 0004672211
【００３４】
但し、スケーリングマトリックス［ＭＳ］のＳ００はＸ方向のスケール（伸縮）要素、Ｓ１０はＸ軸のスキュー（歪み）要素、Ｓ２０はＸ方向のオフセット（平行移動）要素、Ｓ０１はＹ軸のスキュー要素、Ｓ１１はＹ方向のスケール要素、Ｓ２１はＹ方向のオフセット要素をそれぞれ示す。なお、スケーリングマトリックス［ＭＳ］は、ＩＣチップ６、基板３０でそれぞれに割り当てられており、ＩＣチップ６のスケーリングマトリックスを［ＭＳＰ］、基板３０のスケーリングマトリックスを［ＭＳＬ］とする。
【００３５】
また、以下の説明で、スケーリングマトリックス［ＭＳ］のＸ方向のスケール要素Ｓ００は［ＭＳＰ］ではＳａ００、［ＭＳＬ］ではＳｂ００とし、Ｘ軸のスキュー要素Ｓ１０は、［ＭＳＰ］ではＳａ１０、［ＭＳＬ］ではＳｂ１０とし、Ｘ方向のオフセット要素Ｓ２０は［ＭＳＰ］ではＳａ２０、［ＭＳＬ］ではＳｂ２０とし、Ｙ方向のスキュー要素Ｓ０１は［ＭＳＰ］ではＳａ０１、［ＭＳＬ］ではＳｂ１０とし、Ｙ軸のスケール要素Ｓ１１は、［ＭＳＰ］ではＳａ１１、［ＭＳＬ］ではＳｂ１１とし、Ｙ方向のオフセット要素Ｓ２１は［ＭＳＰ］ではＳａ２１、［ＭＳＬ］ではＳｂ２１とそれぞれ表記する。
【００３６】
次に、ＩＣチップ６のスケーリングマトリックス［ＭＳＰ］及び基板３０のスケーリングマトリックス［ＭＳＬ］の各要素の演算について図３を用いて説明する。
【００３７】
図３に示すように、最初に、ＸＹテーブル４は、ＩＣチップ６上の第１基準位置の位置座標（Ｘａ１，Ｙａ１）に移動する（図３に基準位置を点線の十字マークで示す）。ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１でＩＣチップ６を撮像して、その撮像信号を画像認識装置８に入力する。画像認識装置８は、カメラ１からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、第１基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、第１基準位置からの定点（図３に示すｅ’）のずれ量を算出する。図３に示すように、第１基準位置からのＸ軸上のずれ量を△Ｘａ１、Ｙ軸上のずれ量を△Ｙａ１とする。この時の定点ｅ’の位置座標（Ｘａ１’，Ｙａ１’）は
Ｘａ１’＝ Ｘａ１＋△Ｘａ１
Ｙａ１’＝ Ｙａ１＋△Ｙａ１
となる。
【００３８】
次に、ＸＹテーブル４は、ＩＣチップ６上の第２基準位置の位置座標（Ｘａ２，Ｙａ２）に移動する（図３に基準位置を点線の十字マークで示す）。ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１でＩＣチップ６を撮像してその撮像信号を画像認識装置８に入力する。画像認識装置８は、カメラ１からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、第２基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、第２基準位置からの定点（図３に示すｆ’）のずれ量を算出する。図３に示すように、第２基準位置からのＸ軸上のずれ量を△Ｘａ２、Ｙ軸上のずれ量を△Ｙａ２とする。この時の定点ｆ’の位置座標（Ｘａ２’，Ｙａ２’）は
Ｘａ２’＝ Ｘａ２＋△Ｘａ２
Ｙａ２’＝ Ｙａ２＋△Ｙａ２
となる。
【００３９】
次に、ＸＹテーブル４は、ＩＣチップ６上の第３基準位置の位置座標（Ｘａ３，Ｙａ３）に移動する（図３に基準位置を点線の十字マークで示す）。ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１でＩＣチップ６を撮像してその撮像信号を画像認識装置８に入力する。画像認識装置８は、カメラ１からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、第３基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、第３基準位置からの定点（図３に示すｇ’）のずれ量を算出する。図３に示すように、第３基準位置からのＸ軸上のずれ量を△Ｘａ３、Ｙ軸上のずれ量を△Ｙａ３とする。この時の定点ｇ’の位置座標（Ｘａ３’，Ｙａ３’）は
Ｘａ３’＝ Ｘａ３＋△Ｘａ３
Ｙａ３’＝ Ｙａ３＋△Ｙａ３
となる。
【００４０】
以上により、ＩＣチップ６上の３個所の定点の位置座標が算出される。
【００４１】
ＩＣチップ６上の３個所の定点の算出された位置座標（Ｘａ１’，Ｙａ１’）、（Ｘａ２’，Ｙａ２’）、（Ｘａ３’，Ｙａ３’）及びＩＣチップ６上の３個所の定点の基準位置座標（Ｘａ１，Ｙａ１）、（Ｘａ２，Ｙａ２）、（Ｘａ３，Ｙａ３）を３行３列の同次座標系のマトリックスに変換し、変換した定点の位置座標のマトリックスは、式（２）に示す定点の基準位置の位置座標のマトリックスとスケーリングマトリックス［ＭＳＰ］との積で示される。
【００４２】
【数２】
Figure 0004672211
【００４３】
式（２）上よりＳａ００、Ｓａ１０、Ｓａ２０、Ｓａ０１、Ｓａ１１、Ｓａ２１を算出することによりＩＣチップ６のスケーリングマトリックス［ＭＳＰ］の各要素の値が決定される。尚、スケーリングマトリックス［ＭＳＰ］の算出される各要素値は、Ｓａ００は、ＩＣチップ６のＸ軸方向の伸縮率であるスケール要素値であり、Ｓａ１１は、ＩＣチップ６のＹ軸方向の伸縮率であるスケール要素値である。Ｓａ１０はＩＣチップ６のＸ軸方向の歪みの比率であるスキュー要素値であり、Ｓａ０１はＩＣチップ６のＹ軸方向の歪みの比率であるスキュー要素値である。また、Ｓａ２０はＩＣチップ６のＸ軸方向の平行移動量であるオフセット要素値であり、Ｓａ２１はＩＣチップ６のＹ軸方向の平行移動量であるオフセット要素値をそれぞれ示す。また、基板３０のスケーリングマトリックス［ＭＳＬ］も同様に算出することができる。以下に、基板３０のスケーリングマトリックス［ＭＳＬ］の算出について述べる。
【００４４】
ＸＹテーブル４は、基板３０上の第１基準位置の位置座標（Ｘｂ１，Ｙｂ１）に移動する（図３に基準位置を点線の十字マークで示す）。ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１で基板３０を撮像してその撮像信号を画像認識装置８に入力する。画像認識装置８は、カメラ１からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、基板３０上の第１基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、基板３０の第１基準位置からの定点（図３に示すｈ’）のずれ量を算出する。図３に示すように、基板３０上の第１基準位置からのＸ軸上のずれ量を△Ｘｂ１、Ｙ軸上のずれ量を△Ｙｂ１とする。この時の基板３０上の定点ｈ’の位置座標（Ｘｂ１’，Ｙｂ１’）は
Ｘｂ１’＝ Ｘｂ１＋△Ｘｂ１
Ｙｂ１’＝ Ｙｂ１＋△Ｙｂ１
となる。
【００４５】
次に、ＸＹテーブル４は、基板３０上の第２基準位置の位置座標（Ｘｂ２，Ｙｂ２）に移動する（図３に基準位置を点線の十字マークで示す）。ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１で基板３０を撮像してその撮像信号を画像認識装置８に入力する。画像認識装置８は、カメラ１からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、基板３０上の第２基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、基板３０上の第２基準位置からの定点（図３に示すｉ’）のずれ量を算出する。図３に示すように、基板３０上の第２基準位置からのＸ軸上のずれ量を△Ｘｂ２、Ｙ軸上のずれ量を△Ｙｂ２とする。この時の基板３０上の定点ｉ’の位置座標（Ｘｂ２’，Ｙｂ２’）は
Ｘｂ２’＝ Ｘｂ２＋△Ｘｂ２
Ｙｂ２’＝ Ｙｂ２＋△Ｙｂ２
となる。
【００４６】
次に、ＸＹテーブル４は、基板３０上の第３基準位置の位置座標（Ｘｂ３，Ｙｂ３）に移動する（図３に基準位置を点線の十字マークで示す）。ＸＹテーブル４上に搭載されたカメラ１は、１で基板３０を撮像してその撮像信号を画像認識装置８に入力する。画像認識装置８は、カメラ１からの撮像信号を画像データに変換して、変換した画像データと、第６基準位置の基準パターンとのマッチング処理を行って、基板３０上の第３基準位置からの定点（図３に示すｊ’）のずれ量を算出する。図３に示すように、基板３０上の第３基準位置からのＸ軸上のずれ量を△Ｘｂ３、Ｙ軸上のずれ量を△Ｙｂ３とする。この時の基板３０上の定点ｊ’の位置座標（Ｘｂ３’，Ｙｂ３’）は
Ｘｂ３’＝ Ｘｂ３＋△Ｘｂ３
Ｙｂ３’＝ Ｙｂ３＋△Ｙｂ３
となる。
【００４７】
以上により、基板３０上の３個所の定点の位置座標が検出される。
【００４８】
基板３０上の３個所の定点の検出された位置座標（Ｘｂ１’，Ｙｂ１’）、（Ｘｂ２’，Ｙｂ２’）、（Ｘｂ３’，Ｙｂ３’）及び基板３０上の３個所の基準位置座標（Ｘｂ１，Ｙｂ１）、（Ｘｂ２，Ｙｂ２）、（Ｘｂ３，Ｙｂ３）を３行３列の同次座標系のマトリックスに変換し、変換した定点の位置座標のマトリックスは、式（３）に示す定点の基準位置の位置座標のマトリックスとスケーリングマトリックス［ＭＳＬ］との積で示される。
【００４９】
【数３】
Figure 0004672211
【００５０】
式（３）よりＳｂ００、Ｓｂ１０、Ｓｂ２０、Ｓｂ０１、Ｓｂ１１、Ｓｂ２１を算出することにより基板３０のスケーリングマトリックス［ＭＳＬ］の各要素の値が決定される。尚、スケーリングマトリックス［ＭＳＬ］の算出される各要素値は、Ｓｂ００は、基板３０のＸ軸方向の伸縮率であるスケール要素値であり、Ｓｂ１１は、基板３０のＹ軸方向の伸縮率であるスケール要素値である。Ｓｂ１０は基板３０のＸ軸方向の歪みの比率であるスキュー要素値であり、Ｓｂ０１は基板３０のＹ軸方向の歪みの比率であるスキュー要素値である。また、Ｓｂ２０は基板３０のＸ軸方向の平行移動量であるオフセット要素値であり、Ｓｂ２１は基板３０のＹ軸方向の平行移動量であるオフセット要素値をそれぞれ示す。
【００５１】
また、本発明のボンディング装置は、演算されたＩＣチップ６及び基板３０のスケーリングマトリックス［ＭＳＰ］、［ＭＳＬ］のＸ軸及びＹ軸スケール要素値、Ｘ軸及びＹ軸スキュー要素値及びＸ軸及びＹ軸オフセット要素値を前もって設定した基準値と比較して、前記各要素値が基準値以上の場合はエラー信号を出力して、動作を停止して、オペレータに警報を出力するようにしたものである。
【００５２】
算出したスケーリングマトリックスの各要素値を基準値と比較することにより、例えば、スケーリングマトリックス［ＭＳＰ］のＹ方向のオフセット要素値が基準値よりも大きな値の時には、ＩＣチップ６の基板３０上の貼着位置が大きくずれている場合であり、このような異常な状態を検知することできる。
【００５３】
次に、算出したＩＣチップ６及び基板３０のスケーリングマトリックス［ＭＳＰ］、［ＭＳＰ］を使用して、ボンディングの位置座標の算出について述べる。
【００５４】
ＩＣチップ６のパッド６ａのボンディングの基準位置座標（ＸＰｎ，ＹＰｎ）は、ＩＣチップ６のスケーリングマトリックス［ＭＳＰ］により、実際のボンディングの位置座標の変換される。すなわち、ＩＣチップ６のパッド６ａの実際のボンディングの位置座標を （ＸＰｎ’，ＹＰｎ’）とすると、
［ＸＰｎ’ ＹＰｎ’ １］＝［ＸＰｎ ＹＰｎ １］［ＭＳＰ］
より、パッド６ａのボンディングの位置座標を算出する。
【００５５】
また、基板３０のリード２０のボンディングの基準位置座標（ＸＬｎ，ＹＬｎ）は、基板３０のスケーリングマトリックス［ＭＳＬ］により、実際のボンディングの位置座標の変換される。リード２０の実際のボンディングの位置座標を （ＸＬｎ’，ＹＬｎ’）とすると、
［ＸＬｎ’ ＹＬｎ’ １］＝［ＸＬｎ ＹＬｎ １］［ＭＳＬ］
より、リード２０のボンディングの位置座標を算出する。
【００５６】
算出されたパッド６ａ及びリード２０の位置座標より、ＩＣチップ６に設けられた各パッド６ａとこれらに対応して配設された各リード２０についてのワイヤボンディングの動作を行う。
【００５７】
以上述べたＩＣチップ６のパッド６ａのボンディング位置座標の算出のフローチャートを図４に、基板３０のボンディング位置座標の算出のフローチャートを図５にそれぞれ示す。
【００５８】
図４に示すように、最初に、ＸＹテーブル４をＩＣチップ６の第１基準位置に移動する（図４に示すステップＳ１）。次に、ＩＣチップ６上の定点ｅの第１基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する（ステップＳ２）。定点ｅの第１基準位置からのずれ量を検出後、ＸＹテーブル４をＩＣチップ６の第２基準位置に移動する（ステップＳ３）。次に、定点ｆの第２基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する（ステップＳ４）。定点ｆの第２基準位置からのずれ量を検出後、ＸＹテーブル４をＩＣチップ６の第３基準位置に移動する（ステップＳ５）。次に、定点ｇの第３基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する（ステップＳ６）。
【００５９】
各定点のすれ量データにより、ＩＣチップ６の各定点の位置座標を算出する（ステップＳ７）。次に、各定点の位置座標及び基準位置の位置座標によりスケーリングマトリックス［ＭＳＰ］の各要素の値を算出する（ステップＳ８）。算出したスケーリングマトリックス［ＭＳＰ］の各要素の値が基準値以内であるかをチェックする（ステップＳ９）。スケーリングマトリックス［ＭＳＰ］の各要素の値が基準値以上のものがある場合には、エラー信号を出力して動作を停止する（ステップＳ１０）。
【００６０】
次に、基板３０のボンディング位置座標の算出のフローチャートを図５を用いて説明する。図４に示すステップＳ６での［ＭＳＰ］の各要素の値が基準値以内の場合には、最初に、ＸＹテーブル４を基板３０の第１基準位置に移動する（図５に示すステップＳ２０）。次に、基板３０上の定点ｈの第１基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する（ステップＳ２１）。定点ｈの第１基準位置からのずれ量を検出後、ＸＹテーブル４を基板３０の第２基準位置に移動する（ステップＳ２２）。次に、基板３０上の定点ｉの第２基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する（ステップＳ２３）。定点ｉの第２基準位置からのずれ量を検出後、ＸＹテーブル４を基板３０の第３基準位置に移動する（ステップＳ２４）。次に、基板３０上の定点ｊの第３基準位置からのずれ量を検出して、検出したずれ量のデータを制御装置内のメモリに記憶する（ステップＳ２５）。各定点のすれ量データにより、基板３０の各定点の位置座標を算出する（ステップＳ２６）。
【００６１】
次に、各定点の位置座標及び基準位置の位置座標によりスケーリングマトリックス［ＭＳＬ］の各要素の値を算出する（ステップＳ２７）。算出したスケーリングマトリックス［ＭＳＬ］の各要素の値が基準値以内であるかをチェックする（ステップＳ２８）。スケーリングマトリックス［ＭＳＬ］の各要素の値が基準値以上のものがある場合には、エラー信号を出力して動作を停止する（ステップＳ３０）。
【００６２】
スケーリングマトリックス［ＭＳＬ］の各要素の値が基準値以内の場合は、パッド６ａ、リード２０のボンディング位置座標の算出を行って（ステップＳ２９）、ボンディング動作を開始する。
【００６３】
以上の説明では、ＩＣチップ６及び基板３０での３個所の定点の基準位置からのずれ量を検出してボンディングの位置を算出したが、例えば、ＩＣチップ６のみ、又は基板３０のみを３個所の定点で検出してボンディングの位置を算出し、基板３０又はＩＣチップ６を従来通りに、２個所の定点で検出してボンディングの位置を算出するようにしてもよい。
【００６４】
また、ＩＣチップ６、基板３０で４個所の定点の基準位置からのずれ量を検出して、定点を３個所ずつの組み合わせにより、各組み合わせのスケーリングマトリックスの各要素値を算出して、同一の要素値の最大値と最小値の差が所定の範囲内であることを確認して、同一の要素値の平均値を要素値とするようにしてもよい。 また、定点のずれ量は、画像認識装置８により検出しているが、基準位置からマニュピュレータ１７で定点を目合わせしてずれ量を検出するようにしてもよい。
【００６５】
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することができる。
【００６６】
【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、被ボンディング部品のリードの位置の検出を、リードロケイタによる個々のリードの位置を検出することなしに、少なくとも３個所の基板上の定点の位置を求めることにより、リードの位置を算出することが可能であるため、半導体デバイスのボンディング工程での生産数を向上させることができる。また、本発明によるボンディング装置によれば、チップサイズの大きいＩＣチップで、熱によるＩＣチップの膨張があっても、少なくとも３個所のＩＣチップ上の定点の位置を求めることにより、正確なパッドの位置を算出することが可能となり、高精度なボンディングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるボンディング装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ＩＣチップ及び基板上に設定した定点及び定点の基準位置を示す図である。
【図３】ＩＣチップ及び基板上の定点のずれ量を示した図である。
【図４】ＩＣチップのパッドのボンディング位置座標の算出のフローチャートを示す図である。
【図５】基板のボンディング位置座標の算出のフローチャートを示す図である。
【図６】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７】基板に貼着されたＩＣチップの位置を示し、ＩＣチップ上に設定した定点の位置を示す図である。
【図８】基準位置からのＩＣチップの定点のずれ量を示す図である。
【符号の説明】
１ カメラ
１ａ カメラヘッド
１ｂ 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
６ａ パッド
７ ボンディングステージ
７ａ ヒータ
８ 画像認識装置
９ モニタ
９ａ クロスライン
９ｂ ウインド
１０ 制御装置
１０ａ マイクロプロセッサ
１０ｂ メモリ
１１ 駆動装置
１４ ランド部
１７ マニュピュレータ
２０ リード
３０ 基板（ＰＣＢ）

Claims (2)

  1. 被ボンディング部品に対してボンディングを行うボンディング手段と、
    前記ボンディング手段を前記被ボンディング部品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、
    被ボンディング部品上の定点の基準位置の位置座標からのずれ量を検出するずれ量検出手段と、
    前記ずれ量検出手段からのずれ量によりボンディング位置座標を演算する演算手段とからなるボンディング装置であって、
    前記ずれ量検出手段は、前記位置決め手段が定点の基準位置の位置座標に移動後、前記位置決め手段に搭載されたカメラからの信号を画像データに変換して、変換した画像データを画像認識して定点の基準位置の位置座標からのずれ量を算出し、
    前記演算手段は、前記ずれ量検出手段で検出した被ボンディング部品上のＩＣチップ又は基板における３個所の定点の基準位置の位置座標からのずれ量を基準位置の位置座標に加算して、ＸＹ直交軸上の定点の位置座標を算出し、算出した３個所の定点の位置座標（Ｘ１’，Ｙ１’）、（Ｘ２’，Ｙ２’）、（Ｘ３’，Ｙ３’）及び定点の３個所の基準位置の位置座標（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）、（Ｘ３，Ｙ３）を３行３列の同次座標系のマトリックスに変換し、変換した定点の位置座標のマトリックスは、数式１に示す定点の基準位置の位置座標のマトリックスと変換マトリックスＭＳとの積とからなり、前記数式１から前記変換マトリックスＭＳにおけるＳ００、Ｓ１１のＸ軸及びＹ軸の被ボンディング部品の伸縮率であるスケール要素値、Ｓ１０、Ｓ０１のＸ軸及びＹ軸の被ボンディング部品の歪みの比率であるスキュー要素値、Ｓ２０，Ｓ２１のＸ軸及びＹ軸の被ボンディング部品の平行移動量であるオフセット要素値を算出し、
    Figure 0004672211
     被ボンディング部品上のＩＣチップ又は基板のボンディング点の基準位置座標と前記数式１から算出された前記変換マトリックスＭＳの各要素値との演算により、ボンディング位置座標を算出することを特徴とするボンディング装置。
  2. 前記変換マトリックスの演算されたＸ軸及びＹ軸スケール要素値、Ｘ軸及びＹ軸スキュー要素値、Ｘ軸及びＹ軸オフセット要素値を前もって設定した基準値と比較して、前記各要素値が基準値以上の場合はエラー信号を出力す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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