JP4685773B2 - ボンディングヘッドの設定操作方法及び超音波ボンダー - Google Patents

Description

本発明は、ボンディングヘッドエレメントが、例えば超音波装置等の参照エレメント、特にその先端部に応じて配置される、ボンディングヘッドの操作を設定するための方法及び装置に関する。

ボンディング装置が設けられたボンディングヘッドを有し、例えばワイヤボンディングを行うための超音波ボンダーにおいては、種々のボンディングヘッドエレメントが超音波装置、特にその先端部に応じて配置されなければならないことが知られている。

例えば、超音波装置の先端部に応じたワイヤの供給の正確な位置合わせは、供給されるワイヤが常に超音波装置の先端部の下、特にＶ形状の溝内に正確に配置されることを保証することが要求される。超音波装置の先端部に応じたワイヤの供給の正確な位置合わせは、完全な品質のワイヤボンド品を可能とするために必要である。

また、もしボンディングワイヤを切断するため又は所望の切断点を形成するために別個のブレードが用いられるのであれば、そのようなブレードも超音波装置に応じて正確に配置されることが必要である。

この種の位置合わせ操作が超音波ボンダーのユーザによって手動操作で行われていることが知られている。これは、操作者がこれらのエレメント相互の十分に正確な位置合わせを達成するために、自己の感覚に頼らなければならないため、かなりの不正確さを有することが経験によって知られている。しかしながら、多くの場合、手動操作の位置合わせは適切であるとは考えがたく、結果として、ボンディングの品質はそして欲するものからかけ離れていることがありえたり、および／または、特に欠陥を有するボンディングがなされたりすることもある。

本発明の目的は、ボンディングヘッドエレメントが、例えば超音波装置である参照エレメントに応じて正確な位置合わせをされることが可能な超音波ボンディングの方法、及び／又は超音波ボンダーを提供することである。

本発明の方法によれば、少なくとも参照エレメント、特に超音波装置の先端部の周囲の領域が、カメラによって光学的に捉えられ、表示装置上の画像中に表示され、少なくとも１つのマーキングが表示上にボンディングヘッドエレメントを位置合わせするための付属的な手段として重ねて表示されるという事実によって達成される。

本発明による方法は、例えば、少なくとも参照エレメント、例えば音波装置の先端部の周囲が光学的に捉えられ、ボンディングヘッドエレメントの配置を補助するためのカメラを有する超音波ボンダーによって実現される。このタイプのカメラは、超音波ボンダーに直接設けられ、又は、別個の素子として形成され、既存の超音波ボンダーが本発明の方法を実施できるように改良されるのでもよい。

少なくとも、例えば超音波装置の先端部等の参照エレメントの周囲の領域が光学的に捉えられことによって、例えば、超音波装置の先端部、並びに、例えばワイヤフィード及び／又はブレード又は調節される他のエレメント等の、更にその周りに配置されたボンディングヘッドエレメントの拡大された画像が、特に表示装置上に表示されることになる。

参照エレメント、特に超音波装置の先端部の周囲の領域の、対応する画像が捕らえられ表示されることによって、補助手段としてのマーキングがオペレータを厄介な操作から解放し、もはやオペレータが超音波装置を自己の感覚に頼って操作しなくてもよくなる。特に、拡大された好ましい表示によって、エレメントを相互に位置合わせするときの精度が向上され、本発明は、このために、所望の配置、即ち、参照エレメント特に超音波装置に応じたボンディングヘッドエレメントの最適な配置が画像中にマーキングによって表示され、それをオペレータが参照することができるように意図されている。

ボンディングヘッドエレメントは、例えば、ボンディングヘッドエレメント上の調節位置がマーキングに合わせられるという事実によって、画像中の参照エレメントに応じた所望の位置に表示されるような態様で配置されるのでもよい。調節されるボンディングヘッドエレメントの輪郭線をマーキングで再生し、ボンディングヘッドエレメントをこの輪郭線内に配置するように提供するのでもよい。

また、マーキングを参照エレメント、特に超音波装置の先端部に応じた画像内の許容領域の形状で表示するのも好ましいであろう。許容領域を表示することは、ユーザにセット対象のボンディングヘッドエレメントが配置される領域へのアクセスを可能とする。例えば、これによって、ボンディングヘッドエレメントの識別可能な位置、例えばその先端部が、この許容領域に配置されることが可能となる。この場合、許容領域は、例えば画像中に平行線からなる長方形で、又は、適切ならば２本の平行線のみで、又は、もし許容領域が無ければ×印で表示されるのでもよい。

位置合わせに関する特別な精度は、画像中の、許容領域又は、参照エレメント又は参照点、特に画像中の超音波装置の先端部からの位置の関数としてデータ処理ユニットによって決定されるボンディングヘッドエレメントの所望の位置を表示するいかなるマーキングの位置によって影響されうる。

それゆえ、位置調節マーキング、例えば許容領域の位置は、超音波ボンダーの内部の基準を用いてコンピュータ補助方式で決定され、その結果、オペレータがなすべき全てのことは、適切な調節手段を操作して、配置されるべきボンディングヘッドエレメントをマーキングに関して位置合わせすることである。

位置調節マーキング、例えば、許容領域のアイコンが、例えば超音波装置の先端部等の参照エレメントの位置の関数として出現するように、代わりに、参照エレメントの位置を手動で、特にこの位置を画像中にマーキングすることによって決定するように提供するのでもよい。これを可能にするため、例えば、オペレータに、参照エレメント、即ち、参照位置の対応する位置をディスプレイ装置上に表示された画像中に、例えば、マウスポインタによって超音波装置の先端部または先端部の端をクリックさせるのでもよい。マーキングは、また、ポインタに触れることによって生成されるのでもよい。マーキングは、また、表示装置のタッチスクリーンに触れることによって生成されるのでも、参照エレメントの場所をデータ処理ユニットに送信できる他の適切な方法で提供されるのでもよい。

このマーキングは、例えば、コンピュータ手段によって超音波装置の先端部の正確な位置を取得し、もって、位置調節マーキングの最適な位置、例えば許容領域をこの位置の関数として決定し、それをディスプレイ装置上の画像中に表示するように用いられるのでもよい。

更なる他の発明によれば、参照エレメント、例えば、超音波装置の先端部の位置が、コンピュータを用いた画像認識によって決定されるように提供するのでもよい。例えば、撮像された画像中で、超音波装置の先端部等の参照エレメントを認識するためのパターン認識を実行し、その位置を決定するために、コンピュータプログラムが用いられるのでもよい。コンピュータを用いたこの自動位置認識によって、位置調節マーキング、即ち、許容領域の最適な位置が画像中で取得され、そして、これが画像中に重ねて表示されることが可能となる。

例えばワイヤガイド、ブレード等のいかなるボンディングヘッドエレメントの配置も、好ましくは、最適に又は３次元の全ての許容範囲内に入らなければならない。もし少なくとも超音波装置の先端部周辺の領域が撮像されていれば、それぞれの場合で単なる２次元の画像が形成され、そして、それぞれの場合で、エレメント相互の単なる２次元の最適な位置合わせのみが、いずれのステップでも行われるのでもよい。

ボンディングヘッドエレメントを、超音波装置等の参照エレメントに対して、少なくとも最初は２次元で最適に配置することを可能にするため、本発明によれば、カメラによって、少なくとも参照エレメント、それゆえ、例えば、少なくとも超音波装置の先端部の側面の概観、及び／又は、例えば、超音波装置の先端部の端面等の、参照エレメントに垂直な面の概観を取得することが可能である。特に、両方の手段を備えるとき、相互に直交する方向からの２つの異なる画像が得られ、その結果、最終的に、ボンディングヘッドエレメントが、全ての３次元の方向に関して最適に位置合わせされることが可能となる。

参照エレメント、例えば超音波装置の先端部の画像が異なる方向において得られるように、画像を切り替えるために、カメラと参照エレメントとの間のビーム経路中に鏡が配置されるのは好ましいであろう。この鏡は、カメラと超音波装置の先端部等の参照エレメントとの間のビーム経路が、鏡を使用したときに９０°回転するように設けられるのは好ましい。

この場合、例えば、超音波装置の先端部が好ましくはカメラの光軸の高さに正確に位置する、参照エレメントの側面の像から、例えば参照エレメントの終端面の像へ切り替えるため、ボンディングヘッドそれゆえ参照エレメントがｚ方向に、そして、好ましくは同時に後者に対するカメラの光軸に平行に、特にビーム経路の長さが一定に保たれるように移動されるのでもよい。

それゆえ、ボンディングヘッドがこの移動の後でカメラより上に位置する全体的な構成を考えたとき、鏡が４５°の角度をなして、参照エレメント、例えば超音波装置の先端部の下に移動され、それによって、ビーム経路が対応して変化し、例えば終端面特に超音波装置の溝等の妨げられない像が得られるのでもよい。

本発明による方法及び本発明による超音波ボンダーを用いて、ワイヤガイドとブレードの両方が超音波装置の先端部に応じて配置されるようになっていることが好ましい。原理的には、しかしながら、ボンディングヘッド上のいかなる考えられうるエレメントが、いかなる参照エレメント又はいかなる所望の参照点に応じて配置されるのでもよい。

観測されるボンディングヘッドエレメントの周りの領域で、光の状態が不適切になることがあるため、付加的に、微調として、調節されるボンディングヘッドエレメントが、画像が捉えられるように、人工的に照らされるようになっているのでもよい。特に、ＬＥＤ、好ましくはカメラの対物レンズの周辺に配置されたものが、この目的のために使用されるのでもよい。

図１は、それに設けられ、通常、超音波素子２が設けられたボンディングヘッド１であってウェッジの形状をした超音波装置が固定されるボンディングヘッドを備えた超音波ボンダーの部分図を示す。さらに、超音波ボンダーに、図１に示す図において超音波装置３の先端部又は先端部の周辺の領域を撮影するカメラ８が、対応するホルダーに設けられている。

図２は、ユーザによってカメラのディスプレイ装置、例えばスクリーン上で視認される、対応する側面図を示す。ワイヤー１２を超音波装置３の先端部３ｂに供給するワイヤガイド４、これらのエレメント間に超音波装置３に応じて配置されたブレード５との相対的な配置が、明瞭に視認される。

本発明によれば、ユーザが、先端部の位置をデータ処理ユニットに送信するために、超音波装置の先端部の前方のエッジ３ｂを、例えばマウスポインタを用いてマークを付するのでもよい。他の実施例に拠れば、この位置は、パターン認識によって自動的に決定されるのでもよい。

超音波装置３の先端部３ｂの位置がこのようにして予め決定されたので、データ処理ユニットは、内部の基準を考慮することによって、ワイヤガイド４と、この実施例ではブレードの先端部５の両方の最適な配置を計算することができる。この場合、ワイヤガイド４のこの最適な位置は、画像中に対応する許容領域６の形状で表示される。ブレード５位置合わせのための最適な位置は、また、許容領域７を介して画像中に重ねて表示される。

そして、これらのエレメント４、５の最適な位置を達成するため、ユーザは、例えば適切な設定機構を操作することによって、ワイヤガイド４とブレード５の両方の各先端部を、この場合、実質的に長方形の形状の許容領域６、７内に配置することができる。

更なる実施例では、データ処理ユニットが設定機構の対応する制御を行うことによって、自動的にボンディングヘッドエレメントの位置合わせに影響するようになっているのでもよい。このような場合、これらのエレメントの相対的な位置合わせは、全く自動で行われるのでもよい。

図１と図２に側面図と共に示された実施例は、ワイヤガイド４とブレード５の２次元、即ち図２上のＹ方向とＺ方向内での配置を可能とするのみである。

また、Ｘ方向の残りの次元について最適な配置を達成するため、本実施例によれば、鏡１０によって偏向されるビーム経路であって、ボンディングヘッド１がＺ方向とカメラの光軸に平行に移動された後に、偏向されたビーム経路が今度はカメラに超音波装置３の先端部の終端面の像を提供するように、ビーム経路中に入り支持アーム１１上で４５°傾いた鏡１０を例えば導入することによって影響されうるビーム経路が設けられる。

図３に示すような配置は、それゆえ、Ｘ−Ｙ平面において図４に対応する画像であって、超音波装置３の先端部内のＶ形状の溝３ａに加え、ワイヤガイド４とブレード５の各先端部も認識し得る画像が得られる。特に、この場合、ワイヤガイド４内の溝４ａが認識可能であり、この溝がワイヤ１２を超音波装置３内のＶ形状の溝３ａの下に送るために用いられる。

最適な位置合わせは、もし、ワイヤガイド４の溝４ａの経路が、ワイヤ１２が妨げることなく供給されるように、超音波装置３内のＶ形状の溝３ａに一致するように配置されていれば、達成される。

この位置を見出すため、代わりに、超音波装置の先端部、例えばエッジ３ｂの識別容易な位置に基づいて、ユーザによる手動操作で、又はコンピュータによるパターン認識でこの位置が決定されるようにするのでもよい。この位置決定に応じて、マーキング又は許容領域１３が、この場合は例えば２本の平行線の形状で、画像上に重ねて表示され、これによって、ワイヤガイド４の溝４ａの最適な位置合わせが可能となる。この位置合わせは、溝４ａの側壁が、図４に示すように許容領域１３の線間に揃ったときに達成される。

それゆえ、特に鏡１０によってビーム経路を偏向させることによって、ボンディングヘッドエレメント、例えばワイヤガイド及びブレードの、３次元の全てにおける超音波装置の先端部に応じた最適な位置合わせを達成することが可能である。

もし、光の状態が不適切ならば、ここに示すように、カメラの対物レンズの周囲にＬＥＤ９を設け、超音波装置３の先端部近傍を十分に照らすようにするのでもよい。

図１は、上にボンディングヘッドと、超音波装置の先端部を可視的に観測するためのカメラとを備えた超音波ボンダーの部分を示す。 図２は、カメラによって捉えられた、超音波装置の先端部及びボンディングヘッドエレメントを有するその近傍の側面の画像を示す。 図３は、ビーム経路を変更するための鏡を用いる超音波装置の先端部に対するカメラの配置を示す。 図４が、カメラによって捉えられた、超音波装置の先端部及びその周辺の画像であって、先端部の終端面についてのものを示す。

Claims (9)

1. ボンディングヘッド（１）とカメラ（８）とを有し、前記ボンディングヘッド（１）上には、先端部にエッジ（３ｂ）を具備する超音波装置が位置合わせのための参照エレメント（３）として固定されるとともに、前記参照エレメント（３）に対して位置合わせされるボンディングヘッドエレメント（４、５）が設けられ、前記ボンディングヘッドエレメント（４，５）は、ワイヤー（１２）を前記エッジ（３ｂ）に供給するためのワイヤガイド（４）と、前記ワイヤー（１２）を切断するために前記ワイヤガイド（４）と前記エッジ（３ｂ）の間に配置されたブレード（５）とを具備する超音波ボンダーにおける、前記ボンディングヘッドエレメント（４，５）を前記参照エレメント（３）に対して位置合わせするための前記ボンディングヘッド（１）の設定操作方法であって、
   前記参照エレメント（３）の先端部の周囲の領域を前記カメラ（８）により光学的に撮像して、当該領域の画像を取得する画像取得ステップと、
   前記取得された画像に基づいて前記参照エレメント（３）の先端部の位置を決定した後、データ処理ユニットにより、前記決定した参照エレメント（３）の先端部の位置の関数として、前記ボンディングヘッドエレメント（４、５）の先端部が配置されるべき許容領域（６，７）を決定する許容領域決定ステップと、
   前記データ処理ユニットが、前記ボンディングヘッドエレメント（４，５）の先端部を配置するための設定機構を制御することにより、前記決定された許容領域（６，７）に前記ボンディングヘッドエレメント（４、５）の先端部を自動的に配置する配置ステップと、を備えることを特徴とするボンディングヘッドの設定操作方法。
2. 前記取得された画像を表示装置に表示し、更に、前記許容領域決定ステップにおいて決定された許容領域に対応するマーキングを重ねて表示する表示ステップを備え、
   前記配置ステップにおいて、前記ボンディングヘッドエレメント（４、５）の先端部を前記表示されたマーキングに対応する位置に配置する、ことを特徴とする請求項１に記載のボンディングヘッドの設定操作方法。
3. 前記表示ステップにおいて、前記マーキングを前記許容領域の形状で表示し、
   前記配置ステップにおいて、前記ボンディングヘッドエレメント（４、５）の先端部を前記表示されたマーキングの形状内に配置する、ことを特徴とする請求項２に記載のボンディングヘッドの設定操作方法。
4. 前記許容領域決定ステップにおいて、前記参照エレメント（３）の先端部の位置が、手動操作により前記画像内にマーキングされることによって、及び／又は、コンピュータを用いた画像認識によって決定されることを特徴とする請求項２または３に記載のボンディングヘッドの設定操作方法。
5. 前記画像取得ステップにおいて、前記カメラ（８）によって、前記参照エレメント（３）の先端部の側面、及び／又は前記参照エレメント（３）の先端部の終端面を撮像して、前記参照エレメント（３）の先端部の側面を含む画像、及び／又は前記参照エレメント（３）の先端部の終端面を含む画像を取得し、
   前記許容領域決定ステップにおいて、前記参照エレメント（３）の先端部の側面を含む画像、及び／又は前記参照エレメント（３）の先端部の終端面を含む画像に基づいて前記許容領域を決定する、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のボンディングヘッドの設定操作方法。
6. 前記画像取得ステップにおいて、前記参照エレメント（３）の先端部の終端面を撮像するために、前記カメラ（８）と前記参照エレメント（３）と間のビーム経路中に鏡（１０）を配置することを特徴とする請求項５に記載のボンディングヘッドの設定操作方法。
7. 前記画像取得ステップにおいて、前記参照エレメント（３）の先端部の側面を撮像する場合と、前記参照エレメント（３）の先端部の終端面を撮像する場合とで、前記カメラ（８）の光軸に平行に、焦点距離が一定に維持されるように、前記ボンディングヘッド（１）を移動させることを特徴とする請求項６に記載のボンディングヘッドの設定操作方法。
8. 撮像のために、前記カメラ（８）の対物レンズの周囲に配置されたＬＥＤ（９）によって前記ボンディングヘッドエレメント（４、５）を照明することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のボンディングヘッドの設定操作方法。
9. ボンディングヘッド（１）とカメラ（８）とを有し、前記ボンディングヘッド（１）上には、先端部にエッジ（３ｂ）を具備する超音波装置が位置合わせのための参照エレメント（３）として固定されるとともに、前記参照エレメント（３）に対して位置合わせされるボンディングヘッドエレメント（４、５）が設けられ、前記ボンディングヘッドエレメント（４，５）は、ワイヤー（１２）を前記エッジ（３ｂ）に供給するためのワイヤガイド（４）と、前記ワイヤー（１２）を切断するために前記ワイヤガイド（４）と前記エッジ（３ｂ）の間に配置されたブレード（５）とを具備する超音波ボンダーであって、
   前記参照エレメント（３）の先端部の周囲の領域をカメラ（８）により光学的に撮像し、当該領域の画像を取得する画像取得手段と、
   前記取得された画像に基づいて前記参照エレメント（３）の先端部の位置を決定した後、データ処理ユニットにより、前記決定した参照エレメント（３）の先端部の位置の関数として、前記ボンディングヘッドエレメント（４、５）の先端部が配置されるべき許容領域を決定する許容領域決定手段と、
   前記データ処理ユニットが、前記ボンディングヘッドエレメント（４，５）の先端部を配置するための設定機構を制御することにより、前記許容領域決定手段によって決定された許容領域（６，７）に前記ボンディングヘッドエレメント（４、５）の先端部を自動的に配置する配置手段と、を備えることを特徴とする超音波ボンダー。

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