JPH0653268B2 - 超音波発振器 - Google Patents

超音波発振器

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JPH0653268B2
JPH0653268B2 JP62294227A JP29422787A JPH0653268B2 JP H0653268 B2 JPH0653268 B2 JP H0653268B2 JP 62294227 A JP62294227 A JP 62294227A JP 29422787 A JP29422787 A JP 29422787A JP H0653268 B2 JPH0653268 B2 JP H0653268B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、特に超音波振動子の振動振幅の立上りの傾き
を可変にする超音波発信器に関する。
(従来の技術) 例えば、ICチップとリードフレームをワイヤで電気的
に接続する工程に使用される機器にボンダがある。この
ボンダはICの多品種化にともない、各用途における特
性の細かな対応が要求されている。このような状況下に
おいて、ワイヤに超音波振動を加えて接続を強固にする
ボンダ用超音波発振器にも同様の要求がある。
このボンダ用超音波発振器に要求されるものの一つとし
て、超音波振動子の振動振幅の立上りの傾きを可変にす
ることがある。ある種のICにおいては、ボンディング
時にワイヤに急激に振動を加えると、ICに大きなダメ
ージを与える。その為、この振動振幅の立ち上がりに傾
きを持たせて、徐々に振幅を増加させてやる必要があ
る。また、立上りの傾きは、各ICにあわせて任意に設
定できる必要がある。
従来ボンダ用として使用されてきた超音波発振器の例を
第7図に示す。第7図において、1は入力電圧を制御し
て発振周波数を制御することのできる電圧制御発振器
(以下VCOと略称する)、2は出力・時間調整器、3
は出力増幅器、4は位相差検出器、5′は誤差増幅器、
6は位相差設定器、7は負荷の超音波振動子、8は乗算
器、9は積分器、10はパルス波発生器である。
第8図は、超音波振動子7の振動子入力電圧を一定とし
たときの、超音波振動子7の特性例を示した図である。
超音波振動子7は交流の電気的パワーを機械的振動に変
換するものである。超音波振動子への入力周波数と、振
動振幅及び入力電圧電流位相差には、第8図の様な関係
がある。すなわち、振動子は共振周波数を持ち、その
周波数では振動振幅が最大となり、入力電圧電流の位相
差θは0゜となる。この状態では振動振幅は入力される
電気的パワーに比例する。
第8図はある条件下での特性例であり、振動振幅がピー
クとなる周波数は、温度やその他の要因により変化す
る。しかし、振動振幅がピークとなる周波数が変化して
も、振動振幅と入力電圧電流位相差の関係は変化しな
い。その為、超音波発振器は、振動子の入力電圧電流位
相差、すなわち発振器の出力電圧電流位相差が一定にな
るように、発振器の出力周波数を制御することにより振
動振幅を一定にしている。これにより、超音波振動子に
入力される電気的パワーに比例した機械的振動振幅が得
られる。
第7図により従来の超音波発振器の動作を説明する。位
相差検出器4は超音波振動子7の入力電圧電流の位相差
を検出する。誤差増幅器5′は位相差設定器6による位
相差設定値と位相差検出器4からの位相差信号とを比較
し、その誤差を増幅して信号をVCO1に与える。VC
O1は入力信号の値により周波数が変化する発振器で、
誤差増幅器5′からの信号で発振周波数を補正し、電圧
電流位相差が設定値となる周波数に発信周波数を制御す
る。超音波振動は前記ICのボンディング時のワイヤを
接続する瞬間に所定の時間、所定の振幅が加えられるも
のであり、その時間及び振幅は、各ICに合わせて外部
よりの振動指令信号で与えられる。VCO1の信号は出
力・時間調整器2により所定の時間・所定の振幅の信号
に変換される。
出力・時間調整器2の信号をそのまま増幅して超音波振
動子に加えると、振動の立ち上がりが急激になるので、
乗算器8、積分器9、パルス波発生器10よりなる回路
で立ち上がりの傾きを可変にしている。パルス波発生器
10は、振動指令信号により大ききさが一定で、設定さ
れたパルス幅のパルス波を発生する回路である。パルス
波は積分器9によつて所定の立ち上がり傾きを持った台
形波に変換される。VCO1の出力信号は、乗算器8に
よりこの台形波信号とかけ算されて出力増幅器3に与え
られる。出力増幅器3はこの入力信号をパワー増幅して
負荷の振動子7に加える。
第9図に出力・時間調整器2の出力信号の信号A、誤差
増幅器5の出力信号すなわち周波数信号の信号B、パル
ス波発生器9の出力信号の信号C、積分器9の出力信号
の信号D、出力増幅器3の出力電圧の信号E、及び超音
波振動子7の機械的振動振幅の信号Fの特性例を示す。
出力周波数は発信開始と同時に超音波振動子の共振周波
数に制御されるので、機械的振動振幅は入力電圧に比例
して所定の傾きになる。
第10図には従来の誤差増幅器5′の例を示す。第10
図において、5Aは比例増幅器、5Cは発信周波数の初
期値を決める初期値設定器、5Bは比例増幅器5A及び
初期値設定値5Cの信号を加算する加算器である。従来
のボンダにおいては、超音波発信器の出力周波数を出来
るだけ速く超音波振動子7の振動振幅に制御しようとし
て、誤差増幅器5′には応答の速いゲインを上げた比例
増幅器が用いられており、充分この要求を満足してい
た。初期値設定器5Cは発信開始周波数をあらかじめ超
音波振動子の共振周波数近辺において制御を速くする為
のものである。
(発明が解決しようとする問題点) しかして従来の超音波発振器では、第7図のごとく超音
波振動子7の振動振幅の立ち上がりの傾きを可変にする
ために、乗算器8、積分器9、パルス波発生器10より
なる回路を用いていた。これらの回路は複雑で大きなス
ペースを必要とするだけでなく、アナログ乗算器等の高
価なICを用いねばならなかったた。このため、ボンダ
用超音波発振器の小型化、低価格化を妨げる大きな要因
となっていた。
本発明の目的は、簡単な構成の回路により超音波振動子
の振動振幅の立上りの傾きを任意に設定出来る様にした
超音波発振器を提供するものである。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明の超音波発振器は、振動子の入力電圧電流位相差
の誤差を増幅する誤差増幅器を所定の時定数を持った積
分要素を含む増幅器とし、発振が停止している状態では
増幅器の出力を所定の初期値にリセットし、発振を開始
するとともに誤差増幅を開始するようにしたものであ
る。
(作用) 本発明においては、発振器出力周波数が所定の初期値よ
り発振を開始し、誤差増幅器の積分時定数にしたがった
傾きで出力周波数を位相差設定値で決まる値まで変化さ
せてその値に制御する。そのため、従来方式で、必要で
あった乗算器、積分器、パルス波発生器の回路なしで
も、超音波振動子の振動振幅の立上りの傾きを任意に設
定出来る。
(実施例) 以下本発明を第1図および第2図に示す一実施例につい
て説明する。第1図および第2図において、第7図およ
び第10図と同一符号のものは、同一の構成要素を示す
ものであるからその説明を省略する。本発明では、第7
図における誤差増幅器5′を改造することにより従来の
乗算器8、積分器9、パルス波発生器10を不要として
いる。また第2図は本発明の第1図の誤差増幅器5の具
体的な構成例である。
本発明における誤差増幅器5を比例積分増幅器としてい
る。比例積分増幅器5は、演算増幅器5Dと、リセット
スイッチ5H、抵抗器R,R,R、コンデンサC
よりなっている。振動指令信号がOFFの時、演算増幅
器5Dは、リセットスイッチ5Tの接点閉によりリセッ
トされているので、加算器5Bの出力信号は初期値設定
器5Cにより設定された信号である。したがって、第1
図のVCO1は初期値設定器5Cで設定された周波数で
発振している。
振動指令信号がONとなれば、リセットスイッチ5Tの
接点開により演算増幅器5Dを開放する。演算増幅器5
Dは、第1図の位相差設定器6の位相差設定値と、電圧
電流位相差との誤差によりVCO1の入力信号を補正し
周波数は位相差設定値で決まる最終値に制御される。こ
のとき、第3図に示すように、初期値設定器5Cを調整
して周波数の初期値を共振周波数かから所定の値だけず
らしておけば、振動指令がONになると、周波数は抵抗
、コンデンサCより決まる積分の時定数にしたがっ
た傾きで、初期値から共振周波数まで変化する。従って
振動振幅も図のように初期値から設定値まで変化する。
このときの各部信号の特性を示したものが第4図であ
る。各信号は出力・時間調整器2の出力信号の信号A、
誤差増幅器5の出力信号すなわち周波数信号の信号B、
出力増幅器3の出力電圧の信号E、及び超音波振動子7
の機械的振動振幅の信号F、振動子入力電圧電流位相差
の信号Gである。出力増幅器3の出力電圧の信号Eは瞬
時に立ち上るが、信号Bの様に周波数がランプ状に変化
するため、超音波振動子の振動振幅の信号Fも、第4図
のようにある傾きを持って立ち上がる。振動振幅の立ち
上がりの傾き、すなわち比例積分増幅の積分時定数は、
抵抗R、コンデンサCの値を変えることにより任意に
設定できる。
本発明の第2図と従来の第10図を比較してわかるよう
に、本発明による回路の改造および部品の追加は、非常
に少なく、簡単小型で低価格の回路により、従来方式と
まったく同様の性能を有するものである。
第5図に示す本発明の他の実施例においては、可変抵抗
器R10により積分増幅の時貞数の調整を、可変抵抗器
11により比例増幅のゲインの調整を行う構成にした
ものである。これにより調整時間の短縮がはかれる。ま
た第6図は、出力増幅器3に定電流制御器11を追加し
て振動振幅制御の精度向上をはかったものである。以
上、一例として、誤差増幅器5に比例積分増幅器を用い
た方式につき説明を行ったが、誤差増幅器5は超音波振
動子やICの種類の合わせ、積分増幅器でも同様の効果
を発揮することは明らかである。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、誤差増幅器を所定の時定
数を持った比例積分増幅器としたことにより、アナログ
乗算器等の高価でまた複雑な回路を使用しなくても、簡
単な回路構成で、超音波振動子の振動振幅の立ち上がり
の傾きを、任意に設定できる。したがって、装置の小型
化、低価格化に効果が大きい。これは、ボンダ用超音波
発振器に適用した場合、そのボンディング時にそのIC
にあった傾きでなだらかに、超音波振動子の振動振幅
を、増加させるという、高度な作業の普及につながり、
IC製造の分留まり及び、ICの信頼性の向上に大きな
効果がある。また、従来のものは、出力増幅器の出力レ
ベルを制御しているので、出力増幅器の損失が大きくな
るが、本発明のものは出力レベルが一定で、周波数を制
御しているため、出力増幅器の損失が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の超音波発振器の一実施例を示すブロッ
ク図、第2図は本発明に使用する誤差増幅器の詳細回路
図、第3図は本発明の作用を説明するための超音波振動
子の入力周波数と振動振幅との関係を示す特性図、第4
図は本発明の振動指令信号と振動振幅の関係例を示す特
性図、第5図は本発明の誤差増幅器の他の実施例を示す
詳細回路図、第6図は本発明の他の実施例を示すブロッ
ク図、第7図は従来の超音波発振器を示すブロック図、
第8図は超音波振動子の特性図、第9図は従来の振動指
令信号と振動振幅の関係特性図、第10図は従来の誤差
増幅器の回路図である。 1……電圧制御発振器(VCO) 2……出力・時間調整器、3……出力増幅器 4……位相差検出器、5……誤差増幅器 5B……加算器、5C……初期値設定器 5D……比例積分増幅器の演算増幅器 5E……リセットスイッチ、6……位相差設定器 7……超音波振動子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周波数により力率が変化する超音波振動子
    を負荷とし、入力信号の値により発振周波数が変化する
    電圧制御発振器、この電圧制御発振器の出力信号を増幅
    して前記超音波振動子に電力を供給する出力増幅器、こ
    の出力増幅器の出力電圧電流の位相差を検出する位相差
    検出器、この位相差検出器で検出した出力電圧電流の位
    相差と位相差設定値との誤差を増幅する誤差増幅器より
    なり、前記誤差増幅器の出力信号を前記電圧制御発振器
    の入力信号とすることによりフェーズロックドループを
    構成し、前記出力電圧電流の位相差を位相差設定値に制
    御する超音波発振器において、前記誤差増幅器を所定の
    時定数を持った比例積分増幅器とし、発振が停止してい
    る状態では比例積分増幅器の出力を所定の初期値にリセ
    ットし、発振を開始するとともに誤差増幅を開始するよ
    うにしたことを特徴とする超音波発振器。
  2. 【請求項2】誤差増幅器を積分増幅器としたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の超音波発振器。
JP62294227A 1987-11-24 1987-11-24 超音波発振器 Expired - Lifetime JPH0653268B2 (ja)

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