JPH10209199A - 振動振幅評価装置及びワイヤボンディング装置 - Google Patents

振動振幅評価装置及びワイヤボンディング装置

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JPH10209199A
JPH10209199A JP9008820A JP882097A JPH10209199A JP H10209199 A JPH10209199 A JP H10209199A JP 9008820 A JP9008820 A JP 9008820A JP 882097 A JP882097 A JP 882097A JP H10209199 A JPH10209199 A JP H10209199A
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capillary
vibration amplitude
light
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ultrasonic
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Hiromi Suzuki
宏美 鈴木
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、キャピラリの超音波振動振幅の変化
を正確に捕らえてボンディングの評価を行う。 【解決手段】ワイヤボンディング装置のキャピラリ４に
測定ユニット１１からレーザビームを集光し、このキャ
ピラリ４で遮光されずに通過したレーザビームを２次元
ポジションセンサ１６で受光してその受光量信号及び位
置信号を出力し、これら受光量信号及び位置信号を評価
装置１８で入力して測定データを求め、この測定データ
から予め求められたキャピラリ４の揺れをキャンセルし
てキャピラリ４の真の振動振幅を検出する。又、評価装
置１８は、キャピラリ４の真の振動振幅から振動速度ｖ
や加圧力Ｐを求めて管理し、加工エネルギーＥを管理す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば超音波振動
する被測定体の振動振幅を評価する振動振幅評価装置、
及び超音波振動してワイヤボンディングを行うキャピラ
リの振動振幅を評価する機能を備えたワイヤボンディン
グ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３３はワイヤボンディング装置の超音
波振動系の構成図である。
【０００３】超音波発振器１には、この超音波発振器１
に発生する電圧及び電流が供給されて超音波振動する超
音波振動子２が接続されている。
【０００４】そして、この超音波振動子２には、超音波
ホーン３が接続され、このホーン３の先端部にキャピラ
リ４が設けられている。このキャピラリ４には、ボンデ
ィングワイヤ（以下、ワイヤと省略する）５が通ってい
る。
【０００５】又、超音波振動子２及び超音波ホーン３を
支持する支持筐体にモータ６が連結され、ワイヤボンデ
ィング動作に応動して超音波振動子２から超音波ホーン
３、キャピラリ４の全体を揺動させ、キャピラリ４を矢
印（イ）方向に昇降動作させるものとなっている。
【０００６】このような構成であれば、超音波発振器１
に発生する電圧及び電流が超音波振動子２に供給される
ことにより、超音波ホーン３及びキャピラリ４は、矢印
（ロ）方向に超音波振動する。
【０００７】この状態に、モータ６の動作により超音波
振動子２から超音波ホーン３、キャピラリ４の全体が揺
動し、キャピラリ４が矢印（イ）方向に昇降動作するこ
とにより、例えばチップ７に対するワイヤボンディング
が行われる。
【０００８】このようなワイヤボンディング装置では、
ワイヤ５を支持するキャピラリ４の交換等により、超音
波振動系の振動特性が変化し、ワイヤボンディングの付
着等の加工特性が劣化する場合がある。
【０００９】このような事情により超音波振動の評価が
行われている。
【００１０】この超音波振動は、数十ｋＨｚ以上と振動
周波数が高く、振動振幅も１μｍ程度と小さい。このよ
うな高周波数で微小な振動をするキャピラリ４の振動振
幅を測定するには、渦電流センサやレーザ振動計などの
センサが挙げられる。
【００１１】ところが、このようなセンサでは、振動物
単体の振動を測定することは可能であるが、ワイヤボン
ディング装置のキャピラリ４のように加工装置などに組
み込み、実際の動作状態で測定することは、外乱振動や
動作温度などの影響を受けて困難である。
【００１２】そこで、超音波振動の評価は、超音波発振
器１の電気出力信号、すなわち電圧Ｖ、電流Ｉ、これら
電圧Ｖと電流Ｉとの位相差φを測定し、これらの電気出
力信号から電気入力パワーＷe と電気インピーダンスＺ
e とを求めることにより、機械系のインピーダンスＺm
の変化を推定し、超音波振動の評価を行っている。
【００１３】なお、電気入力パワーＷe 、電気インピー
ダンスＺe 及び機械系のインピーダンスＺm は、次の各
式により表される。
【００１４】 Ｗe ＝Ｖ＊・Ｉ＊・ cosφ …(1) Ｚe ＝Ｖ＊2 ／Ｗe …(2) Ｚm ＝１／Ｚe …(3) なお、Ｖ＊、Ｉ＊は、それぞれＶ、Ｉの実効値である。
【００１５】又、加工エネルギーの管理が行われてお
り、これは超音波振動子２に印加する電圧Ｖ及び電流Ｉ
の振幅と位相から機械系のインピーダンスＺm を求め、
加工エネルギーを管理するものである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上記超音波振動の評価
では、超音波振動振幅の変化が摩擦抵抗の変化に伴う電
気インピーダンスＺe の変化として測定される。
【００１７】しかしながら、ボンディング中は、印加荷
重の変化や超音波ホーン３の昇降動作によっても、電気
インピーダンスＺe の値が変化するために、この電気イ
ンピーダンスＺe の値だけでは、超音波振動振幅の変化
のみを分離して測定することはできない。
【００１８】又、キャピラリ４の振動振幅を実際に測定
しようとしても、キャピラリ４は円筒形状に形成されて
いるために、例えば反射式レーザ変位計ではキャピラリ
４からの反射光を正確に受光することができず、キャピ
ラリ４の振動による正確な変位を測定することは困難で
ある。
【００１９】加工エネルギーの管理において機械系のイ
ンピーダンスＺm を求めているが、このインピーダンス
Ｚm は、キャピラリ４の振動速度の他、ボンディング時
の印加荷重の変化、ワイヤーボール径の変化、チップ７
の表面状態などの影響を全て含んだものであり、このた
めに加工エネルギーを正確に管理できない。
【００２０】一方、ワイヤボンディング装置のキャピラ
リ４などの被測定体の変位や振動を測定する技術として
は、例えば第１に被測定体から反射される光量変化を測
定する方法、第２に被測定体から反射された光の位置を
ポジションセンサで測定する方法、第３に被測定体で遮
光されなかった透過光を測定する方法がある。
【００２１】このうち第１及び第２の反射光を利用する
方法では、反射光量は被測定体の反射率、反射光の位置
は被測定体の形状に影響される。このため、同じ振動
量、変位量でも、反射率や形状が異なれば、反射光量が
変化するために誤差が生じ、正確な測定が困難となる。
【００２２】第３の透過光を利用する方法では、被測定
体の反射率や形状に影響されないものの、この測定感度
は、測定点のビーム断面光強度に依存する。すなわち、
高い測定感度を得るためにはビーム径を絞る必要がある
が、ビーム径を絞った場合、被測定体上の測定点は正確
に測定光源の焦点位置に位置合わせしなければならな
い。
【００２３】測定点が焦点位置からずれた場合は、測定
感度が変化し誤差要因となる。
【００２４】又、測定光源の光量が変化した場合、その
変化は変位として測定されてしまう。さらに、ビームを
絞った場合には、測定範囲が狭められる問題がある。
【００２５】さらに又、超音波発振器１の電気インピー
ダンスＺe は、超音波振動子２の特性やその振動子２を
超音波ホーン３に組み込む時の取り付け金具等によって
異なり、これらを装置に取り付けた場合、ボンディング
装置間に機差が生じ、同じ電気インピーダンスＺe の値
であっても、同じ超音波出力を得ることはできない。こ
のため、電気インピーダンスＺe の管理だけでは、ボン
ディング装置の機差を調整することはできない。
【００２６】又、ボンディング装置の超音波振動量は、
超音波発振器１の特性、超音波振動子２の特性、この振
動子２と超音波ホーン３とを装置に組み込むときの取り
付け点等で左右され、これが装置の機差となる。これら
を全て定量化することは困難であり、このために超音波
発振器１の電力が効率よく伝達されるように、電気系と
機械系の各インピーダンスＺe 、Ｚm を整合させる程度
である。
【００２７】しかしながら、同じ電力を超音波振動子２
に供給しても、キャピラリ４の先端の振動量は一致する
ことなく、機差は依然として残る。
【００２８】さらに、評価を行う上で電気インピーダン
スＺe の閾値は機差に影響されるため、機差が調整でき
なければ、ボンディング終了したチップ７の良品と不良
品とを分別する閾値を各ボンディング装置ごとに設定す
ることが困難である。
【００２９】ボンディングの出来栄えは、加工時のキャ
ピラリ４の先端にかかる荷重、加工時のキャピラリ４の
先端の速度、加工時の温度で決定される。電気インピー
ダンスＺe の値は、キャピラリ４の先端にかかる荷重や
摩擦力といった外部負荷によって変化する。
【００３０】従って、ボンディングの出来栄えと電気イ
ンピーダンスＺe の値とは、ある程度の相関が得られ
る。しかしながら、電気インピーダンスＺe の値だけで
は、キャピラリ４の先端の速度を知ることはできず、ボ
ンディング出来栄えの管理を完全に行うことはできな
い。
【００３１】又、超音波発振器１は、振動周波数と電力
とを一定に保つように制御されている。この場合、超音
波振動子２の制動抵抗や超音波ホーン３のインピーダン
スの違いによって、超音波発振器１の実効電力は異な
る。
【００３２】このため、同じ電力で超音波発振器１を駆
動しても、キャピラリ４の先端の振動振幅は異なり、そ
の結果として超音波発振器１の設定値、すなわち電流、
電圧、電力、パルス数の入力値は、各ボンディング装置
ごとに違ってくる。
【００３３】このような事から超音波発振器１の機差に
より設定値は各ボンディング装置ごとに異なり、全ての
ボンディング装置で、電流、電圧、電力、パルス数の調
整を行わなければならない。
【００３４】そこで本発明は、被測定体の振動振幅を正
確に評価できる振動振幅評価装置を提供することを目的
とする。
【００３５】又、本発明は、キャピラリの超音波振動振
幅の変化を正確に捕らえてボンディングの評価ができる
ワイヤボンディング装置を提供することを目的とする。
【００３６】
【課題を解決するための手段】請求項１によれば、振動
する被測定物に光を集光する投光部と、この投光部から
投光され、被測定物で遮光されずに通過した光を受光し
てその受光量信号及び位置信号を出力するポジションセ
ンサと、このポジションセンサから出力された受光量信
号及び位置信号を入力して測定データを求め、この測定
データから予め求められた被測定物の揺れをキャンセル
して被測定物の振動振幅を検出する検出手段と、を備え
た振動振幅評価装置である。
【００３７】請求項２によれば、先端部にキャピラリを
設けた超音波ホーンを超音波振動してキャピラリにより
保持されたワイヤをボンディングするワイヤボンディン
グ装置において、キャピラリに光を集光する投光部と、
この投光部から投光され、キャピラリで遮光されずに通
過した光を受光してその受光量信号及び位置信号を出力
するポジションセンサと、このポジションセンサから出
力された受光量信号及び位置信号を入力して測定データ
を求め、この測定データから予め求められたキャピラリ
の揺れをキャンセルしてキャピラリの振動振幅を検出す
る検出手段と、この検出手段により検出されたキャピラ
リの振動振幅に基づいてキャピラリの振動速度やキャピ
ラリ先端に加わる加圧力を求め、これら振動速度や加圧
力に基づいてワイヤボンディングに用いられる加工エネ
ルギを求める管理手段と、を備えたワイヤボンディング
装置である。
【００３８】請求項３によれば、請求項２記載のワイヤ
ボンディング装置において、管理手段は、キャピラリ先
端の振動速度をｖ、キャピラリ先端に加わる加圧力を
Ｐ、動摩擦係数をμ、加工時間をｔとしたときに表され
る加工エネルギーＥ、 Ｅ＝∫0 t μ・Ｐ・ｖdt を、振動速度ｖと加圧力Ｐとにより管理する機能を有す
る。
【００３９】請求項４によれば、被測定体を超音波振動
させる超音波発振器の少なくとも電流を検出する電流検
出手段と、被測定体の振動振幅を検出する振動検出手段
と、超音波発振器の荷重設定値や制御値を変化させた場
合に、電流検出手段により検出された電流及び振動検出
手段により検出された振動振幅を入力して、超音波発振
器の電気特性と振動振幅との関係を定量化する定量化手
段と、超音波発振器の荷重設定値及び制御値を入力する
と、定量化手段により定量化された超音波発振器の電気
特性と振動振幅との関係に基づいて超音波発振器の振動
振幅を推定する推定手段と、を備えた振動振幅評価装置
である。
【００４０】請求項５によれば、請求項４記載の振動振
幅評価装置において、定量化手段は、電流検出手段によ
り検出された電流に対する振動検出手段により検出され
た振動振幅の関係を直線に近似し、この近似直線の傾き
及び切片を超音波発振器の各荷重設定値及び各制御値ご
とにリスト化する機能を有する。
【００４１】請求項６によれば、請求項４記載の振動振
幅評価装置において、推定手段は、超音波発振器の荷重
設定値及び制御値を入力すると、これら荷重設定値及び
制御値に対応する振動振幅の関係を示す近似直線の傾き
及び切片から超音波発振器の振動振幅を推定する機能を
有する。
【００４２】請求項７によれば、先端部にキャピラリを
設けた超音波ホーンを超音波振動してキャピラリにより
保持されたワイヤをボンディングするワイヤボンディン
グ装置において、キャピラリを超音波振動させる超音波
発振器の少なくとも電流を検出する電流検出手段と、キ
ャピラリの振動振幅を検出する振動検出手段と、超音波
発振器の荷重設定値や制御値を変化させて、電流検出手
段により検出された電流及び振動検出手段により検出さ
れた振動振幅を入力し、超音波発振器の電気特性と振動
振幅との関係を定量化する定量化手段と、超音波発振器
の荷重設定値及び制御値を入力すると、定量化手段によ
り定量化された超音波発振器の電気特性と振動振幅との
関係に基づいて超音波発振器の振動振幅を推定する推定
手段と、を備えたワイヤボンディング装置である。
【００４３】請求項８によれば、振動する被測定体に光
を集光する投光部と、この投光部から投光され、被測定
物で遮光されずに通過した光を受光してその受光量信号
を出力する光検出器と、この光検出器から出力される受
光量信号を直流成分と交流成分とに分離し、直流成分か
ら被測定体の変位を求め、かつ交流成分から被測定体の
振動振幅を求める演算手段と、を備えた振動振幅評価装
置である。
【００４４】請求項９によれば、請求項８記載の振動振
幅評価装置において、投光部の焦点位置に位置検出用光
を照射する光学系と、投光部の焦点位置に配置されるべ
き被測定体からの反射光量を検出する検出系と、この検
出系により検出された反射光量に基づいて被測定体が投
光部の焦点位置に配置されているかを検出する位置検出
手段と、を付加した。
【００４５】請求項１０によれば、先端部にキャピラリ
を設けた超音波ホーンを超音波振動してキャピラリによ
り保持されたワイヤをボンディングするワイヤボンディ
ング装置において、キャピラリに光を集光する投光部
と、この投光部から投光され、キャピラリで遮光されず
に通過した光を受光してその受光量信号を出力する光検
出器と、この光検出器から出力される受光量信号を直流
成分と交流成分とに分離し、直流成分からキャピラリの
変位を求め、かつ交流成分からキャピラリの振動振幅を
求める演算手段と、を備えたワイヤボンディング装置で
ある。
【００４６】請求項１１によれば、先端部にキャピラリ
を設けた超音波ホーンを超音波振動子により超音波振動
してキャピラリにより保持されたワイヤをボンディング
するワイヤボンディング装置において、少なくとも超音
波振動子に流れる電流を測定する電流測定手段と、キャ
ピラリの先端の振動振幅値を測定する振動測定手段と、
電流測定手段により測定された電流と振動測定手段によ
り測定されたキャピラリの振動振幅値との関係を求め、
この関係に従ってワイヤボンディング装置各機種の振動
振幅値を同一にする超音波振動子に流れる電流値を求め
る機種調整手段と、を備えたワイヤボンディング装置で
ある。
【００４７】請求項１２によれば、請求項１１記載のワ
イヤボンディング装置において、機種調整手段により求
めた電流値を設定値としてキャピラリ先端に加わる荷重
を変化させたときの超音波振動子に流れる電流値とイン
ピーダンス変化との関係を求め、この関係に基づいて経
年変化を評価する評価手段を付加した。
【００４８】請求項１３によれば、請求項１１記載のワ
イヤボンディング装置において、評価手段は、インピー
ダンスが増加するに伴って電流値が低下した場合に少な
くともキャピラリの磨耗又は取り付け不完全と評価し、
かつインピーダンスが低下し電流値が増加する場合に少
なくともボンディングがされていない又はキャピラリ先
端の負荷が軽い、ボンディング強度が低いと評価する機
能を付加した。
【００４９】請求項１４によれば、先端部にキャピラリ
を設けた超音波ホーンを超音波発振器により超音波振動
してキャピラリにより保持されたワイヤをボンディング
するワイヤボンディング装置において、キャピラリの振
動振幅を測定する振動測定手段と、この振動測定手段に
より測定されたキャピラリの振動振幅と超音波発振器の
少なくとも電流の各設定値とを入力し、キャピラリの振
動振幅に対する各設定値との関係を求める解析手段と、
キャピラリの振動振幅に応じた超音波発振器の各設定値
を解析手段により求められた関係に基づいて求め、この
超音波発振器の各設定値により超音波発振器を駆動する
駆動手段と、を備えたワイヤボンディング装置である。
【００５０】請求項１５によれば、請求項１４記載のワ
イヤボンディング装置において、解析手段は、キャピラ
リの振動振幅に対する超音波発振器の電流、電圧、電
力、パルス値の各関係を求め、これら関係から超音波発
振器の電流、電圧、電力、パルス値をそれぞれキャピラ
リの振動振幅に変換する近似式を求める機能を有する。
【００５１】
【発明の実施の形態】
(1) 以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参
照して説明する。
【００５２】図１は透過式非接触で振動を測定する振動
振幅評価装置を備えたワイヤボンディング装置の構成図
である。
【００５３】半導体レーザ電源１０には、測定ユニット
１１が接続されている。この測定ユニット１１は、ワイ
ヤボンディング装置のキャピラリ４を挟む如く中心部の
一部が中空部１１ａとなっているコ字形状に形成されて
いる。
【００５４】この測定ユニット１１には、投光部として
半導体レーザ１２、コリメータレンズ１３、集光レンズ
１４及びミラー１５が設けられ、かつ受光部として２次
元ポジションセンサ１６が設けられている。
【００５５】このうち半導体レーザ１２から出力される
レーザビームの光路上にコリメータレンズ１３、集光レ
ンズ１４及びミラー１５が配置され、かつこのミラー１
５と２次元ポジションセンサ１６とが対向配置されてい
る。
【００５６】従って、半導体レーザ１２から出力された
レーザビームは、中空部１１ａで焦点を結ぶものとなっ
ている。
【００５７】２次元ポジションセンサ１６は、ワイヤボ
ンディング装置のキャピラリ４で遮光されずに通過した
レーザビームを受光し、その受光量信号及び受光したと
ころの位置信号（Ｘ軸、Ｙ軸）を出力する機能を有して
いる。
【００５８】すなわち、レーザビームの焦点位置にある
キャピラリ４がＹ方向に振動すると、２次元ポジション
センサ１６で受光されるレーザビームの透過光量Ｉ
s （ｙ）は、次式で表される。
【００５９】 Ｉ（ｙ）＝Ａ・∫y 0 exp （−Ｙ2 ／２）dy …(4) なお、Ａは定数である。
【００６０】図２はキャピラリ４がＹ方向に振動したと
きの透過光量Ｉs の変化を示す図である。
【００６１】透過光量Ｉs （ｙ）が全光量の５０％にな
る点ｙa を中心として±５％以内では、透過光量Ｉ
s （ｙ）はＹ変位に対して線形に変化する。これによ
り、この線形の近似直線の傾きを求めれば、透過光量Ｉ
s （ｙ）を検出することにより、変位Ｙが求められる。
【００６２】しかるに、２次元ポジションセンサ１６
は、図３に示すように４つの電極Ｘ1、Ｘ2 、Ｙ1 、Ｙ
2 を備え、これら電極Ｘ1 、Ｘ2 、Ｙ1 、Ｙ2 からそれ
ぞれ各電流Ｉｘ1 、Ｉｘ2 、Ｉｙ1 、Ｉｙ2 を出力する
機能を有している。
【００６３】この２次元ポジションセンサ１６には、ア
ンプを含む演算回路１７が接続されている。この演算回
路１７は、２次元ポジションセンサ１６から出力された
各電流Ｉｘ1 、Ｉｘ2 、Ｉｙ1 、Ｉｙ2 を入力し、キャ
ピラリ４で遮光されずに通過したレーザビームの透過光
量Ｉs 、レーザビームの受光位置の変位Ｘ及び変位Ｙを
求める機能を有している。
【００６４】すなわち、透過光量Ｉs は、 Ｉｘ1 ＋Ｉｘ2 ＝Ｉｙ1 ＋Ｉｙ2 ＝Ｉ …(5) 変位Ｘは、 （Ｉｘ1 −Ｉｘ2 ）／（Ｉｘ1 ＋Ｉｘ2 ）＝１−２Ｘ／Ｌ …(6) 変位Ｙは、 （Ｉｙ1 −Ｉｙ2 ）／（Ｉｙ1 ＋Ｉｙ2 ）＝１−２Ｙ／Ｌ …(7) によりそれぞれ求められる。ここで、Ｌは、各電極Ｘ1
とＸ2 、Ｙ1 とＹ2 との各電極間距離である。
【００６５】評価装置１８は、演算回路１７により求め
られた透過光量（受光量信号）Ｉ、変位Ｘ及び変位Ｙ
（位置信号）を入力して測定データを求め、この測定デ
ータから予め求められたキャピラリ４の揺れをキャンセ
ルしてキャピラリ４の振動振幅を検出する検出手段とし
ての機能を有している。
【００６６】又、評価装置１８は、検出手段により検出
されたキャピラリ４の振動振幅に基づいてキャピラリ４
の振動速度やキャピラリ４の先端に加わる加圧力を求
め、これら振動速度や加圧力に基づいてワイヤボンディ
ングに用いられる加工エネルギを求める管理手段として
の機能を有している。
【００６７】この管理手段は、キャピラリ先端の振動速
度をｖ、キャピラリ先端に加わる加圧力をＰ、動摩擦係
数をμ、加工時間をｔとしたときに表される加工エネル
ギーＥ、 Ｅ＝∫t 0 μ・Ｐ・ｖdt …(8) を、振動速度ｖと加圧力Ｐとにより管理する機能を有し
ている。
【００６８】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。
【００６９】先ず、測定ユニット１１をボンディング装
置をセットする。この場合、測定ユニット１１のレーザ
ビームの焦点位置がキャピラリ４の先端になるように位
置出しする。
【００７０】この位置出しについて説明すると、図４
(a) はキャピラリ４がレーザビーム焦点位置の前側にあ
る場合であり、同図(b) は焦点位置の後側にある場合の
模式図である。
【００７１】キャピラリ４が前側にある場合と後側にあ
る場合とでは、キャピラリ４で遮光されずに透過した２
次元ポジションセンサ１６上での透過光の重心位置が異
なることが分かる。
【００７２】これに対して集光レンズ１４の焦点深度内
では、レーザビームの光軸を中心として均等に光量が低
下する。従って、キャピラリ４の位置によらず透過光の
位置は一定となる。
【００７３】そこで、測定ユニット１１をＸ方向に移動
させながら、２次元ポジションセンサ１６のＹ変位の出
力を測定すると、その測定結果は図５に示すグラフとな
る。この測定結果からＸ変位によらずＹ変位の出力が一
定にする範囲が焦点深度である。
【００７４】従って、キャピラリ４は、この焦点深度の
範囲に来るように測定ユニット１１の位置を調整する。
【００７５】次に、超音波発振器１に発生する電圧及び
電流を超音波振動子２に供給すると、超音波ホーン３及
びキャピラリ４は、Ｙ方向である矢印（ロ）方向に超音
波振動する。
【００７６】このとき、半導体レーザ１２から出力され
たレーザビームは、コリメータレンズ１３を通って集光
レンズ１４により集光され、ミラーで反射してキャピラ
リ４に照射され、このキャピラリ４で遮光されずに透過
したレーザビームが２次元ポジションセンサ１６に入射
する。
【００７７】この２次元ポジションセンサ１６は、各電
極Ｘ1 、Ｘ2 、Ｙ1 、Ｙ2 からそれぞれ各電流Ｉｘ1 、
Ｉｘ2 、Ｉｙ1 、Ｉｙ2 を出力する。
【００７８】演算回路１７は、２次元ポジションセンサ
１６から出力された各電流Ｉｘ1 、Ｉｘ2 、Ｉｙ1 、Ｉ
ｙ2 を入力し、上記各式 (5)〜(7) を演算してキャピラ
リ４で遮光されずに通過したレーザビームの透過光量Ｉ
s 、変位Ｘ及び変位Ｙを求める。
【００７９】図６はキャピラリ４が超音波振動している
ときに２次元ポジションセンサ１６を用いて測定された
透過光量Ｉs の結果を示す図である。
【００８０】ところで、ボンディング時は、モータ６の
振動等により測定ユニット１１とキャピラリ４とが相対
的に揺るので、上記測定結果には、キャピラリ４の振動
の他に、モータ６の振動等の揺れも加算される。
【００８１】キャピラリ４の振動振幅は１μｍ以下と小
さく、相対的な揺れはこれを上回る。このため、周波数
フィルタ等を使って処理すると、測定結果は誤差が大き
くなり、実際の振動振幅を検出することが困難となる。
【００８２】そこで、評価装置１８は、演算回路１７に
より求められた透過光量Ｉs 、変位Ｘ及び変位Ｙを入力
して測定データを求め、この測定データから予め求めら
れたキャピラリ４の揺れをキャンセルしてキャピラリ４
の振動振幅を検出する。
【００８３】すなわち、変位Ｙの測定結果と図２に示す
近似直線とからモータ６の振動等による相対的な揺れで
ある透過光量の変動分、例えば図７に示す透過光量の変
動分を演算し求め、図６に示す透過光量Ｉs の結果から
相対的な揺れによる透過光量の変動分を差し引く。
【００８４】これにより、相対的な揺れがキャンセルさ
れ、図８に示すようなキャピラリ４の真の振動振幅が検
出される。
【００８５】又、評価装置１８は、キャピラリ４の真の
振動振幅の検出結果を時間微分することにより、キャピ
ラリ４の先端の振動速度ｖを求める。
【００８６】ボンディング装置では、キャピラリ４の先
端にかかる荷重をコントロールするモータ６の電流変化
を測定することで、この電流信号からキャピラリ４の先
端にかかる加圧力Ｐの変化を検出する。
【００８７】ボンディング特性を決定する加工エネルギ
ーＥは、上記式(8) により表されるので、評価装置１８
は、振動速度ｖと加圧力Ｐとを管理することにより、上
記ボンディング特性を決定する加工エネルギーＥを管理
する。
【００８８】このように上記第１の実施の形態によれ
ば、キャピラリ４の超音波振動振幅の変化を正確に捕ら
えることができ、かつボンディング特性を決定する加工
エネルギーＥを管理できる。
【００８９】すなわち、キャピラリ４を交換した場合、
超音波ホーン３等を取り付けた状態で振動モードや機械
インピータンスが変化する。キャピラリ４の交換後に超
音波振動子２に与えるエネルギーと測定ユニット１１を
用いてキャピラリ４の振動振幅を測定することにより、
振動モードや機械インピータンスの変化を読み取ること
ができる。
【００９０】又、ボンディング時では、測定ユニット１
１とキャピラリ４との相対的揺れとキャピラリ４の振動
振幅を同時に測定し、相対的揺れをキャンセルし、キャ
ピラリ４の真の振動振幅を測定できるので、ボンディン
グに使われる加工エネルギーＥを管理でき、ボンディン
グの加工パラメータの最適化、品質管理等を行うことが
できる。
【００９１】(2) 次に本発明の第２の実施の形態につい
て説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付し
てその詳しい説明は省略する。
【００９２】図９はワイヤボンディングの振動振幅を定
量化する振動振幅評価装置を備えたワイヤボンディング
装置の構成図である。
【００９３】ワイヤボンディング装置のキャピラリ４の
近辺には、このキャピラリ４を挟む如くキャピラリ４の
振動振幅を検出する透過式非接触の振動計センサ、すな
わち測定ユニット１１が配置されている。
【００９４】この測定ユニット１１には、半導体レーザ
電源１０及び評価装置１８が接続され、このうち評価装
置１８からキャピラリ４の振動振幅信号Ｄが出力される
ものとなっている。
【００９５】一方、キャピラリ４の超音波振動は、超音
波ホーン３に取り付けられている超音波発振子２で制御
されるものであり、この超音波発振子２の超音波発振器
１からは、その電圧信号Ｖ、電流信号Ｉが取り出されて
いる。
【００９６】診断装置２０は、図１０に示す定量化アル
ゴリズムに従って超音波発振器１の電気特性と振動振幅
との関係を定量化し、かつ図１１に示す推定アルゴリズ
ムに従って超音波発振器１の振動振幅を推定する機能を
有している。
【００９７】具体的に診断装置２０は、図１２に示すよ
うに評価演算部２１が備えられ、この評価演算部２１に
メモリ２２、各バンドパスフィルター２３〜２５が接続
されている。
【００９８】この評価演算部２１には、各バンドパスフ
ィルター２３〜２５を通して電圧信号Ｖ、電流信号Ｉ、
振動振幅信号Ｄが入力されるとともに、超音波パワー設
定値、荷重設定値が入力されている。
【００９９】この評価演算部２１は、電流信号Ｉに対す
る振動振幅Ｄの関係を直線に近似し、この近似直線の傾
き及び切片を超音波発振器１の各荷重設定値及び各制御
値ごとにリスト化する定量化手段としての機能を有して
いる。
【０１００】又、診断装置２０は、超音波発振器１の荷
重設定値及び制御値を入力すると、これら荷重設定値及
び制御値に対応する振動振幅Ｄの関係を示す近似直線の
傾き及び切片から超音波発振器１の振動振幅を推定する
推定手段としての機能を有している。
【０１０１】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。
【０１０２】ところで、ワイヤボンディング装置は、超
音波発振器１のパワー数と荷重とを設定して超音波接合
を行うものであり、これら設定値により超音波発振器１
の電気特性が変化し、振動振幅Ｄが決定される。
【０１０３】キャピラリ４の振動振幅Ｄは、超音波振動
子２に入力される入力電力Ｐｅの関数ｆ（Ｐ）として表
すことができる。電気エネルギーが機械エネルギーに変
換されるときの変換効率をＡとすると、振動振幅Ｄは、 Ｄ＝Ａ・ｆ（Ｐ） …(9) により表される。
【０１０４】変換効率Ａと関数ｆ（Ｐ）とは、超音波振
動子２や超音波ホーン３の形状及び電気特性によって異
なるので、理論式を導き出すことは困難である。
【０１０５】そこで、本発明装置を用いて、入力電力
（電流）に対する振動振幅Ｄを測定し、その近似式を導
き出す。
【０１０６】そこで、超音波発振器１に発生する電圧及
び電流を超音波振動子２に供給すると、超音波ホーン３
及びキャピラリ４は、Ｙ方向である矢印（ロ）方向に超
音波振動する。
【０１０７】このとき、測定ユニット１１は、キャピラ
リ４にレーザビームを集光し、このキャピラリ４により
遮光されなかった透過光を受光し、その受光量及び位置
信号を出力する。
【０１０８】評価装置１８は、測定ユニット１１からの
受光量及び位置信号に基づいてキャピラリ４の振動振幅
を求め、その振動振幅信号Ｄを出力する。
【０１０９】一方、超音波発振器１からは、その電圧信
号Ｖ、電流信号Ｉが取り出されて診断装置２０に送られ
る。
【０１１０】この診断装置２０では、電圧信号Ｖ、電流
信号Ｉ及び振動振幅信号Ｄをそれぞれ各バンドパスフィ
ルタ２３、２４、２５に通してノイズを除去し、評価演
算部２１に送る。
【０１１１】この評価演算部２１は、先ず、図１０に示
す定量化アルゴリズムによって近似式を算出する。
【０１１２】すなわち、評価演算部２１は、ステップ＃
１において、一定時間Ｔごとに電圧Ｖ及び電流Ｉを取り
込んでその実効値Ｖrms 、Ｉrms を求め、次のステップ
＃２においてこれら電圧Ｖと電流Ｉとの位相差を求め、
さらにステップ＃３において電力Ｐｅを計算し求める。
【０１１３】これと共に評価演算部２１は、ステップ＃
４において、上記一定時間Ｔごとに振動振幅信号Ｄを取
り込み、振動全振幅値Ｄを求める。
【０１１４】次に評価演算部２１は、ステップ＃５にお
いて、電力ＰｅをＸ座標、振動全振幅値ＤをＹ座標とし
て、（Ｘ，Ｙ）の座標群を作成する。
【０１１５】なお、これまで装置の電力は、電圧が安定
した時間での電力値で定義されていたが、電圧が安定し
ていても電流が安定である保証はなく、又電流は外部負
荷の影響で変化することが確認されているので、本発明
装置では超音波発振開始から発振終了までの電力Ｐｅを
時系列に測定し、（Ｘ，Ｙ）の座標群を作成する。
【０１１６】ワイヤボンディング装置では、加工条件に
合わせて超音波パワー数、荷重を設定するので、これら
超音波パワー数、荷重を診断装置２０に入力し、各超音
波パワー数、荷重ごとに電力Ｐｅと振動全振幅値Ｄを測
定する。
【０１１７】図１３(a) 〜(c) は超音波設定値「７１」
を一定にして荷重を変えた場合の電力に対する振幅の
（Ｘ，Ｙ）のプロット結果を示し、同図(a) は荷重４５
gf、同図(b) は荷重６０gf、同図(c) は荷重７５gfの場
合である。
【０１１８】又、図１４(a) 〜(c) は荷重６０gfを一定
にして超音波設定値を変えた場合の電力に対する振幅の
（Ｘ，Ｙ）のプロット結果を示し、同図(a) は超音波パ
ワー数「５１」、同図(b) は超音波パワー数「７１」
は、同図(c) は超音波パワー数「９１」場合である。
【０１１９】これらプロット結果のグラフにおいて直線
は、これらの測定点を元に算出した近似直線である。こ
の近似直線と測定値の二乗誤差が０．０２以下と小さい
ので、関数ｆ（Ｐ）は一次式で近似できる。
【０１２０】この近似直線の傾きＡと切片Ｂとは、プロ
ット結果のグラフから分かるように荷重と超音波パワー
数によってそれぞれ異なる。
【０１２１】そこで、評価演算部２１は、ステップ＃５
において、加工時に使用する設定値毎の傾きＡijと切片
Ｂijとを順次求め、図１５に示すような傾きＡijのリス
ト及び図１６に示すような切片Ｂijのリストを作成す
る。
【０１２２】そして、評価演算部２１は、全設定条件で
の測定が終了すると、傾きＡijのリスト及び切片Ｂijの
リストをメモリ２に保存する。
【０１２３】一方、傾きＡijのリスト及び切片Ｂijのリ
スト作成の後、超音波パワー設定値及び荷重設定値を診
断装置２０に入力することにより、診断装置２０は図１
１に示す推定アルゴリズムに従って超音波発振器１の振
動振幅を推定する。
【０１２４】すなわち、診断装置２０の評価演算部２１
は、ステップ＃１０において、超音波パワー設定値及び
荷重設定値が入力されると、メモリ２２に保存されてい
る傾きＡijのリスト及び切片Ｂijの各リストから超音波
パワー設定値及び荷重設定値に対応する傾きＡij及び切
片Ｂijをロードする。
【０１２５】これと共に評価演算部２１は、ステップ＃
１１において、超音波発振器１の電圧信号Ｖ及び電流信
号Ｉが入力されると、これら電圧Ｖ及び電流Ｉの実効値
Ｖrms 、Ｉrms を求め、次のステップ＃１２においてこ
れら電圧Ｖと電流Ｉとの位相差を求め、さらにステップ
＃１３において電力Ｐｅを計算し求める。
【０１２６】そして、評価演算部２１は、ステップ＃１
４において、電力Ｐｅ、傾きＡij及び切片Ｂijに基づい
て超音波発振器１の振動振幅Ｄ´を推定する。
【０１２７】このように上記第２の実施の形態によれ
ば、加工点におけるキャピラリ４の実際の振動振幅を測
定し、超音波発振器１の入力電力Ｐｅと振動振幅Ｄの変
換係数を求め、入力電力Ｐｅから振動振幅Ｄ´を推定す
るので、加工点の振動振幅を正確に推定でき、加工点に
出力される振動エネルギーを定量化できて加工エネルギ
ーを管理でき、ボンディングの加工パラメータの最適
化、品質管理等を行うことができる。
【０１２８】又、傾きＡij及び切片Ｂijの各リストは、
超音波発振器１や超音波ホーン３を交換しなければ、同
じリストを用いることができる。すなわち、これらリス
ト作成後は、測定ユニット１１を用いてキャピラリ４の
振動振幅Ｄを実測する必要はなく、測定ユニット１１や
半導体レーザ電源１０、評価装置１８をワイヤボンディ
ング装置から取り外すことができる。
【０１２９】工場ラインのように多数のワイヤボンディ
ング装置を管理する場合は、各装置に診断装置２０のみ
を組み込めばよい。そして、リスト作成時のみに測定ユ
ニット１１や半導体レーザ電源１０、評価装置１８をワ
イヤボンディング装置に取り付ければよい。
【０１３０】通常は、超音波発振器１の電力Ｐｅから振
動振幅値を評価し装置の管理を行い、定期検査のときに
測定ユニット１１などを取り付け、実際の振動振幅値Ｄ
と推定振幅Ｄ´とを比較し、ワイヤボンディング装置の
異常を診断する。
【０１３１】(3) 次に本発明の第３の実施の形態につい
て説明する。なお、図１と同一部分には同一符号を付し
てその詳しい説明は省略する。
【０１３２】図１７はワイヤボンディングの振動振幅評
価装置を備えたワイヤボンディング装置の構成図であ
る。
【０１３３】測定ユニット３０は、ワイヤボンディング
装置のキャピラリ４を挟む如く中心部の一部が中空部３
０ａとなっているコ字形状に形成されている。
【０１３４】この測定ユニット３０には、投光部として
各ズーム光学系３１、３３と、これらズーム光学系３
１、３３の間に配置される絞り３２から成る光学系３
４、さらには第１のプリズム３５が設けられている。
【０１３５】ここで、光学系３４としてズーム光学系３
１、３３及び絞り３２を用いたのは、キャピラリ４が偏
心しながら振動するような場合、半導体レーザ３８のレ
ーザビームのスポット径が小さく、焦点深度が浅いと、
測定ユニット３０の測定可能範囲を越える場合がある。
これまでの実験の結果から、実用性を考慮すると、適切
なスポット径は、５０μｍ〜１００μｍ、焦点深度は±
２ｍｍ前後であることが確認されており、この条件を満
たすために上記光学系３４が採用されている。
【０１３６】絞り３２の絞り径とズーム光学系３１、３
２の拡大率で、焦点でのスポット径と焦点深度を可変で
きるものとなっている。
【０１３７】上記ズーム光学系３１側には、光ファイバ
３６及び集光レンズ３７を介して半導体レーザ３８が設
けられている。
【０１３８】この半導体レーザ３８は、測定点であるキ
ャピラリ４において目視できるように、波長６７０ｎｍ
の可視レーザビームを出力するもので、駆動回路部３９
によってその出力光量が制御されている。
【０１３９】すなわち、この駆動回路部３９は、半導体
レーザ３８に内蔵されたフォトダイオードを用いて半導
体レーザ３８の光出力をモニターし、このモニター電流
を半導体レーザ３８の駆動電流発生回路にフィードバッ
クし、半導体レーザ３８から一定光量の光出力が得られ
るように駆動電流を制御する機能を有している。
【０１４０】なお、この半導体レーザ３８からの一定光
量の光出力により半導体レーザ３８の光出力変動による
誤差を抑えることができる。
【０１４１】又、レーザビームの伝達として光ファイバ
ー３６を採用したのは、半導体レーザ３８を測定ユニッ
ト３０を組み込むことは可能であるが、測定ユニット３
０を小型化し、レーザビームの信頼性を高めるためであ
る。
【０１４２】この光ファイバー３６は、ファイバー出射
面でのモードが変化しないコア径が４μｍのシングルモ
ードファイバを用い、ファイバーの伝達中に、レーザの
モードの変化によりレーザ光量が変動しないようにして
いる。
【０１４３】半導体レーザ３８からのレーザビームを光
ファイバー３６に入射する集光レンズ３７は、半導体レ
ーザの非点収差を補正するために、垂直方向と水平方向
で異なる曲率を持った非球面レンズが用いられている。
【０１４４】なお、半導体レーザ３８と光ファイバー３
６とは、取り外しができるように光コネクタで接続され
ている。
【０１４５】又、測定ユニット３０には、第１のプリズ
ム３５と対向する位置に色フィルタ４０、第２のプリズ
ム４１が配置され、この第２のプリズム４１の反射光路
上に集光レンズ４２、フォトセンサ４３が配置されてい
る。
【０１４６】このうち色フィルタ４０は、外乱光をフォ
トセンサ４３に入射させないように半導体レーザ３８の
出力波長のみを透過させるものである。
【０１４７】フォトセンサ４３は、キャピラリ４で遮光
されずに透過した光を受光してその受光量信号を出力し
て演算回路部４４に送る機能を有している。
【０１４８】この演算回路部４４は、フォトセンサ４３
から出力される受光量信号を直流成分と交流成分とに分
離し、このうち直流成分からキャピラリ４の変位を求
め、かつ交流成分からキャピラリ４の振動振幅を求める
機能を有している。
【０１４９】一方、キャピラリ４が測定ユニット３０か
ら出力されるレーザビームの焦点位置に配置されている
ことを検出する位置検出系が備えられている。
【０１５０】すなわち、ＬＥＤ光源４５と、このＬＥＤ
光源４５からのＬＥＤ光を照射する投光部及びキャピラ
リ４からの反射光を受光する受光部とが一体に形成され
た光ファイバー４６と、この光ファイバー４６により伝
送された光を受光し、その受光量を測定する光センサ４
７と、この光センサ４７から出力される電気信号を入力
してキャピラリ４からの反射光量を演算し求める光量測
定回路部４８とから構成されている。
【０１５１】なお、光量測定回路部４８により求められ
たキャピラリ４からの反射光量は、例えばオシロスコー
プに表示されるものであり、この表示を見ながら測定ユ
ニット３０の調整することにより、測定ユニット３０の
レーザビームの焦点位置とキャピラリ４との位置合わせ
を簡単に行えるものとなっている。
【０１５２】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。
【０１５３】半導体レーザ３８から出力されたレーザビ
ームは、集光レンズ３７により集光されて光ファイバー
３６に入射し、この光ファイバー３６内を伝達して測定
ユニット３０に到達する。
【０１５４】この測定ユニット３０内においてレーザビ
ームは、ズーム光学系３１、３３及び絞り３２によりそ
のスポット径が所望のスポット径に拡大され、第１のプ
リズム３５により反射され、これら光学系の焦点位置で
焦点を結ぶ。
【０１５５】ここで、測定ユニット３０から出力された
レーザビームの焦点位置をキャピラリ４の位置に一致さ
せる必要がある。
【０１５６】この位置を一致させるために、光量測定回
路部４８によりＬＥＤ光源４５を発光させ、このＬＥＤ
光を光ファイバー４６に入射する。このＬＥＤ光は、光
ファイバー４６内を伝達し、光学系の焦点位置に投光さ
れる。
【０１５７】この光学系の焦点位置の付近にキャピラリ
４があると、ＬＥＤ光は、キャピラリ４で反射し、再び
光ファイバー４６に入射し、光センサ４７に到達する。
【０１５８】この光センサ４７は、光ファイバー４６か
ら伝達されたＬＥＤ光を受光し、その受光量に応じた電
気信号を出力する。
【０１５９】そして、光量測定回路部４８は、光センサ
４７から出力される電気信号を入力してキャピラリ４か
らの反射光量を演算し求める。この光量測定回路部４８
により求められたキャピラリ４からの反射光量は、例え
ばオシロスコープに表示され、この表示を見ながら測定
ユニット３０の位置を調整することにより、測定ユニッ
ト３０のレーザビームの焦点位置とキャピラリ４との位
置合わせを行う。
【０１６０】例えば、キャピラリ４が焦点位置からＸ方
向やＹ方向にずれていると、光センサ４７での受光量が
低下し、レーザビームの焦点位置とキャピラリ４との位
置が一致すると、受光量が最大となる。
【０１６１】このようにレーザビームの焦点位置とキャ
ピラリ４との位置が一致した後、レーザビームは焦点位
置に焦点を結ぶので、この焦点位置にキュピラリ４を配
置し、このキャピラリ４を移動させながら、キャピラリ
４で遮光されなかった透過光量を色フィルタ４０、第２
のプリズム４１、集光レンズ４２を通してフォトセンサ
４３で測定する。
【０１６２】ここで、レーザビームの断面光強度がガウ
シアン分布である場合、キャピラリ４の変位量をＸa と
すると、透過光量Ｉs は、 Ｉs （Ｘ）＝Ａ∫0 x exp（−Ｘa 2 ／２）ｄｘ …(10) により表される。なお、Ａは定数、図１８はキャピラリ
４を移動したときのフォトセンサ４３で測定された光量
の変化を示す図である。レーザビームを遮光しない場合
の透過光量を１００％とすると、５０％±１０％近辺の
位置では、透過光量Ｉs は、変位Ｘに比例する。
【０１６３】すなわち、この比例領域では、透過光量Ｉ
s を測定することにより、キャピラリ４の変位量を知る
ことができる。又、この比例係数が大きい程測定感度が
高く、比例領域が広い程測定範囲が広い。
【０１６４】そこで、キャピラリ４で遮光されなかった
透過光量は、フォトセンサ４３により測定され、このフ
ォトセンサ４３からキャピラリ４で遮光されない透過光
量に応じた受光量信号が出力される。。
【０１６５】演算回路部４４は、フォトセンサ４３から
出力される受光量信号を入力し、この受光量信号に対し
てローパスフィルタ（ハイカットオフ周波数１ｋＨｚ）
とハイパスフィルタ（ローカットオフ周波数１ｋＨｚ）
を掛け、受光量信号を直流成分（ＤＣ信号）と交流成分
（ＡＣ信号）とに分離する。なお、ＡＣ信号はアンプで
増幅される。
【０１６６】このように分離したＤＣ信号とＡＣ信号と
のうちＤＣ信号は、振動軸の偏心などの低周波の変位を
表し、ＡＣ信号は高周波の振動振幅を表す。
【０１６７】図１９及び図２０はワイヤボンディング装
置のキャピラリ４の先端の変位と振動振幅の測定結果を
示すものであり、図１９は振動軸の変位を示し、図２０
は振動振幅を示している。
【０１６８】ＤＣ信号は、振動軸の偏心などの低周波の
変位の測定の他、キャピラリ４が測定ユニット３０の測
定範囲内にあるかどうかの判定にも使用する。すなわ
ち、半導体レーザ３８のレーザビームがキャピラリ４に
遮光されなかった場合の透過光量を１００とし、キャピ
ラリ４に遮光されたときの透過光量を遮光されなかった
透過光量で除算し、その値が５０±１０％の範囲内から
外れた場合に、例えばブザー等を鳴動し表示ランプを点
灯する。
【０１６９】なお、測定する振動周波数が既知の場合
は、ハイパスフィルタの代わりにバンドパスフィルタを
用いる方が有効である。
【０１７０】又、演算回路部４４は、駆動回路部３９の
半導体レーザ３８のモニタ電流から半導体レーザ３８の
光量変化を測定し、ＤＣ信号から半導体レーザ３８の光
量変化分を差し引き、キャピラリ４の先端の変位の測定
精度を高めている。
【０１７１】このように上記第３の実施の形態によれ
ば、キャピラリ４で遮光されずに通過した光をフォトセ
ンサ４３で受光してその受光量信号を出力し、この受光
量信号をＤＣ信号とＡＣ信号とに分離するようにしたの
で、ＤＣ信号からキャピラリ４の振動軸の偏心などの低
周波の変位を求めることができ、かつこれと同時にＡＣ
信号からキャピラリ４の高周波の振動振幅を求めること
ができる。
【０１７２】又、位置検出系を備えることによって、測
定ユニット３０から出力されるレーザビームの焦点位置
をキャピラリ４に容易に一致でき、測定誤差を抑えるこ
とができる。
【０１７３】なお、上記第３の実施の形態は、次の通り
変形してもよい。
【０１７４】測定ユニット５０は、図２１(a) に示すよ
うに楔形のスライド機構５１の備え、かつ光ファイバー
系と取り付け自在の機構とし、例えば被測定体であるキ
ャピラリ４が穴の中のような狭いスペースにある場合に
測定可能とするようにしてもよい。
【０１７５】スライド機構５１には、各変形プリズム５
２、５３が所定の間隔で設けられている。これら変形プ
リズム５２、５３は、同図(b) に示すようにそれぞれ２
つの反射面５４、５５と５６、５７が形成されている。
このうち変形プリズム５２の各反射面５４、５５は互い
に９０度ずれて形成され、変形プリズム５３の各反射面
５６、５７も互いに９０度ずれて形成されている。
【０１７６】このような測定ユニット５０であれば、半
導体レーザ３８から出力されたレーザビームは、変形プ
リズム５２に対して＋Ｙ方向から入射し、反射面５４で
９０度−Ｚ方向に反射し、さらに反射面５５で９０度＋
Ｘ方向に反射する。
【０１７７】そして、レーザビームは、変形プリズム５
２から出射し、例えば被測定体であるキャピラリ４に照
射される。なお、このキャピラリ４は、レーザビームの
焦点位置に配置されている。
【０１７８】このキャピラリ４で遮光されずに透過した
レーザビームは、変形プリズム５３に対して＋Ｘ方向か
ら入射し、反射面５６で９０度＋Ｚ方向に反射し、さら
に反射面５７で９０度−Ｙ方向に反射し、変形プリズム
５３から出射する。
【０１７９】そして、この変形プリズム５３から出射さ
れたレーザビームは、フォトセンサ４３に入射する。
【０１８０】なお、上記変形プリズム２２、２３と同じ
変形プリズムをもう１個用い、測定ユニット５０の焦点
位置に一致させるようにしてもよい。
【０１８１】又、上記第３の実施の形態では、光ファイ
バー３６を用いて半導体レーザ３８のレーザビームを伝
達しているが、この半導体レーザ３８を測定ユニット３
０内に直接組み込んでもよい。
【０１８２】又、レーザビームを反射する光学部品とし
てプリズムを用いたが、これを反射鏡に代えてもよい。
ただし、プリズムの方が組み込み時の位置合わせの精度
が高く、構成が簡単になるので、小型の測定ユニットに
は適している。
【０１８３】光源としては半導体レーザ３８の他に、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザなどのガスレーザでもよい。
【０１８４】なお、被測定体で遮光されずに透過したレ
ーザビームを受光することから、透過率測定器として使
用してもよい。
【０１８５】(4) 次に本発明の第４の実施の形態につい
て説明する。
【０１８６】図２２はワイヤボンディング装置の構成図
である。
【０１８７】超音波発振器１には、この超音波発振器１
に発生する振動子駆動電圧Ｖｄ及び振動子電流Ｉｍが供
給されて超音波振動する超音波振動子２が接続されてい
る。この超音波振動子２には、その先端部にキャピラリ
４が設けられた超音波ホーン３が接続され、このキャピ
ラリ４には、ワイヤ５が通っている。
【０１８８】又、超音波振動子２の部分には、キャピラ
リ４をチップ７に押し当てるためのモータ６が連結さ
れ、ワイヤボンディング動作に応動して超音波振動子２
から超音波ホーン３、キャピラリ４の全体を揺動させ、
キャピラリ４をチップ７に対して昇降動作させるものと
なっている。
【０１８９】図２３は超音波発振器１の制御回路の構成
図である。
【０１９０】電圧制御発振器６０の出力端子には、電圧
増幅器６１、電力増幅器６２が接続され、この電力増幅
器６２の出力端子にインダクタンスＬa 及び抵抗Ｒa を
介して超音波振動子２が接続されている。
【０１９１】この超音波振動子２には、移相器６３及び
位相比較器６４が接続され、このうち移相器６３の出力
端子が位相比較器６４の入力端子に接続されている。
【０１９２】位相比較器６４の出力端子には、直流増幅
器６５、リミッタ６６を介して電圧制御発振器６０が接
続されている。
【０１９３】このような構成であれば、超音波発振器１
は、電圧制御発振器６０から出力されて電圧増幅器６
１、電力増幅器６２、インダクタンスＬa 及び抵抗Ｒa
を通して超音波振動子２に加える振動子駆動電圧Ｖｄ及
びその振動子電流Ｉｍの位相差を位相比較器６４で比較
し、この位相差を直流増幅器６５、リミッタ６６を通し
て電圧制御発振器６０にフィードバックすることによ
り、この振動子駆動電圧Ｖｄ及びその振動子電流Ｉｍの
位相差が所定の大きさとなるように振動子駆動電圧Ｖｄ
を制御する。
【０１９４】すなわち、振動子駆動電圧Ｖｄは、超音波
振動子２の初期状態の入力であり、振動子電流Ｉｍは、
荷重変動などにより生じたキャピラリ４の先端の振動周
波数ｆと振動振幅Ｄの変化の結果を表す。
【０１９５】但し、キャピラリ４の先端の振動周波数
は、電圧制御発振器６０の周波数ｆiを超音波振動子２
や超音波ホーン３などの機械振動系の周波数ｆo と一致
させれば、この周波数ｆo の一定の振動周波数となる。
つまり、振動子電流Ｉｍは、キャピラリ４の先端の振動
振幅Ｄを示すことになる。
【０１９６】レーザ振動計７０は、キャピラリ４の先端
の振動振幅値を測定し、その振動振幅信号を出力する機
能を有している。
【０１９７】管理評価装置７１は、超音波発振器１から
超音波振動子２に供給される振動子駆動電圧Ｖｄ及びそ
の振動子電流Ｉｍを取り込むとともにレーザ振動計７０
により測定されたキャピラリ４の先端の振動振幅値を取
り込み、振動子電流Ｉｍとキャピラリの振動振幅値との
関係を求め、この関係に従ってワイヤボンディング装置
各機種の振動振幅値を同一にする超音波振動子２に流れ
る振動子電流Ｉｍを求める機種調整手段７２としての機
能を有している。
【０１９８】又、管理評価装置７１は、機種調整手段に
より求めた振動子電流Ｉｍを設定値として、キャピラリ
４の先端に加わる荷重を変化させたときの超音波振動子
２に流れる振動子電流Ｉｍとインピーダンス変化との関
係を求め、この関係に基づいて少なくとも経年変化を評
価する第１の評価手段７３としての機能を有している。
【０１９９】又、管理評価装置７１は、第１の評価手段
７３により求められたインピーダンスが増加するに伴っ
て振動子電流Ｉｍが低下した場合に少なくともキャピラ
リ４の磨耗又は取り付け不完全と評価し、かつインピー
ダンスが低下し振動子電流Ｉｍが増加する場合に少なく
ともボンディングがされていない又はキャピラリ４の先
端の負荷が軽い、ボンディング強度が低いと評価する第
２の評価手段７４としての機能を有している。
【０２００】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。
【０２０１】(a) 機差の調整法 超音波発振器１は、上記の如く超音波振動子２に加える
振動子駆動電圧Ｖｄ及びその振動子電流Ｉｍの位相差が
所定の大きさとなるように振動子駆動電圧Ｖｄを制御す
る。
【０２０２】これら振動子駆動電圧Ｖｄ及びその振動子
電流Ｉｍが超音波振動子２に供給されることにより、超
音波ホーン３及びキャピラリ４は超音波振動し、かつモ
ータ６の動作によりキャピラリ４がチップ７に押し当て
られ、ワイヤボンディングが行われる。
【０２０３】このように動作する各ワイヤボンテイング
装置の各機差を調整する場合、レーザ振動計７０により
キャピラリ４の先端の振動振幅値を測定し、その振動振
幅信号を出力する。
【０２０４】一方、管理評価装置７１の機種調整手段７
２は、超音波発振器１から超音波振動子２に供給される
振動子駆動電圧Ｖｄ及びその振動子電流Ｉｍを取り込む
とともにレーザ振動計７０により測定されたキャピラリ
４の先端の振動振幅値を取り込み、振動子電流Ｉｍとキ
ャピラリ４の振動振幅値との関係を求め、この関係に従
ってワイヤボンディング装置の各機種の振動振幅値を同
一にする超音波振動子２に流れる振動子電流Ｉｍを求め
る。
【０２０５】すなわち、超音波発振器１が正常に制御さ
れている場合は、超音波振動子２に流れる振動子電流Ｉ
ｍがキャピラリ４の先端の振動振幅値を示す。
【０２０６】超音波振動子２の応答特性により、振動子
電流Ｉｍと振動振幅との位相差は超音波振動子２によっ
て異なる。
【０２０７】ワイヤボンディング装置を校正するには、
振動子電流Ｉｍに対する振動振幅量が分かればよいの
で、振動子電流Ｉｍと振動振幅との位相差は考慮する必
要がない。
【０２０８】従って、上記機種調整手段７２は、振動子
電流Ｉｍとキャピラリ４の振動振幅値とのエンベロープ
を取り、このエンベロープ信号同士で直線近似を行う。
【０２０９】図２４は各機種のワイヤボンディング装置
「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」を同一電力で超音波振動させたとき
の振動子電流Ｉｍとキャピラリ４の振動振幅値との関係
を示している。
【０２１０】同図から分かるように各ワイヤボンディン
グ装置「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」の機差により、振動子電流Ｉ
ｍと振動振幅値との比例係数が異なり、その各比例直線
の傾きが機差を表すものとなる。
【０２１１】各ワイヤボンディング装置「Ａ」「Ｂ」
「Ｃ」を校正する場合、上記機種調整手段７２により各
装置の導入時に図２４に示す振動子電流Ｉｍと振動振幅
値との関係から比例係数を求め、これら比例直線を用い
て、キャピラリ４の振動振幅がボンデングに最適な振動
振幅値Ｄo になる各振動子電流Ｉa 、Ｉb 、Ｉc を各装
置「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」ごとに求める。
【０２１２】そして、このようにして求めた各振動子電
流Ｉa 、Ｉb 、Ｉc をそれぞれ各装置「Ａ」「Ｂ」
「Ｃ」に入力すれば、これら装置「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」
は、同一の振動振幅で振動するものとなり、これら装置
「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」の機差を調整するものとなる。
【０２１３】(b) 装置の経年変化の評価 管理評価装置７１の第１の評価手段７３は、上記機種調
整手段７２により求めた振動子電流Ｉｍ、例えば各装置
「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」の各振動子電流Ｉa 、Ｉb、Ｉc を
それぞれ設定値として入力し、キャピラリ４の先端に加
わる荷重を変化させたときの超音波振動子２に流れる振
動子電流Ｉｍ（Ｎ）と振動子駆動電圧Ｖｄ（Ｎ）を測定
する。
【０２１４】次に第１の評価手段７３は、これら振動子
電流Ｉｍ（Ｎ）と振動子駆動電圧Ｖｄ（Ｎ）とからイン
ピーダンスＺ（Ｎ） Ｚ（Ｎ）＝Ｖｄ（Ｎ）／Ｉｍ（Ｎ） …(11) を計算し求め、振動子電流Ｉｍ（Ｎ）に対するインピー
ダンスＺ（Ｎ）の変化を求める。
【０２１５】図２５はかかる振動子電流Ｉｍ（Ｎ）に対
するインピーダンスＺ（Ｎ）の変化、すなわち超音波発
振器１の電流とインピーダンス特性図である。
【０２１６】ところで、超音波発振器１の電圧制御発振
器６０は、常に特定の振動周波数、一定の電力で発振す
るように制御されている。キャピラリ４の先端にかかる
外部負荷が変化すると、振動周波数と電力とが変化する
ので、超音波発振器１では、振動周波数と電力とを設定
値に戻そうとして振動子駆動電圧Ｖｄと振動子電流Ｉｍ
とを変化させる。
【０２１７】このときの振動子駆動電圧Ｖｄと振動子電
流Ｉｍとの関係は、超音波振動子２と超音波ホーン３の
応答特性に左右され、非線形である。
【０２１８】外部負荷が変化しない場合、電力は一定で
振動子駆動電圧Ｖｄは変化しないので、インピーダンス
Ｚ（Ｎ）は、 Ｚ＝Ｋ・Ｉｍ-1 …(12) により表される。なお、Ｋは定数で電力値によって決定
する。
【０２１９】外部負荷が変化する場合、振動子駆動電圧
Ｖｄが変化するので、上記式(12)の定数Ｋは変数とな
り、又、振動子電流Ｉｍも振動振幅の変化により変化す
るので、インピーダンスＺ（Ｎ）は、 Ｚ＝Ｆ・Ｉｍ-g …(13) により表される。なお、Ｆ、ｇは変数である。
【０２２０】この式(13)において、変数Ｆ、ｇの値がワ
イヤボンディング装置の個々の特性を表す変数となるの
で、第１の評価手段７３は、図２５に示すデータ群から
累乗近似で変数Ｆ、ｇを求め、近似曲線を算出する。
【０２２１】超音波発振器１、超音波振動子２、超音波
ホーン３に異常がない場合、同一電力値であれば、変数
Ｆ、ｇは変化しない。
【０２２２】ところが、超音波発振器１、超音波振動子
２、超音波ホーン３に異常や経年変化が生じた場合、変
数Ｆ、ｇは変化する。
【０２２３】従って、第１の評価手段７３は、図２５に
示すデータ群から累乗近似で変数Ｆ、ｇを求め、近似曲
線を算出することでワイヤボンデイング装置の異常や経
年変化を診断する。
【０２２４】(c) ワイヤボンディングの出来栄え評価 管理評価装置７１の第２の評価手段７４は、上記第１の
評価手段７３により求められた図２５に示す超音波発振
器１の電流とインピーダンス特性図を用い、ボンディン
グのデータが特性曲線のどの位置に分布しているかでワ
イヤボンディングの出来栄えを評価する。
【０２２５】すなわち、第２の評価手段７４は、キャピ
ラリ４の先端にかかる負荷が増え、インピーダンスＺが
増加Ｄ、これに伴って振動子電流Ｉｍが低下した場合、
キャピラリ４の磨耗、又はキャピラリ４の取り付け不完
全と評価する。この場合、図２５に示す特性曲線の左上
方向へデータが推移する。
【０２２６】又、第２の評価手段７４は、キャピラリ４
の先端にかかる負荷が軽くなり、インピーダンスＺが低
下し、振動子電流Ｉｍが増加する場合、ボンディングが
されていないと評価する。
【０２２７】さらに、第２の評価手段７４は、ボンディ
ング強度が低い場合でも、動摩擦抵抗が低くなるので、
インピーダンスＺが低下し、振動子電流Ｉｍが増加する
ので、併せてボンディング強度が低いとも評価する。
【０２２８】このようなインピーダンスＺが低下し、振
動子電流Ｉｍが増加する場合、図２５に示す特性曲線の
右下方向へデータが推移する。
【０２２９】従って、第２の評価手段７４は、測定デー
タが図２５に示す特性曲線のどの位置に分布するかで、
ワイヤボンディング装置の異常やボンディングの付き具
合を評価する。
【０２３０】このように上記第４の実施との形態によれ
ば、超音波発振器１から超音波振動子２に供給される振
動子駆動電圧Ｖｄ及びその振動子電流Ｉｍを取り込むと
ともにレーザ振動計７０により測定されたキャピラリ４
の先端の振動振幅値を取り込み、振動子電流Ｉｍとキャ
ピラリの振動振幅値との関係を求めるので、この関係に
従ってワイヤボンディング装置の各機種の振動振幅値を
同一にするための超音波振動子２に流れる振動子電流Ｉ
ｍを求めるることができ、各ワイヤボンディング装置の
各機差を校正できる。
【０２３１】このように各ワイヤボンディング装置の機
差を測定し校正することにより、各ワイヤボンディング
装置の異常を検知するための閾値を簡単に決定すること
が可能となる。
【０２３２】又、振動子電流Ｉｍとインピーダンス変化
との特性曲線を求めるので、この特性曲線に基づいてワ
イヤボンデイング装置の異常や経年変化を診断できる。
【０２３３】又、振動子電流Ｉｍとインピーダンス変化
との特性曲線から、ボンディングがされていないことを
評価でき、又キャピラリ４の磨耗、キャピラリ４の取り
付け不完全などのボンディングの出来栄えを評価でき、
さらにボンディング強度の低下も評価できる。
【０２３４】(5) 次に本発明の第５の実施の形態につい
て説明する。
【０２３５】図２６は校正機能を備えたワイヤボンディ
ング装置の全体構成図である。
【０２３６】ワイヤボンダ８０は、図３３に示すように
超音波発振器１に超音波振動子２が接続され、この超音
波振動子２に超音波発振器１に発生する電圧及び電流が
供給されて超音波振動するものとなっている。そして、
超音波振動子２に超音波ホーン３が接続され、このホー
ン３の先端部にキャピラリ４が設けられている。
【０２３７】又、超音波振動子２の部分には、モータ６
が連結され、ワイヤボンディング動作に応動して超音波
振動子２から超音波ホーン３、キャピラリ４の全体を揺
動させ、キャピラリ４をチップ７に押圧するものとなっ
ている。
【０２３８】このワイヤボンダ８０には、ＵＳチェッカ
（超音波チェッカ）８１及び高速Ａ／Ｄボード８２が接
続されている。このうちＵＳチェッカ８１は、ワイヤボ
ンダ８０における超音波発振器１の電圧信号、電流信
号、ＵＳトリガ信号及び 1st/2st切り替え信号を入力
し、平均電圧、平均電流及び電圧信号と電流信号との位
相差を計測し、例えば２ｍｓ毎にデータを区切り、ホス
トＰＣ（パーソナル・コンピュータ）８３に転送する機
能を有している。
【０２３９】一方、レーザ振動計８４は、ワイヤボンダ
８０におけるキャピラリ４の振動振幅を測定する機能を
有している。このレーザ振動計８４は、実際には上記第
１の実施の形態に記載した技術を適用したもので、キャ
ピラリ４の振動振幅を測定しその振動振幅信号を出力す
る機能を有している。
【０２４０】高速Ａ／Ｄボード８２は、レーザ振動計８
４から出力された振動振幅信号、ワイヤボンダ８０から
の超音波発振器１の電流信号、ＵＳトリガ信号を入力
し、これら信号をＡ／Ｄ変換してホストＰＣ８３に送る
機能を有している。
【０２４１】ホストＰＣ８３は、レーザ振動計８４によ
り測定されたワイヤボンダ８０におけるキャピラリ４の
振動振幅と超音波発振器１の少なくとも電流の各設定値
とを入力し、キャピラリ４の振動振幅に対する各設定値
との関係を求める解析手段としての機能を有している。
【０２４２】具体的に解析手段は、図２７に示す超音波
発振器の校正アルゴリズムに従い、キャピラリ４の振動
振幅に対する超音波発振器１の電流、電圧、電力、パル
ス値の各関係を求め、これら関係から超音波発振器１の
電流、電圧、電力、パルス値をそれぞれキャピラリ１の
振動振幅に変換する各近似式を求める機能を有してい
る。
【０２４３】これら近似式は、例えば、振動振幅と電流
値との近似式、振動振幅と電力値との近似式、振動振幅
とパルス設定値との近似式となっており、これら近似式
における係数が各ワイヤボンダ８０の機差を数値化した
値となっている。
【０２４４】なお、パルス設定値は、ワイヤボンダ８０
における超音波発振器１の超音波出力の設定値である。
【０２４５】又、ホストＰＣ８３は、キャピラリ４の振
動振幅に応じた超音波発振器１の各設定値を上記解析手
段により求められた近似式による関係に基づいて求め、
この超音波発振器１の各設定値により超音波発振器１を
駆動させる駆動手段としての機能を有している。
【０２４６】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて図２７に示す超音波発振器の校正アルゴリズムに従
って説明する。
【０２４７】先ず、ステップ＃２０において装置条件、
高速Ａ／Ｄボード８２、ホストＰＣの解析条件などの各
パラメータ、例えば荷重、ボール径、ボンディングする
材料を設定し、次のステップ＃２１において例えばディ
スプレイ画面上のウィンドウで保存ディレクトリの入力
を行う。
【０２４８】次にステップ＃２２においてワイヤ設定値
の入力、すなわちワイヤボンダ８０の超音波発振器１の
超音波出力が同一、つまり同一パルス設定値でボンディ
ングを行う回数を入力する。これは、一回のデータでワ
イヤボンダ８０を校正すると誤差が大きくなるので、同
一条件で数回データを取るためである。
【０２４９】次にステップ＃２３においてワイヤボンダ
８０における超音波発振器１のパルス設定値を入力す
る。
【０２５０】次にステップ＃２４に移り、解析用のデー
タの取り込みを行う。すなわち、ワイヤボンダ８０がボ
ンディング動作を開始し、ＵＳトリガ信号を出力する
と、このＵＳトリガ信号はＵＳチェッカ８１及び高速Ａ
／Ｄボード８２に送られる。
【０２５１】一方、ワイヤボンダ８０がボンディング動
作を開始すると、レーザ振動計８４は、ワイヤボンダ８
０におけるキャピラリ４の振動振幅を測定し、その振動
振幅信号を出力する。
【０２５２】ＵＳチェッカ８１は、ＵＳトリガ信号を入
力すると、ワイヤボンダ８０における超音波発振器１の
電圧信号及び電流信号を入力し、これら電圧信号及び電
流信号からその平均電圧、平均電流及び位相差を計測
し、例えば２ｍｓ毎にデータを区切り、ホストＰＣ８３
に転送する。
【０２５３】又、ＵＳチェッカ８１は、電圧信号、電流
信号及び位相差から実効電力を算出し、この実効電力を
ホストＰＣ８３に転送する。
【０２５４】これと共に、高速Ａ／Ｄボード８２は、Ｕ
Ｓトリガ信号を入力すると、レーザ振動計８４から出力
された振動振幅信号、ワイヤボンダ８０からの超音波発
振器１の電流信号を入力し、これら信号をＡ／Ｄ変換し
てホストＰＣ８３に送る。
【０２５５】このようにホストＰＣ８３は、解析用のデ
ータの入力を行い、ワイヤ数の判定すなわボンディング
が規定回数行われたかをステップ＃２５で判断し、規定
回数行われていれば、次のステップ＃２６の第１の解析
に移る。
【０２５６】ホストＰＣ８３は、ステップ＃２６におい
て、高速Ａ／Ｄボード８２を通して取り込んだ振動振幅
信号と超音波発振器１の電流信号とからノイズ除去、ピ
ークデータの検出、振動振幅と電流の近似式を算出す
る。
【０２５７】図２８はかかる第１の解析により算出され
た振動振幅と電流との関係を示し、これら振動振幅と電
流関係とは比例関係にあることが分かる。この関係から
近似式は、例えばｙ＝ａｘ2 ＋ｂｘ＋ｃの各係数ａ、
ｂ、ｃのうち２次係数ａは「０」となり、ｙ＝ｂｘ＋ｃ
が求められる。
【０２５８】次にホストＰＣ８３は、ステップ＃２７に
おいて、パルス設定値の判定を行う。このパルス設定値
の判定は、超音波発振器１のパルス設定値を振って、上
記ステップ＃２３〜＃２６を繰り返し、パルス設定値が
規定回数に達するまで上記解析用のデータの取り込みを
行う。
【０２５９】この後、上記解析用のデータの取り込みが
終了すると、ホストＰＣ８３は、ステップ＃２８におい
て、第２の解析を行う。すなわち、ホストＰＣ８３は、
先に第１の解析により算出された振動振幅値を用い、こ
の振動振幅と電力値との近似式、振動振幅とパルス設定
値との近似式を算出し、指定した振動振幅値となる超音
波発振器１の最適電流値、最適電圧値、最適パルス設定
値を算出する。
【０２６０】図２９はかかる第２の解析により算出され
た振動振幅と電力との関係を示し、これら振動振幅と電
力関係とは２次関数の関係にあることが分かる。この２
次関数の関係から近似式は、例えばｙ＝ａｘ2 ＋ｂｘ＋
ｃが求められる。
【０２６１】図３０はかかる第２の解析により算出され
た振動振幅とパルス設定値との関係を示し、これら振動
振幅とパルス設定値の関係とは２次関数の関係にあるこ
とが分かり、これも近似式は、例えばｙ＝ａｘ2 ＋ｂｘ
＋ｃが求められる。
【０２６２】以上により振動振幅に対する、超音波発振
器１の電流、電力、パルス設定値との各変換式が求めら
れ、これら近似式の各係数ａ、ｂ、ｃがワイヤボンダ８
０の機差を数値化した値となる。
【０２６３】これら係数ａ、ｂ、ｃは、ボンディングの
他の設定条件である、荷重、ボール径、ボンディングす
る材料に依存する。
【０２６４】従って、ホストＰＣ８３は、これらの設定
条件を変数として各近似式を求め、その結果として図３
１に示す近似式のテーブルを作成する。
【０２６５】ここで、近似式のテーブルにおいて変換式
の選択欄に「無効」「選択」が記憶されているが、これ
は超音波波発振器１の制御法が、電流で制御する場合、
電圧で制御する場合、電力で制御する場合、装置の指令
信号である設定パルス値で制御する場合があり、これら
の装置の制御法に合わせて変換式を選択する必要がある
からである。
【０２６６】そして、ホストＰＣ８３は、この近似式の
テーブルのデータをワイヤボンダ８０に転送して記憶さ
せる。
【０２６７】この後、ワイヤボンダ８０に対して、超音
波発振器１の設定値が振動振幅値で入力されると、ワイ
ヤボンダ８０は、近似式のテーブルにおいて有効された
変換式、例えば図３１に示す近似式テーブルでは振動振
幅対パルス設定値の近似式を用い、振動振幅値をパルス
設定値に変換する。
【０２６８】そして、ワイヤボンダ８０は、このパルス
設定値で超音波発振器１を駆動し、ワイヤボンディング
を実行する。
【０２６９】一方、ホストＰＣ８３は、ステップ＃２９
においてワイヤ設定値を入力し、次のステップ＃３０に
おいてワイヤボンダ８０における超音波発振器１のパル
ス設定値を入力する。
【０２７０】次にホストＰＣ８３は、ステップ＃３１に
おいて、高速Ａ／Ｄボード８２を介してレーザ振動計８
４から出力された振動振幅信号を取り込む。
【０２７１】このようにホストＰＣ８３は、レーザ振動
計８４からの振動振幅信号を取り込み、ボンディングが
規定回数行われたかをステップ＃３２で判断し、規定回
数行われていれば、次のステップ＃３３の第３の解析に
移る。
【０２７２】ホストＰＣ８３は、ステップ＃３３におい
て、高速Ａ／Ｄボード８２を通して取り込んだ振動振幅
信号、すなわち実際にワイヤボンディングしたときに実
測したキャピラリ４の先端の振動振幅が指定振幅値の許
容誤差範囲内に入っているかを検証する。
【０２７３】この検証の結果、キャピラリ４の先端の振
動振幅が指定振幅値の許容誤差範囲内に入っていれば、
ホストＰＣ８３は、ステップ＃３５において、校正式、
解析結果のファイルを出力する。
【０２７４】図３２はかかる校正式、解析結果のファイ
ル出力の一例を示す図である。このファイル出力には、
最適振動振幅、最適電流値、最適電力値、最適パルス数
及び各近似式が表示出力又はプリントアウトされる。
【０２７５】なお、キャピラリ４の先端の振動振幅が指
定振幅値の許容誤差範囲内に入っていなければ、ホスト
ＰＣ８３は、再びステップ＃３０〜＃３３を繰り返し、
超音波発振器１のパルス設定値を変更して、キャピラリ
４の先端の振動振幅が指定振幅値の許容誤差範囲内に入
っているかを検証する。
【０２７６】このような超音波発振器１のパルス設定値
の入力であれば、ワイヤボンダ８０の制御値自体は、各
ワイヤボンダ８０ごとに異なるが、ユーザ側の入力値は
同じ値になる。
【０２７７】このように上記第５の実施の形態において
は、レーザ振動計８４により測定されたワイヤボンダ８
０におけるキャピラリ４の振動振幅と超音波発振器１の
少なくとも電流の各設定値とを入力し、キャピラリ４の
振動振幅に対する各設定値との関係、例えばキャピラリ
４の振動振幅に対する超音波発振器１の電流、電圧、電
力、パルス値の各関係を求め、これらの関係からキャピ
ラリ１の振動振幅に変換する各近似式を求め、これら近
似式による関係に基づいて超音波発振器１の各設定値を
設定して超音波発振器１を駆動させるようにしたので、
超音波発振器１は、振動周波数と電力とを一定に保つよ
うに制御されていることから同じ電力で超音波発振器１
を駆動しても、キャピラリ４の先端の振動振幅は異なる
が、超音波発振器１の機差を数値化して校正することが
できる。これにより、超音波発振器１のパルス設定値
を、加工点での物理量で入力することが可能となった。
【０２７８】このように装置の固有の設定値でなく、加
工点での物理量で入力できると、このパルス設定値は、
各装置全てで共通となり、製品の条件だしを一台のホス
トマシンで行い、その結果を他の全ての装置に展開でき
る。
【０２７９】
【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、被
測定体の振動振幅を正確に評価できる振動振幅評価装置
を提供できる。
【０２８０】又、本発明によれば、キャピラリの超音波
振動振幅の変化を正確に捕らえてボンディングの評価が
できるワイヤボンディング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる振動振幅評価装置を備えたワイ
ヤボンディング装置の第１の実施の形態を示す構成図。
【図２】キャピラリがＹ方向に振動したときの透過光量
を示す図。
【図３】２次元ポジションセンサの構成図。
【図４】レーザビーム焦点位置の位置出しの作用を説明
するための模式図。
【図５】２次元ポジションセンサのＸ変位に対するＹ変
位出力を示す図。
【図６】キャピラリが超音波振動しているときの透過光
量の結果を示す図。
【図７】モータの振動等による相対的な揺れである透過
光量の変動分を示す図。
【図８】キャピラリの真の振動振幅の検出結果を示す
図。
【図９】本発明に係わる振動振幅評価装置を備えたワイ
ヤボンディング装置の第２の実施の形態を示す構成図。
【図１０】同装置の定量化アルゴリズムを示す図。
【図１１】同装置の推定アルゴリズムを示す図。
【図１２】診断装置の具体的な構成図。
【図１３】超音波設定値を一定にして荷重を変えた場合
の電力対振幅のプロット結果を示す図。
【図１４】荷重を一定にして超音波設定値を変えた場合
の電力対振幅のプロット結果を示す図。
【図１５】傾きＡijのリストを示す模式図。
【図１６】切片Ｂijのリストを示す模式図。
【図１７】本発明に係わる振動振幅評価装置を備えたワ
イヤボンディング装置の第３の実施の形態を示す構成
図。
【図１８】キャピラリを移動したときのフォトセンサで
測定された光量変化を示す図。
【図１９】ワイヤボンディング装置のキャピラリの先端
の振動軸の変位を示す図。
【図２０】ワイヤボンディング装置のキャピラリの振動
振幅を示す図。
【図２１】変形プリズムを用いた測定ユニットの変形例
を示す図。
【図２２】本発明に係わるワイヤボンディング装置の第
４の実施の形態を示す構成図。
【図２３】超音波発振器の制御回路の構成図。
【図２４】各機種装置を超音波振動させたときの振動子
電流と振動振幅値との関係図。
【図２５】振動子電流に対するインピーダンスの変化を
示す図。
【図２６】本発明に係わるワイヤボンディング装置の第
５の実施の形態を示す構成図。
【図２７】超音波発振器の校正アルゴリズム。
【図２８】第１の解析により算出された振動振幅と電流
との関係を示す図。
【図２９】第２の解析により算出された振動振幅と電力
との関係を示す図。
【図３０】第２の解析により算出された振動振幅とパル
ス設定値との関係を示す図。
【図３１】近似式のテーブルの模式図。
【図３２】校正式、解析結果のファイル出力の一例を示
す図。
【図３３】ワイヤボンディング装置の超音波振動系の構
成図。
【符号の説明】
１…超音波発振器、 ２…超音波振動子、 ３…超音波ホーン、 ４…キャピラリ、 １１，３０…測定ユニット、 １２，３８…半導体レーザ、 １６…２次元ポジションセンサ、 １７…演算回路、 １８…評価装置、 ２０…診断装置、 ２１…評価演算部、 ３６…光ファイバー、 ３９…駆動回路部、 ４３…フォトセンサ、 ４４…演算回路部、 ４５…ＬＥＤ光源、 ４６…光ファイバー、 ４７…光センサ、 ４８…光量測定回路部、 ７０…レーザ振動計、 ７１…管理評価装置７１、 ７２…機種調整手段、 ７３…第１の評価手段、 ７４…第２の評価手段、 ８０…ワイヤボンダ、 ８１…ＵＳチェッカ、 ８２…高速Ａ／Ｄボード、 ８３…ホストＰＣ、 ８４…レーザ振動計。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 振動する被測定物に光を集光する投光部
    と、 この投光部から投光され、前記被測定物で遮光されずに
    通過した光を受光してその受光量信号及び位置信号を出
    力するポジションセンサと、 このポジションセンサから出力された受光量信号及び位
    置信号を入力して測定データを求め、この測定データか
    ら予め求められた前記被測定物の揺れをキャンセルして
    前記被測定物の振動振幅を検出する検出手段と、を具備
    したことを特徴とする振動振幅評価装置。
  2. 【請求項２】 先端部にキャピラリを設けた超音波ホー
    ンを超音波振動して前記キャピラリにより保持されたワ
    イヤをボンディングするワイヤボンディング装置におい
    て、 前記キャピラリに光を集光する投光部と、 この投光部から投光され、前記キャピラリで遮光されず
    に通過した光を受光してその受光量信号及び位置信号を
    出力するポジションセンサと、 このポジションセンサから出力された受光量信号及び位
    置信号を入力して測定データを求め、この測定データか
    ら予め求められた前記キャピラリの揺れをキャンセルし
    て前記キャピラリの振動振幅を検出する検出手段と、 この検出手段により検出された前記キャピラリの振動振
    幅に基づいて前記キャピラリの振動速度や前記キャピラ
    リ先端に加わる加圧力を求め、これら振動速度や加圧力
    に基づいて前記ワイヤボンディングに用いられる加工エ
    ネルギを求める管理手段と、を具備したことを特徴とす
    るワイヤボンディング装置。
  3. 【請求項３】 前記管理手段は、前記キャピラリ先端の
    振動速度をｖ、前記キャピラリ先端に加わる加圧力を
    Ｐ、動摩擦係数をμ、加工時間をｔとしたときに表され
    る加工エネルギーＥ、 Ｅ＝∫0 t μ・Ｐ・ｖdt を、前記振動速度ｖと前記加圧力Ｐとにより管理する機
    能を有することを特徴とする請求項２記載のワイヤボン
    ディング装置。
  4. 【請求項４】 被測定体を超音波振動させる超音波発振
    器の少なくとも電流を検出する電流検出手段と、 前記被測定体の振動振幅を検出する振動検出手段と、 前記超音波発振器の荷重設定値や制御値を変化させた場
    合に、前記電流検出手段により検出された電流及び前記
    振動検出手段により検出された振動振幅を入力して、前
    記超音波発振器の電気特性と振動振幅との関係を定量化
    する定量化手段と、 前記超音波発振器の荷重設定値及び制御値を入力する
    と、前記定量化手段により定量化された前記超音波発振
    器の電気特性と振動振幅との関係に基づいて前記超音波
    発振器の振動振幅を推定する推定手段と、を具備したこ
    とを特徴とする振動振幅評価装置。
  5. 【請求項５】 前記定量化手段は、前記電流検出手段に
    より検出された電流に対する前記振動検出手段により検
    出された振動振幅の関係を直線に近似し、この近似直線
    の傾き及び切片を前記超音波発振器の各荷重設定値及び
    各制御値ごとにリスト化する機能を有することを特徴と
    する請求項４記載の振動振幅評価装置。
  6. 【請求項６】 前記推定手段は、前記超音波発振器の荷
    重設定値及び制御値を入力すると、これら荷重設定値及
    び制御値に対応する振動振幅の関係を示す近似直線の傾
    き及び切片から前記超音波発振器の振動振幅を推定する
    機能を有することを特徴とする請求項４記載の振動振幅
    評価装置。
  7. 【請求項７】 先端部にキャピラリを設けた超音波ホー
    ンを超音波振動して前記キャピラリにより保持されたワ
    イヤをボンディングするワイヤボンディング装置におい
    て、 前記キャピラリを超音波振動させる超音波発振器の少な
    くとも電流を検出する電流検出手段と、 前記キャピラリの振動振幅を検出する振動検出手段と、 前記超音波発振器の荷重設定値や制御値を変化させて、
    前記電流検出手段により検出された電流及び前記振動検
    出手段により検出された振動振幅を入力し、前記超音波
    発振器の電気特性と振動振幅との関係を定量化する定量
    化手段と、 前記超音波発振器の荷重設定値及び制御値を入力する
    と、前記定量化手段により定量化された前記超音波発振
    器の電気特性と振動振幅との関係に基づいて前記超音波
    発振器の振動振幅を推定する推定手段と、を具備したこ
    とを特徴とするワイヤボンディング装置。
  8. 【請求項８】 振動する被測定体に光を集光する投光部
    と、 この投光部から投光され、前記被測定物で遮光されずに
    通過した光を受光してその受光量信号を出力する光検出
    器と、 この光検出器から出力される受光量信号を直流成分と交
    流成分とに分離し、前記直流成分から前記被測定体の変
    位を求め、かつ前記交流成分から前記被測定体の振動振
    幅を求める演算手段と、を具備したことを特徴とする振
    動振幅評価装置。
  9. 【請求項９】 前記投光部の焦点位置に位置検出用光を
    照射する光学系と、 前記投光部の焦点位置に配置されるべき前記被測定体か
    らの反射光量を検出する検出系と、 この検出系により検出された反射光量に基づいて前記被
    測定体が前記投光部の焦点位置に配置されているかを検
    出する位置検出手段と、を付加したことを特徴とする請
    求項８記載の振動振幅評価装置。
  10. 【請求項１０】 先端部にキャピラリを設けた超音波ホ
    ーンを超音波振動して前記キャピラリにより保持された
    ワイヤをボンディングするワイヤボンディング装置にお
    いて、 前記キャピラリに光を集光する投光部と、 この投光部から投光され、前記キャピラリで遮光されず
    に通過した光を受光してその受光量信号を出力する光検
    出器と、 この光検出器から出力される受光量信号を直流成分と交
    流成分とに分離し、前記直流成分から前記キャピラリの
    変位を求め、かつ前記交流成分から前記キャピラリの振
    動振幅を求める演算手段と、を具備したことを特徴とす
    るワイヤボンディング装置。
  11. 【請求項１１】 先端部にキャピラリを設けた超音波ホ
    ーンを超音波振動子により超音波振動して前記キャピラ
    リにより保持されたワイヤをボンディングするワイヤボ
    ンディング装置において、 少なくとも前記超音波振動子に流れる電流を測定する電
    流測定手段と、 前記キャピラリの先端の振動振幅値を測定する振動測定
    手段と、 前記電流測定手段により測定された電流と前記振動測定
    手段により測定された前記キャピラリの振動振幅値との
    関係を求め、この関係に従って前記ワイヤボンディング
    装置各機種の振動振幅値を同一にする前記超音波振動子
    に流れる電流値を求める機種調整手段と、を具備したこ
    とを特徴とするワイヤボンディング装置。
  12. 【請求項１２】 前記機種調整手段により求めた電流値
    を設定値として前記キャピラリ先端に加わる荷重を変化
    させたときの前記超音波振動子に流れる電流値とインピ
    ーダンス変化との関係を求め、この関係に基づいて経年
    変化を評価する評価手段を付加したことを特徴とする請
    求項１１記載のワイヤボンディング装置。
  13. 【請求項１３】 前記評価手段は、前記インピーダンス
    が増加するに伴って電流値が低下した場合に少なくとも
    前記キャピラリの磨耗又は取り付け不完全と評価し、か
    つ前記インピーダンスが低下し電流値が増加する場合に
    少なくともボンディングがされていない又は前記キャピ
    ラリ先端の負荷が軽い、ボンディング強度が低いと評価
    する付加したことを特徴とする請求項１１記載のワイヤ
    ボンディング装置。
  14. 【請求項１４】 先端部にキャピラリを設けた超音波ホ
    ーンを超音波発振器により超音波振動して前記キャピラ
    リにより保持されたワイヤをボンディングするワイヤボ
    ンディング装置において、 前記キャピラリの振動振幅を測定する振動測定手段と、 この振動測定手段により測定された前記キャピラリの振
    動振幅と前記超音波発振器の少なくとも電流の各設定値
    とを入力し、前記キャピラリの振動振幅に対する各設定
    値との関係を求める解析手段と、 前記キャピラリの振動振幅に応じた前記超音波発振器の
    各設定値を前記解析手段により求められた関係に基づい
    て求め、この超音波発振器の各設定値により前記超音波
    発振器を駆動する駆動手段と、を具備したことを特徴と
    するワイヤボンディング装置。
  15. 【請求項１５】 前記解析手段は、前記キャピラリの振
    動振幅に対する前記超音波発振器の電流、電圧、電力、
    パルス値の各関係を求め、これら関係から前記超音波発
    振器の電流、電圧、電力、パルス値をそれぞれ前記キャ
    ピラリの振動振幅に変換する近似式を求める機能を有す
    ることを特徴とする請求項１４記載のワイヤボンディン
    グ装置。
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