JPS63159911A - サーボ制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はサーボ技術、特に、半導体装置の組立過程で用
いられるワイヤボンダのサーボ制御に適用して効果のあ
る技術に関する。

〔従来の技術〕

半導体装置の組立用のワイヤボンダに関する技術につい
ては、株式会社工業調査会、昭和５７年１１月１５日発
行、「電子材料Ｊ　１９８２年別冊、Ｐ１６３〜Ｐ１６
８に記載されている。

ところで、本発明者は、ワイヤポンダのサーボ制御技術
について検討した。以下は、本発明者によって検討され
た技術であり、その概要は次のとおりである。

すなわち、たとえばワイヤポンダのボンディングアーム
の上下方向すなわちＺ軸方向の動作を制御する場合、カ
ムを用いてボンディングアームの先端に設けたキャピラ
リなどを上下に動作させることが考えられる。

また、いわゆるＤ　Ｂ　Ｈ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｂｏｎｄ
ｉｎｇ　Ｈｅａｄ）方式により、ボンディングアームお
よびキャピラリなどの高さ、速度および着地時間などを
コンピュータで制御することも考えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、前記したカム方式では、ボンディングアーム
などの動作の高速化が困難である上に、高速化をしよう
とすると、半導体ペレットへのダメージも大きくなるの
で、特にＺ軸方向への動作時には着地の直前に動作速度
を落とす必要があり、しかもボンディングアームに振動
を生じないようにするためにはカムの形を精密に形成し
なければならないなどの問題点があることを本発明者は
見い出した。

また、前記したＤＢＨ方式では、同一方向にのみ回るカ
ムは用いないので、ペレット面へのソフトな着地をする
ための制御方法として、単純な正逆転をさせながら主に
円運動の正弦波成分を用いて着地点近くの速度を下げる
ことが考えられる。

しかし、この方式は制御が単純になるものの、着地の速
度がボンディングアームなどの高さによって変動する他
、動作速度を高速化しにくいなどの問題があることを本
発明者は見い出した。

本発明の目的は、動作時における振動を小さくして正確
な速度、位置の制御を行うことのできるサーボ技術を提
供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、指令サーボ量をディジタル／アナログ変換し
た後、さらに電圧／周波数変換して指令パルスを出力す
るサーボ回路構成とするものである。

〔作用〕

上記した手段によれば、出力される指令パルスの周波数
は時間と共に変化し、速度や位置、さらには動作量など
を所望の値で止めることが容易であり、動体の振動を低
（抑制することができるものである。

〔実施例１〕 第１図は本発明の一実施例であるサーボ回路のブロック
図、第２図はこのサーボ回路のディジタル／アナログ変
換器の出力を示す図、第３図は同じく電圧／周波数変換
器の出力を示す図である。

本実施例のサーボ回路において、指令サーボ量は、たと
えばＣＰＵなどのコンピュータ装置１からディジタル値
として出力される。このコンピュータ装置１はカウンタ
２に接続されている。コンビ、−夕装置１からカウンタ
２に出力される指令サーボ量はたとえば半導体組立用の
ワイヤボンダにおけるＸＹテーブルやボンディングアー
ムなどのような被制御動体の動作についての加速度量を
表すものである。カウンタ２はこの加速度量をカウント
してディジタル値として出力する。

このカウンタ２には、ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）
変換器３が接続されている。このり、／Ａ変換器３はカ
ウンタ２からの入力をディジタル値からアナログ値すな
わちアナログ電圧に変換し、そのアナログ電圧をたとえ
ば第２図に出力へとして実線で示す如く出力する。第２
図から明らかなように、出力Ａは時間ｔの経過と共に指
数関数的に低減される。

さらに、前記Ｄ／Ａ変換器３は電圧／周波数（Ｖ／Ｆ）
変換器４に接続されている。このＶ／Ｆ変換器４はＤ／
Ａ変換器３からのアナログ電圧すなわち出力Ａを周波数
パルスに変換し、第３図に示すようなパルス出力Ｂとし
ての指令パルスを出力する。

また、このＶ／Ｆ変換器４は前記カウンタ２のカウント
ダウン用端子に接続されており、カウンタ２はＶ／Ｆ変
換器４からフィードバックされたカウントダウン信号に
基づいてその値が零に向けてゆっくり近づくようカウン
トダウン操作を行う。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、本実施例のサーボ回路における指令サーボ量はＣ
ＰＵなどのコンピュータ装置１から被制御動体の加速度
量を表すディジタル値として出力され、カウンタ２に入
力される。

カウンタ２はコンピュータ装置１からのディジタル人力
をラッチし、その出力をディジタル信号として出力する
。

次に、このディジタル信号はカウンタ２からＤ／Ａ変換
器３に人力される。Ｄ／Ａ変換器３はカウンタ２からの
ディジタル信号をアナログ電圧に変換し、第２図に示す
出力ＡとしてＶ／Ｆ変換器４に対して出力する。

Ｖ／Ｆ変換器４はＤ／Ａ変換器３からのアナログ電圧を
周波数に変換し、第３図に示すように周波数パルス出力
Ｂとして指令パルスを出力する。

一方、Ｖ／Ｆ変換器４からのパルス出力Ｂはカウンタ２
にフィードバックされ、該カウンタ２の残量に応じて該
カウンタ２の値が零に向かってゆっくり近づくようカウ
ントダウン処理が行われる。

このように、本実施例においては、次のような作用効果
が得られる。

（１）、コンビ二−タ装置１からの指令サーボ量を被制
御動体の加速度量を表す値としてカウンタ２、Ｄ／Ａ変
換器３、さらにはＶ／Ｆ変換器４で所定の処理を施して
指令パルスとして出力することにより、指令パルスはカ
ウンタ２にセットされた数のパルスとして出力され、該
カウンタ２の設定データ値の残量に応じて指令パルス出
力の周波数は変えられるので、出力はカウンタ２の値の
零に向かってゆっくり近づくことになる。したがって、
本実施例のサーボ回路は被制御動体の位置、速度、動作
量などを所望の目的値で止める用途には極めて好都合で
ある。

■）、前記（１）により、被制御動体を低振動で滑らか
に制御できる。

（３）、前記（１）、（２）により、本実施例のサーボ
回路はたとえば半導体組立用のワイヤポンダのＸＹテー
ブルやボンディングアームなどの如く極めて精確な動作
が要求される被制御動体の低振動制御に好適に適用でき
る。

〔実施例２〕 第４図は本発明の他の実施例であるサーボ回路のブロッ
ク図、第５図はその各点にふける電圧を示す図、第６図
はその電圧／周波数変換器の出力を示す図である。

この実施例においては、前８己実施例１におけるＤ／Ａ
変換器３とＶ／Ｆ変換器４との間に、たとえば乗算器の
如き関数発生器５（関数発生手段）を介在させ、かつこ
の関数発生器５とコンビ３−夕装置１との間に、たとえ
ばブートストラップ回路よりなるスローアップ回路６を
介在させたものである。

本実施例２によれば、前記実施例１の効果に加えて、次
の効果が得られる。

（１）、Ｄ／Ａ変換器３とＶ／Ｆ変換器４との間に関数
発生器５を介在させたことにより、周波数発生器５から
の出力はスローアップ回路６が設けられていないとする
と、前記実施例１に右けるＤ／Ａ変換器３からの出力へ
のような指数関数状の出力ではなくて、第２図に一点鎖
線Ａ°で示す如く直線状となる。すなわち、Ｄ／Ａ変換
器３から関数発生器５を経て発生されるアナログ電圧Ｖ
１　のｎを１／２に調整することにより、出力へ゛は第
２図の如くリニアなものとなる。

Ｃ２）、コンピュータ装置ｉｌｌと関数発生器５との間
にスローアップ回路６を介在させたことにより、被制御
動体の速度、位置、加速度などの指令に該スローアップ
回路６の出力ｄを用いれば、より滑らかで低振動の精密
制御が可能となる。

（３）、前記関数発生器５およびスローアップ回路６を
併設することにより、本実施例のサーボ回路の各点の電
圧ａ、ｃ、ｄは第５図の如く滑らかな波形のものとなり
、かつ出力すとしては第６図のような好適な周波数変化
を持つ指令パルスを得ることができる。

〔実施例３〕 第７図は第４図に示した本発明の一実施例のサーボ回路
をパルスモータの駆動制御に適用した実施例を示すブロ
ック説明図である。

この実施例においては、第４図のサーボ回路はパルスモ
ータドライバ７を介してパルスモータ８に結線されてい
るので、該サーボ回路のスローアップ、スローダウン作
用によりパルスモータ８が脱調しにくくなるという効果
は勿論、パルスモータ８の回転速度の急変が少なく、負
荷に与える振動は少なくなるので、低振動効果も得るこ
とができる。

〔実施例４〕 第８図は同じく第４図のサーボ回路をエンコーダ付ＣＤ
モータドライバの制御に適用した実施例を示すブロック
説明図である。

この実施例では、サーボ回路はカウンタ９を介してＤＣ
（直流）モータ１０に結線され、該ＤＣモータ１０はエ
ンコーダ１１に結線されている。

マタ、このエンコーダ１１はエンコーディング回路１２
を介して前記カウンタ９に接続されている。

本実施例においては、前記実施例３におけるパルスモー
タの制御の場合と同様に、ＤＣモータ１０の低振動制御
が可能である。

また、カウンタ９でサーボ回路からの出力を積分するこ
とにより、さらに精確な制御が可能となる。

〔実施例５〕 第９図は本発明の一実施例であるサーボ制御回路のブロ
ック図である。

本実施例においては、サーボ回路部は第４図の実施例と
実質的に同様であるが、該サーボ回路からの出力を積分
することなどにより、たとえばワイヤボンダにおけるＺ
軸方向の動作のサーボ制御を行う例などに適用できるも
のである。

すなわち、この実施例では、サーボ回路部に接続された
制御系は、サーボ回路部のＶ／Ｆ変換器４からの指令パ
ルス出力である加速パルスを時間で積分するカウンタ１
３（加速度積分手段）と、このカウンタ１３からの速度
データをディジタル／アナログ変換するＤ／Ａ変換器１
４（第２のディジタル／アナログ変換器）と、このＤ／
Ａ変換器１４からのアナログ電圧出力を周波数変換する
Ｖ／Ｆ変換器１５（第２の電圧／周波数変換器）と、該
Ｖ／Ｆ変換器１５からの速度パルスを時間について積分
するカウンタ１６（速度積分手段）と、該カウンタ１６
からの位置データをディジタル／アナログ変換するＤ／
Ａ変換器１７と、このＤ／Ａ変換器１７からの指令位置
信号と位置センサ２２からの実位置信号とを比較する駆
動アンプ１８と、該駆動アンプ１８からの信号と速度セ
ンサ２０からの信号とを比較する駆動アンプ１９と、こ
の駆動アンプ１９に接続されたモータ２１とからなる。

このモータ２１は前記速度センサ２０および位置センサ
２２に接続されている。センサ２０と２２はたとえば、
それぞれタコゼネレータ、エンコーダとして構成するこ
とができる。

本実施例によれば、サーボ回路部にその制御系が接続さ
れているので、サーボ回路部のＶ／Ｆ変換器４からの加
速パルスすなわち被制御動体用の加速度量とその加速度
の変化率を表す加速パルスをカウンタ１３により時間で
積分して速度を得ることができ、またその速度をさらに
時間で積分して指令位置信号を得ることができ、しかも
この指令位置信号と位置センサ２２からの実位置信号と
を駆動アンプ１８により比較し、両位置信号の差をなく
すよう制御することができる。また、加速時、高速時に
発生する目標位置、速度の偏差については本回路内にあ
る加速度信号ａ１速度慣号ｅをそれぞれ位置速度信号に
重畳して図中ＦＦ　１゜ＦＦ２の信号として、フィード
フォワードすることにより、それを補正することができ
る。

したがって、本実施例においても、被制御物の位置など
を極めて精確に制御でき、かつ低振動制御を行うことが
できる。

本発明の他の実施例としては、前記加速度積分手段と速
度積分手段を用いて位置フィードバックサーボ回路を構
成し、加速度信号に相当する前記関数発生手段の出力を
位置フィードバック系にフィードフォワードすることに
より、加速度に起因する指令位置からのズレを補正する
回路を設けることができる。また、前記加速度の指令を
フィードフォワードする方法と同様、回路中に発生して
いる速度信号をフィードフォワードすることにより、速
度上昇に伴って発生する速度偏差を補正する回路を設け
ることができる。さらにまた、前述した加速度に起因す
る指令位置からのズレを補正する回路と速度上昇に伴っ
て発生する速度偏差を補正する回路とを設けたサーボ制
御回路とすることもできる。

上述した回路を設けることにより、より精度の高い速度
位置の制御を行うことができる。

〔実施例６〕 第１０図は本発明の他の実施例であるサーボ制御回路の
ブロック図である。

この実施例は第９図の実施例と類似しているが、Ｖ／Ｆ
変換器１５から出力される指令位置信号と速度センサ２
２からの実位置信号との比較をカウンタ１６ａで行うと
ころが異なる。

すなちわ、本実施例では、両位置信号の比較はカウンタ
１６ａで行われ、該カウンタ１６ａを位置センサ２２か
らのパルスでダウンカウントすることができる。

なお、この位置センサ２２からのパルスはエンコーダの
正逆転によってカウンタ１６ａのＵＰ／ＤＯＷＮ入力に
切り換えて入れれば、モータ２１がオーバーランした場
合に逆転できるので、より良好な制御が可能である。

〔実施例７〕 第１１図は本発明を適用できるワイヤボンダの一例の斜
視図である。

このワイヤボンダは、ＸＹテーブル２３と、ベース２４
と、速度センサ２５と、駆動ボイスコイルモータ２６と
、位置センサ用差動トランス２７と、ツールクランプ用
ソレノイド２８と、クランパ２９と、クランパ開閉用ソ
レノイド３０と、超音波発振子を有するボンディングア
ーム３１と、キャピラリ３２と、放電トーチ３３と、ト
ーチ駆動用ボイスコイルモータ３４とを有している。

このワイヤボンダにおける各種可動部、たとえばボンデ
ィングアーム３１のＺ軸方向への動作などは、前記実施
例において説明した本発明によるサーボ回路およびサー
ボ制御回路により低振動で精確に制御できる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、速度センサのフィードバックは省略すること
もできる。

また、指令位置信号と実位置信号との比較はＤ／Ａ変換
器１７によるＤ／Ａ変換前のカウンタ１６ａの出力で行
うことなども可能である。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野であるワイヤボンダのＺ軸のサーボ制御
に適用した場合について説明したが、これに限定される
ものではな（、たとえばペレットボンダ、さらにはそれ
以外のサーボ制御を要する技術に広く適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、指令サーボ量をカウントするカウンタと、二
〇カウンタからのディジタル出力をアナログ電圧に変換
するディジタル／アナログ変換器と、このディジタル／
アナログ変換器からのアナログ電圧を周波数に変換して
サーボ用の指令パルスを出力する電圧／周波数変換器と
からなるサーボ回路構造により、低振動で精確な位置制
御が可能である。

また、指令サーボ量をカウントするカウンタと、このカ
ウンタからのディジタル出力をアナログ電圧に変換する
ディジタル／アナログ変換器と、このディジタル／アナ
ログ変換器からのアナログ電圧を周波数に変換してサー
ボ用の加速度指令パルスを出力する電圧／周波数変換器
と、この電圧／周波数変換器からの加速度指令パルスの
加速度量とその変化率で作られた加速度を積分して速度
信号を得る加速度積分手段と、この加速度積分手段から
の速度信号を積分して位置信号を作り出す速度積分手段
とからなるサーボ制御回路構造とすることにより、滑ら
かで、振動の少ない位置などの制御を行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるサーボ回路用のブロッ
ク図、 第２図はこのサーボ回路のディジタル／アナログ変換器
の出力を示す図、 第３図は同じくその電圧／周波数変換器の出力を示す図
、 第４図は本発明の他の実施例であるサーボ回路のブロッ
ク図、 第５図はこのサーボ回路の各点にふける電圧を示す図、 第６図は同じくその電圧／周波数変換器の出力を示す図
、 第７図は第４図に示した本発明のサーボ回路をパルスモ
ータの駆動制御に適用した実施例を示すブロック説明図
、 第８図は同じ（第４図のサーボ回路をエンコーダ付モー
タドライバの制御に適用した実施例を示すブロック説明
図、 第９図は本発明の一実施例であるサーボ制御回路のブロ
ック図、 第１０図は本発明の他の実施例であるサーボ制御回路の
ブロック図、 第１１図は本発明を適用できるワイヤボンダの一例の斜
視図である。 １・・・コンピュータ装置、２・・・カウンタ、３・・
・ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器、４・・・電
圧／周波数（Ｖ／Ｆ）変換器、５・・・関数発生器（関
数発生手段）、６・・・スローアッ７’回１、？・・・
パルスモータドライバ、８・・・パルスモータ、９・・
・カウンタ、１０・・・ＤＣモータ、１１・・・エンコ
ーダ、１２・・・エンコーディング回路、１３・・・カ
ウンタ（加速度積分手段）、１４・・・Ｄ／Ａ変換器、
１５・・・Ｖ／Ｆ変換器、１６・・・カウンタ（速度積
分手段）、１６ａ・・・カウンタ、１７・・・Ｄ／Ａ変
換器、１８．１９・・・駆動アンプ、２０・・・速度セ
ンサ、２１・・・モータ、２２・・・位置センサ、２３
・・・ＸＹテーブル、２４・・・ベース、２５・・・速
度センサ、２６・・・駆動ボイスコイルモータ、２７・
・・位置センサ用差助トランス、２８・・・ツールクラ
ンプ用ソレノイド、２９・・・クランパ、３０−−−ク
ランパ開閉用ソレノイド、３１・・・ポンディングアー
ム、３２・・・キャピラリ、３３・・・放電トーチ、３
４・・・トーチ駆動用ボイスコイルモータ。 第　　１　　図 第　　２　　図 一綺恥 第　　４　　図 第　　５　　図 第　　６　　図 一祷１Ｊｌｔ 第　　７　　図 第　　８　− 第　　９　　図 第１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、指令サーボ量をカウントするカウンタと、このカウ
   ンタからのディジタル出力をアナログ電圧に変換するデ
   ィジタル／アナログ変換器と、このディジタル／アナロ
   グ変換器からのアナログ電圧を周波数に変換してサーボ
   用の指令パルスを出力する電圧／周波数変換器とからな
   るサーボ回路。 ２、前記ディジタル／アナログ変換器と前記電圧／周波
   数変換器との間に関数発生手段が介在されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のサーボ回路。 ３、前記関数発生手段にスローアップ回路が接続されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載のサー
   ボ回路。 ４、指令サーボ量をカウントするカウンタと、このカウ
   ンタからのディジタル出力をアナログ電圧に変換するデ
   ィジタル／アナログ変換器と、このディジタル／アナロ
   グ変換器からのアナログ電圧を周波数に変換してサーボ
   用の加速度指令パルスを出力する電圧／周波数変換器と
   、この電圧／周波数変換器からの加速度指令パルスの加
   速度量とその変化率で作られた加速度を積分して速度信
   号を得る加速度積分手段と、この加速度積分手段からの
   速度信号を積分して、位置信号を作り出す速度積分手段
   とからなるサーボ制御回路。 ５、前記ディジタル／アナログ変換器と前記電圧／周波
   数変換器との間に関数発生手段が介在されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載のサーボ制御回路
   。 ６、前記関数発生手段にスローアップ回路が接続されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載のサー
   ボ制御回路。 ７、前記加速度積分手段と前記速度積分手段との間に第
   ２のディジタル／アナログ変換器および第２の電圧／周
   波数変換器が介在されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載のサーボ制御回路。 ８、前記加速度積分手段と速度積分手段を用いて位置フ
   ィードバックサーボ回路を構成し、加速度信号に相当す
   る前記関数発生手段の出力を、位置フィードバック系に
   フィードフォワードすることにより、加速度に起因する
   指令位置からのズレを補正する回路を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第４項記載のサーボ制御回路。 ９、前記加速度の指令をフィードフォワードする方法と
   同様、回路中に発生している速度信号をフィードフォワ
   ードすることにより、速度上昇に伴って発生する速度偏
   差を補正する回路を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第４項記載のサーボ制御回路。 １０、前記加速度積分手段と速度積分手段を用いて位置
   フィードバックサーボ回路を構成し、加速度信号に相当
   する前記関数発生手段の出力を、位置フィードバック系
   にフィードフォワードすることにより、加速度に起因す
   る指令位置からのズレを補正する回路と、前記加速度の
   指令をフィードフォワードする方法と同様、回路中に発
   生している速度信号をフィードフォワードすることによ
   り、速度上昇に伴って発生する速度偏差を補正する回路
   とを有することを特徴とする特許請求の範囲第４項記載
   のサーボ制御回路。