JPS649730B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、集積回路等の組立工程に使用される
ワイヤボンデイング装置に係わり、特に調整簡単
にして高精度にペレツトの高さ位置を検出し得る
ようにしたワイヤボンデイング装置に関する。

一般に、集積回路等の組立に用いられるワイヤ
ボンデイング装置は、ワイヤが挿通されたキヤピ
ラリを第１ボンデイング点であるペレツトのパツ
ドに押付けたボンデイングしたのち、キヤピラリ
を上下方向及びXY方向に移動させてワイヤを繰
出し、第２ボンデイング点であるリードフレーム
のリード部にボンデイングし、しかるのちキヤピ
ラリを上昇させてワイヤを切断する動作を繰返す
ことによつて、ワイヤの接続を行なうように構成
されている。

ところで、以上のボンデイング動作において、
キヤピラリがボンデイング面を押圧するときのボ
ンデイング荷重はボンデイングの良否を決定する
上で特に重要である。また熱圧着方式のボンデイ
ング装置において、ボンデイング後にワイヤを切
断してキヤピラリの先端から突出するワイヤの長
さ、いわゆるテール長が溶解させてボールを作る
ために重要であり、このボール径が適切でないと
やはり良好なボンデイングが行なえない。

このようなボンデイング荷重及びテール長は、
キヤピラリがボンデイング面に接触した瞬間、つ
まりボンデイング面の高さを知り、この高さ位置
を基準としてキヤピラリの動き量を決定すれば、
最も良好な結果が得られる。

そこで、従来では、例えば接点の電気的導通、
非導通を利用して、ペレツト高さを知る手法が提
唱されている（特開昭56−8832号参照）すなわ
ち、ツールアームを支持したツールアーム保持器
に第１の接点を固定し、ツールアーム保持器を揺
動自在に支持するツールリフタアームに上記第１
の接点に対して定常時接触するように第２の接点
を設け、ツールリフタアームの降下によりキヤピ
ラリがペレツトに接触してボンデイングツール保
持器が傾いたときに上記各接点が非接触となるこ
とを電気的に検出し、このときのキヤピラリの位
置をペレツトの高さ位置として、認識するもので
ある。

ところが、このような従来の装置は、接点間の
接触および非接触により検出を行なうものである
ため、接点の機械的摩耗及び接触状態の微妙な変
化や差位により検出点が変化し易く、この結果、
精度が低く信頼性の高い検出を行ない難かつた。
また精度の良い検出を行なうには微妙な調整を必
要とし、調整操作が著しく面倒であつた。しか
も、一般にワイヤボンデイング装置は、ヘツドの
周囲に金線を通すためのクランパやボビン等の複
雑な機構や部品を互いに接近して配置しているた
め、前記接点を調整する場合には上記複雑な機構
を避けて工具等を操作しなければならずその操作
は極めて煩雑だつた。

本発明は上記事情に着目してなされたものであ
り、その目的とするところは、機械的摩耗がな
く、調整操作が著しく簡単でかつ高精度にペレツ
ト高さ位置の検出が可能なワイヤボンデイング装
置を提供することにある。

本発明は、ツールリフタアームにギヤツプ検出
器を設置してギヤツプ検出器とツールアームとの
間隔を監視し、その間隔が定常状態から変化した
時点をキヤピラリとペレツトとが接触した時点と
認識し、この時点のキヤピラリの高さ位置からペ
レツトの高さを算出するようにしたもので、これ
により前記の目的を達成する。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。第１図は同実施例におけるワイヤボンデイ
ング装置の概略構成図である。同図において、
XYテーブル１１上には支持柱１２が立設してあ
り、この支持柱１２の上部に固定された支持板１
３にはDCモータ１４が固定してある。このDCモ
ータ１４の駆動軸には送りねじ１５が接続してあ
り、この送りねじ１５にはツールリフタアーム２
１が螺着されている。このツールリフタアーム２
１はボンデイングツール保持器２３を揺動自在に
枢着し、このボンデイングツール保持器２３に、
先端部にキヤピラリ２４を取着したツールアーム
２５を固定したものである。なお、図中２６およ
び２７に示す圧縮ばねおよび板ばね対は、ボンデ
イングツール保持器２３の定常位置を設定するた
め、及びペレツト荷重をかけるためのものであ
る。XYテーブル１１の水平移動によりペレツト
３に対する位置合わせがなされ、またDCモータ
１４により上下動してペレツト３へのワイヤボン
デイングを行なう。

ところで、ツールリフタアーム２１には保持板
２２により支持されたギヤツプ検出コイル４１が
設置してある。このギヤツプ検出コイル４１は、
ブリツジ回路４２、発振器４３および検波器４４
とともにキヤピラリアーム２５との間のキヤツプ
を検出するキヤツプ検出回路を構成している。こ
のギヤツプ検出回路は、交流を印加したコイルを
金属等の導体に近づけると電磁誘導により、うす
電流を生じ、これによりインピーダンスが変化す
ることを利用して上記ツールアーム２５およびコ
イル４１間のキヤツプを検出するものである。第
２図はその回路構成の一例を示している。

同図において、本検出回路は３辺に固定インピ
ーダンスZ₁，Z₂，Z₃を接続したブリツジ回路４２
の残りの一辺にギヤツプ検出コイル４１を接続
し、このブリツジ回路４１のａ，ｂ間に発振器４
３の正弦波信号Ｅを印加するとともにｃ，ｄ間か
らギヤツプ検出コイル４１のインピーダンス変化
に対応する電流を導出している。そしてこの電流
を検波器４４のトランスＴを経たのちダイオード
Ｄにて検波し、この検波出力を抵抗Ｒで電圧値と
して検出している。なお、前記各固定インピーダ
ンスZ₁，Z₂，Z₃の値は、ツールリフタアーム２１
とギヤツプ検出コイル４１とが接触した状態にお
いてブリツジが平衡するように定められる。ここ
で、上記検波出力はギヤツプ検出コイル４１とツ
ールアーム２５との間の距離（ギヤツプ）に対
し、このギヤツプがある程度小さい範囲では略直
線的に変化する。例えば、発振器４３の発振周波
数を1MHzとし、かつギヤツプ検出コイル４１の
径を10mmとした場合、検波出力〔Ｖ〕とギヤツプ
〔mm〕との関係は第３図に示す如くギヤツプ＝０
〜４mmの範囲で略直線性を示す。したがつて、こ
の直線領域内で、ツールリフタアーム２１とツー
ルアーム２５との相対位置変化を検出するように
ギヤツプ検出コイル４１の初期位置を設定すれ
ば、正確なギヤツプ検出が可能となる。上記検波
器４４の検波出力電圧は、アナログ・デイジタル
（Ａ／Ｄ）変換器４５でデイジタル量に変換され
たのち制御回路５に導入されている。

一方、前記DCモータ１４を駆動制御するモー
タ駆動制御部６は、制御回路５の指示に従つて指
令パルス発生器６１から正転用パルス（＋）もし
くは逆転用パルス（−）を発生し、これらのパル
スをエラーカウンタ６２に送つて加減算を行な
う。そしてエラーカウンタ６２の値をデイジタ
ル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器６３でアナログ量
に変換したのちモータ駆動回路６４に導びき、こ
のモータ駆動回路６４から上記アナログ信号に応
じた駆動信号を発生してDCモータ１４を定速で
所定量正転もしくは逆転させている。また、モー
タ駆動制御部６は、DCモータ１４に設けられた
シヤフトエンコーダ６５でDCモータ１４の回転
量を回転方向と共に検出し、この検出パルスを波
形整形回路６６および同期化回路６７をそれぞれ
介してエラーカウンタ６２に導びいている。そし
てこのエラーカウンタ６２がゼロになつたとき、
制御回路５で指示した量だけDCモータ１４が回
転駆動されたものとみなして、DCモータ１４の
駆動を停止させている。また、前記同期化回路６
７から出力された検出パルスは制御回路５にも供
給している。

ところで、制御回路５は次のような各制御およ
び演算を行なうものである。

(i) 前述した指令パルス発生器６１に対し、DC
モータ１４を駆動させるための指示信号を出力
し、DCモータ１４を所定量定速回転させる制
御。

(ii) DCモータ１４の駆動中に、シヤフトエンコ
ーダ６５により得られた検出パルスの数から
DCモータ１４の位置さらには、ツールリフタ
アーム２１との高さ位置を算出する演算。

(iii) DCモータ１４の駆動中に、一定時間、例え
ば１ｍsecおきに前記Ａ／Ｄ変換４５からのギ
ヤツプ検出出力値をサンプリングし、このサン
プリングして得た値とあらかじめ記憶されてい
る定常状態の値とを比較し、その差がある一定
量を越えたとき、キヤピラリ２４がペレツト３
に接触したものとみなしてこの位置を基準とし
てツールリフタアーム２１を所定量降下制御す
るための演算。

次に、以上のように構成された装置の作用を説
明する。制御回路５からDCモータ１４を駆動さ
せるための指令が発せられると、指令パルス発生
器６１より正転パルス（＋）が発生されてモータ
駆動回路６４が付勢され、これにより、DCモー
タ１４が定速で正転を開始する。

このため、ツールリフタアーム２１は定速で降
下を始める。一方制御回路５ではモータ１４の回
転前にギヤツプ検出器４４の出力をＡ／Ｄ変換し
これを初期値として記憶している。

ところで、上記ツールリフタアーム２１の降下
により、キヤピラリ２４はしだいにペレツト３に
近ずくが、ギヤツプ検出コイル４１とツールリフ
タアーム２５の相対位置は変らない。そして、キ
ヤピラリ２４とペレツト３が接触すると、ギヤツ
プ検出コイル４１とツールアーム２５の相対位置
は変化する。

上記動作中において制御キヤピラリ５では１ｍ
ｓごとに検出器４４の出力Ａ／Ｄ変換し、初期値
との差を調べている。そして、上記検出出力の値
が初期値より一定量変化した時点をキヤピラリ２
４がペレツト３に接触した時点とみなし、この時
点のツールリフタアーム２１の高さ位置を記憶
し、この点を基準として以降のツール降下量を制
御する。なおここで記憶されたツールリフタアー
ム２１の高さ位置はそのままペレツト面の高さ位
置とみなし得る。以後、キヤピラリ２４とペレツ
ト３とが接触したままさらにツールリフタアーム
２１を降下させると、板バネ２７ａ，２７ｂおよ
び圧縮バネ２６がたわみ、そのたわみによりキヤ
ピラリ２４がペレツト３に荷重をかける。本実施
例では、上記たわみが150μｍのとき50ｇの荷重
が発生するように圧縮バネ２６および板バネ２７
ａ，２７ｂが調整されている。

このようにして制御回路５はギヤツプ検出器４
１ａ出力からキヤピラリ２４とペレツト３の接触
を知り、ツールリフタアーム２１の高さ位置を制
御することにより正確なボンデイング荷重をかけ
る。

さらに同様の動作により、第２ボンデイング点
でキヤピラリとリードフレームの接触を知り、荷
重を正確に制御する。また第２ボンデイング点で
キヤピラリ２４が上昇し図示しないワイヤのクラ
ンプ機構によりワイヤをひきちぎつた時にできる
テール長は、以前に記憶されたキヤピラリ２４と
リードフレームの接触時のツールリフタアーム２
１との高さ位置を基準として、その上昇量を決定
できるので正確なテール長が得られる。また、検
出精度は検出出力のＳ／Ｎ、ギヤツプと検出出力
との間の直線性および制御回路５における検出出
力のサンプリング周期によつて主に決定される。
しかし、上記ギヤツプと検出出力との間の直線性
はギヤツプの絶対値が小さい領域を選定すればか
なり良好なものを得ることができ、一方、サンプ
リング周期による検出遅れ時間は、ボンデイング
ツールの降下時間に比べて短かく設定することが
可能なので無視できる。ちなみに本実施例では
1μｍの分解能を得ることが可能である。

このように本実施例のワイヤボンデイング装置
であれば、ペレツトの高さ位置を高精度に検出す
ることができる。しかも本実施例では、検出に際
しキヤピラリ２４の初期位置をギヤツプと検出出
力との間の特性に従つて適宜設定するだけで良い
ので、調整が著しく簡単となり、また従来のよう
に工具を用いて接点を機械的に調整する等の作業
が全く不要となるので、調整作業を大幅に簡略化
することができる。またこのとき工具等によつて
他の複雑な機構に悪影響を与えることもなく金線
通し作業を阻害する不都合も生じない。また非接
触で検出できるので機械的摩耗は全くなく信頼性
が高い。

なお、本発明は上記実施例に限定されるもので
はない。例えば、前記実施例ではギヤツプ検出器
として電磁気現象を利用したものを適用したが、
その代わりにキヤパシタンスを利用したギヤツプ
検出器等を適用してもよい。またDCモータの代
わりにパルスモータを使用してもよい。このよう
にすると、モータ駆動系が一層簡単となる。さら
にギヤツプ検出器はキヤピラリアームに対向させ
る以外に、ボンデイングツール保持器の下面等に
対向させて設置してもよい。その他、モータ駆動
系やギヤツプの検出手段制御回路の構成等につい
ても、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施できる。

以上詳述したように、本発明はツールリフタア
ーム部にツールアームに対向してギヤツプ検出器
を設置し、このギヤツプ検出器によりツールアー
ムとの間のギヤツプ変化を監視してこの検出出力
から上記ギヤツプの変化量が一定値以上となる時
点を求め、この時点をキヤピラリがペレツトに接
触した時点と認識するものである。

したがつて本発明によれば機械的摩耗がなく調
整操作が著しく簡単でかつ高精度の高さ位置の検
出が可能なワイヤボンデイング装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示すもので、第１図は
ワイヤボンデイング装置の概略構成図、第２図は
ギヤツプ検出回路の回路構成図、第３図はギヤツ
プとその検出出力との関係を示す特性図である。 ３……ペレツト、４……ギヤツプ検出回路、５
……制御回路、６……モータ駆動制御部、１４…
…DCモータ、２１……ツールリフタアーム、２
４……キヤピラリ、２５……ツール。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ キヤピラリを保持するツールアームと、この
   ツールアームを揺動可能に支持するとともに昇降
   自在に構成されたツールリフタアーム部と、この
   ツールリフタアーム部に前記ツールアームに対向
   する状態で取着されて前記ツールアームとの間隔
   を監視するギヤツプ検出器と、このギヤツプ検出
   器の出力変化から前記キヤピラリが半導体ペレツ
   トに接触したことを認識し、このときのキヤピラ
   リの高さ位置から半導体ペレツトの高さを求める
   回路とを具備したことを特徴とするワイヤボンデ
   イング装置。