JPWO2018047896A1

JPWO2018047896A1 - ワイヤボンディング装置

Info

Publication number: JPWO2018047896A1
Application number: JP2018538461A
Authority: JP
Inventors: 塩澤　茂; 茂塩澤; 憲太郎小宮
Original assignee: Shinkawa Ltd
Current assignee: Shinkawa Ltd
Priority date: 2016-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2019-06-24
Anticipated expiration: 2037-09-07
Also published as: KR20190046943A; CN109923652A; WO2018047896A1; TWI663494B; TW201812493A; KR102206867B1; JP6659857B2; CN109923652B

Abstract

モータ（４０）で上下方向に駆動され、電極にワイヤを押圧するキャピラリ（１５）と、キャピラリ（１５）の押圧荷重に応じた変位が発生する板ばね（３１）と、板ばね（３１）の変位を検出する角度センサ（５２）と、キャピラリ（１５）の押圧荷重を調整する制御部（６０）と、を備え、制御部（６０）は、モータ（４０）に所定値の電流を印加して板ばね（３１）をキャピラリ（１５）で押圧し、角度センサ（５２）によって板ばね（３１）の変位を検出し、検出した変位に基づいてキャピラリ（１５）の押圧荷重を較正する。これにより、簡便な構成でボンディング動作に連続してボンディングツールの押圧荷重の較正が可能となる。

Description

本発明は、ボンディングツールの押圧荷重の較正を行うワイヤボンディング装置に関する。

ボンディングツールによって基板の電極または電子部品の電極にワイヤを押圧して基板と電子部品あるいは電子部品同士をワイヤで接続するワイヤボンディング装置が多く用いられている。ボンディング装置は、長時間連続して動作させると、周囲環境等の影響で経時的に押圧荷重が変化してしまう場合がある。押圧荷重はボンディングの際のワイヤと電極との合金の形成に大きな影響を及ぼすもので、押圧荷重が経時的に変化するとボンディング品質が低下してくる場合がある。このため、ワイヤボンディング装置では、所定の時間、例えば、１０００時間程度、連続運転を行ったら、ワイヤボンディング装置を停止して押圧荷重の較正を行い、適切な押圧荷重を維持するようにしている。

押圧荷重の較正は、例えば、次のような手順で行われる。まず、ヒートブロックの上にロードセルを取り付け、次に、ボンディングツールの先端をロードセルの上に接触させた状態で、ボンディング荷重を設定する。これにより、ワイヤボンディング装置は、ボンディングツールが設定荷重でロードセルを押圧するように動作する。一方、ボンディングツールの実際の押圧荷重はロードセルで検出される。そして、ロードセルで検出された実押圧荷重と設定押圧荷重に差異があった場合には、実押圧荷重が設定押圧荷重となる様に、ボンディングツールを駆動するモータの印加電流値を調節する（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２８４５３２号公報

特許文献１に記載されたような押圧荷重の較正は、ワイヤボンディング装置のヒートブロックの上にロードセルを取り付ける必要があるため、ヒートブロックのヒータをオフにしてロードセルが使用できる温度までヒートブロックの温度が低下するまで待つ必要があった。また、押圧荷重の較正が終了してから、ヒートブロックのヒータをオンにしてヒートブロックがボンディング可能な温度になるまで待機する必要があった。また、ヒートブロックの上には基板、電子部品等の品種に応じて高さを調整するための板状のヒートコマが取り付けられている場合には、ロードセルを取り付ける際にヒートコマを取りはずす必要がある。このため、押圧荷重の較正が終了した後にボンディングパラメータの再調整が必要となる。このように、押圧荷重の較正間隔を短くして押圧荷重をできるだけ一定に保つようにしてボンディング品質を確保しようとすると、生産性が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、簡便な構成でボンディング動作に連続してボンディングツールの押圧荷重の較正が可能なボンディング装置を提供することを目的とする。

本発明のワイヤボンディング装置は、モータで上下方向に駆動され、電極にワイヤを押圧するボンディングツールと、ボンディングツールの押圧荷重に応じた変位が発生する弾性部材と、弾性部材の変位を検出する変位検出手段と、ボンディングツールの押圧荷重を調整する制御部と、を備え、制御部は、モータに所定値の電流を印加して弾性部材をボンディングツールで押圧し、変位検出手段によって弾性部材の変位を検出し、検出した変位に基づいてボンディングツールの押圧荷重を較正することを特徴とする。

本発明のワイヤボンディング装置において、制御部の行うボンディングツールの押圧荷重の較正は、検出した変位と予め設定された基準変位とを比較し、検出した変位と基準変位との差が小さくなるように、モータに印加する電流値を増減することとしてもよい。

本発明のワイヤボンディング装置において、弾性部材は、モータに印加される複数の電流値に対応する複数の押圧点を有し、制御部は、モータに複数の電流値を順次印加して弾性部材の各押圧点をボンディングツールで順次押圧し、変位検出手段によって各押圧点の各変位を順次検出し、検出した各変位に基づいてボンディングツールの押圧荷重を較正することとしてもよい。

本発明のワイヤボンディング装置において、複数の押圧点は、モータに複数の電流値を順次印加して各電流値に対応する弾性部材の各押圧点をボンディングツールで順次押圧した際の各変位が所定の範囲内となるように配置されていることとしてもよい。

本発明のワイヤボンディング装置において、制御部の行うボンディングツールの押圧荷重の較正は、検出した各変位を各押圧点に印加された各荷重に変換し、モータに印加した複数の電流値と各押圧点に印加された荷重との関係を示す特性曲線を生成し、生成した特性曲線に基づいて、モータへの印加電流値を調整することとしてもよい。

本発明のワイヤボンディング装置において、弾性部材は、板ばねであることとしてもよい。

本発明のボンディング装置は、簡便な構成でボンディング動作に連続してボンディングツールの押圧荷重の較正をすることができる。

本発明の実施形態のワイヤボンディング装置を示す平面図である。本発明の実施形態のワイヤボンディング装置の系統構成を示す系統図である。本発明の実施形態のワイヤボンディング装置の板ばねアセンブリ示す斜視図と平面図である。図３に示す板ばねアセンブリの押圧点と押圧荷重と変位とを示す説明図である。本発明の実施形態のワイヤボンディング装置の制御部が実行する第１の押圧荷重較正プログラムの動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態のワイヤボンディング装置の制御部が実行する第２の押圧荷重較正プログラムの動作を示すフローチャートである。図６に示す動作において生成するモータ印加電流値と荷重との特性曲線である。本実施形態のワイヤボンディング装置の他の板ばねアセンブリを示す斜視図である。本実施形態のワイヤボンディング装置の他の板ばねアセンブリを示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態のワイヤボンディング装置１００は、フレーム１０と、フレーム１０の上に取り付けられたＸＹテーブル１１と、ＸＹテーブル１１の上に取り付けられたボンディングヘッド１２と、ボンディングヘッド１２に取り付けられたボンディングアーム１３と、ボンディングアーム１３の先端に取り付けられた超音波ホーン１４と、超音波ホーン１４の先端に取り付けられたボンディングツールであるキャピラリ１５と、半導体ダイ等の電子部品１９が取り付けられた基板１８と、基板１８をＸ方向にガイドするガイドレール１６と、ヒートブロック１７と、板ばねアセンブリ２０と、を備えている。

図２に示すように、ボンディングヘッド１２の内部には、ボンディングアーム１３を上下方向（Ｚ方向）に駆動するモータ４０が設けられている。モータ４０は、ボンディングヘッド１２に固定された固定子４１と、回転軸４５の周りに回転する可動子４２とで構成される。可動子４２は、ボンディングアーム１３の後部と一体となっており、可動子４２が回転移動すると、ボンディングアーム１３の先端は、上下方向（Ｚ方向）に移動する。ボンディングアーム１３の先端には、超音波ホーン１４のフランジ１４ｂがボルト１４ｃで固定されている。また、ボンディングアーム１３の先端部分の下側面には、超音波ホーン１４の超音波振動子１４ａを収容する凹部１３ａが設けられている。超音波ホーン１４の先端には、キャピラリ１５が取り付けられている。また、ヒートブロック１７は、２本のガイドレール１６の間のフレーム１０の上に取り付けられており、板ばねアセンブリ２０は、ヒートブロック１７とガイドレール１６の間のフレーム１０の上に取り付けられている。また、ヒートブロック１７には、ヒートブロック１７を加熱するヒータ１７ａが取り付けられている。

板ばねアセンブリ２０の板ばね３１の上面の高さは、ヒートブロック１７の上に基板１８が真空吸着された際の電子部品１９の電極の上面の高さであるボンディング面（図２中で一点鎖線４７で示す）と略同一の高さとなっている。また、可動子４２の回転軸４５の回転中心４３（図２中で一点鎖線４７と一点鎖線４６の交点で示す）の高さもボンディング面と略同一の高さとなっている。したがって、可動子４２が回転移動すると、キャピラリ１５の先端は、電子部品１９の電極面及び板ばね３１の上面に対して略垂直方向に上下に移動する。

モータ４０の固定子４１には、電源４９から駆動電力が供給されている。固定子４１に供給される電流値は電流センサ５１で検出され、電流値はモータドライバ４８によって調整される。また、可動子４２の回転軸４５には、可動子４２の回転角度φを検出する角度センサ５２が取り付けられている。更に、ボンディングヘッド１２の近傍には、ワイヤボンディング装置１００の代表温度を検出する温度センサ５３が取り付けられている。

ワイヤボンディング装置１００は、内部に演算や信号処理を行うＣＰＵ６１と、ワイヤボンディング装置１００を動作させるプログラムやプログラムの実行に必要なデータを格納するメモリ６２とを備えるコンピュータで、ワイヤボンディング装置１００全体の動作を制御する制御部６０を備えている。制御部６０は、角度センサ５２、電流センサ５１、温度センサ５３の検出した信号が入力される。制御部６０は、モータ４０の固定子４１に供給する電流値を決定し、電流値の指令をモータドライバ４８に出力する。モータドライバ４８は、制御部６０から入力された指令に基づいて、固定子４１に印加する電流値を調整する。また、制御部６０は、図１に示すＸＹテーブル１１にも接続されており、キャピラリ１５のＸＹ方向の位置の指令をＸＹテーブル１１に出力する。ＸＹテーブル１１は、制御部６０の指令した位置にキャピラリ１５のＸＹ方向の位置を調整する。

制御部６０のＣＰＵ６１は、角度センサ５２、電流センサ５１、温度センサ５３の検出した信号及び、図示しない撮像装置等から入力される電子部品１９や基板１８の電極の位置信号、予めメモリ６２に格納された電子部品１９の種類や電極のピッチ等の情報に基づいて、メモリ６２に格納しているボンディングプログラムを実行してモータ４０を動作させてキャピラリ１５を上下方向に動作させると共に、ＸＹテーブル１１をＸＹ方向に移動させて、電子部品１９の電極と基板１８の電極とをワイヤで接続していくボンディング動作を実行させる。

また、制御部６０は、メモリ６２に後で説明する押圧荷重較正プログラムを格納している。制御部６０のＣＰＵ６１は、角度センサ５２、電流センサ５１、温度センサ５３の検出した信号等に基づいてメモリ６２に格納されている押圧荷重較正プログラムを実行してモータ４０に所定値の電流を印加して板ばね３１をキャピラリ１５の先端で押圧し、板ばね３１の変位を検出し、検出した変位に基づいてキャピラリ１５の押圧荷重を較正する動作を実行する。

図３（ａ）に示すように、板ばねアセンブリ２０は、四角い平板状のベース２１と、ベース２１の先端部（Ｘ方向マイナス側の部分）の上方に突出した支持台２２と、ベース２１の下側（Ｚ方向マイナス側）の面に設けられたフランジ２６と、支持台２２の上面（Ｚ方向上側面）にボルト２５で固定された片持ち梁の板ばね３１とを備えている。板ばね３１は、薄い金属の板であり、支持台２２の上面からＸ方向マイナス側に向かって突出している。支持台２２の板ばね３１の根元側に対応する部分は、板ばね３１が下側に撓み変形できるように、切欠き部２３が設けられている。また、フランジ２６には、フレーム１０に板ばねアセンブリ２０をボルトで固定するためのボルト孔２７が設けられている。

キャピラリ１５の先端で板ばね３１を押圧した際のＺ方向の変位は、荷重に比例する。このため、例えば、５ｇ用の押圧点３２を２００ｇの荷重で押圧すると、５ｇの荷重で押圧した際の４０倍もの変位が発生してしまう。また、逆に２００ｇ用の押圧点を５ｇの荷重で押圧しても変位は２００ｇの荷重で押圧した際の１／４０となってしまう。このため、図３（ｂ）に示すように、本実施形態の板ばね３１は、先端に行くほど（Ｘ方向マイナス側に行くほど）幅が狭くなるテーパー部と幅が一定の帯状部とを組み合わせ、全体の幅が先端に行くほど細くなるような形状となっている。これにより、先端に行くほど、少ない荷重で大きな変位が発生し、根本ほど同じ変位を発生させるのに大きな荷重が必要となる構造となっている。

図３（ｂ）に示すように、板ばね３１の上面には、ボンディングツールであるキャピラリ１５の先端を押し当てる押圧点３２、３３、３４がマークされている。各押圧点は、先端の押圧点３２は、キャピラリ１５の押圧荷重が、例えば、５ｇ程度の小さい場合に使用する押圧点であり、中央の押圧点３３は、キャピラリ１５の押圧荷重が、例えば、２０ｇ程度の中位の大きさの場合に使用する押圧点であり、根本側の押圧点３４はキャピラリ１５の押圧荷重が、例えば、２００ｇ程度の大きい荷重の場合に用いる点である。

このように構成することによって、図４（ａ）に示すように、小さな荷重Ｗ１（例えば、５ｇ）で一番先端の押圧点３２を押圧した際の変位Δ１と、図４（ｂ）に示すように、中程度の荷重Ｗ２（例えば、２０ｇ）で中間の押圧点３３を押圧した際の変位Δ２と、図４（ｃ）に示すように、大きな荷重Ｗ３（例えば、２００ｇ）で根本の押圧点３４を押圧した際の変位Δ３とは、略同様の大きさとなる。このため、押圧荷重に対応した押圧点を用いることにより、変位を略一定、あるいは所定の範囲内とすることができ、押圧点を押圧した際のキャピラリ１５の先端の位置がボンディング面から大きくずれることを抑制し、キャピラリ１５による押圧荷重と変位との関係を的確に把握することができる。

＜第１の押圧荷重較正プログラムの動作＞
以上説明したワイヤボンディング装置１００の制御部６０のＣＰＵ６１が実行する第１の押圧荷重較正プログラムの動作について図５を参照しながら説明する。

図５のステップＳ１０１に示すように、制御部６０は、ワイヤボンディング装置１００を始動する指令を出力する。ワイヤボンディング装置１００は、ヒートブロック１７のヒータ１７ａをオンとしてヒートブロック１７の温度を所定の温度まで上昇させる。ヒートブロック１７の温度が所定の温度になったら、表面に電子部品１９が取り付けられた基板１８をガイドレール１６に沿って図示しない送り機構によってヒートブロック１７の上まで移動させる。基板１８がヒートブロック１７の上に来たら、基板１８は、ヒートブロック１７の上に真空吸着される。

そして、ワイヤボンディング装置１００は、メモリ６２に格納されているボンディングプログラムに従って、キャピラリ１５を上下方向に移動させると共に、ＸＹテーブル１１をＸＹ方向に移動させて電子部品１９の電極と基板１８の電極とをワイヤで接続していく。

基板１８に取り付けられている全ての電子部品１９の電極と基板１８の電極とのボンディングが終了したら、ワイヤボンディング装置１００は、ヒートブロック１７の真空を破壊して基板１８をガイドレール１６に沿ってヒートブロック１７から図示しないストレージに移動させる。このような動作を繰り返して、多くの基板１８に取りけられた電子部品１９の電極と基板１８の電極とをボンディングしていく。

ボンディング開始当初は、ヒータ１７ａによる熱がワイヤボンディング装置１００全体に回っていないので、温度センサ５３によって検出するワイヤボンディング装置１００の代表温度は定常運転温度には達していない。図５のステップＳ１０２に示すように、制御部６０は、ワイヤボンディング装置１００の代表温度が定常運転温度に達するまで待機する。そして、図５のステップＳ１０２でワイヤボンディング装置１００の代表温度が定常運転温度達したと判断したら、図５のステップＳ１０３に進み、ボンディング動作を一端停止し、ＸＹテーブル１１を動作させてキャピラリ１５の位置を板ばね３１に押圧点３２の上に移動させ、キャピラリ１５の先端の高さ押圧点３２の高さに合わせる。そして、モータ４０に所定値の電流を印加する。この際、ヒータ１７ａはオンのままとする。

モータ４０に印加する電流値は、例えば、図４（ａ）を参照して説明したような、板ばね３１の押圧点３２に５ｇ程度の荷重が掛る電流値である。この電流値は、ロードセルの上にキャピラリ１５を押し付けてロードセルの検出荷重が５ｇとなるような試験により予め定めた電流値であってよい。

図４（ａ）を参照して説明したように、板ばね３１がΔ１だけ変位すると、キャピラリ１５の先端もΔ１だけＺ方向マイナス側に移動する。この際、ボンディングアーム１３は、回転軸４５の周りに所定の角度だけ回転する。制御部６０は、角度センサ５２の信号から、ボンディングアーム１３の回転角度φを取得し、回転角度φをキャピラリ１５の先端の変位Δ１、すなわち、板ばね３１の変位Δ１に変換して板ばね３１の押圧点３２の変位Δ１を検出する（図５のステップＳ１０４）。従って、角度センサ５２は、板ばね３１の押圧点３２の変位Δ１を検出する変位検出手段を構成する。

制御部６０は、図５のステップＳ１０５に示すように、図５のステップＳ１０４で検出した変位Δ１を基準変位Δ１Ｓとしてメモリ６２に格納する。

基準変位Δ１Ｓをメモリ６２に格納したら、制御部６０は、ボンディング動作を再開して図５のステップＳ１０６に進み、ワイヤボンディング装置１００が、例えば、１０００時間等の所定時間だけ運転されて、次の押圧荷重の較正タイミングが来るまでボンディング動作を行う。

制御部６０は、所定の時間が経過し、押圧荷重の較正のタイミングが来たと判断したら、図５のステップＳ１０７に進み、先にステップＳ１０３で説明したと同様、ボンディング動作を一端停止し、ヒータ１７ａはオンのままで、ＸＹテーブル１１を動作させてキャピラリ１５の位置を板ばね３１の押圧点３２の上に移動させ、キャピラリ１５の先端の高さ押圧点３２の高さに合わせる。そして、モータ４０に所定値の電流を印加する。そして、先に説明したと同様、角度センサ５２の信号から、ボンディングアーム１３の回転角度φを取得し、回転角度φを板ばね３１の変位Δ１に変換して板ばね３１の押圧点３２の変位Δ１を検出する（図５のステップＳ１０８）。

そして、制御部６０は、図５のステップＳ１０９に進み、先に設定した基準変位Δ１Ｓと今回検出した変位Δ１との差の絶対値ｄ＝｜検出変位Δ１−基準変位Δ１Ｓ｜を算出し、ステップＳ１１０に進んで所定の閾値を超えているかどうかを判断する。ｄが所定の閾値以下の場合は、押圧荷重の較正を行う必要はないと判断して図５のステップＳ１０６に戻り、ボンディング動作を再開する。

一方、差の絶対値ｄが所定の閾値を超えていた場合には、押圧荷重が初期の押圧荷重からずれており、較正が必要と判断し、差の絶対値ｄが小さくなるようにモータに印加する電流値を増減する。例えば、検出変位Δ１が基準変位Δ１Ｓの１１０％程度となっている場合には、モータ４０に印加する電流値を（１００／１１０）に低減してもよい。逆に、検出変位Δ１が基準変位Δ１Ｓの９０％程度となっている場合には、モータ４０に印加する電流値を（１００／９０）に増加させてもよい。

そして、ワイヤボンディング装置１００が運転を継続している間、制御部６０は、図５のステップＳ１０６からＳ１１２の動作を繰り返し、ワイヤボンディング装置１００が停止されたら、プログラムの動作を停止する。

以上説明したように、本実施形態のワイヤボンディング装置１００は、ボンディング動作に連続してキャピラリ１５によって板ばね３１を押圧し、板ばね３１の変位に基づいてモータ４０への印加電流値を調整するという簡便な方法で、ヒータ１７ａを停止せずにキャピラリ１５の押圧荷重の較正を行うことができるので、生産性の低下を抑制しつつキャピラリ１５の押圧荷重をできるだけ一定に保ってボンディング品質を確保することができる。

＜第２の押圧荷重較正プログラムの動作＞
次に、図６を参照しながら、本発明のワイヤボンディング装置１００のＣＰＵ６１が実行する第２の押圧荷重較正プログラムの動作について説明する。この動作は、制御部６０のメモリ６２の中に、図７に示すような押圧荷重Ｗとモータ印加電流値ｉとの関係を示す特性曲線を格納しており、ボンディングの位置、電子部品１９の種類等から定まる必要押圧荷重に応じて、この特性曲線を参照して必要なモータ印加電流値ｉの指令値をモータドライバ４８に出力し、必要な押圧荷重を印加するようなボンディング動作を行うようなワイヤボンディング装置１００において押圧荷重の較正を行うものである。なお、図５を参照して説明したのと同様の動作については、簡単に説明する。

図６のステップＳ２０１に示すように、制御部６０は、ワイヤボンディング装置１００を始動する指令を出力すると、ワイヤボンディング装置１００は、ヒートブロック１７のヒータ１７ａをオンとしてヒートブロック１７の温度が所定の温度まで上昇させる。そして、ヒートブロック１７の温度が所定の温度になったら、表面に電子部品１９が取り付けられた基板１８をガイドレール１６に沿って図示しない送り機構によってヒートブロック１７の上まで移動させる。基板１８がヒートブロック１７の上に来たら、基板１８は、ヒートブロック１７の上に真空吸着される。

そして、ワイヤボンディング装置１００は、メモリ６２に格納されているボンディングプログラムに従って、キャピラリ１５を上下方向に移動させると共に、ＸＹテーブル１１をＸＹ方向に移動させて電子部品１９の電極と基板１８の電極とをワイヤで接続していく。ワイヤボンディング装置１００は、メモリ６２の中に図７の実線ａで示すようなボンディングの際のキャピラリ１５の押圧荷重Ｗを発生させるために必要なモータ印加電流値ｉの特性曲線を格納している。実線ａで示す初期特性曲線は試験等で予め設定された特性曲線である。また、メモリ６２には、電子部品１９の種類やワイヤの直径等の情報が格納されている。制御部６０は、メモリ６２に格納されたこれらの情報に基づいて、ワイヤを電極に押し付ける際の押圧荷重Ｗを決定する。そして、制御部６０は、図７の実線ａの特性曲線に基づいてワイヤを押圧する際にモータ４０に印加するモータ印加電流値ｉの指令値をモータドライバ４８に出力する。モータドライバ４８は、モータ４０に印加される電流値が電流値指令となるよう調整する。このように、ボンディングの際には、図７に実線ａで示す特性曲線に基づいてキャピラリ１５の押圧荷重Ｗが制御されている。

図６のステップＳ２０２に示すように、ワイヤボンディング装置１００は、温度センサ５３で検出したワイヤボンディング装置１００の代表温度が所定の定常運転温度になるまで待機し、代表温度が所定の温度になったら、図６のステップＳ２０３に進み、代表温度が定常運転温度に達してから例えば、１０００時間等の所定運転時間だけ運転するまで待機する。そして、所定運転時間だけ運転したら、図６のステップＳ２０４に進む。

制御部６０は、図６に示すステップＳ２０４に進んだら、カウンタＮを１にリセットする。ここで、Ｎは、板ばね３１の上に配置された押圧点３２、３３、３４の番号である。以下の説明では、押圧点３２はＮ＝１に対応する第１押圧点３２、押圧点３３は、Ｎ＝２に対応する第２押圧点３３、押圧点３４は、Ｎ＝３に対応する第３押圧点３４として説明する。第１押圧点３２は、図７に示す小さな押圧荷重Ｗ１０、例えば、５ｇ程度で押圧されることに対応する押圧点であり、第２押圧点３３は、図７に示す中程度の押圧荷重Ｗ２０、例えば、２０ｇ程度で押圧されることに対応する押圧点であり、第３押圧点３４は、図７に示す大きな押圧荷重Ｗ３０、例えば、２００ｇ程度で押圧されることに対応する押圧点である。そして、図７に示すモータ印加電流値ｉ１０は、押圧荷重Ｗ１０を発生させる際にモータ４０に印加される電流値であり、モータ印加電流値ｉ２０は、押圧荷重Ｗ２０を発生させる際にモータ４０に印加される電流値であり、モータ印加電流値ｉ３０は、押圧荷重Ｗ３０を発生させる際にモータ４０に印加される電流値である。

制御部６０は、図６のステップＳ２０４でＮが１にセットされていた場合、図６のステップＳ２０５に進んで、Ｎ＝１に対応する第１押圧点３２を第１押圧点３２に対応する押圧荷重Ｗ１０で押圧するようにモータ４０に図７に示すモータ印加電流値ｉ１０を印加する。そして、ステップＳ２０７に進み、角度センサ５２の信号から、ボンディングアーム１３の回転角度φを取得し、回転角度φを第１押圧点３２の変位Δ１１に変換して第１押圧点３２の変位Δ１１を検出する（図６のステップＳ２０８）。第１押圧点３２の変位Δ１１と第１押圧点３２に加わっている押圧荷重とは比例関係にあるから、制御部６０は、検出した変位Δ１１に第１押圧点３２の変位と押圧荷重の関係を示す比例定数Ｋ１を掛けて、変位Δ１１を第１押圧点３２に係る押圧荷重Ｗ１１に変換する。制御部６０は、変位Δ１１を押圧荷重Ｗ１１に変換したら、押圧荷重Ｗ１１をメモリ６２に格納する。

制御部６０は、押圧荷重Ｗ１１をメモリ６２に格納したら、図６のステップＳ２０９に進んで、Ｎが最終値のＮｅｎｄ（実施形態では、押圧点は３２、３３、３４の３つなので、Ｎｅｎｄは３）となっているかどうか判断する。そして、Ｎが３になっていない場合には、図６のステップＳ２１０でＮを１だけインクレメントして（この場合、Ｎは２となる）ステップＳ２０５に戻る。

そして、先に説明したと同様、Ｎ＝２に対応する第２押圧点３３を第２押圧点３３に対応する押圧荷重Ｗ２０で押圧するようにモータ４０に図７に示すモータ印加電流値ｉ２０を印加する。そして、ステップＳ２０７に進み第２押圧点３３の変位Δ２１を検出する。そして、制御部６０は、検出した変位Δ２１に第２押圧点３３の変位と押圧荷重の関係を示す比例定数Ｋ２を掛けて、変位Δ２１を第２押圧点３３に係る押圧荷重Ｗ２１に変換する。制御部６０は、変位Δ２１を押圧荷重Ｗ２１に変換したら、押圧荷重Ｗ２１をメモリ６２に格納する。制御部６０は、図６のステップでＮが最終値のＮｅｎｄ（実施形態ではＮｅｎｄは３）となっているかどうか判断する。そして、Ｎが３になっていない場合には、図６のステップＳ２１０でＮを１だけインクレメントして（この場合、Ｎは３となる）ステップＳ２０５に戻る。

そして、先に説明したと同様、Ｎ＝３に対応する第３押圧点３４を第２押圧点３４に対応する押圧荷重Ｗ３０で押圧するようにモータ４０に図７に示すモータ印加電流値ｉ３０を印加する。そして、ステップＳ２０７に進み第３押圧点３４の変位Δ３１を検出する。そして、制御部６０は、検出した変位Δ３１に第３押圧点３４の変位と押圧荷重の関係を示す比例定数Ｋ３を掛けて、変位Δ３１を第２押圧点３４に係る押圧荷重Ｗ３１に変換する。制御部６０は、変位Δ３１を押圧荷重Ｗ３１に変換したら、押圧荷重Ｗ３１をメモリ６２に格納する。制御部６０は、図６のステップでＮが最終値のＮｅｎｄ（実施形態ではＮｅｎｄは３）となっているかどうか判断する。今、Ｎ＝３であるから、制御部６０は、図６のステップＳ２０９でＹＥＳと判断して図６のステップＳ２１１に進む。

なお、図４（ａ）から図４（ｃ）を参照して説明したように、本実施形態の板ばね３１の各押圧点３２、３３、３４は、それぞれの押圧点３２、３３、３４に対応する押圧荷重Ｗ１０（例えば、５ｇ）、Ｗ２０（例えば、２０ｇ）、Ｗ３０（例えば、２００ｇ）が掛った場合の変位Δ１０、Δ２０、Δ３０が略同一の値となる様に配置されている。このため、各押圧点３２、３３、３４の変位と各押圧点３２、３３、３４に係る押圧荷重の関係を示す比例定数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は同一では無く、Ｋ１＜Ｋ２＜Ｋ３となっている。先の例示のように、Ｗ１０が５ｇ、Ｗ２０が２０ｇ、Ｗ３０が２００ｇの場合には、Ｋ２はｋ１の４倍、Ｋ３はＫ１の４０倍となっている。Ｋ１〜Ｋ３の値は、Ｗ１０、Ｗ２０、Ｗ３０の値と板ばね３１の各押圧点３２〜３４の位置によって予め設定され、メモリ６２に格納されている。

制御部６０は、図６のステップＳ２０５からＳ２０８をＮ回（上記の場合は３回）繰り返して実行し、モータ印加電流値ｉ１０、ｉ２０、ｉ３０をモータ４０に印加した場合の押圧荷重、Ｗ１１、Ｗ２１、Ｗ３１を検出する。例えば、経時変化により、図７の一点鎖線ｂに示すように、検出したＷ１１、Ｗ２１、Ｗ３１は当初のＷ１０、Ｗ２０、Ｗ３０よりも大きくなっている。そこで、制御部６０は、ステップＳ２０５からＳ２０８の結果から、図７に一点鎖線ｂで示すように、ワイヤを押圧する際にモータ４０に印加するモータ印加電流値ｉの指令値を決定する新しい特性曲線を生成する。特性曲線は、（ｉ１０、Ｗ１１）、（ｉ２０、Ｗ２１）、（ｉ３０、Ｗ３１）の３つの点を線形補完して生成してもよいし、３つの点から回帰曲線を求め、これから特性曲線を設定してもよい。

制御部６０は、図７の一点鎖線ｂで示すような新しい特性曲線を生成したら、図６のステップＳ２１２に進んで、キャピラリ１５によってワイヤを押圧する際の押圧荷重Ｗを調整する特性曲線を、ステップＳ２１２で生成した新しい特性曲線に置き換えて、ボンディング動作を再開する。再開されたボンディング動作においては、図７に示すように、押圧荷重Ｗ１０を印加しようとする際には、制御部６０は、モータ印加電流値ｉをｉ１０よりも小さいｉ１１とする指令をモータドライバ４８に出力する。モータドライバ４８は、この指令に基づいて、モータの印加電流値ｉがｉ１１となるように調整する。

そして、ワイヤボンディング装置１００が運転を継続している間、制御部６０は、図６のステップＳ２０３からＳ２１３の動作を繰り返し、ワイヤボンディング装置１００が停止されたら、プログラムの動作を停止する。

以上説明したように、本実施形態のワイヤボンディング装置１００は、ボンディング動作に連続して、ヒータ１７ａを停止せずに、モータ４０に複数の電流値ｉ１０、ｉ２０、ｉ３０を順次印加して板ばね３１の各押圧点３２、３３、３４をキャピラリ１５で順次押圧し、各押圧点３２、３３、３４の各変位Δ１１、Δ２１、Δ３１から各押圧点３２、３３、３４に印加される各荷重Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３を取得し、ワイヤを押圧する際にモータ４０に印加するモータ印加電流値ｉの指令値を決定する新しい特性曲線を生成し、新たに生成した特性曲線に基づいてモータ４０への印加電流値を調整するようにする。これにより、本実施形態のワイヤボンディング装置１００は、生産性の低下を抑制しつつキャピラリ１５の押圧荷重をできるだけ一定に保ってボンディング品質を確保することができる。

本実施形態では、板ばね３１、図３（ａ）を参照して説明したように、先端に行くほど（Ｘ方向マイナス側に行くほど）幅が狭くなるテーパー部と幅が一定の帯状部とを組み合わせ、全体の幅が先端に行くほど細くなるような形状の片持ち梁として説明したが、板ばね３１は、このような形状に代えて、例えば、図８に示すように、２つの支持台２２に両端を固定され板ばね７１であってもよい。この場合も板ばね７１の上面には、複数の押圧点７２、７３、７４が設けられていてもよい。また、図９に示すように、根本に向かうほど幅が広くなることに代えて、根本に向かう程、厚さを厚くするように構成し、その上に押圧点７６、７７、７８を設けるような板ばね７５のようにしてもよい。

図８、図９に示したような板ばね７１，７５を用いた場合でも先に説明したのと同様の効果を奏することができる。

１０フレーム、１１テーブル、１２ボンディングヘッド、１３ボンディングアーム、１３ａ凹部、１４超音波ホーン、１４ａ超音波振動子、１４ｂフランジ、１４ｃボルト、１５キャピラリ、１６ガイドレール、１７ヒートブロック、１７ａヒータ、１８基板、１９電子部品、２０アセンブリ、２１ベース、２２支持台、２３切欠き部、２５ボルト、２６フランジ、２７ボルト孔、３２−３４、７２−７４、７６−７８押圧点、４０モータ、４１固定子、４２可動子、４３回転中心、４５回転軸、４６，４７一点鎖線、４８モータドライバ、４９電源、５１電流センサ、５２角度センサ、５３温度センサ、６０制御部、６１ＣＰＵ、６２メモリ、１００ワイヤボンディング装置。

【０００２】
［０００４］
特許文献１：特開平１０−２８４５３２号公報
発明の概要
発明が解決しようとする課題
［０００５］
特許文献１に記載されたような押圧荷重の較正は、ワイヤボンディング装置のヒートブロックの上にロードセルを取り付ける必要があるため、ヒートブロックのヒータをオフにしてロードセルが使用できる温度までヒートブロックの温度が低下するまで待つ必要があった。また、押圧荷重の較正が終了してから、ヒートブロックのヒータをオンにしてヒートブロックがボンディング可能な温度になるまで待機する必要があった。また、ヒートブロックの上には基板、電子部品等の品種に応じて高さを調整するための板状のヒートコマが取り付けられている場合には、ロードセルを取り付ける際にヒートコマを取りはずす必要がある。このため、押圧荷重の較正が終了した後にボンディングパラメータの再調整が必要となる。このように、押圧荷重の較正間隔を短くして押圧荷重をできるだけ一定に保つようにしてボンディング品質を確保しようとすると、生産性が低下してしまうという問題があった。
［０００６］
そこで、本発明は、簡便な構成でボンディング動作に連続してボンディングツールの押圧荷重の較正が可能なボンディング装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
［０００７］
本発明のワイヤボンディング装置は、モータで上下方向に駆動され、電極にワイヤを押圧するボンディングツールと、モータに印加される大きさの異なる複数の電流値に対応する複数の押圧点を有し、ボンディングツールの押圧荷重に応じた変位が発生する弾性部材と、弾性部材の変位を検出する変位検出手段と、ボンディングツールの押圧荷重を調整する制御部と、を備え、制御部は、モータに複数の電流値を順次印加して弾性部材の各押圧点をボンディングツールで順次押圧し、変位検出手段によって弾性部材の各押圧点の各変位を順次検出し、検出した各変位に基づいてボンディングツールの押圧荷重を較正し、複数の押圧点は、対応する電流値が印加された際の変位が所定の範囲内となるように、弾性部材の上に配列されていること、を特徴とする。
［０００８］

【０００３】
［０００９］
［００１０］
［００１１］
本発明のワイヤボンディング装置において、制御部の行うボンディングツールの押圧荷重の較正は、検出した各変位を各押圧点に印加された各荷重に変換し、モータに印加した複数の電流値と各押圧点に印加された荷重との関係を示す特性曲線を生成し、生成した特性曲線に基づいて、モータへの印加電流値を調整することとしてもよい。
［００１２］
本発明のワイヤボンディング装置において、弾性部材は、板ばねであることとしてもよい。
発明の効果
［００１３］
本発明のボンディング装置は、簡便な構成でボンディング動作に連続してボンディングツールの押圧荷重の較正をすることができる。
図面の簡単な説明
［００１４］
［図１］本発明の実施形態のワイヤボンディング装置を示す平面図である。
［図２］本発明の実施形態のワイヤボンディング装置の系統構成を示す系統図である。
［図３］本発明の実施形態のワイヤボンディング装置の板ばねアセンブリ示す斜視図と平面図である。
［図４］図３に示す板ばねアセンブリの押圧点と押圧荷重と変位とを示す説明図

本発明のワイヤボンディング装置は、モータで上下方向に駆動され、電極にワイヤを押圧するボンディングツールと、モータに印加される大きさの異なる複数の電流値に対応する複数の押圧点を有し、ボンディングツールの押圧荷重に応じた変位が発生する弾性部材と、弾性部材の変位を検出する変位検出手段と、ボンディングツールの押圧荷重を調整する制御部と、を備え、制御部は、モータに複数の電流値を順次印加して弾性部材の各押圧点をボンディングツールで順次押圧し、変位検出手段によって弾性部材の各押圧点の各変位を順次検出し、検出した各変位に基づいてボンディングツールの押圧荷重を較正し、複数の押圧点は、対応する電流値が印加された際の変位が所定の範囲内となるように、弾性部材の上に配列されていること、を特徴とする。

Claims

ワイヤボンディング装置であって、
モータで上下方向に駆動され、電極にワイヤを押圧するボンディングツールと、
ボンディングツールの押圧荷重に応じた変位が発生する弾性部材と、
前記弾性部材の変位を検出する変位検出手段と、
前記ボンディングツールの押圧荷重を調整する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記モータに所定値の電流を印加して前記弾性部材を前記ボンディングツールで押圧し、
前記変位検出手段によって前記弾性部材の変位を検出し、
検出した変位に基づいて前記ボンディングツールの押圧荷重を較正するワイヤボンディング装置。
請求項１に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記制御部の行う前記ボンディングツールの押圧荷重の較正は、
検出した前記変位と予め設定された基準変位とを比較し、
検出した前記変位と前記基準変位との差が小さくなるように、前記モータに印加する電流値を増減するワイヤボンディング装置。
請求項１に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記弾性部材は、前記モータに印加される複数の電流値に対応する複数の押圧点を有し、
前記制御部は、
前記モータに複数の電流値を順次印加して前記弾性部材の各押圧点を前記ボンディングツールで順次押圧し、
前記変位検出手段によって前記各押圧点の各変位を順次検出し、
検出した各変位に基づいて前記ボンディングツールの押圧荷重を較正するワイヤボンディング装置。
請求項３に記載のワイヤボンディング装置であって、
複数の押圧点は、
前記モータに複数の電流値を順次印加して各電流値に対応する前記弾性部材の各押圧点を前記ボンディングツールで順次押圧した際の各変位が所定の範囲内となるように配置されているワイヤボンディング装置。
請求項３に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記制御部の行う前記ボンディングツールの押圧荷重の較正は、
検出した各変位を各押圧点に印加された各荷重に変換し、
前記モータに印加した複数の電流値と各押圧点に印加された荷重との関係を示す特性曲線を生成し、
生成した前記特性曲線に基づいて、前記モータへの印加電流値を調整するワイヤボンディング装置。
請求項４に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記制御部の行う前記ボンディングツールの押圧荷重の較正は、
検出した各変位を各押圧点に印加された各荷重に変換し、
前記モータに印加した複数の電流値と各押圧点に印加された荷重との関係を示す特性曲線を生成し、
生成した前記特性曲線に基づいて、前記モータへの印加電流値を調整するワイヤボンディング装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のワイヤボンディング装置であって、
前記弾性部材は、板ばねであるワイヤボンディング装置。