TWI643276B - 夾線裝置的校準方法以及打線裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明在於實現夾線裝置開閉動作的精度提高以及穩定化。夾線裝置的校準方法包括下述步驟：施加使一對臂部72a、72b朝開閉方向振動的規定頻率，以使驅動用壓電元件80驅動；基於一對臂部72a、72b朝開閉方向振動時的從驅動用壓電元件80輸出的輸出電流，檢測一對臂部72a、72b的前端部73a、73b是否發生了碰撞；基於檢測結果，算出一對臂部72a、72b中的閉合狀態的基準電壓VR1、VR2；以及基於基準電壓VR1、VR2，對施加至驅動用壓電元件80的驅動電壓進行校準。

Description

夾線裝置的校準方法以及打線裝置
本發明是有關於一種夾線（wire clamp）裝置的校準（calibration）方法以及打線（wire bonding）裝置。
在將半導體晶粒（die）的焊墊（pad）與封裝（package）的導線（lead）電性連接的打線裝置中，在使引線插通的接合工具（bonding tool）的上方設有夾線裝置。例如在專利文獻1至專利文獻3中，揭示有一種夾線裝置，其具備：一對臂（arm）部，具有用於夾持引線的前端部；以及驅動部，設有使該一對臂部開閉的壓電元件。根據該夾線裝置，根據對壓電元件施加的電壓值來控制一對臂部的前端部之間的距離。基於該控制，可藉由將臂部閉合而約束引線，或者，藉由將臂部打開而釋放引線。 現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利第3005783號公報 專利文獻2：日本專利第3005784號公報 專利文獻3：日本專利第4842354號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，以往，相對於用於驅動壓電元件的驅動電壓，難以準確地掌握臂部的打開量。尤其，夾線裝置會因壓電元件等構成要素的經時變化或溫度變化、或者安裝至打線裝置本體時的扭矩（torque）的差異等各種因素，導致臂部的打開量的絕對值可能發生變動。若臂部的打開量存在偏差，則有時將無法高精度且穩定地約束或釋放引線，因此消除該問題對於提高打線的可靠性而言是重要的。
本發明是有鑒於此種情況而完成，其目的在於實現夾線裝置的開閉動作的精度提高以及穩定化。 [解決問題之手段]
本發明的一形態的夾線裝置的校準方法是一種夾線裝置的校準方法，包括下述步驟：準備夾線裝置，所述夾線裝置包括一對臂部及驅動部，所述一對臂部具有用於夾持引線的前端部，且從前端部朝向基端部延伸，所述驅動部結合於一對臂部的基端部，且設有藉由驅動電壓來使一對臂部的前端部開閉的驅動用壓電元件；驅動步驟，施加使一對臂部朝開閉方向振動的規定頻率，以使驅動用壓電元件驅動；檢測步驟，基於一對臂部朝開閉方向振動時的從驅動用壓電元件輸出的輸出電流，檢測一對臂部的前端部是否發生了碰撞；基於檢測結果，算出一對臂部中的閉合狀態的基準電壓；以及校準步驟，基於基準電壓，對施加至驅動用壓電元件的驅動電壓進行校準。
根據所述結構，施加規定頻率以使驅動用壓電元件驅動，並基於一對臂部朝開閉方向振動時的從驅動用壓電元件輸出的輸出電流，來檢測一對臂部的前端部彼此是否發生了碰撞，並基於該檢測結果來算出基準電壓以進行校準。藉此，可簡單且準確地調整一對臂部的打開量，因此可實現夾線裝置開閉動作的精度提高以及穩定化。因此，可進行準確且穩定的打線。
所述方法中，檢測步驟亦可包含：藉由對輸出電流進行傅立葉變換，從而檢測一對臂部中的前端部發生碰撞時的振動頻率的強度。
所述方法中，算出基準電壓的步驟亦可包含：算出第1基準電壓與第2基準電壓中的至少一個，所述第1基準電壓表示一對臂部閉合完成時的閉合狀態，所述第2基準電壓表示一對臂部開始打開時的閉合狀態。
所述方法中，檢測步驟亦可包含：在引線被一對臂部的前端部之間包夾在中間的狀態下，檢測一對臂部的前端部是否碰撞至引線。
所述方法中，亦可更包括下述步驟：基於引線被包夾在中間的狀態的檢測結果，算出一對臂部中的打開量，在校準步驟中，基於一對臂部中的打開量，對施加至驅動用壓電元件的驅動電壓進行校準。
所述方法中，驅動步驟亦可包含：施加針對一對臂部的共振頻率。
本發明的另一形態的夾線裝置包括：夾線裝置，包括一對臂部及驅動部，所述一對臂部具有用於夾持引線的前端部，且從該前端部朝向基端部延伸，所述驅動部結合於一對臂部的基端部，且設有藉由驅動電壓來使一對臂部的前端部開閉的驅動用壓電元件；驅動電壓供給部，施加使一對臂部朝開閉方向振動的規定頻率，以使驅動用壓電元件驅動；碰撞檢測部，基於一對臂部朝開閉方向振動時的、從驅動用壓電元件輸出的輸出電流，檢測一對臂部的前端部是否發生了碰撞；電壓計算部，基於碰撞檢測部的檢測結果，算出一對臂部中的閉合狀態的基準電壓；以及電壓校準部，基於基準電壓，對施加至驅動用壓電元件的驅動電壓進行校準。
根據所述結構，施加規定頻率以使驅動用壓電元件驅動，並基於一對臂部朝開閉方向振動時的從驅動用壓電元件輸出的輸出電流，來檢測一對臂部的前端部彼此是否發生了碰撞，並基於該檢測結果來算出基準電壓以進行校準。藉此，可簡單且準確地調整一對臂部的打開量，因此可實現夾線裝置開閉動作的精度提高以及穩定化。因此，可進行準確且穩定的打線。
所述裝置中，碰撞檢測部亦可藉由對輸出電流進行傅立葉變換，從而檢測一對臂部中的前端部發生碰撞時的振動頻率的強度。
所述裝置中，電壓計算部亦可算出第1基準電壓與第2基準電壓中的至少一個，所述第1基準電壓表示一對臂部閉合完成時的閉合狀態，所述第2基準電壓表示一對臂部開始打開時的閉合狀態。
所述裝置中，碰撞檢測部亦可在引線被一對臂部的前端部之間包夾在中間的狀態下，檢測一對臂部的前端部是否碰撞至引線。
所述裝置中，電壓計算部亦可基於碰撞檢測部中的在引線被包夾在中間的狀態下的檢測結果，算出一對臂部中的打開量，電壓校準部基於一對臂部中的打開量，對施加至驅動用壓電元件的驅動電壓進行校準。
所述裝置中，驅動電壓供給部亦可施加針對一對臂部的共振頻率。 [發明的效果]
根據本發明，可實現夾線裝置開閉動作的精度提高以及穩定化。
以下說明本發明的實施形態。在以下的圖式記載中，相同或類似的構成要素是以相同或類似的符號來表示。圖式為例示，是示意性地表示各部的尺寸或形狀者，不應將本案發明的技術範圍限定於該實施形態來解釋。
圖1是表示本實施形態的打線裝置的整體概略的圖。而且，圖2（A）及圖2（B）是打線裝置中的接合臂的局部放大圖，圖2（A）表示接合臂的頂視圖，圖2（B）表示接合臂的底視圖。圖3是圖1的夾線裝置的立體圖。
如圖1所示，打線裝置1具備XY驅動機構10、Z驅動機構12、接合臂(bonding arm)20、超音波焊頭（horn）30、接合工具40、負載感測器50、超音波振子60、夾線裝置70以及打線控制部90。
XY驅動機構10是可沿XY軸方向（與接合面平行的方向）滑動地構成，在XY驅動機構（直線馬達（linear motor））10上，設有可使接合臂20朝Z軸方向（與接合面垂直的方向）擺動的Z驅動機構（直線馬達）12。
接合臂20支持於支軸14，且相對於XY驅動機構10擺動自如地構成。接合臂20是以從XY驅動機構10延伸至放置有作為接合對象的工件（work）（例如半導體晶粒或基板）18的接合載台16的方式而形成為大致長方體。支軸14例如位於與工件18的作業面（接合面）大致相同的高度。接合臂20具備：臂基端部22，被安裝於XY驅動機構10；臂前端部24，位於臂基端部22的前端側，且安裝有超音波焊頭30；以及連結部23，連結臂基端部22與臂前端部24，且具有可撓性。該連結部23包含：規定寬度的狹縫（slit）25a、25b，從接合臂20的頂面21a朝底面21b的方向延伸；以及規定寬度的狹縫25c，從接合臂20的底面21b朝頂面21a的方向延伸。如此，連結部23藉由各狹縫25a、25b、25c而局部地構成為薄壁部，因此臂前端部24構成為相對於臂基端部22而撓曲。
如圖1及圖2（B）所示，在接合臂20的底面21b側，形成有收容超音波焊頭30的凹部26。超音波焊頭30在收容於接合臂20的凹部26內的狀態下，藉由焊頭固定螺絲32而安裝於臂前端部24。該超音波焊頭30在從凹部26突出的前端部保持有接合工具40，在凹部26內設有產生超音波振動的超音波振子60。藉由超音波振子60產生超音波振動，該超音波振動藉由超音波焊頭30而傳遞至接合工具40，從而可經由接合工具40來對接合對象賦予超音波振動。超音波振子60例如為壓電振子。
而且，如圖1及圖2（A）所示，在接合臂20的頂面21a側，從頂面21a朝向底面21b依序形成有狹縫25a及25b。上部的狹縫25a較之下部的狹縫25b而形成為寬度較寬。並且，在該形成為寬度較寬的上部的狹縫25a中，設有負載感測器50。負載感測器50藉由預壓用螺絲52而固定於臂前端部24。負載感測器50是以被包夾於臂基端部22與臂前端部24之間的方式而配置。即，負載感測器50是從超音波焊頭30的長邊方向的中心軸朝相對於接合對象的接觸/分離方向偏移（offset）地，安裝於接合臂20的旋轉中心與臂前端部24中的超音波焊頭30的安裝面（即，臂前端部24中的接合工具40側的前端面）之間。並且，如上所述，在臂前端部24安裝有保持接合工具40的超音波焊頭30，因此當因來自接合對象的反作用力而對接合工具40的前端施加有負載時，臂前端部24會相對於臂基端部22而撓曲，從而可在負載感測器50中檢測負載。負載感測器50例如為壓電元件負載感測器。
接合工具(bonding tool)40是用於使引線(wire)42插通者，例如是設有插通孔41的毛細管（capillary）。此時構成為，用於接合的引線42插通於接合工具40的插通孔41，且可從該接合工具40的前端放出引線42的一部分。而且，在接合工具40的前端，設有用於按壓引線42的按壓部。按壓部具有繞著接合工具40的插通孔41的軸方向而旋轉對稱的形狀，在插通孔41的周圍的下表面，具有按壓面。
接合工具40是藉由彈力等而可更換地安裝於超音波焊頭30。而且，在接合工具40的上方，設有夾線裝置70，夾線裝置70是以在規定的時機（timing）約束或釋放引線42的方式而構成。在夾線裝置70的更上方，設有引線張力器（wire tensioner）46，引線張力器46是構成為，使引線42插通，並對接合中的引線42賦予適度的張力。
引線42的材料是基於加工的容易性與低電阻等來適當選擇，例如使用金（Au）、銅（Cu）或銀（Ag）等。另外，引線42是將從接合工具40的前端延伸出的焊球（free air ball）43接合至工件18的第1接合點。
此處，參照圖3來詳細說明本實施形態的夾線裝置70。夾線裝置70具備一對臂部72a、72b以及安裝於打線裝置1的本體的驅動部76。一對臂部72a、72b具有用於夾持引線42的前端部73a、73b與基端部74a、74b，且從前端部73a、73b朝向基端部74a、74b而沿與引線軸方向大致正交的方向延伸。在前端部73a、73b中的彼此相向的面上，設有引線42所接觸的夾持片71a、71b。而且，在驅動部76中，設有使一對臂部72a、72b的前端部73a、73b開閉的驅動用壓電元件80。驅動用壓電元件80藉由從打線控制部90（具體而言，為驅動電壓供給部90a）供給驅動電壓，來控制一對臂部72a、72b的開閉動作。驅動部76中的與一對臂部72a、72b為相反側的端部被固定於打線裝置1的本體。另外，在圖1中，夾線裝置70表示了從前端部73a、73b側觀察一對臂部72a、72b的延伸方向的狀態。
一對臂部72a、72b在其基端部74a、74b，經由多個連結部77a、77b、78a、78b而連結於驅動部76。具體而言，當從引線軸方向的上方觀察一對臂部72a、72b時，一對連結部78a、78b是設於一對臂部72a、72b的兩外側，而且，一對連結部77a、77b是設於被一對連結部78a、78b夾著的位置。該些連結部構成為可彈性變形的細頸部。而且，一對連結部77a、77b藉由作用部79而彼此連結。此種結構中，驅動用壓電元件80是以其兩端部被固定於驅動部76與作用部79之間的狀態而設。藉由施加驅動電壓，驅動用壓電元件80沿一對臂部72a、72b的延伸方向伸縮，由此，各連結部77a、77b、78a、78b發生彈性變形，以使一對臂部72a、72b的前端部73a、73b開閉。另外，各連結部77a、77b、78a、78b朝前端部73a、73b閉合的方向具有彈性。
驅動用壓電元件80例如是在連接驅動部76與作用部79之間的方向上積層有多層壓電元件的積層型壓電致動器（actuator）。
一對臂部72a、72b（夾持片71a、71b、前端部73a、73b以及基端部74a、74b）例如包含導電性材料。
接下來說明夾線裝置70的動作。在未對驅動用壓電元件80施加電壓的狀態下，一對臂部72a、72b的前端部73a、73b朝閉合的方向施加有規定負載。並且，當對驅動用壓電元件80施加驅動電壓時，藉由電致伸縮或磁致伸縮效應，驅動用壓電元件80朝一對臂部72a、72b的延伸方向（換言之，連接驅動部76與作用部79之間的方向）伸展，藉此，作用部79朝一對臂部72a、72b的方向移動，如此，連結部77a、77b、78a、78b朝外側方向撓曲，前端部73a、73b成為打開的狀態。此時的前端部73a、73b的移動量（即臂部的打開量），相當於根據從作用部79直至連結部為止的長度與從連結部直至前端部73a、73b為止的長度之比，而將驅動用壓電元件80的伸展量放大者。
進一步詳述之，當對驅動用壓電元件80施加的驅動電壓從零的狀態開始增加時，前端部73a、73b的夾線負載與施加至驅動用壓電元件80的電壓值成比例地變小，當電壓值達到基準電壓值時，前端部73a、73b的夾持片71a、71b成為在夾線負載為零的狀態下彼此接觸的狀態（閉合狀態）。當使電壓值進一步增加時，前端部73a、73b成為朝彼此離開的方向打開的狀態。
返回圖1，進一步說明本實施形態的打線裝置1。打線控制部90在XY驅動機構10、Z驅動機構12、超音波焊頭30（超音波振子60）、負載感測器50、以及夾線裝置70等各結構之間以可收發信號的方式而連接，藉由打線控制部90來控制該些結構的動作，藉此，可進行用於打線的必要處理。
而且，在打線控制部90，連接有用於輸入控制資訊的操作部92、及用於輸出控制資訊的顯示部94。藉此，作業者可一邊藉由顯示部94來辨識畫面，一邊藉由操作部92來輸入必要的控制資訊。另外，打線控制部90是具備中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）及記憶體（memory）等的電腦（computer）裝置，於記憶體中預先保存有用於進行打線所需的處理的接合程式（program）、或打線控制部90中的後述的各構成要素所處理的各種資料（data）等。打線控制部90構成為，當進行後述的夾線裝置的校準時，對必要的動作進行控制（例如具備用於使電腦執行各動作的程式）。
本實施形態的打線控制部90具備驅動電壓供給部90a、碰撞檢測部90b、電壓計算部90c及電壓校準部90d。
驅動電壓供給部90a對驅動用壓電元件80供給驅動電壓。具體而言，驅動電壓供給部90a在打線處理中，對驅動用壓電元件80供給直流電壓以作為驅動電壓，在夾線裝置70的校準處理中，對驅動用壓電元件80供給施加有規定頻率的脈衝電流（包含直流成分以及交流成分）以作為驅動電壓。藉由對驅動用壓電元件80供給脈衝電流，從而藉由直流成分來對一對臂部72a、72b的前端部73a、73b朝與夾線負載相反的方向（打開方向）施加負載，並且藉由脈衝電流的交流成分來使一對臂部72a、72b的前端部73a、73b朝開閉方向振動。此處，作為脈衝電流的交流成分的規定頻率例如是基於一對臂部72a、72b的固有角振動頻率而決定的共振頻率fr。本實施形態中，驅動電壓供給部90a對驅動用壓電元件80施加共振頻率fr（或fr附近的頻率）。
碰撞檢測部90b在藉由驅動電壓供給部90a來使驅動用壓電元件80驅動而一對臂部72a、72b朝開閉方向振動時，對來自驅動用壓電元件80的輸出電流進行檢測，基於所檢測出的輸出電流，來檢測一對臂部72a、72b是否發生了碰撞。具體而言，藉由驅動電壓供給部90a來使脈衝電流的直流成分或交流成分的輸入值發生變化，並藉由碰撞檢測部90b，針對各個輸入值來檢測一對臂部72a、72b是否發生了碰撞。
碰撞檢測部90b例如使用傅立葉變換等，來對驅動用壓電元件80的輸出電流進行分析，藉此可檢測一對臂部72a、72b中的前端部73a、73b的夾持片71a、71b彼此是否發生了碰撞。當一對臂部72a、72b朝開閉方向振動時，會在驅動用壓電元件80中產生電位差。並且，若一對臂部72a、72b彼此碰撞，則從驅動用壓電元件80獲得的電位差會產生大的變化。因此，本實施形態中，基於此種驅動用壓電元件80的電位差的變化，來檢測一對臂部72a、72b是否發生了碰撞。與碰撞檢測部90b所檢測出的輸出電流相關的資料被保存於打線控制部90的記憶體中。
電壓計算部90c從記憶體中讀出與碰撞檢測部90b所檢測出的輸出電流相關的資料，並基於該與輸出電流相關的資料，算出一對臂部72a、72b中的閉合狀態的基準電壓。此處，所謂一對臂部72a、72b中的閉合狀態的基準電壓，是指相當於在夾線負載實質上為零的狀態下彼此接觸的狀態（負載零點（zero point））的直流電壓。此種基準電壓例如既可為表示一對臂部72a、72b閉合完成時的閉合狀態的第1基準電壓，亦可為表示一對臂部72a、72b開始打開時的閉合狀態的第2基準電壓。藉由電壓計算部90c，算出第1及第2基準電壓中的至少一個。而且，電壓計算部90c除了算出所述基準電壓以外，還基於與從碰撞檢測部90b獲得的輸出電流相關的資料，算出供給有驅動電壓時的一對臂部72a、72b中的打開量。另外，電壓計算部90c對基準電壓以及打開量的計算例將後述。
與電壓計算部90c所獲取的基準電壓相關的資料被保存於打線控制部90的記憶體中。
電壓校準部90d從記憶體中讀出與電壓計算部90c所算出的基準電壓或臂部的打開量相關的資料，並基於該基準電壓或臂部的打開量，對在打線處理中施加至驅動用壓電元件80的驅動電壓（直流電壓）進行校準。此時，電壓校準部90d既可對已設定的驅動電壓的數值進行修正，或者，亦可新設定應施加至驅動用壓電元件80的驅動電壓。如此，經電壓校準部90d校準的驅動電壓被保存於打線控制部90的記憶體中。並且，驅動電壓供給部90a在打線處理中，可讀出該記憶體中所保存的經校準的驅動電壓，並基於該驅動電壓來使驅動用壓電元件80驅動。
接下來，參照圖4～圖12來說明本實施形態的夾線裝置的校準方法。
此處，圖4是表示該方法的流程圖。而且，圖5是表示夾線裝置70中的驅動電壓與臂部的打開量的關係（壓電元件的遲滯曲線（hysteresis curve））的圖。而且，圖6是施加至驅動用壓電元件的輸入電壓的一例，圖7～圖10是表示與驅動用壓電元件的輸出電流相關的波形。而且，圖11以及圖12分別是算出基準電壓的一例，所述基準電壓是表示臂部的閉合狀態。
本實施形態的校準方法可使用所述打線裝置1來進行。而且，本實施形態的夾線裝置的校準方法可在打線結束時（即下次打線開始前）、或用於打線的示教（teaching）等時進行。
首先，準備夾線裝置70（S10）。具體而言，將夾線裝置70搭載於接合頭（bonding head）中，藉此，作為打線裝置1的構成要素而裝入。
接下來，藉由驅動電壓供給部90a，施加規定頻率而使驅動用壓電元件80驅動，以使一對臂部72a、72b朝開閉方向振動（S11）。即，對驅動用壓電元件80供給脈衝電流。如此，藉由脈衝電流的直流成分，對一對臂部72a、72b的前端部73a、73b朝與夾線負載相反的方向（打開方向）施加負載，並且藉由脈衝電流的交流成分，使一對臂部72a、72b的前端部73a、73b朝開閉方向振動。作為交流成分的規定頻率例如為共振頻率fr=約2.3[kHz]，但並不限定於此。例如，若賦予共振頻率而一對臂部72a、72b過度碰撞的情況下，則可施加特意從共振頻率偏移的共振頻率附近的頻率。
並且，基於一對臂部72a、72b朝開閉方向振動時的、從驅動用壓電元件80輸出的輸出電流，檢測一對臂部72a、72b是否發生了碰撞（S12）。隨後，若尚未結束檢測（S13，否（NO）），則返回步驟S11，使脈衝電流的直流成分或交流成分的各輸入值發生變化，於步驟S12中，針對變化後的輸入值，藉由碰撞檢測部90b來檢測一對臂部72a、72b是否發生了碰撞。如此，反覆進行驅動步驟以及檢測步驟，當判斷為檢測已結束時（S13，是（YES）），基於該檢測結果，由電壓計算部90c算出一對臂部72a、72b中的閉合狀態的基準電壓與臂部的打開量（S13）。
此處，對於步驟S11～S14的處理說明具體例。本實施形態中，藉由步驟S11～S14，分別算出表示一對臂部72a、72b閉合完成時的閉合狀態的第1基準電壓VR1、表示一對臂部72a、72b開始打開時的閉合狀態的第2基準電壓VR2、及供給有驅動電壓時的一對臂部72a、72b的打開量α。另外，如圖5所示，VR1以及VR2是根據驅動用壓電元件80的壓電特性而互不相同的電壓值。
＜基準電壓VR1的計算例＞ 首先，藉由驅動電壓供給部90a，對驅動用壓電元件80供給圖6所示的脈衝電流。圖6所示的示例中，為直流電壓（直流（direct current，DC）電壓）：125 V、振幅（交流（alternating current，AC）成分）：10 V、頻率：固有振動頻率（例如共振頻率fr=2.3 kHz）的脈衝電流。藉由供給此種脈衝電流，一對臂部72a、72b的前端部73a、73b朝彼此離開的方向施加有負載，並且朝開閉方向振動（S11）。
接下來，藉由碰撞檢測部90b，對一對臂部72a、72b朝開閉方向振動時的、驅動用壓電元件80的輸出電流進行檢測，基於所檢測出的輸出電流，檢測一對臂部72a、72b是否發生了碰撞（S12）。
若一對臂部72a、72b未發生碰撞，則驅動用壓電元件80的輸出電流的波形如圖7般變化，根據對其進行快速傅立葉變換（Fast Fourier Transform，FFT）處理後的圖8可知，振動頻率的強度僅出現為共振頻率fr（本實施形態中，fr=約2.3[kHz]）的第1峰值（peak）。即，根據圖8的分析結果可知，一對臂部72a、72b的前端部73a、73b未發生碰撞。
隨後，跳轉至下個檢測步驟（步驟S13，否），使供給至驅動用壓電元件80的脈衝電流的輸入值（直流成分以及交流成分的至少一者的輸入值）發生變化，針對變化後的輸入值，同樣進行步驟S11以及S12。
具體而言，仍維持共振頻率fr以及振幅10 V，而使直流電壓減少，直至可檢測出一對臂部72a、72b的前端部73a、73b發生了碰撞為止。圖11所示的示例中，是減少至直流電壓110 V為止。
藉此，當一對臂部72a、72b發生碰撞時，驅動用壓電元件80的輸出電流的波形如圖9所示般變化，根據對其進行FFT（Fast Fourier Transform）處理後的圖10可知，振動頻率的強度除了為共振頻率fr（本例中，fr=約2.3[kHz]）的第1峰值以外，還有與共振頻率fr不同的頻率fx作為第2峰值（強度小於第1峰值）而出現。即，根據圖10的分析結果可知，一對臂部72a、72b的前端部73a、73b發生了碰撞。
如此，如圖11所示，由碰撞檢測部90b獲取判斷為一對臂部72a、72b發生了碰撞的第1測定點m1（直流電壓110 V、振幅10 V）。由碰撞檢測部90b所獲取的測定點的資料被保存至打線控制部90的記憶體中。
接下來，使供給至驅動用壓電元件80的脈衝電流的交流成分（振幅）的輸入值減少至9 V，並再次使直流電壓減少，直至可檢測出一對臂部72a、72b的前端部73a、73b發生了碰撞為止。圖11所示的示例中，是減少至直流電壓103 V為止。如此，如圖11所示，由碰撞檢測部90b獲取判斷為一對臂部72a、72b發生了碰撞的第2測定點m2（直流電壓103 V、振幅9 V）。
如此，反覆進行步驟S11～S13，由碰撞檢測部90b獲取判斷為一對臂部72a、72b發生了碰撞的二個以上的測定點。圖11所示的示例中，獲取六個測定點m1～m6。各測定點m1～m6（直流電壓（DC）以及振幅（AC））為：m1（DC110 V、AC10 V）、m2（103 V、AC9 V）、m3（DC96 V、AC8 V）、m4（DC89 V、AC7 V）、m5（DC82 V、AC6 V）以及m6（DC75 V、AC5 V）。
隨後，結束碰撞檢測（S13，是），根據多個測定點算出交流成分的振幅相當於零的第1基準電壓VR1=約40 V（S14）。此種第1基準電壓VR1如圖5所示，對應於使驅動電壓（直流電壓）從Vmax開始減少時所通過的曲線中的、臂部的打開量大致接近零的電壓值。
另外，在所述驅動以及檢測的各步驟中，步驟S11以及S12可同時進行，以使得一邊使供給至驅動用壓電元件80的脈衝電流的輸入值發生變化，一邊檢測臂部是否發生了碰撞。
而且，步驟S11以及S12中的圖6～圖10所示的輸入/輸出的資料被保存於打線控制部90的記憶體中，而且，根據作業者的操作而顯示於顯示部94上。
＜基準電壓VR2的計算例＞ 對於基準電壓VR2，亦可與所述基準電壓VR1同樣地，藉由反覆進行步驟S11～S13而算出。但是，對於基準電壓VR2，與基準電壓VR1的計算方法的不同之處在於：獲取無法判斷為一對臂部72a、72b發生了碰撞的測定點。
具體而言，首先，藉由驅動電壓供給部90a，對驅動用壓電元件80供給直流電壓（DC電壓）：75 V、振幅（AC成分）：5 V、頻率：固有振動頻率（例如共振頻率fr=2.3 kHz）的脈衝電流（S11）。接下來，藉由碰撞檢測部90b，對一對臂部72a、72b朝開閉方向振動時的驅動用壓電元件80的輸出電流進行檢測，基於所檢測出的輸出電流，檢測一對臂部72a、72b是否發生了碰撞（S12）。
亦如圖11中所示（參照測定點m6），在所述的脈衝電流的輸入值時，一對臂部72a、72b會發生碰撞，因此獲得圖9以及圖10中說明般的輸出。
隨後，跳轉至下個檢測步驟（步驟S13，否），仍維持共振頻率fr以及振幅5 V，而使直流電壓減少，直至可檢測出一對臂部72a、72b的前端部73a、73b不再碰撞為止。圖12所示的示例中，是減少至直流電壓51 V為止。
藉此，當一對臂部72a、72b不再碰撞時，變化為圖7以及圖8的輸出波形。如此，如圖12所示，由碰撞檢測部90b獲取判斷為一對臂部72a、72b不再碰撞的第1測定點m'1（直流電壓51 V、振幅5 V）。
接下來，使供給至驅動用壓電元件80的脈衝電流的交流成分（振幅）的輸入值增加至6 V，並再次使直流電壓減少，直至可檢測出一對臂部72a、72b的前端部73a、73b不再碰撞為止。圖12所示的示例中，在振幅6 V時，一對臂部72a、72b的前端部73a、73b仍依然不會碰撞，獲取該第2測定點m'2（直流電壓51 V、振幅6 V）。隨後，使振幅的輸入值進而增加至7 V，如圖12所示，由碰撞檢測部90b獲取判斷為一對臂部72a、72b不再碰撞的第3測定點m'3（直流電壓50 V、振幅7 V）。
如此，反覆進行步驟S11～S13，由碰撞檢測部90b獲取判斷為一對臂部72a、72b不再碰撞的二個以上的測定點。圖12所示的示例中，獲取八個測定點m'1～m'8。各測定點m'1～m'8（直流電壓（DC）以及振幅（AC））為：m'1（DC51 V、AC5 V）、m'2（DC51 V、AC6 V）、m'3（DC50 V、AC7 V）、m'4（DC49 V、AC8 V）、m'5（DC49 V、AC9 V）、m'6（DC48 V、AC10 V）、m'7（DC47 V、AC11 V）、以及m'8（DC46 V、AC12 V）。
隨後，結束碰撞檢測（S13，是），根據多個測定點算出交流成分的振幅相當於零的第2基準電壓VR2=約54 V（S14）。此種第2基準電壓VR2如圖5所示，對應於使驅動電壓（直流電壓）從零開始增加時所通過的曲線中的、臂部的打開量大致接近零的電壓值。另外，基準電壓VR1以及VR2具有VR1＜VR2的關係。
＜臂部的打開量α的計算例＞ 臂部的打開量α可藉由下述方式而算出，即：在引線42被一對臂部72a、72b的前端部73a、73b之間包夾在中間的狀態下，進行步驟S11以及S12，檢測一對臂部72a、72b的前端部73a、73b是否碰撞至引線42。此處，臂部的打開量α是每單位電壓的一對臂部72a、72b的前端部73a、73b的移動量。
具體而言，首先，在步驟S11中，例如在夾著線徑φ =約20 μm的引線42的狀態下，對驅動用壓電元件80供給直流電壓（DC電壓）：125 V、振幅（AC成分）：8 V、頻率：固有振動頻率（例如共振頻率fr=2.3 kHz）的脈衝電流。接下來，在步驟S12中，藉由碰撞檢測部90b，檢測一對臂部72a、72b是否發生了碰撞（S12）。並且，在一對臂部72a、72b未發生碰撞的情況下，使供給至驅動用壓電元件80的脈衝電流的直流電壓減少，直至可由碰撞檢測部90b檢測出一對臂部72a、72b發生了碰撞。如此，例如在可檢測出一對臂部72a、72b發生了碰撞的脈衝電流的直流電壓為120 V的情況下，由碰撞檢測部90b獲取判斷為一對臂部72a、72b發生了碰撞的測定點m''1（直流電壓120 V、振幅8 V），將該測定點的資料保存至打線控制部90的記憶體中。
並且，將測定點m''1與在計算基準電壓VR1及VR2的過程中得到的任一測定點（例如m1～m6或m'1～m'8）進行比較，根據該比較結果來算出臂部的打開量α（S14）。在一例中，將測定點m''1與振幅相同的測定點m3（直流電壓96 V、振幅8 V）進行比較。
此處，若設線徑φ （=20μm）、測定點m''1的直流電壓與測定點m3的直流電壓的差分△V（=24V），則臂部的打開量α具有α=φ /△V的關係，本實施形態的一例中，α=約0.83。
如此，可獲得與夾線裝置70中的一對臂部72a、72b的開閉動作相關的特性。該特性被保存於打線控制部90的記憶體中，而且，亦可根據作業者的操作而顯示於顯示部94。
返回圖4，隨後，對施加至驅動用壓電元件80的驅動電壓進行校準（S15）。本實施形態中，基於基準電壓VR1及VR2與臂部的打開量α，藉由電壓校準部90d來對驅動電壓進行校準。隨後，使用驅動電壓經校準的夾線裝置70，開始打線處理（S16）。根據本實施形態，可準確地掌握與驅動電壓對應的夾線裝置70的一對臂部72a、72b的開閉動作（打開量），因此可進行高精度且穩定的打線處理。
隨後，判斷是否結束打線（S17），若不結束而進一步繼續打線（S17，否），則返回步驟S11。另一方面，若結束打線（S17，是），則結束本方法。另外，步驟S11至S17的各步驟較佳為在例如進行線徑不同的打線的情況、或進行溫度環境不同的打線的情況等、每次打線處理的形態不同時進行。藉此，可根據與各個狀況對應的夾線裝置70的打開量來進行校準，因此尤為有效。
如上所述，根據本實施形態，施加規定頻率以使驅動用壓電元件80驅動，並基於一對臂部72a、72b朝開閉方向振動時的、從驅動用壓電元件80輸出的輸出電流，來檢測一對臂部72a、72b的前端部彼此是否發生了碰撞，並基於該檢測結果來算出基準電壓以進行校準。藉此，可簡單且準確地調整一對臂部72a、72b的打開量，因此可實現夾線裝置70的開閉動作的精度提高以及穩定化。因此，可進行準確且穩定的打線。
而且，根據本實施形態，由於可使用驅動用壓電元件80來進行夾線裝置70的驅動以及校準這兩者，因此，與例如以往的使用雷射位移計等的結構相比，可藉由簡易的結構來進行驅動電壓的校準。
本發明並不限定於所述實施形態，可進行各種變形而適用。
所述實施形態中，對直接（direct）檢測驅動用壓電元件的輸出電流的形態進行說明，但為了檢測驅動用壓電元件的輸出電流，例如亦可使用其他檢測用壓電元件等其他感測器。
而且，所述實施形態中，對藉由對輸出電流進行FFT處理來分析一對臂部有無碰撞的形態進行了說明，但本發明未必限定於進行FFT處理的形態，亦可不進行FFT處理而由輸出電流進行分析，或者，亦可藉由進行FFT以外的其他處理來進行分析。
而且，所述實施形態中，對依照基準電壓VR1、VR2以及打開量α的順序獲取的示例進行了說明，但基準電壓的獲取順序並不限於此，可適當變更順序等。而且，在計算基準電壓VR1、VR2時，亦可檢測一對臂部72a、72b的前端部73a、73b是否彼此碰撞，或者，在計算基準電壓VR1、VR2時，亦可在引線被包夾在中間的狀態下進行檢測，檢測一對臂部72a、72b的前端部73a、73b是否碰撞至引線。
本發明中，對驅動用壓電元件的驅動電壓的方向、與臂部的開閉動作的方向的關係，並不限於所述實施形態的示例，例如亦可藉由將負方向的驅動電壓施加至驅動用壓電元件，而使一對臂部朝彼此打開的方向移動。
而且，本發明中，夾線裝置的構成要素並不限定於所述實施形態，只要可藉由驅動用壓電元件的驅動來進行臂部的開閉動作，則並無特別限定。
透過所述發明的實施形態而說明的實施形態可根據用途來適當組合，或者添加變更或改良來使用，本發明並不限定於所述實施形態的記載。根據申請專利範圍的記載當明確，此類組合或者添加了變更或改良的形態亦包含於本發明的技術範圍內。
1‧‧‧打線裝置
10‧‧‧XY驅動機構
12‧‧‧Z驅動機構
14‧‧‧支軸
16‧‧‧接合載台
18‧‧‧工件
20‧‧‧接合臂
21a‧‧‧頂面
21b‧‧‧底面
22‧‧‧臂基端部
23‧‧‧連結部
24‧‧‧臂前端部
25a、25b、25c‧‧‧狹縫
26‧‧‧凹部
30‧‧‧超音波焊頭
32‧‧‧焊頭固定螺絲
40‧‧‧接合工具
41‧‧‧插通孔
42‧‧‧引線
43‧‧‧焊球
46‧‧‧引線張力器
50‧‧‧負載感測器
52‧‧‧預壓用螺絲
60‧‧‧超音波振子
70‧‧‧夾線裝置
71a、71b‧‧‧夾持片
72a、72b‧‧‧臂部
73a、73b‧‧‧前端部
74a、74b‧‧‧基端部
76‧‧‧驅動部
77a、77b、78a、78b‧‧‧連結部
79‧‧‧作用部
80‧‧‧驅動用壓電元件
90‧‧‧打線控制部
90a‧‧‧驅動電壓供給部
90b‧‧‧碰撞檢測部
90c‧‧‧電壓計算部
90d‧‧‧電壓校準部
92‧‧‧操作部
94‧‧‧顯示部
fr‧‧‧共振頻率
fx‧‧‧頻率
m1～m6、m'1～m'8‧‧‧測定點
S10～S17‧‧‧步驟
VR1‧‧‧第1基準電壓（基準電壓）
VR2‧‧‧第2基準電壓（基準電壓）
圖1是表示本發明的實施形態的打線裝置的整體概要的圖。 圖2（A）及圖2（B）是圖1的打線裝置中的接合臂的頂視圖及底視圖。 圖3是圖1的夾線裝置的立體圖。 圖4是表示本發明的實施形態的夾線裝置的校準方法的流程圖。 圖5是表示驅動電壓與臂部的打開量的關係。 圖6是表示施加至驅動用壓電元件的輸入電壓的一例。 圖7是表示臂部的前端部未發生碰撞時的、來自驅動用壓電元件的輸出電流的波形的圖。 圖8是表示對圖7的輸出電流進行傅立葉變換後的波形的圖。 圖9是表示臂部的前端部發生了碰撞時的、來自驅動用壓電元件的輸出電流的波形的圖。 圖10是表示對圖9的輸出電流進行傅立葉變換後的波形的圖。 圖11是算出第1基準電壓（VR1）的一例，所述第1基準電壓是表示臂部閉合完成時的閉合狀態。 圖12是算出第2基準電壓（VR2）的一例，所述第2基準電壓是表示臂部開始打開時的閉合狀態。

Claims (12)

  1. 一種夾線裝置的校準方法，包括下述步驟：準備夾線裝置，所述夾線裝置包括一對臂部及驅動部，所述一對臂部具有用於夾持引線的前端部，且從所述前端部朝向基端部延伸，所述驅動部結合於所述一對臂部的所述基端部，且設有藉由驅動電壓來使所述一對臂部的所述前端部開閉的驅動用壓電元件；驅動步驟，施加使所述一對臂部朝開閉方向振動的規定頻率，以使所述驅動用壓電元件驅動；檢測步驟，基於所述一對臂部朝開閉方向振動時的從所述驅動用壓電元件輸出的輸出電流，檢測所述一對臂部的所述前端部是否發生了碰撞；基於所述檢測結果，算出所述一對臂部中的閉合狀態的基準電壓；以及校準步驟，基於所述基準電壓，對施加至所述驅動用壓電元件的所述驅動電壓進行校準。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的夾線裝置的校準方法，其中所述檢測步驟包含：藉由對所述輸出電流進行傅立葉變換，從而檢測所述一對臂部中的所述前端部發生碰撞時的振動頻率的強度。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的夾線裝置的校準方法，其中算出所述基準電壓的步驟包含：算出第1基準電壓與第2基準電壓中的至少一個，所述第1基準電壓表示所述一對臂部閉合完成時的閉合狀態，所述第2基準電壓表示所述一對臂部開始打開時的閉合狀態。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的夾線裝置的校準方法，其中所述檢測步驟包含：在所述引線被所述一對臂部的所述前端部之間包夾在中間的狀態下，檢測所述一對臂部的所述前端部是否碰撞至所述引線。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的夾線裝置的校準方法，更包括下述步驟：基於所述引線被包夾在中間的狀態的檢測結果，算出所述一對臂部中的打開量，在所述校準步驟中，基於所述一對臂部中的所述打開量，對施加至所述驅動用壓電元件的所述驅動電壓進行校準。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的夾線裝置的校準方法，其中所述驅動步驟包含：施加針對所述一對臂部的共振頻率。
  7. 一種打線裝置，包括：夾線裝置，包括一對臂部及驅動部，所述一對臂部具有用於夾持引線的前端部，且從所述前端部朝向基端部延伸，所述驅動部結合於所述一對臂部的所述基端部，且設有藉由驅動電壓來使所述一對臂部的所述前端部開閉的驅動用壓電元件；驅動電壓供給部，施加使所述一對臂部朝開閉方向振動的規定頻率，以使所述驅動用壓電元件驅動；碰撞檢測部，基於所述一對臂部朝開閉方向振動時的從所述驅動用壓電元件輸出的輸出電流，檢測所述一對臂部的所述前端部是否發生了碰撞；電壓計算部，基於所述碰撞檢測部的檢測結果，算出所述一對臂部中的閉合狀態的基準電壓；以及電壓校準部，基於所述基準電壓，對施加至所述驅動用壓電元件的所述驅動電壓進行校準。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的打線裝置，其中所述碰撞檢測部藉由對所述輸出電流進行傅立葉變換，從而檢測所述一對臂部中的所述前端部發生碰撞時的振動頻率的強度。
  9. 如申請專利範圍第7項或第8項所述的打線裝置，其中所述電壓計算部算出第1基準電壓與第2基準電壓中的至少一個，所述第1基準電壓表示所述一對臂部閉合完成時的閉合狀態，所述第2基準電壓表示所述一對臂部開始打開時的閉合狀態。
  10. 如申請專利範圍第7項或第8項所述的打線裝置，其中所述碰撞檢測部在所述引線被所述一對臂部的所述前端部之間包夾在中間的狀態下，檢測所述一對臂部的所述前端部是否碰撞至所述引線。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的打線裝置，其中所述電壓計算部基於所述碰撞檢測部中的所述引線被包夾在中間的狀態下的檢測結果，算出所述一對臂部中的打開量，所述電壓校準部基於所述一對臂部中的打開量，對施加至所述驅動用壓電元件的所述驅動電壓進行校準。
  12. 如申請專利範圍第7項或第8項所述的打線裝置，其中所述驅動電壓供給部施加針對所述一對臂部的共振頻率。
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