WO2010021173A1 - ワイヤボンディング装置及びキャピラリの振幅測定方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置及びキャピラリの振幅測定方法 Download PDF

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聡 榎戸
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株式会社新川
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Definitions

  • the present invention relates to a structure of a wire bonding apparatus and a method for measuring an amplitude of a capillary used in the wire bonding apparatus.
  • a wire bonding apparatus for connecting a semiconductor electrode attached to a substrate and an electrode of the substrate with a gold wire is used.
  • a capillary attached to the tip of an ultrasonic horn is pressed against a semiconductor chip and an electrode of a substrate while ultrasonically vibrating, and a wire inserted through the capillary is bonded to each electrode.
  • the amplitude of the capillary tip differs depending on each wire bonding apparatus due to the difference in the natural frequency of the ultrasonic horn from which the capillary is removed and the individual difference of the ultrasonic vibrator. There were cases where the joining characteristics varied and quality control problems occurred.
  • the image of the capillary without ultrasonic vibration and the image of the capillary with ultrasonic vibration are acquired by a camera, and the increase in the width of the acquired capillary is measured to determine the amplitude of the capillary.
  • a method of measuring and feeding back the amplitude to a control device has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • JP 2007-142049 A Japanese Patent No. 3802403
  • An object of the present invention is to improve the accuracy of capillary amplitude measurement by a simple method in a wire bonding apparatus.
  • the wire bonding apparatus of the present invention includes an ultrasonic horn, an ultrasonic vibrator attached to the rear end of the ultrasonic horn, a capillary attached to the tip of the ultrasonic horn and oscillated by the ultrasonic vibrator, and an image of the capillary
  • An image acquisition station including an image pickup device for acquiring an image and a control unit for processing an image acquired by the image pickup device, wherein the control unit stops the capillary at the image acquisition station, and images the capillary Is acquired by the imaging device, and the image is processed to acquire the contour of the image of the still capillary, and the capillary is oscillated in an unloaded state at the image acquisition station, and the image of the capillary being oscillated is obtained.
  • the gray level of each pixel of the acquired image is detected, and a preset threshold value adjacent to each other is detected.
  • amplitude calculating means for calculating the amplitude of the capillary from the difference from the contour.
  • the first contour acquisition unit detects the gray level of each pixel of the acquired image, and uses a third pixel and a threshold value that are adjacent to each other and have a gray level smaller than a preset threshold value. Select a fourth pixel having a larger gray level, and interpolate the gray levels of the third pixel and the fourth pixel to determine the coordinate position of the point on the image corresponding to the gray level threshold value in sub-pixel units. It is also preferable to calculate and acquire the contour of the image of the capillary at rest, and the control unit may cause the capillary amplitude calculated in the amplitude calculation step to fall between a predetermined upper limit value and a lower limit value.
  • An applied voltage increasing / decreasing means for increasing / decreasing the voltage applied to the ultrasonic transducer is provided.
  • the method for measuring the amplitude of a capillary acquires an ultrasonic transducer attached to the rear end of the ultrasonic horn, a capillary attached to the tip of the ultrasonic horn and oscillated by the ultrasonic transducer, and an image of the capillary.
  • a wire bonding apparatus including an image acquisition station including an image pickup device and a control unit that processes an image acquired by the image pickup device, stationary the capillary at the image acquisition station, and acquiring an image of the capillary with the image pickup device;
  • the image is processed to acquire the contour of the stationary capillary image, the capillary is oscillated in an unloaded state at the image acquisition station, the image of the oscillating capillary is acquired with the image sensor, and each pixel of the acquired image is Detect gray level and first pixel and threshold of gray level smaller than a preset threshold adjacent to each other Select a second pixel with a gray level greater than that, interpolate the gray level between the first pixel and the second pixel, and determine the coordinate position of the point on the image corresponding to the gray level threshold in sub-pixel units
  • the contour of the image of the capillary that is oscillating is obtained by calculating the above, and the amplitude of the capillary is calculated from the difference between the contour of the image of the capillary that is
  • the image processing for acquiring the contour of the image of the capillary at rest detects the gray level of each pixel of the acquired image and detects a gray level smaller than a preset threshold value adjacent to each other. Select a third pixel of the level and a fourth pixel of a gray level greater than the threshold, and interpolate the gray level of the third pixel and the fourth pixel on the image corresponding to the gray level threshold It is also preferable to obtain the contour of the still capillary image by calculating the coordinate position of the point in sub-pixel units.
  • the present invention produces an effect that the accuracy of measuring the amplitude of the capillary can be improved by a simple method in the wire bonding apparatus.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a shoulder portion of lines A and B shown in FIG. 3.
  • the wire bonding apparatus 10 of the present embodiment is freely moved in the XY direction by an X-axis motor 18 and a Y-axis motor 19 and freely moved in the XY direction by the XY table 11.
  • a Z-axis motor 20 that rotates around the Z-axis, a camera 16 attached to the bonding head 12, and an image acquisition station 30 for acquiring an image of the tip of the capillary 13 are provided.
  • the feeding direction of the lead frame 22 is the X direction
  • the direction perpendicular to the X direction along the surface of the lead frame 22 is the Y direction
  • the vertical direction perpendicular to the surface of the lead frame 22 is the Z direction.
  • the capillary 13 attached to the tip of the ultrasonic horn 15 has a conical or cylindrical shape with a thin tip, and a hole through which a wire is inserted is provided at the center.
  • the tip of the capillary 13 operates in the contact / separation direction with respect to the lead frame 22 or the semiconductor chip 23 attached to the lead frame 22 by the Z-axis motor 20 and the ultrasonic horn 15.
  • the capillary 13 is vibrated in the Y direction by the ultrasonic transducer 21.
  • the capillary center axis 14 is arranged so that the tip of the capillary is in contact with the surface of the semiconductor chip 23 or the lead frame 22 perpendicularly.
  • the camera 16 includes an optical system composed of a lens and the like and an image sensor such as a CCD or CMOS that converts an image formed by the optical system into an electric signal.
  • a camera optical axis 17 that is a central axis of the optical system is This is a line that passes through the center of the image sensor and passes through the center position of the acquired image.
  • the camera optical axis 17 is arranged so as to be perpendicular to the surface of the semiconductor chip 23 or the lead frame 22 to be imaged.
  • the capillary central axis 14 and the camera optical axis 17 are both arranged perpendicular to the surface of the semiconductor chip 23 or the lead frame 22, the capillary central axis 14 and the camera optical axis 17 are substantially parallel. Yes. As shown in FIG. 1, the camera optical axis 17 is arranged away from the capillary center axis 14 by the X-direction offset amount Xw and the Y-direction offset amount Yw.
  • the capillary center axis 14 and the camera optical axis 17 always have X-direction offset amounts Xw, Y They move simultaneously in the XY direction by being separated by an offset amount W including the direction offset amount Yw.
  • the X-axis motor 18 and Y-axis motor 19 that drive the XY table 11 of the wire bonding apparatus 10, the Z-axis motor 20 that drives the ultrasonic horn 15, the camera 16, and the ultrasonic transducer 21 are connected to the control unit 60 and controlled. It is configured to be driven by a command from the unit 60.
  • the control unit 60 stores a CPU 61 that performs signal processing and computation, a control program, control data, a first contour acquisition program, a second contour acquisition program, an amplitude calculation program, and an applied voltage increase / decrease program.
  • a memory 63 a camera interface 64 that converts a command from the CPU 61 into a control signal for the camera 16, the ultrasonic transducer 21, the X-axis motor 18, the Y-axis motor 19, and the Z-axis motor 20, and outputs the control signal.
  • a child interface 68, an X-axis motor interface 65, a Y-axis motor interface 66, and a Z-axis motor interface 67 are included.
  • Each of the interfaces 64, 65, 66, 67, 68, the memory 63, and the CPU 61 are connected by a data bus 62 so that signals can be exchanged between them.
  • the control unit 60 constitutes one computer.
  • the wire bonding apparatus 10 is configured to process the image acquired from the camera 16 to calculate the amplitude of the capillary 13 and display the amplitude of the capillary 13 on the display unit 46 via the display unit interface 69.
  • the image acquisition station 30 is provided in the vicinity of the bonding stage of the wire bonding apparatus 10 and includes an illumination 32 and an optical path converter 33 provided on the support plate 31.
  • the optical path changer 33 has a light entrance hole 37 provided at a position facing the illumination 32 of the housing 34 and a light exit hole 38 provided on the upper surface of the housing 34 in the Z direction.
  • the housing 34 of the optical path converter 33 has a lens 35 that collects light entering from the light entrance hole 37 and an optical path that passes through the lens 35 that extends in the horizontal direction at a right angle toward the upper side in the Z direction.
  • a mirror 36 for converting into The optical path converted by the mirror 36 is the same as the camera optical axis 17.
  • the camera 16 includes a lens barrel 41, a lens 42 that is attached to the lens barrel 41 and collects light reflected by the mirror 36 to form an image, and an image formed on the imaging surface 44 for each pixel.
  • An image sensor 43 that converts the electrical signal into an output is provided.
  • the illumination 32 provided on the side opposite to the image acquisition side of the capillary 13 is used. Is blocked by the capillary 13, and ambient light reaches the image sensor 43 as it is. For this reason, the acquired image of the capillary 13 is a black shadow, and the surrounding background is white.
  • the control unit 60 outputs a command to move the tip of the capillary 13 to the image acquisition position of the image acquisition station 30.
  • signals for driving the X-axis motor 18 and the Y-axis motor 19 are output from the X-axis motor interface 65 and the Y-axis motor interface 66, and each axis motor 18, 19 is started by this signal, and the bonding head 12 is moved to the XY. Move in the direction.
  • the control unit 60 stops the motors 18 and 19.
  • the optical axis on the light exit hole 38 side of the mirror 36 of the optical path converter 33 coincides with the camera optical axis 17.
  • the control unit 60 turns on the illumination 32 to stop the capillary 13 and outputs a command to acquire an image of the capillary 13.
  • FIG. 3A when the illumination 32 is turned on, the capillary 13 with a black image is projected on the imaging surface 44 of the imaging element 43 on a white background.
  • the image of the capillary 13 is an image indicated by a solid line 13a in FIG.
  • the control unit 60 sets the measurement line 45 at a position across the image of the capillary 13 on the imaging surface 44.
  • This measurement line may be set by designating one row of pixels arranged on the imaging surface 44, or for example, several rows of pixels may be set together as a measurement area.
  • the control unit 60 detects the gray level of each pixel along the measurement line 45 and stores it in the memory 63. Therefore, the memory 63 of the control unit 60 stores the same number of data as the detected pixels together with the position data of each pixel.
  • the gray level is a numerical value indicating the gradation of blackness in the case of monochrome. For example, in the case of 256 gradations, the gray level is 0 for the blackest and 255 at the maximum for the whitest.
  • the gray level along the measurement line 45 is substantially the maximum value in the white background portion as shown by the solid line A in FIG. 3B, and the measurement line 45 and the solid line 13a of the image.
  • the gray level is substantially zero. Since the capillary 13 is stationary, the position of the solid line 13a indicating the side surface of the capillary 13 does not change. However, since the capillary 13 has a conical surface or a cylindrical surface, the gray level is approximately bordered by the solid line 13a indicating the side surface. As shown by the solid line A in FIG. 3B, the optical resolution is lower than the size of 1 pixel, so that the maximum value is steeply increased in the vicinity of the solid line 13a indicating the side surface. It changes to gray level.
  • FIG. 4 shows an enlarged shoulder portion K of the solid line A shown in FIG. Since the detection of the gray level is performed for each pixel, the solid line A shown in FIG. 4 is a line that changes stepwise for each pixel in more detail. Therefore, for example, if the position of the pixel exceeding the gray level threshold L s shown in FIG. 3B is the position of the points 51 and 52, the positions of the points 51 and 52 can be obtained only in units of pixels. Measurement accuracy will be reduced.
  • the control unit 60 sequentially reads out the gray level of each pixel stored in the memory 63, and determines the position of the pixel and the detected gray level until the threshold level L s is exceeded.
  • the position of the pixel 73 and the third gray level are sequentially rewritten and stored in the memory.
  • the position of the pixel and the detected gray level are changed to the position of the fourth pixel 74 and the fourth gray level.
  • the third pixel 73 and the fourth pixel 74 are adjacent pixels along the measurement line 45, and the gray level of the third pixel 73 is L L which is smaller than the threshold L s.
  • the gray level of the fourth pixel 74 is L H greater than the threshold L s .
  • the position of the third pixel 73 is the position of the center point a of the pixel
  • the position of the fourth pixel 74 is the position of the center point b of the pixel
  • each pixel 73, 74 is a constant. Since the third pixel 73 and the fourth pixel 74 are adjacent to each other at the pitch P on the imaging surface 44 shown in FIG. The distance along the measurement line 45 is equal to the pitch P.
  • the control unit 60 linearly interpolates between the points a and b, calculates the position of the point c that is the threshold value L s between the points a and b, and sub-between the points a and c.
  • the number of pixels ⁇ P for example, 0.3 pixel is calculated. Then, as shown in FIG.
  • the distance D from the reference point S to the point c is calculated by multiplying the numerical value obtained by adding the number of subpixels ⁇ P with c to the pixel pitch P of the image sensor 43, and from the reference point S of the stationary capillary 13 Is stored in the memory 63 as a distance D to the contour of
  • the control unit 60 outputs a command to apply an applied voltage to the ultrasonic transducer 21.
  • a signal for outputting a standard voltage is output from the ultrasonic transducer interface 68 to the ultrasonic transducer 21.
  • the ultrasonic vibrator vibrates by this signal, and the capillary 13 oscillates in the Y direction shown in FIG.
  • the capillary 13 oscillates in an unloaded state.
  • the side surface of the capillary 13 reciprocates between the two-dot chain lines 13b and 13c in FIG.
  • the control unit 60 continues to capture an image for a predetermined time, for example, by reducing the shutter speed so that the oscillation state of the capillary 13 in the oscillating state can be superimposed and captured multiple times.
  • the image capture time may be a time that the capillary 13 swings left and right several hundred times.
  • the control unit 60 Similar to the detection of the gray level of the capillary 13 in a stationary state, the control unit 60 sets a measurement line 45 at a position across the image of the capillary 13 on the imaging surface 44, and sets the gray level of each pixel along the measurement line 45. It is detected and stored in the memory 63. Therefore, the memory 63 of the control unit 60 stores the same number of data as the detected pixels together with the position data of each pixel.
  • the gray level is substantially 0 as shown in FIG. 3 (b), but the capillary 13 is located between the points 53 and 55 and between the points 54 and 56 either on the left or right.
  • the gray level along the measurement line 45 in this region is as shown by a two-dot chain line B in FIG.
  • the control unit 60 sequentially reads the gray level of each pixel stored in the memory 63, and determines the position of the pixel and the detected gray level as the first pixel 71 position and the first pixel level until the threshold L s is exceeded.
  • the pixel position and the detected gray level are stored in the memory as the second pixel 72 position and the second gray level.
  • the first pixel 71 and the second pixel 72 are adjacent pixels along the measurement line 45, and the gray level of the first pixel 71 is L L ′ which is smaller than the threshold L s.
  • the gray level of the second pixel 72 is L H ′ greater than the threshold L s .
  • the position of the first pixel 71 is the position of the center point d of the pixel
  • the position of the second pixel 72 is the position of the center point e of the pixel
  • each pixel 71, 72 is a constant Since the first pixel 71 and the second pixel 72 are adjacent to each other at the pitch P on the imaging surface 44 shown in FIG. The distance along the measurement line 45 is equal to the pitch P.
  • the control unit 60 performs linear interpolation between the point d and the point e, calculates the position of the point f that becomes the threshold value L s between the point d and the point e, and the sub-between the point d and the point e.
  • the number of pixels ⁇ P ′, for example, 0.7 pixels is calculated. Then, as shown in FIG.
  • the distance E from the reference point S to the point f is calculated by multiplying the numerical value obtained by adding the number of subpixels ⁇ P ′ with e to the pixel pitch P of the image sensor 43, and the reference point S of the capillary 13 that is oscillating. Is stored in the memory 63 as the distance E to the contour.
  • the control unit 60 subtracts the distance D from the reference point S of the stationary capillary 13 from the distance E from the reference point S of the oscillating capillary 13 stored in the memory to the amplitude of the capillary 13. ⁇ is calculated. Then, the control unit 60 outputs a command for displaying the measured amplitude ⁇ on the display unit 46. In response to this command, the display unit interface 69 outputs a signal for outputting a numerical value of the amplitude ⁇ to the display unit 46. The display unit 46 displays the amplitude ⁇ on the display window of the display unit 46 by this signal.
  • control unit 60 compares the calculated amplitude ⁇ of the capillary 13 with the predetermined upper limit value and the lower limit value, and when the amplitude ⁇ is larger than the predetermined upper limit value, the voltage applied to the ultrasonic transducer 21.
  • the voltage applied to the ultrasonic transducer 21 is increased so that the amplitude ⁇ of the capillary 13 falls between the predetermined upper limit value and the lower limit value. Can be adjusted.
  • the amplitude ⁇ of the capillary 13 can be made equal to a predetermined value, and variations in the bonding characteristics of the wire bonding apparatuses can be suppressed and bonding quality can be improved.
  • the amplitude of the capillary 13 can be measured by a simple method of processing the image captured by the camera 16 of the wire bonding apparatus 10 and measuring the amplitude of the capillary 13. Further, in the present embodiment, since the point corresponding to the threshold value L s is obtained by interpolating between pixels, the position of the contour of each image can be measured in units of subpixels. There is an effect that the amplitude can be accurately measured.
  • the image sensor 43 having a higher density is used.
  • the amplitude may be obtained in units of pixels without performing interpolation.
  • the contour position of the image may be obtained by, for example, binary processing.
  • the magnification may be obtained by changing the magnification of the lens to obtain the amplitude.

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Abstract

　静止中のキャピラリの画像の輪郭を取得する第１の輪郭取得手段と、キャピラリを無負荷状態で発振させ、発振中のキャピラリの画像を撮像素子で取得し、取得した画像の各ピクセルのグレーレベルを検出し、互いに隣接する予め設定された閾値よりも小さいグレーレベルの第１のピクセルと閾値よりも大きいグレーレベルの第２のピクセルとを選択し、第１のピクセルと第２のピクセルとのグレーレベルを補間してグレーレベルの閾値に対応する画像上の点の座標位置をサブピクセル単位で算出し、発振中のキャピラリの画像の輪郭を取得する第２の輪郭取得手段と、静止中のキャピラリの画像の輪郭と発振中のキャピラリの画像の輪郭との差からキャピラリの振幅を算出する振幅算出手段とを有する。これによってワイヤボンディング装置において、簡便な方法でキャピラリの振幅測定精度を向上させる。

Description

ワイヤボンディング装置及びキャピラリの振幅測定方法
　本発明は、ワイヤボンディング装置の構造及びワイヤボンディング装置に用いられるキャピラリの振幅測定方法に関する。
　電子部品の製造においては、基板に取り付けられた半導体の電極と基板の電極との間を金ワイヤで接続するワイヤボンディング装置が用いられている。このワイヤボンディング装置は、超音波ホーンの先端に取り付けられたキャピラリを超音波振動させながら半導体チップと基板の電極とに押し付けて、キャピラリに挿通したワイヤを各電極に接合していくものである。
　しかし、キャピラリ先端の振幅は、キャピラリが取りけられている超音波ホーンの固有振動数の違いや、超音波振動子の個体差によって各ワイヤボンディング装置によって異なるものであるため、各ワイヤボンディング装置の接合特性がバラツキ、品質管理上の問題が生じることがあった。
　このため、レーザドップラ計によってキャピラリの振動を計測し、キャピラリの振動が所定の条件に合わない場合には、ボンディング動作を停止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、超音波振動をしていない場合のキャピラリの画像と超音波振動をしている場合のキャピラリの画像をカメラによって取得し、その取得したキャピラリの幅の増加を計測することによってキャピラリの振幅を測定し、その振幅を制御装置にフィードバックする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７－１４２０４９号公報 特許第３８０２４０３号明細書
　特許文献１に記載された、レーザドップラ計を用いる方法は、精度よくキャピラリの振幅を測ることができるものの、各ワイヤボンディング装置にキャピラリの振幅測定用のレーザドップラ計を取り付ける必要があることから、装置が大型となってしまうという問題があった。また、特許文献２に記載された、カメラによって取得した画像を処理する方法は、ワイヤボンディング装置に搭載しているカメラを兼用できることから装置は簡便になるものの、取得した画像の輪郭をはっきりと確定することが困難で、測定精度が低いという問題があった。
　本発明は、ワイヤボンディング装置において、簡便な方法でキャピラリの振幅測定精度を向上させ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、超音波ホーンと、超音波ホーン後端に取り付けられた超音波振動子と、超音波ホーン先端に取り付けられ、超音波振動子によって発振されるキャピラリと、キャピラリの画像を取得する撮像素子を含む画像取得ステーションと、撮像素子の取得した画像を処理する制御部と、を備えるワイヤボンディング装置であって、制御部は、画像取得ステーションでキャピラリを静止させ、キャピラリの画像を撮像素子で取得し、画像を処理して静止中のキャピラリの画像の輪郭を取得する第１の輪郭取得手段と、画像取得ステーションでキャピラリを無負荷状態で発振させ、発振中のキャピラリの画像を撮像素子で取得し、取得した画像の各ピクセルのグレーレベルを検出し、互いに隣接する予め設定された閾値よりも小さいグレーレベルの第１のピクセルと閾値よりも大きいグレーレベルの第２のピクセルとを選択し、第１のピクセルと第２のピクセルとのグレーレベルを補間してグレーレベルの閾値に対応する画像上の点の座標位置をサブピクセル単位で算出し、発振中のキャピラリの画像の輪郭を取得する第２の輪郭取得手段と、静止中のキャピラリの画像の輪郭と発振中のキャピラリの画像の輪郭との差からキャピラリの振幅を算出する振幅算出手段と、を有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、第１の輪郭取得手段は、取得した画像の各ピクセルのグレーレベルを検出し、互いに隣接する予め設定された閾値よりも小さいグレーレベルの第３のピクセルと閾値よりも大きいグレーレベルの第４のピクセルとを選択し、第３のピクセルと第４のピクセルとのグレーレベルを補間してグレーレベルの閾値に対応する画像上の点の座標位置をサブピクセル単位で算出し、静止中のキャピラリの画像の輪郭を取得すること、としても好適であるし、制御部は、振幅算出工程で算出したキャピラリの振幅が所定の上限値と下限値との間に入るよう超音波振動子に印加する電圧を増減する印加電圧増減手段をそなえること、を特徴とする。
　本発明のキャピラリの振幅測定方法は、超音波ホーン後端に取り付けられた超音波振動子と、超音波ホーン先端に取り付けられ、超音波振動子によって発振されるキャピラリと、キャピラリの画像を取得する撮像素子を含む画像取得ステーションと、撮像素子の取得した画像を処理する制御部と、を備えるワイヤボンディング装置を用意し、画像取得ステーションでキャピラリを静止させ、キャピラリの画像を撮像素子で取得し、画像を処理して静止中のキャピラリの画像の輪郭を取得し、画像取得ステーションでキャピラリを無負荷状態で発振させ、発振中のキャピラリの画像を撮像素子で取得し、取得した画像の各ピクセルのグレーレベルを検出し、互いに隣接する予め設定された閾値よりも小さいグレーレベルの第１のピクセルと閾値よりも大きいグレーレベルの第２のピクセルとを選択し、第１のピクセルと第２のピクセルとのグレーレベルを補間してグレーレベルの閾値に対応する画像上の点の座標位置をサブピクセル単位で算出して発振中のキャピラリの画像の輪郭を取得し、静止中のキャピラリの画像の輪郭と発振中のキャピラリの画像の輪郭との差からキャピラリの振幅を算出すること、を特徴とする。
　本発明のキャピラリの振幅測定方法において、静止中のキャピラリの画像の輪郭を取得する画像処理は、取得した画像の各ピクセルのグレーレベルを検出し、互いに隣接する予め設定された閾値よりも小さいグレーレベルの第３のピクセルと閾値よりも大きいグレーレベルの第４のピクセルとを選択し、第３のピクセルと第４のピクセルとのグレーレベルを補間してグレーレベルの閾値に対応する画像上の点の座標位置をサブピクセル単位で算出して静止中のキャピラリの画像の輪郭を取得すること、としても好適である。
　本発明は、ワイヤボンディング装置において、簡便な方法でキャピラリの振幅測定精度を向上させることができるという効果を奏する。
本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置においてキャピラリの画像取得を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置において取得したキャピラリの画像とグレーレベルの変化を示す説明図である。 図３に示した線Ａ，Ｂの肩の部分の拡大図である。
符号の説明
　１０　ワイヤボンディング装置、１１　ＸＹテーブル、１２　ボンディングヘッド、１３　キャピラリ、１４　キャピラリ中心軸、１５　超音波ホーン、１６　カメラ、１７　カメラ光軸、１８　Ｘ軸モータ、１９　Ｙ軸モータ、２０　Ｚ軸モータ、２１　超音波振動子、２２　リードフレーム、２３　半導体チップ、３０　画像取得ステーション、３１　支持板、３２　照明、３３　光路変換器、３４　筐体、３５，４２　レンズ、３６　ミラー、３７　光入口孔、３８　光出口孔、４１　鏡筒、４３　撮像素子、４４　撮像面、４５　測定線、４６　表示部、５１～５６　点、６０　制御部、６１　ＣＰＵ、６２　データバス、６３　メモリ、６４　カメラインターフェース、６５　Ｘ軸モータインターフェース、６６　Ｙ軸モータインターフェース、６７　Ｚ軸モータインターフェース、６８　超音波振動子インターフェース、６９　表示部インターフェース、７１～７４　ピクセル、Ｌｓ　閾値、Ｐ　ピッチ、Ｓ　基準点、α　振幅、ΔＰ，ΔＰ´　サブピクセル数。
　以下本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。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１０は、Ｘ軸モータ１８とＹ軸モータ１９とによってＸＹ方向に自在に移動するＸＹテーブル１１と、ＸＹテーブル１１によってＸＹ方向に自在に移動するボンディングヘッド１２と、キャピラリ１３が先端に取り付けられた超音波ホーン１５と、超音波ホーン１５の後端に取り付けらた超音波振動子２１と、ボンディングヘッド１２に取り付けられ、超音波ホーン１５をＺ軸周りに回転させるＺ軸モータ２０と、ボンディングヘッド１２に取り付けられたカメラ１６と、キャピラリ１３の先端部分の画像を取得するための画像取得ステーション３０と、を備えている。図１において、リードフレーム２２の送り方向がＸ方向、リードフレーム２２の表面に沿ってＸ方向に直角方向がＹ方向、リードフレーム２２の面に垂直な上下方向がＺ方向である。
　超音波ホーン１５の先端に取り付けられたキャピラリ１３は先端が細くなった円錐形又は円柱形であり、その中心にはワイヤが挿通される孔が設けられている。キャピラリ１３の先端は、Ｚ軸モータ２０と超音波ホーン１５によってリードフレーム２２またはリードフレーム２２に取り付けられた半導体チップ２３に対して接離方向に動作する。また、キャピラリ１３は超音波振動子２１によってＹ方向に振動する。キャピラリ中心軸１４は、キャピラリの先端が半導体チップ２３又はリードフレーム２２表面に対して垂直に接する様に配置されている。
　カメラ１６はレンズなどによって構成される光学系と光学系によって結像した画像を電気信号に変換するＣＣＤ又はＣＭＯＳ等の撮像素子とを含んでおり、光学系の中心軸であるカメラ光軸１７は撮像素子の中心を通る線で、取得画像の中心位置を通る線である。カメラ光軸１７は撮像する半導体チップ２３あるいはリードフレーム２２の表面に対して垂直になるように配置されている。
　キャピラリ中心軸１４とカメラ光軸１７とはいずれも半導体チップ２３あるいはリードフレーム２２の表面に垂直となるように配置されているので、キャピラリ中心軸１４とカメラ光軸１７とは略平行となっている。そして、図１に示すように、カメラ光軸１７は、キャピラリ中心軸１４からからＸ方向オフセット量Ｘｗ、Ｙ方向オフセット量Ｙｗだけ離れて配置されている。キャピラリ１３は超音波ホーンを介してボンディングヘッド１２に取り付けられており、カメラ１６はボンディングヘッド１２に固定されているので、キャピラリ中心軸１４とカメラ光軸１７とは常にＸ方向オフセット量Ｘｗ、Ｙ方向オフセット量Ｙｗを含むオフセット量Ｗだけ離れてＸＹ方向に同時に移動する。
　ワイヤボンディング装置１０のＸＹテーブル１１を駆動するＸ軸モータ１８、Ｙ軸モータ１９、超音波ホーン１５を駆動するＺ軸モータ２０、カメラ１６、超音波振動子２１は制御部６０に接続され、制御部６０の指令によって駆動されるように構成されている。制御部６０は、信号の処理及び演算などを行うＣＰＵ６１と、制御用プログラムと制御用データと第１の輪郭取得プログラムと第２の輪郭取得プログラムと振幅算出プログラムと印加電圧増減プログラムとが格納されるメモリ６３と、ＣＰＵ６１からの指令をカメラ１６、超音波振動子２１、Ｘ軸モータ１８、Ｙ軸モータ１９、Ｚ軸モータ２０への制御信号に変換して出力するカメラインターフェース６４、超音波振動子インターフェース６８、Ｘ軸モータインターフェース６５、Ｙ軸モータインターフェース６６、Ｚ軸モータインターフェース６７を含んでいる。各インターフェース６４，６５，６６，６７，６８とメモリ６３とＣＰＵ６１とはデータバス６２によって接続され、相互に信号の授受が行えるように構成されている。制御部６０は一つのコンピュータを構成している。また、ワイヤボンディング装置１０はカメラ１６から取得した画像を処理してキャピラリ１３の振幅を算出し、表示部インターフェース６９を介して表示部４６にキャピラリ１３の振幅を表示するように構成されている。
　画像取得ステーション３０は、ワイヤボンディング装置１０のボンディングステージの近傍に設けられ、支持板３１の上に設けられた照明３２と光路変換器３３とを備えている。光路変換器３３には筐体３４の照明３２と対向する位置に設けられた光入口孔３７と、筐体３４のＺ方向上側の面に設けられた光出口孔３８とを有している。キャピラリ１３の画像を取得する際には、制御部６０の指令によってキャピラリ１３の先端を照明３２と光路変換器３３との間の画像取得位置に移動する。
　図２に示すように、光路変換器３３の筐体３４には光入口孔３７から入った光を集光するレンズ３５と、水平方向に延びるレンズ３５を通る光路をＺ方向上側に向かって直角に変換するミラー３６が設けられている。ミラー３６によって変換された光路はカメラ光軸１７と同一となっている。カメラ１６には、鏡筒４１と、鏡筒４１に取り付けられ、ミラー３６によって反射された光を集光して画像を結像させるレンズ４２と、撮像面４４に結像した画像をピクセル毎に電気信号に変換して出力する撮像素子４３とが設けられている。
　図２に示すように、キャピラリ１３の画像を取得する場合には、キャピラリ１３の画像取得側と反対側に設けられた照明３２を用いることから、キャピラリ１３の位置する部分では照明３２からの光はキャピラリ１３によって遮られ、周囲の光はそのまま撮像素子４３に達する。このため、取得されるキャピラリ１３の画像は黒い影となり、周囲の背景は白となる。
　以上のように構成されたワイヤボンディング装置１０において、キャピラリ１３の振幅を測定する手順について説明する。
　制御部６０は、キャピラリ１３の先端を画像取得ステーション３０の画像取得位置に移動させる指令を出力する。この指令によってＸ軸モータインターフェース６５とＹ軸モータインターフェース６６からＸ軸モータ１８及びＹ軸モータ１９を駆動する信号が出力され、この信号によって各軸モータ１８，１９が始動し、ボンディングヘッド１２をＸＹ方向に移動させる。そして、キャピラリ１３の先端が画像取得位置に達したら制御部６０は各軸モータ１８，１９を停止する。図２に示すように、キャピラリ１３の先端が画像取得位置に達すると、光路変換器３３のミラー３６の光出口孔３８側の光軸はカメラ光軸１７と一致する。
　制御部６０は、照明３２をオンとしてキャピラリ１３を静止させ、キャピラリ１３の画像を取得する指令を出力する。図３（ａ）に示すように、照明３２がオンとなると、撮像素子４３の撮像面４４には、白い背景の中に黒い画像のキャピラリ１３が映し出される。キャピラリ１３が静止状態にある場合には、キャピラリ１３の画像は図３（ａ）の実線１３ａで示す画像となる。
　制御部６０は撮像面４４の上のキャピラリ１３の画像を横切る位置に測定線４５を設定する。この測定線は、撮像面４４に配置された１列のピクセルを指定することによって設定しても良いし、例えば数列のピクセルを一体として測定エリアとして設定しても良い。
　制御部６０は、測定線４５に沿って各ピクセルのグレーレベルを検出し、メモリ６３に格納していく。従って、制御部６０のメモリ６３には、検出したピクセルと同数のデータが各ピクセルの位置データと共に格納される。グレーレベルはモノクロの場合の黒さの階調を示す数値で、例えば、２５６階調の場合、一番黒い場合は０、一番白い場合は最大の２５５となる。キャピラリ１３が静止状態の場合には測定線４５に沿ったグレーレベルは、図３（ｂ）の実線Ａに示すように、白い背景の部分では略最大値で、測定線４５と画像の実線１３ａとの左側の交点５１と測定線４５と画像の実線１３ａとの右側の交点５２との間のキャピラリ１３の黒い画像の部分ではグレーレベルは略ゼロとなっている。キャピラリ１３は静止しているので、キャピラリ１３の側面を示す実線１３ａの位置は変化しないが、キャピラリ１３は円錐面又は円筒面を持っているため、グレーレベルは側面を示す実線１３ａを境に略０から略最大値までステップ的に変化せず、図３（ｂ）の実線Ａに示すように、光学的解像度が１ピクセルのサイズよりも低いので側面を示す実線１３ａの近傍では急峻に最大のグレーレベルに変化していく。
　図４に図３（ｂ）に示す実線Ａの肩の部分Ｋを拡大して示す。グレーレベルの検出はピクセル毎に行われるので、図４に示す実線Ａは、より詳細にはピクセル毎に階段状に変化する線となっている。従って、例えば、図３（ｂ）に示すグレーレベルの閾値Ｌｓを超えたピクセルの位置を点５１，５２の位置とすると、点５１，５２の位置は、ピクセル単位にしか求めることができず、測定精度が落ちてしまう。
　そこで、図４に示すように、制御部６０は、例えば、メモリ６３に格納した各ピクセルのグレーレベルを順次読み出して、閾値Ｌｓを超えるまではそのピクセルの位置と検出したグレーレベルを第３のピクセル７３の位置と第３のグレーレベルとして順次書き換えてメモリに格納し、閾値Ｌｓを超えるピクセルが現れたら、そのピクセルの位置と検出したグレーレベルを第４のピクセル７４の位置と第４のグレーレベルとしてメモリに格納する。図４に示すように、第３のピクセル７３と第４のピクセル７４とは測定線４５に沿って隣り合ったピクセルで、第３のピクセル７３のグレーレベルは閾値Ｌｓよりも小さいＬＬであり、第４のピクセル７４のグレーレベルは閾値Ｌｓよりも大きいＬＨである。第３のピクセル７３の位置はそのピクセルの中央の点ａの位置であり、第４のピクセル７４の位置はそのピクセルの中央の点ｂの位置であり、また、各ピクセル７３，７４は一定のピッチＰで図３（ａ）に示す撮像面４４の上に配置されており、第３のピクセル７３と第４のピクセル７４とは隣接していることから、各中央の点ａと点ｂとの測定線４５に沿った距離はピッチＰに等しくなる。
　制御部６０は、点ａと点ｂとの間を線形補間し、点ａと点ｂとの間の閾値Ｌｓとなる点ｃの位置を計算し、点ａと点ｃとの間のサブピクセル数ΔＰ、例えば、０．３ピクセル等を計算する。そして、図４に示すように、基準となる基準点Ｓから、第３のピクセル７３までのピクセル数と第３のピクセル７３の端から中央のａ点までの１／２ピクセルと点ａと点ｃとの間のサブピクセル数ΔＰを足した数値に撮像素子４３のピクセルのピッチＰを掛けて、基準点Ｓから点ｃまでの距離Ｄを算出し、静止中のキャピラリ１３の基準点Ｓからの輪郭までの距離Ｄとしてメモリ６３に格納する。
　次に制御部６０は、超音波振動子２１に印加電圧を加える指令を出力する。この指令によって超音波振動子インターフェース６８から超音波振動子２１に標準電圧を出力する信号が出力される。この信号によって超音波振動子が振動し、その振動によってキャピラリ１３が図３（ａ）に示すＹ方向に発振する。この際、キャピラリ１３の先端は何も接触していないので、キャピラリ１３は無負荷状態で発振する。キャピラリ１３が発振すると、キャピラリ１３の側面は図３（ａ）の２点鎖線１３ｂと１３ｃとの間を往復移動する。
　制御部６０は、発振状態のキャピラリ１３の左右に振れた状態を複数回重ね合わせて取り込めるように、例えば、シャッタースピードを遅くして所定の時間だけ画像の取り込みを続ける。画像の取り込み時間は、キャピラリ１３が左右に数百回程度振れる程度の時間でよい。このように多くの振動状態の画像を重ね合わせて取り込むことによって、取り込まれた画像はキャピラリ１３の静止時の画像の左右にキャピラリ１３の振幅を加えた幅の広い画像となる。
　制御部６０は静止状態のキャピラリ１３のグレーレベルの検出と同様、撮像面４４の上のキャピラリ１３の画像を横切る位置に測定線４５を設定し、測定線４５に沿って各ピクセルのグレーレベルを検出し、メモリ６３に格納していく。従って、制御部６０のメモリ６３には、検出したピクセルと同数のデータが各ピクセルの位置データと共に格納される。
　キャピラリ１３が発振している状態では、図３（ａ）に示す測定線４５と２点鎖線１３ｂ，１３ｃとの交点である点５５と点５４との間は、常に照明３２からの光がキャピラリ１３によって遮られるため、図３（ｂ）に示すように、そのグレーレベルは略０となるが、点５３と点５５との間、点５４と５６との間はキャピラリ１３が左右どちらかに振れている場合には照明３２からの光がキャピラリ１３によって遮られないので、この領域の測定線４５に沿ったグレーレベルは、図３（ｂ）の２点鎖線Ｂに示すように、キャピラリ１３が照明３２からの光を遮っている時間と遮っていない時間との比率で、略０から最大のグレーレベルまで徐々に変化していく。この変化の割合は、静止状態のキャピラリ１３のグレーレベルを示す実線Ａよりも穏やかなものとなっており、測定線４５の上の点５３，５６の近傍では、連続的に最大のグレーレベルに近接していく。
　制御部６０は、例えば、メモリ６３に格納した各ピクセルのグレーレベルを順次読み出して、閾値Ｌｓを超えるまではそのピクセルの位置と検出したグレーレベルを第１のピクセル７１の位置と第１のグレーレベルとして順次書き換えてメモリに格納し、閾値Ｌｓを超えるピクセルが現れたら、そのピクセルの位置と検出したグレーレベルを第２のピクセル７２の位置と第２のグレーレベルとしてメモリに格納する。図４に示すように、第１のピクセル７１と第２のピクセル７２とは測定線４５に沿って隣り合ったピクセルで、第１のピクセル７１のグレーレベルは閾値Ｌｓよりも小さいＬＬ´であり、第２のピクセル７２のグレーレベルは閾値Ｌｓよりも大きいＬＨ´である。第１のピクセル７１の位置はそのピクセルの中央の点ｄの位置であり、第２のピクセル７２の位置はそのピクセルの中央の点ｅの位置であり、また、各ピクセル７１，７２は一定のピッチＰで図３（ａ）に示す撮像面４４の上に配置されており、第１のピクセル７１と第２のピクセル７２とは隣接していることから、各中央の点ｄと点ｅとの測定線４５に沿った距離はピッチＰに等しくなる。
　制御部６０は、点ｄと点ｅとの間を線形補間し、点ｄと点ｅとの間の閾値Ｌｓとなる点ｆの位置を計算し、点ｄと点ｅとの間のサブピクセル数ΔＰ´、例えば、０．７ピクセル等を計算する。そして、図４に示すように、基準となる基準点Ｓから、第１のピクセル７１までのピクセル数と第１のピクセル７１の端から中央のｄ点までの１／２ピクセルと点ｄと点ｅとの間のサブピクセル数ΔＰ´を足した数値に撮像素子４３のピクセルのピッチＰを掛けて、基準点Ｓから点ｆまでの距離Ｅを算出し、発振中のキャピラリ１３の基準点Ｓからの輪郭までの距離Ｅとしてメモリ６３に格納する。
　制御部６０は、メモリに格納した発振中のキャピラリ１３の基準点Ｓからの輪郭までの距離Ｅから静止中のキャピラリ１３の基準点Ｓからの輪郭までの距離Ｄを引いて、キャピラリ１３の振幅αを算出する。そして、制御部６０は、測定した振幅αを表示部４６に表示する指令を出力する。この指令によって、表示部インターフェース６９は振幅αの数値を出力する信号を表示部４６に出力する。表示部４６はこの信号によって振幅αを表示部４６の表示窓に表示する。
　また、制御部６０は、算出したキャピラリ１３の振幅αと所定の上限値及び下限値とを比較し、振幅αが所定の上限値よりも大きい場合には、超音波振動子２１に印加する電圧を低下させ、振幅αが所定の下限値よりも小さい場合には、超音波振動子２１に印加する電圧を増加させ、キャピラリ１３の振幅αが所定の上限値と下限値との間の入るよう調整することができる。この調整によって、キャピラリ１３の振幅αを所定の値に揃えることができ、各ワイヤボンディング装置の接合特性のバラツキを抑制し、ボンディング品質を向上させることができるという効果を奏する。
　以上説明したように、本実施形態は、ワイヤボンディング装置１０のカメラ１６によって撮像した画像を処理してキャピラリ１３の振幅の測定を行うという簡便な方法でキャピラリ１３の振幅を測定することができる。また、本実施形態は、ピクセル間を補間して閾値Ｌｓに対応する点を求めるようにしていることから、サブピクセル単位で各画像の輪郭の位置を測定することができるので、キャピラリ１３の振幅を精度よく測定することができるという効果を奏する。
　以上述べた実施形態では、キャピラリ１３の静止状態の画像、発振状態の画像と共に各ピクセル間を補間して輪郭の位置を求めるようにして説明したが、より密度の大きい撮像素子４３を使用する場合或いはキャピラリ１３の画像を拡大して取得する場合などは、補間をせずにピクセル単位で振幅を求めるようにしてもよい。また、画像の輪郭位置は、例えば、二値処理などによって求めることとしてもよい。また、レンズの倍率を変えて拡大して振幅を求めてもよい。
　本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲により規定されている本発明の技術的範囲ないし本質から逸脱することない全ての変更及び修正を包含するものである。

Claims (6)

  1. 　ワイヤボンディング装置であって、
    　超音波ホーンと、
    　超音波ホーン後端に取り付けられた超音波振動子と、
    　超音波ホーン先端に取り付けられ、超音波振動子によって発振されるキャピラリと、
    　キャピラリの画像を取得する撮像素子を含む画像取得ステーションと、
    　撮像素子の取得した画像を処理する制御部と、を備え、
    　制御部は、
    　画像取得ステーションでキャピラリを静止させ、キャピラリの画像を撮像素子で取得し、画像を処理して静止中のキャピラリの画像の輪郭を取得する第１の輪郭取得手段と、
    　画像取得ステーションでキャピラリを無負荷状態で発振させ、発振中のキャピラリの画像を撮像素子で取得し、取得した画像の各ピクセルのグレーレベルを検出し、互いに隣接する予め設定された閾値よりも小さいグレーレベルの第１のピクセルと閾値よりも大きいグレーレベルの第２のピクセルとを選択し、第１のピクセルと第２のピクセルとのグレーレベルを補間してグレーレベルの閾値に対応する画像上の点の座標位置をサブピクセル単位で算出し、発振中のキャピラリの画像の輪郭を取得する第２の輪郭取得手段と、
    　静止中のキャピラリの画像の輪郭と発振中のキャピラリの画像の輪郭との差からキャピラリの振幅を算出する振幅算出手段と、
    　を有するワイヤボンディング装置。
  2. 　請求の範囲１に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　第１の輪郭取得手段は、
    　取得した画像の各ピクセルのグレーレベルを検出し、互いに隣接する予め設定された閾値よりも小さいグレーレベルの第３のピクセルと閾値よりも大きいグレーレベルの第４のピクセルとを選択し、第３のピクセルと第４のピクセルとのグレーレベルを補間してグレーレベルの閾値に対応する画像上の点の座標位置をサブピクセル単位で算出し、静止中のキャピラリの画像の輪郭を取得するワイヤボンディング装置。
  3. 　請求の範囲１に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　制御部は、
    　振幅算出工程で算出したキャピラリの振幅が所定の上限値と下限値との間に入るよう超音波振動子に印加する電圧を増減する印加電圧増減手段を有するワイヤボンディング装置。
  4. 　請求の範囲２に記載のワイヤボンディング装置であって、
    　制御部は、
    　振幅算出工程で算出したキャピラリの振幅が所定の上限値と下限値との間に入るよう超音波振動子に印加する電圧を増減する印加電圧増減手段を有するワイヤボンディング装置。
  5. 　キャピラリの振幅測定方法であって、
    　超音波ホーン後端に取り付けられた超音波振動子と、
    　超音波ホーン先端に取り付けられ、超音波振動子によって発振されるキャピラリと、
    　キャピラリの画像を取得する撮像素子を含む画像取得ステーションと、
    　撮像素子の取得した画像を処理する制御部と、を備えるワイヤボンディング装置を用意し、
    　画像取得ステーションでキャピラリを静止させ、キャピラリの画像を撮像素子で取得し、画像を処理して静止中のキャピラリの画像の輪郭を取得し、
    　画像取得ステーションでキャピラリを無負荷状態で発振させ、発振中のキャピラリの画像を撮像素子で取得し、取得した画像の各ピクセルのグレーレベルを検出し、互いに隣接する予め設定された閾値よりも小さいグレーレベルの第１のピクセルと閾値よりも大きいグレーレベルの第２のピクセルとを選択し、第１のピクセルと第２のピクセルとのグレーレベルを補間してグレーレベルの閾値に対応する画像上の点の座標位置をサブピクセル単位で算出して発振中のキャピラリの画像の輪郭を取得し、
    　静止中のキャピラリの画像の輪郭と発振中のキャピラリの画像の輪郭との差からキャピラリの振幅を算出するキャピラリの振幅測定方法。
  6. 　請求の範囲５に記載のキャピラリの振幅測定方法であって、
    　静止中のキャピラリの画像の輪郭を取得する画像処理は、
    　取得した画像の各ピクセルのグレーレベルを検出し、互いに隣接する予め設定された閾値よりも小さいグレーレベルの第３のピクセルと閾値よりも大きいグレーレベルの第４のピクセルとを選択し、第３のピクセルと第４のピクセルとのグレーレベルを補間してグレーレベルの閾値に対応する画像上の点の座標位置をサブピクセル単位で算出して静止中のキャピラリの画像の輪郭を取得するキャピラリの振幅測定方法。
     
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