WO2024100970A1 - クランプ装置並びにその制御方法及び制御プログラム - Google Patents

クランプ装置並びにその制御方法及び制御プログラム Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a clamping device and its control method and control program.
  • the clamping device for example, includes a pair of arms that clamp the workpiece, a drive unit having a piezoelectric element that opens and closes the pair of arms, and a supply unit that supplies voltage to the piezoelectric element.
  • the clamping device may be required to have a function for determining the open/closed state of the pair of arms.
  • Patent Document 1 discloses a calibration method including the steps of applying a predetermined frequency that vibrates the pair of arms in the opening and closing directions to drive the piezoelectric element, detecting whether or not the tips of the pair of arms have collided based on the output current output from the piezoelectric element when the pair of arms are vibrating in the opening and closing directions, calculating a reference voltage for the pair of arms in the closed state based on the detection result, and calibrating the drive voltage applied to the piezoelectric element based on the reference voltage.
  • the determination of the open/closed state of the pair of arms may be affected by machine differences such as the ease with which the arms vibrate, the ease with which vibration is transmitted, and the ease with which the output current can be detected.
  • the present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to improve the accuracy of determining whether the pair of arms are open or closed.
  • the clamping device includes a pair of arms for clamping a workpiece, a drive unit having a piezoelectric element for opening and closing the pair of arms, a supply unit configured to generate a drive voltage in which a frequency-variable AC component and a voltage-variable DC component are superimposed and supply the drive voltage to the piezoelectric element, and the supply unit raises or lowers the voltage of the DC component while setting the frequency of the AC component to the resonant frequency of the pair of arms, a detection unit that detects an output signal output from the driven piezoelectric element, and a determination unit that determines the open/closed state of the pair of arms based on the occurrence status of harmonic components of the resonant frequency in the output signal.
  • the open/closed state of the pair of arms is determined based on the occurrence of harmonic components in the output signal, so the influence of machine differences such as the ease of vibration, the ease of vibration transmission, and the ease of detecting the output signal can be reduced when determining the open/closed state.
  • the clamp device may further include a registration unit that registers the voltage of the DC component when the pair of arms switch between the open state and the closed state as a reference voltage, and a calibration unit that calibrates the operating voltage applied to the piezoelectric element based on the reference voltage.
  • highly accurate calibration can be performed based on the highly accurate determination of the open/close state, thereby improving the accuracy and stabilizing the opening and closing operation of the clamp device.
  • the detection unit may detect the output current output from the piezoelectric element as the output signal.
  • the output current from the pair of arms can be expressed using the time derivative of the output voltage, so even if a change in magnitude is difficult to detect as an output voltage, it may be a detectable change in the output current. This improves the detection accuracy of the detection unit, and improves the accuracy of calibration.
  • the determination unit may calculate the intensity of the harmonic components of the resonant frequency in the output signal by performing a Fourier transform on the output current.
  • the components contained in the output signal can be separated based on frequency and the intensity of each component can be compared.
  • the determination unit may calculate the intensity ratio of the harmonic components to the fundamental component of the resonant frequency in the output signal.
  • the open/closed state can be determined based on an intensity ratio that is easier to compare than harmonic components that are easily affected by noise, improving the accuracy of the determination.
  • the determination unit may calculate the rate of change of the intensity ratio relative to the voltage change of the DC component.
  • the open/close state can be determined based on the rate of change of the intensity ratio, which is easier to compare than the intensity ratio, which is more susceptible to the effects of noise, thereby improving the accuracy of the determination.
  • the registration unit may register the first voltage as the reference voltage when the rate of change in the intensity ratio when the voltage of the DC component is changed from the first voltage to the second voltage exceeds a threshold value.
  • the rate of change of the intensity ratio changes significantly, so the first voltage when the rate of change of the intensity ratio exceeds a threshold value can be used as the reference voltage.
  • the registration unit may register the voltage of the DC component when the pair of arm portions switch from the closed state to the open state as the reference voltage when the pair of arm portions start to open, and may register the voltage of the DC component when the pair of arm portions switch from the open state to the closed state as the reference voltage when the pair of arm portions finish closing.
  • the registration unit may register the voltage of the DC component when the pair of arms switch from the closed state to the open state as the reference voltage when the pair of arms start to open, and may register the voltage of the DC component when the pair of arms switch from the open state to the closed state as the reference voltage when the pair of arms finish closing.
  • the registration unit may register the voltage of the DC component when the pair of arms switch from the closed state to the open state as the reference voltage when the pair of arms start to open, and may register the voltage of the DC component when the pair of arms switch from the open state to the closed state as the reference voltage when the pair of arms finish closing.
  • the registration unit may register, as a first reference voltage, the voltage of the DC component when the pair of arms switch between the open and closed states when the pair of arms contact each other in the closed state, and register, as a second reference voltage, the voltage of the DC component when the pair of arms switch between the open and closed states when the pair of arms clamp a calibration jig or workpiece with higher dimensional accuracy than the workpiece in the closed state, and calculate and register the rate of change of the amount of opening and closing of the pair of arms relative to the voltage applied to the piezoelectric element based on the voltage difference between the first and second reference voltages and the dimensions of the calibration jig or workpiece in the opening and closing direction of the pair of arms, and the calibration unit may calibrate the operating voltage applied to the piezoelectric element based on the rate of change of the amount of opening and closing.
  • the opening and closing amount of the pair of arms can also be calibrated in relation to the operating voltage, thereby further improving the accuracy and stabilization of the opening and closing operation.
  • the harmonic components of the resonant frequency may include multiple harmonic components.
  • the above aspect improves the accuracy of determining the open/closed state of the pair of arms based on harmonic components, improving the accuracy of calibration and further improving the accuracy and stabilization of the opening and closing operation.
  • the supply unit may increase or decrease the frequency of the AC component while setting the voltage of the DC component to a voltage at which the pair of arms are in an open state
  • the determination unit may determine the resonant state of the pair of arms based on the occurrence of a component in the output signal that is caused by the collision of the pair of arms
  • the registration unit may register the frequency of the AC component when the resonant state of the pair of arms is strongest as the resonant frequency of the pair of arms.
  • the resonant frequency of the pair of arms can be found before calibration is performed, improving the accuracy of the calibration and further improving the accuracy and stabilization of the opening and closing operations.
  • a control method is a control method for a clamping device including a pair of arms for clamping a workpiece, a drive unit having a piezoelectric element for opening and closing the pair of arms, and a supply unit configured to generate a drive voltage in which a frequency-variable AC component and a voltage-variable DC component are superimposed and supply the drive voltage to the piezoelectric element, and includes increasing or decreasing the voltage of the DC component while setting the frequency of the AC component to the resonant frequency of the pair of arms, detecting an output signal output from the driven piezoelectric element, and judging the open/closed state of the pair of arms based on the occurrence status of harmonic components of the resonant frequency in the output signal.
  • the above configuration determines the open/closed state of the pair of arms based on the occurrence of harmonic components in the output signal, which reduces the effects of machine differences such as the ease of vibration, the ease of vibration transmission, and the ease of detecting the output signal when determining the open/closed state.
  • a control program is a control program for operating a clamping device that includes a pair of arms for clamping a workpiece, a drive unit having a piezoelectric element for opening and closing the pair of arms, and a supply unit configured to generate a drive voltage in which a frequency-variable AC component and a voltage-variable DC component are superimposed and supply the drive voltage to the piezoelectric element, and causes a computer to increase or decrease the voltage of the DC component while setting the frequency of the AC component to the resonant frequency of the pair of arms, detect an output signal output from the driven piezoelectric element, and determine the open/closed state of the pair of arms based on the occurrence status of harmonic components of the resonant frequency in the output signal.
  • the above configuration determines the open/closed state of the pair of arms based on the occurrence of harmonic components in the output signal, which reduces the effects of machine differences such as the ease of vibration, the ease of vibration transmission, and the ease of detecting the output signal when determining the open/closed state.
  • the present invention can improve the accuracy of determining whether a pair of arms are open or closed.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall outline of a wire bonding apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a top view of a bonding arm of the wire bonding apparatus of FIG. 1 .
  • 2 is a bottom view of a bonding arm of the wire bonding apparatus of FIG. 1 .
  • FIG. 2 is a perspective view of the wire clamp device of FIG. 1 .
  • 13 is a flow chart illustrating a method for registering a resonant frequency. 13 is a graph showing a Fourier transform of an output current when the tip of an arm part collides.
  • 5 is a flowchart showing a part of a calibration method for a wire clamp device according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a flowchart showing a part of a calibration method for a wire clamp device according to an embodiment of the present invention.
  • 13 is a graph obtained by Fourier transforming an output current immediately before the arm portion starts to open and reaches an open state. 13 is a graph obtained by Fourier transforming an output current immediately after the arm portion starts to open and is in an open state.
  • 5 is a flowchart showing a part of a calibration method for a wire clamp device according to an embodiment of the present invention.
  • 5 is a flowchart showing a part of a calibration method for a wire clamp device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a diagram showing an overall schematic of the wire bonding apparatus according to this embodiment.
  • Figure 2 is a top view of a bonding arm in the wire bonding apparatus of Figure 1.
  • Figure 3 is a bottom view of the bonding arm in the wire bonding apparatus of Figure 1.
  • Figure 4 is a perspective view of the wire clamp device of Figure 1.
  • the wire bonding apparatus 1 includes an XY drive mechanism 10, a Z drive mechanism 12, a bonding arm 20, an ultrasonic horn 30, a bonding tool 40, a load sensor 50, an ultrasonic vibrator 60, a wire clamp device 70, and a wire bonding control unit 90.
  • the XY drive mechanism 10 is configured to be slidable in the XY axis direction (directions parallel to the bonding surface), and the XY drive mechanism (linear motor) 10 is provided with a Z drive mechanism (linear motor) 12 that can swing the bonding arm 20 in the Z axis direction (direction perpendicular to the bonding surface).
  • the bonding arm 20 is supported by a support shaft 14 and is configured to be freely swingable relative to the XY drive mechanism 10.
  • the bonding arm 20 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape extending from the XY drive mechanism 10 to a bonding stage 16 on which a workpiece (e.g., a semiconductor die or substrate) 18 to be bonded is placed.
  • the support shaft 14 is, for example, at substantially the same height as the working surface (bonding surface) of the workpiece 18.
  • the bonding arm 20 comprises an arm base end 22 attached to the XY drive mechanism 10, an arm tip end 24 located at the tip side of the arm base end 22 and to which an ultrasonic horn 30 is attached, and a flexible connecting portion 23 connecting the arm base end 22 and the arm tip end 24.
  • the connecting portion 23 is composed of slits 25a, 25b of a predetermined width extending from the top surface 21a of the bonding arm 20 toward the bottom surface 21b, and a slit 25c of a predetermined width extending from the bottom surface 21b of the bonding arm 20 toward the top surface 21a.
  • the connecting portion 23 is configured as a locally thin portion by each of the slits 25a, 25b, 25c, so that the arm tip portion 24 is configured to bend relative to the arm base end portion 22.
  • a recess 26 is formed on the bottom surface 21b of the bonding arm 20 to accommodate the ultrasonic horn 30.
  • the ultrasonic horn 30 is attached to the arm tip 24 with a horn fixing screw 32 while being accommodated in the recess 26 of the bonding arm 20.
  • the ultrasonic horn 30 holds the bonding tool 40 at its tip protruding from the recess 26, and an ultrasonic vibrator 60 that generates ultrasonic vibrations is provided in the recess 26.
  • Ultrasonic vibrations are generated by the ultrasonic vibrator 60, which are transmitted to the bonding tool 40 by the ultrasonic horn 30, and ultrasonic vibrations can be applied to the bonding target via the bonding tool 40.
  • the ultrasonic vibrator 60 is, for example, a piezoelectric vibrator.
  • slits 25a and 25b are formed in order on the top surface 21a side of the bonding arm 20 from the top surface 21a to the bottom surface 21b.
  • the upper slit 25a is formed wider than the lower slit 25b.
  • a load sensor 50 is provided in the upper slit 25a which is formed wider.
  • the load sensor 50 is fixed to the arm tip 24 by a preload screw 52.
  • the load sensor 50 is arranged so as to be sandwiched between the arm base end 22 and the arm tip 24.
  • the load sensor 50 is offset from the longitudinal central axis of the ultrasonic horn 30 in the direction of approaching and retracting from the bonding target, and is attached between the center of rotation of the bonding arm 20 and the mounting surface of the ultrasonic horn 30 at the arm tip 24 (i.e., the tip surface of the arm tip 24 on the bonding tool 40 side).
  • the ultrasonic horn 30 that holds the bonding tool 40 is attached to the arm tip 24.
  • the arm tip 24 bends relative to the arm base end 22, making it possible for the load sensor 50 to detect the load.
  • the load sensor 50 is, for example, a piezoelectric load sensor.
  • the bonding tool 40 is for inserting the wire 42, and is, for example, a capillary with an insertion hole 41.
  • the wire 42 used for bonding is inserted into the insertion hole 41 of the bonding tool 40, and a part of the wire 42 can be paid out from the tip.
  • a pressing portion for pressing the wire 42 is provided at the tip of the bonding tool 40.
  • the pressing portion has a shape that is rotationally symmetrical around the axial direction of the insertion hole 41 of the bonding tool 40, and has a pressing surface on the underside around the insertion hole 41.
  • the bonding tool 40 is attached to the ultrasonic horn 30 in a replaceable manner by spring force or the like.
  • a wire clamp device 70 is provided above the bonding tool 40 and is configured to restrain or release the wire 42 at a predetermined timing.
  • a wire tensioner 46 is provided further above the wire clamp device 70 and is configured to pass the wire 42 through and apply an appropriate tension to the wire 42 during bonding.
  • the material of the wire 42 is appropriately selected based on ease of processing and low electrical resistance, and may be, for example, gold (Au), copper (Cu) or silver (Ag).
  • the wire 42 is bonded to the first bond point of the workpiece 18 by a free air ball 43 extending from the tip of the bonding tool 40.
  • the wire clamp device 70 corresponds to an example of a clamp device that clamps an object to be processed.
  • the object to be processed is a wire.
  • the wire clamp device 70 includes a pair of arms 72a, 72b and a drive unit 76 attached to the main body of the wire bonding device 1.
  • the pair of arms 72a, 72b have tip ends 73a, 73b for clamping the wire 42 and base ends 74a, 74b, and extend from the tip ends 73a, 73b to the base ends 74a, 74b in a direction approximately perpendicular to the wire axis direction.
  • Clamp pieces 71a, 71b that come into contact with the wire 42 are provided on the opposing surfaces of the tip ends 73a, 73b.
  • the drive unit 76 is also provided with a piezoelectric element 80 that opens and closes the tip ends 73a, 73b of the pair of arms 72a, 72b.
  • the opening and closing operation of the pair of arms 72a, 72b of the piezoelectric element 80 is controlled by supplying a drive voltage from a wire bonding control unit 90 (specifically, a supply unit 90a).
  • the end of the drive unit 76 opposite the pair of arms 72a, 72b is fixed to the body of the wire bonding device 1. Note that FIG. 1 shows the wire clamp device 70 in the state where the extension direction of the pair of arms 72a, 72b is viewed from the tip end 73a, 73b side.
  • the pair of arm portions 72a, 72b are connected to the drive unit 76 at their base ends 74a, 74b via a plurality of connecting portions 77a, 77b, 78a, 78b.
  • the pair of connecting portions 78a, 78b are provided on both outer sides of the pair of arm portions 72a, 72b, and the pair of connecting portions 77a, 77b are provided at a position sandwiched between the pair of connecting portions 78a, 78b.
  • These connecting portions are configured as elastically deformable constricted portions.
  • the pair of connecting portions 77a, 77b are also connected to each other by an action portion 79.
  • a piezoelectric element 80 is provided between the drive unit 76 and the action portion 79 with both ends fixed.
  • the piezoelectric element 80 expands and contracts in the direction in which the pair of arms 72a and 72b extend, causing each of the connecting parts 77a, 77b, 78a, and 78b to elastically deform so as to open and close the tip parts 73a and 73b of the pair of arms 72a and 72b.
  • each of the connecting parts 77a, 77b, 78a, and 78b has spring properties in the direction in which the tip parts 73a and 73b close.
  • the piezoelectric element 80 is, for example, a stacked piezoelectric actuator in which multiple layers of piezoelectric elements are stacked in the direction connecting the driving unit 76 and the action unit 79.
  • the pair of arms 72a, 72b (clamp pieces 71a, 71b, tip portions 73a, 73b, and base portions 74a, 74b) are made of, for example, a conductive material.
  • the amount of movement of the tips 73a, 73b at this time corresponds to the amount of extension of the piezoelectric element 80 expanded according to the ratio of the length from the action part 79 to the connecting part and the length from the connecting part to the tips 73a, 73b.
  • the amount of opening and closing of the pair of arms 72a, 72b is the distance between the clamp pieces 71a, 71b in the opening and closing direction
  • the amount of movement of the tips 73a, 73b corresponds to the amount of change in the amount of opening and closing of the pair of arms 72a, 72b.
  • the wire clamp load by the tips 73a, 73b decreases in proportion to the voltage value applied to the piezoelectric element 80, and when the voltage value reaches a reference voltage value, the clamp pieces 71a, 71b of the tips 73a, 73b are in contact with each other with the wire clamp load being zero.
  • the tips 73a, 73b open in the direction away from each other.
  • the state in which the tips 73a, 73b are in contact with each other is the "closed state” of the pair of arms 72a, 72b, and the state in which the tips 73a, 73b are separated from each other is the "open state” of the pair of arms 72a, 72b.
  • the wire bonding control unit 90 is connected to each of the components, such as the XY drive mechanism 10, the Z drive mechanism 12, the ultrasonic horn 30 (ultrasonic transducer 60), the load sensor 50, and the wire clamp device 70, so that signals can be sent and received between them. By controlling the operation of these components using the wire bonding control unit 90, the necessary processing for wire bonding can be performed.
  • the wire bonding control unit 90 is connected to an operation unit 92 for inputting control information and a display unit 94 for outputting control information. This allows an operator to input the necessary control information through the operation unit 92 while viewing the screen on the display unit 94.
  • the wire bonding control unit 90 is a computer device equipped with a CPU (Central Processing Unit) and memory, and the memory stores a bonding program for performing the processing required for wire bonding and various data processed by each component in the wire bonding control unit 90, which will be described later.
  • the wire bonding control unit 90 is configured to control the operations required to calibrate the wire clamp device, which will be described later. For example, the wire bonding control unit 90 executes each operation for calibration by having the CPU execute a program stored in the memory.
  • the wire bonding control unit 90 includes a supply unit 90a, a detection unit 90b, a determination unit 90c, a registration unit 90d, and a calibration unit 90e.
  • the supply unit 90a generates a DC or pulsating voltage and supplies it to the piezoelectric element 80. Specifically, the supply unit 90a supplies a DC voltage as the operating voltage to the piezoelectric element 80 in the wire bonding process, and supplies a pulsating current in which a DC component and an AC component are superimposed as the drive voltage to the piezoelectric element 80 in the calibration process of the wire clamp device 70.
  • the DC component By supplying a pulsating current to the piezoelectric element 80, the DC component applies a load to the tips 73a, 73b of the pair of arm portions 72a, 72b in the opposite direction (opening direction) to the wire clamp load, and the AC component of the pulsating current vibrates the tips 73a, 73b of the pair of arm portions 72a, 72b in the opening and closing directions.
  • the voltage of the DC component of the pulsating current is variable within a range in which the pair of arm portions 72a, 72b can be switched between the open and closed states.
  • the frequency of the AC component of the pulsating current is variable within a range that includes the resonant frequency fr that is determined based on the natural angular frequency of the pair of arms 72a, 72b.
  • the supply unit 90a increases or decreases the voltage of the DC component stepwise or continuously during one stage of the calibration process.
  • the supply unit 90a increases or decreases the frequency of the AC component stepwise or continuously during one stage of the calibration process.
  • the detection unit 90b detects the output current from the piezoelectric element 80 when the pair of arms 72a, 72b vibrate in the opening and closing direction as a result of the piezoelectric element 80 being driven by the supply unit 90a.
  • the output current is an example of an output signal output from the driven piezoelectric element 80.
  • a potential difference is generated in the piezoelectric element 80. This potential difference changes depending on whether the pair of arms 72a, 72b collide with each other. This potential difference also changes depending on whether the pair of arms 72a, 72b are in a resonant state.
  • the detection unit 90b detects a change in the output current based on such a change in the potential difference of the piezoelectric element 80.
  • the detection unit 90b stores data related to the detected output current in the memory of the wire bonding control unit 90.
  • the determination unit 90c acquires data on the output current stored in memory, and determines the open/closed state of the pair of arm portions 72a, 72b based on the occurrence of harmonic components of the resonant frequency fr in the output current.
  • harmonic components are detected as the output current in addition to the fundamental component of the resonant frequency fr.
  • the harmonic components of the resonant frequency fr contained in the output current become very small or nearly zero when the pair of arm portions 72a, 72b are in the closed state. Using this, the determination unit 90c determines the open/closed state of the pair of arm portions 72a, 72b.
  • the supply unit 90a changes the voltage of the DC component of the drive voltage while setting the frequency of the AC component to the resonant frequency fr
  • the determination unit 90c determines the open/closed state of the pair of arms 72a, 72b based on the presence or absence and strength of harmonic components in the output current.
  • the determination unit 90c performs a Fourier transform on the output current and calculates the intensity of the fundamental component of the resonant frequency fr and the intensity of the harmonic components of the resonant frequency fr.
  • the harmonic components of the resonant frequency fr may include multiple higher harmonics including the second harmonic f2 of the resonant frequency fr, and include, for example, the second harmonic f2, the third harmonic f3, and the fourth harmonic f4.
  • the determination unit 90c calculates the intensity ratio of the harmonic components to the fundamental component of the resonant frequency fr, and calculates the rate of change of the intensity ratio with respect to the voltage change of the DC component in the drive voltage. Then, when the rate of change of the intensity ratio exceeds a threshold value, the determination unit 90c determines that the pair of arm portions 72a, 72b have switched between the open state and the closed state.
  • the determination unit 90c improves the accuracy of the determination by making a determination based on the rate of change of the intensity ratio relative to the voltage change. However, if the determination unit 90c is capable of determining the open/closed state of the pair of arms 72a, 72b, it may also make a determination based on the intensity ratio of the harmonic components to the fundamental wave component, or based on the intensity of the harmonic components.
  • the determination unit may determine the resonance state of the pair of arm portions 72a, 72b.
  • the determination unit 90c determines the resonance state of the pair of arm portions 72a, 72b based on the occurrence of a component caused by the collision of the pair of arm portions 72a, 72b in the output current detected by the detection unit 90b.
  • the output current includes a component caused by the AC component of the drive voltage of the pair of arm portions 72a, 72b, as well as a component caused by the collision of the pair of arm portions 72a, 72b with each other (hereinafter referred to as the "collision component").
  • the determination unit 90c determines the resonance state of the pair of arm portions 72a, 72b.
  • the frequency of the AC component of the drive voltage is changed while the voltages of the DC and AC components of the drive voltage are set so that the pair of arms 72a, 72b collide with each other when vibrating in a resonant state, but do not collide when vibrating in a non-resonant state.
  • the determination unit 90c determines the open/closed state of the pair of arms 72a, 72b based on the presence or absence and strength of a collision component in the output current.
  • the judgment unit 90c performs a Fourier transform on the output current to calculate the intensity of the collision component.
  • the frequency fx of the collision component is higher than the fundamental wave of the resonance frequency fr, for example, about five times as high as the resonance frequency fr.
  • the intensity of the collision component is smaller than the intensity of the fundamental wave component of the resonance frequency fr, and is greater than the intensity of the harmonic component of the resonance frequency fr.
  • the judgment unit 90c judges that the pair of arm portions 72a, 72b are vibrating in a resonant state.
  • the registration unit 90d registers the DC component voltage of the drive voltage when the pair of arms 72a, 72b switch between the open and closed states as a reference voltage based on the judgment result of the judgment unit 90c on the open and closed states of the pair of arms 72a, 72b.
  • the reference voltage when the pair of arms 72a, 72b contact each other in the closed state is a DC voltage equivalent to a state in which they contact each other with a wire clamp load substantially zero (zero load point).
  • the reference voltage when the pair of arms 72a, 72b clamp a wire or a calibration jig with higher dimensional accuracy than the wire in the closed state is a DC voltage equivalent to a state in which the pair of arms 72a, 72b clamp a wire or a calibration jig with a substantially zero wire clamp load (zero load point).
  • a reference voltage may be, for example, the reference voltage when the pair of arm portions 72a, 72b switch from an open state to a closed state, or the reference voltage when the pair of arm portions 72a, 72b switch from a closed state to an open state.
  • the time when the open state switches to the closed state is referred to as "end of closing" and the time when the closed state switches to the open state is referred to as "start of opening.”
  • the registration unit 90d registers at least one of the reference voltage at the end of closing and the reference voltage at the beginning of opening when the pair of arms 72a, 72b contact each other in the closed state, and the reference voltage at the end of closing and the reference voltage at the beginning of opening when the pair of arms 72a, 72b clamp a wire or a calibration jig.
  • the relationship between the voltage applied to the pair of arms 72a, 72b and the opening amount shows hysteresis.
  • the registration unit 90d registers both the reference voltage at the end of closing and the reference voltage at the beginning of opening.
  • the registration unit 90d calculates and registers the rate of change of the opening amount of the pair of arms 72a, 72b with respect to the voltage applied to the piezoelectric element 80.
  • the data registered by the registration unit 90d is stored in the memory of the wire bonding control unit 90. An example of the calculation of the reference voltage and the rate of change of the opening amount in the registration unit 90d will be described later.
  • the calibration unit 90e reads out from the memory the data regarding the reference voltage and the rate of change of the opening and closing amount registered by the registration unit 90d, and calibrates the operating voltage (DC voltage) to be applied to the piezoelectric element 80 in the wire bonding process.
  • the calibration unit 90e may correct the value of the operating voltage that has already been set, or may set a new operating voltage to be applied to the piezoelectric element 80.
  • the operating voltage calibrated by the calibration unit 90e is stored in the memory of the wire bonding control unit 90.
  • the supply unit 90a can read out the calibrated operating voltage stored in the memory in the wire bonding process, and drive the piezoelectric element 80 based on the operating voltage.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a method for registering a resonance frequency.
  • FIG. 6 is a graph showing a Fourier transform of an output current when the tip of the arm part collides.
  • FIGS. 7 and 8 are flowcharts showing a part of a calibration method for the wire clamp device according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7 and 8 are flowcharts showing a part of a calibration method for the wire clamp device according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7 and 8 are flowcharts showing a part of a calibration method for the wire clamp device according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7 and 8 are flowcharts showing a part of a calibration method for the wire clamp device according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7 and 8 are flowcharts showing a part of a calibration method for the wire clamp device according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7 and 8 are flowcharts showing a part of a calibration method for the wire clamp device according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9 and 10 are graphs showing a part of a calibration method for the wire clamp device according to the embodiment of the present invention.
  • FIGS. 11 and 12 are flowchart ...
  • the graphs shown in FIGS. 6, 9, and 10 are obtained by FFT (Fast Fourier Transform) processing of data obtained by sampling the output current at 100 kSPS using a current detection circuit, with the horizontal axis representing frequency and the vertical axis representing intensity.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the calibration method according to this embodiment can be performed using the wire bonding apparatus 1.
  • the calibration method of the wire clamping apparatus 70 according to this embodiment can be performed when wire bonding is completed (i.e., before the next wire bonding is started), during teaching for wire bonding, etc.
  • the resonant frequency fr of the pair of arms 72a, 72b is used. Therefore, if the resonant frequency fr varies due to machine differences or changes over time, it is desirable to register the resonant frequency fr immediately before calibration. For this reason, first, a method for registering the resonant frequency fr of the pair of arms 72a, 72b will be described with reference to FIG. 5. Here, as shown in FIG. 6, it is determined whether the pair of arms 72a, 72b are vibrating at the resonant frequency fr based on the occurrence of collision components at frequency fx. Note that if the resonant frequency fr is known, the process of registering the resonant frequency fr may be omitted.
  • the voltage of the DC component of the drive voltage is set to a voltage that causes the pair of arm portions 72a, 72b to be in an open state, and the frequency of the AC component is set arbitrarily (S11).
  • the voltage of the AC component of the drive voltage is set to a magnitude that causes the pair of arm portions 72a, 72b to collide with each other when vibrating in a resonant state, but does not collide when vibrating in a non-resonant state.
  • the voltage of the DC component is set to 138V
  • the voltage of the AC component is set to 10V.
  • the supply unit 90a changes the frequency of the AC component within a frequency range that includes the expected resonance frequency fr. For example, the supply unit 90a increases the frequency of the AC component from 1.7 kHz to 2.7 kHz in increments of 0.05 kHz. Then, the output current at each frequency is detected (S13).
  • the resonant state at each frequency is determined based on the output current (S14).
  • the resonant state is determined based on the strength of the frequency fx of the collision component shown in FIG. 6.
  • the frequency fx of the collision component exceeds a threshold value, it is determined that the pair of arm portions 72a, 72b is in a resonant state.
  • the frequency of the AC component in the drive voltage when the resonant state is strongest is registered as the resonant frequency fr (S15).
  • the frequency of the AC component when the frequency fx of the collision component is strongest is registered as the resonant frequency fr.
  • the frequency of that AC component is registered as the resonant frequency fr in step S15.
  • the resonant frequency fr is stored in the memory of the wire bonding control unit 90 by the registration unit 90d.
  • the resonant frequency fr is, for example, 2.45 kHz.
  • FIG. 7 a method for registering a reference voltage at the beginning of opening when the pair of arms 72a, 72b are not clamping anything will be described.
  • a drive voltage including an AC component of the resonant frequency fr when a drive voltage including an AC component of the resonant frequency fr is applied, it is determined whether the pair of arms 72a, 72b are in an open or closed state based on the generation state of harmonic components near the second harmonic frequency f2 (f2 ⁇ fr x 2), the third harmonic frequency f3 (f3 ⁇ fr x 3), and the fourth harmonic frequency f4 (f4 ⁇ fr x 4) of the resonant frequency fr.
  • the frequency of the AC component in the drive voltage is set to the resonant frequency fr
  • the voltage of the DC component is set to a voltage at which the pair of arms 72a, 72b are in a closed state (S21).
  • the resonant frequency fr used here is the one registered in step S15.
  • the supply unit 90a reads the resonant frequency fr from the memory and sets the frequency of the AC component.
  • the supply unit 90a sets the voltage of the DC component to be smaller than the expected reference voltage. For example, the voltage of the DC component is set to 40 V, and the voltage of the AC component is set to 8 V.
  • the output current detected by the current detection circuit in detection unit 90b is Fourier transformed to calculate peak intensities near 1x (fundamental), 2x (second harmonic f2), 3x (third harmonic f3), and 4x (fourth harmonic f4) of the resonant frequency fr.
  • the intensity of the harmonic components is the sum of the intensities of the second harmonic, third harmonic, and fourth harmonic.
  • the intensity of the harmonic components is divided by the intensity of the fundamental component to calculate the intensity ratio.
  • the harmonic orders included in the intensity of the harmonic components are not limited to the above. It is not necessary to include the intensities of any of the second through fourth harmonics, and the intensity of the fifth or higher harmonics may be included.
  • the intensity of the harmonic components may also be the intensity of a single harmonic order.
  • the voltage of the DC component in the drive voltage is increased by one step (S23). If the increase in the DC component voltage is too small, the change in the intensity of the harmonic components will be too small, reducing the accuracy of the reference voltage determination, and if the increase in the DC component voltage is too large, the error in the reference voltage will increase. For this reason, it is desirable that the change in the DC component voltage increased by the supply unit 90a in step S23 be about 1V. However, the increase in the DC component voltage is not limited to the above, and may be about 0.5V or about 1.5V.
  • step S24 the intensity ratio of the harmonic components to the fundamental component of the resonant frequency fr is calculated (S24).
  • the intensity of the harmonic components is divided by the intensity of the fundamental component to calculate the intensity ratio.
  • a threshold value (S25).
  • the intensity ratio calculated in step S24 is divided by the intensity ratio calculated in step S22 to calculate the rate of change in the intensity ratio. If this rate of change in the intensity ratio exceeds the threshold value, it is determined that the pair of arm portions 72a, 72b have switched from a closed state to an open state.
  • This threshold value is, for example, a value that is set in advance, and is set to an arbitrary value, for example, between 10% and 60%.
  • the threshold value for the rate of change of the intensity ratio may be a value determined during calibration.
  • the threshold value may be determined based on the average value, maximum value, or median value of the rate of change of the intensity ratio when the voltage of the DC component is increased by any number of steps while the pair of arms 72a, 72b are securely in a closed state.
  • the threshold value may be set to a multiple such as two or three times the average value, maximum value, or median value of the rate of change of the intensity ratio.
  • step S25 NO If the rate of change in the intensity ratio does not exceed the threshold value (S25 NO), the process returns to step S23, where the voltage of the DC component in the drive voltage is increased by another step, and in step S24, the intensity ratio of the harmonic component to the fundamental component of the resonant frequency fr is calculated. Then, in step S25, the rate of change in the intensity ratio before and after the change in the DC component voltage is calculated to determine whether it exceeds the threshold value.
  • the voltage of the DC component is 66V
  • the intensity ratio of the harmonic components including the second harmonic f2, the third harmonic f3, and the fourth harmonic f4 to the fundamental component is approximately 3.777%.
  • the rate of change in the intensity ratio when the voltage of the DC component is increased from 65V to 66V is approximately -3.038%.
  • the voltage of the DC component is 67V
  • the intensity ratio of the harmonic components to the fundamental component is approximately 6.138%.
  • the rate of change in the intensity ratio when the voltage of the DC component is increased from 66V to 67V is approximately 62.496%.
  • the rate of change in the intensity ratio becomes much larger than the previous rate of change.
  • the intensity ratio is about 2.935% when the DC component voltage is 40 V, about 3.199% when the DC component voltage is 41 V, and the rate of change in the intensity ratio is about 8.988% when the DC component voltage is increased from 40 V to 41 V.
  • the intensity ratio is small and is therefore susceptible to the effects of noise, etc., and the rate of change in the intensity ratio can be either positive or negative, but the rate of change in the intensity ratio when the pair of arms 72a, 72b switch from the closed state to the open state is a large positive value.
  • the calibration jig is set between the pair of arms 72a, 72b (S31), and the reference voltage at which the calibration jig begins to open when clamping the calibration jig is registered (S32).
  • steps S21 to S26 are executed.
  • the reference voltage at the beginning of opening differs between when the pair of arms 72a, 72b clamp nothing and when the calibration jig is clamped. This is because when the calibration jig is clamped, the pair of arms 72a, 72b in the closed state are separated from each other by the dimension of the calibration jig in the opening and closing direction of the pair of arms 72a, 72b.
  • the reference voltage at the beginning of opening when the calibration jig is clamped is greater than the reference voltage at the beginning of opening when nothing is clamped.
  • the voltage difference of the reference voltage at the beginning of opening is calculated by subtracting the reference voltage at the beginning of opening when nothing is clamped, which was registered in step S26, from the reference voltage at the beginning of opening when the calibration jig is clamped, which was registered in step S32.
  • the rate of change of the opening/closing amount of the pair of arms 72a, 72b with respect to the applied voltage when the pair of arms 72a, 72b start to open is calculated (S34).
  • the voltage difference calculated in step S33 corresponds to the applied voltage added to the piezoelectric element 80 when the opening/closing amount of the pair of arms 72a, 72b is changed by the dimension of the calibration jig in the opening/closing direction.
  • the opening/closing amount of the pair of arms 72a, 72b is the distance between the clamp pieces 71a, 71b in the opening/closing direction.
  • the rate of change of the opening/closing amount of the pair of arms 72a, 72b with respect to the applied voltage is calculated by dividing the dimension of the calibration jig in the opening/closing direction by the voltage difference calculated in step S33.
  • step S35 the rate of change in the amount of opening and closing of the pair of arm portions 72a, 72b at the beginning of opening is registered (S35).
  • the rate of change in the amount of opening and closing calculated in step S34 is stored in the memory of the wire bonding control unit 90.
  • Step S41 differs from step S21 in that the voltage of the DC component of the drive voltage is set to a voltage at which the pair of arms 72a, 72b are in an open state rather than a closed state.
  • the voltage of the DC component is set to 100 V
  • the voltage of the AC component is set to 5 V.
  • Step S42 is the same as step S22.
  • Step S43 differs from step S23 in that the voltage of the DC component is lowered instead of increased.
  • the amount of change in the voltage of the DC component in step S43 is the same as in step S23, and is, for example, about 1 V.
  • Step S44 is the same as step S24.
  • Step S45 it is determined whether the rate of change of the intensity ratio exceeds a threshold value (S45), and based on the result of this determination, the voltage of the DC component before it is lowered is registered as the reference voltage at the end of closing (S46).
  • Step S45 differs from step S25 in that a different threshold value is set, and the threshold value in step S45 is set to zero, for example.
  • the intensity of the harmonic components decreases as the pair of arms 72a, 72b approaches the closed state from the open state, so the rate of change in the intensity ratio due to the voltage drop is a negative value.
  • the balance between the input and the reaction changes due to the change in the open/closed state of the pair of arms 72a, 72b, so the rate of change in the intensity ratio is a positive value.
  • the rate of change in the intensity ratio randomly repeats positive and negative values.
  • the intensity ratio is about 6.383%, and when the voltage of the DC component is dropped from 58V to 57V, the rate of change in the intensity ratio is about -13.314%.
  • the intensity ratio is about 5.303%, and when the voltage of the DC component is dropped from 57V to 56V, the rate of change in the intensity ratio is about -16.933%.
  • the intensity ratio is about 3.540%, and when the DC component voltage is lowered from 53V to 52V, the rate of change in the intensity ratio is about -22.834%.
  • the intensity ratio is about 3.591%, and when the DC component voltage is lowered from 52V to 51V, the rate of change in the intensity ratio is about 1.420%.
  • the pair of arms 72a, 72b have finished closing, and the intensity ratio will not decrease any further, so even when the DC component voltage is lowered from 52V to 51V, the intensity ratio did not decrease. Therefore, 52V, which is the voltage before the drop when the rate of change in the intensity ratio becomes a positive value, is registered as the reference voltage at the end of closing.
  • the threshold value of the rate of change of the intensity ratio at the end of closing is not limited to zero.
  • the threshold value may be set to any value between -10% and 1%.
  • the open/closed state may be determined based on whether the absolute value of the rate of change of the intensity ratio is below the threshold value.
  • the absolute value of the rate of change of the intensity ratio when the absolute value of the rate of change of the intensity ratio is greater than the threshold value, it may be determined that the pair of arms 72a, 72b are in the open state, and when the absolute value of the rate of change of the intensity ratio is smaller than the threshold value, it may be determined that the pair of arms 72a, 72b are in the closed state. This is because when the pair of arms 72a, 72b approach the closed state in the open state, the rate of change of the intensity ratio is large, but when the pair of arms 72a, 72b are in the closed state, the intensity ratio does not change substantially, that is, the rate of change of the intensity ratio becomes small.
  • the calibration jig is set between the pair of arms 72a, 72b (S51), and the reference voltage at the end of closing when clamping the calibration jig is registered (S52).
  • steps S41 to S46 are executed.
  • the voltage difference of the reference voltage at the end of closing due to the presence or absence of the calibration jig is calculated (S53).
  • the voltage difference of the reference voltage at the end of closing is calculated by subtracting the reference voltage at the end of closing when nothing is clamped, which was registered in step S46, from the reference voltage at the end of closing when the calibration jig is clamped, which was registered in step S52.
  • Step S54 is the same as step S34.
  • Step S55 is the same as step S35.
  • the operating voltage is calibrated (S36).
  • the operating voltage is calibrated based on the registered reference voltage at the start of opening of the pair of arm portions 72a, 72b, the rate of change of the opening amount at the start of opening, and the reference voltage at the end of closing, and the rate of change of the opening amount at the end of closing.
  • This calibration method is preferably performed each time the wire bonding process is performed in a different manner, for example, when wire bonding is performed with different wire diameters or in different temperature environments. This is particularly effective because it allows calibration according to the ease of opening the wire clamp device 70 that corresponds to each situation.
  • the wire 42 to be wire-bonded after calibration may be used instead of the calibration jig.
  • the open/closed state of the pair of arms 72a, 72b is determined based on the occurrence of harmonic components in the output signal, so that the influence of machine differences such as the ease of vibration, the ease of vibration transmission, and the ease of detecting the output signal can be reduced when determining the open/closed state.
  • the clamp device described in [Appendix 1] further includes a registration unit 90d that registers the DC component voltage when the pair of arm portions 72a, 72b switch between an open state and a closed state as a reference voltage, and a calibration unit 90e that calibrates the operating voltage applied to the piezoelectric element 80 based on the reference voltage.
  • the output current from the pair of arm portions 72a, 72b can be expressed using the time derivative of the output voltage, so even if a change in magnitude is difficult to detect as an output voltage, it may be a change in magnitude that can be detected as an output current. Therefore, the detection accuracy of the detection portion 90b can be improved, and the calibration accuracy can be improved.
  • the components contained in the output signal can be separated based on frequency and the intensity of each component can be compared.
  • the open/closed state can be determined based on an intensity ratio that is easier to compare than harmonic components that are easily affected by noise, improving the accuracy of the determination.
  • the open/closed state can be determined based on the rate of change of the intensity ratio, which is easier to compare than the intensity ratio, which is more susceptible to the effects of noise, thereby improving the accuracy of the determination.
  • the registration unit 90d when the pair of arm portions 72a, 72b are in contact with each other in the closed state, registers the DC component of the voltage when the pair of arm portions 72a, 72b switch from a closed state to an open state as a reference voltage when the pair of arm portions 72a, 72b start to open, and registers the DC component of the voltage when the pair of arm portions 72a, 72b switch from an open state to a closed state as a reference voltage when the pair of arm portions 72a, 72b finish closing.
  • the registration unit 90d when the pair of arm portions 72a, 72b clamp a calibration jig having higher dimensional accuracy than the wire 42 in a closed state, registers the DC component of the voltage when the pair of arm portions 72a, 72b switch from a closed state to an open state as a reference voltage when the pair of arm portions 72a, 72b start to open, and registers the DC component of the voltage when the pair of arm portions 72a, 72b switch from an open state to a closed state as a reference voltage when the pair of arm portions 72a, 72b finish closing.
  • This clamp device 70 is described in any one of [Appendix 2] to [Appendix 7].
  • the registration unit 90d when the pair of arm portions 72a, 72b clamp the wire 42 in a closed state, registers the DC component voltage when the pair of arm portions 72a, 72b switch from a closed state to an open state as a reference voltage when the pair of arm portions 72a, 72b start to open, and registers the DC component voltage when the pair of arm portions 72a, 72b switch from an open state to a closed state as a reference voltage when the pair of arm portions 72a, 72b finish closing.
  • the registration unit 90d registers, as a first reference voltage, a voltage of a DC component when the pair of arm portions 72a, 72b switch between an open state and a closed state in the case where the pair of arm portions 72a, 72b contact each other in the closed state, and registers, as a second reference voltage, a voltage of a DC component when the pair of arm portions 72a, 72b switch between an open state and a closed state in the case where the pair of arm portions 72a, 72b clamp a calibration jig or the wire 42 having higher dimensional accuracy than the wire 42 in the closed state.
  • a calibration unit 90 e calibrates the operating voltage applied to the piezoelectric element 80 based on the rate of change of the amount of opening and closing.
  • the opening and closing amount of the pair of arms 72a, 72b can also be calibrated in response to the operating voltage, thereby further improving the accuracy and stabilization of the opening and closing operation.
  • the accuracy of determining the open/closed state of the pair of arm portions 72a, 72b based on the harmonic components is improved, which improves the accuracy of the calibration and allows for further improvement and stabilization of the opening and closing operation.
  • the supply unit 90a increases or decreases the frequency of the AC component while setting the voltage of the DC component to a voltage at which the pair of arm portions 72a, 72b are in an open state
  • the determination unit 90c determines the resonant state of the pair of arm portions 72a, 72b based on the occurrence state of components in the output signal due to collision between the pair of arm portions 72a, 72b
  • the registration unit 90d registers the frequency of the AC component when the resonant state of the pair of arm portions 72a, 72b is strongest as the resonant frequency of the pair of arm portions 72a, 72b.
  • the resonant frequency of the pair of arm portions 72a, 72b can be found before calibration is performed, improving the accuracy of the calibration and further improving the accuracy and stabilization of the opening and closing operation.
  • a control method for a wire clamping device 70 including a pair of arm portions 72a, 72b that clamp a wire 42, a drive unit 76 having a piezoelectric element 80 that opens and closes the pair of arm portions 72a, 72b, and a supply unit 90a configured to generate a drive voltage in which a frequency-variable AC component and a voltage-variable DC component are superimposed and to be able to supply the drive voltage to the piezoelectric element 80, the control method including: increasing or decreasing the voltage of the DC component while setting the frequency of the AC component to a resonant frequency of the pair of arm portions 72a, 72b; detecting an output signal output from the driven piezoelectric element 80; and determining the open/closed state of the pair of arm portions 72a, 72b based on the generation status of harmonic components of the resonant frequency in the output signal.
  • the open/closed state of the pair of arms 72a, 72b is determined based on the occurrence of harmonic components in the output signal, so that the influence of machine differences such as the ease of vibration, the ease of vibration transmission, and the ease of detecting the output signal can be reduced in determining the open/closed state.
  • a control program for operating a wire clamping device 70 including a pair of arm portions 72a, 72b for clamping a wire 42, a drive unit 76 having a piezoelectric element 80 for opening and closing the pair of arm portions 72a, 72b, and a supply unit 90a configured to generate a drive voltage in which a frequency-variable AC component and a voltage-variable DC component are superimposed and supply the drive voltage to the piezoelectric element 80.
  • the control program causes a computer to execute the following operations: increase or decrease the voltage of the DC component while setting the frequency of the AC component to the resonance frequency of the pair of arm portions 72a, 72b; detect an output signal output from the driven piezoelectric element 80; and determine the open/closed state of the pair of arm portions 72a, 72b based on the generation status of harmonic components of the resonance frequency in the output signal.
  • the open/closed state of the pair of arms 72a, 72b is determined based on the occurrence of harmonic components in the output signal, so that the influence of machine differences such as the ease of vibration, the ease of vibration transmission, and the ease of detecting the output signal can be reduced in determining the open/closed state.
  • one aspect of the present invention can improve the accuracy of determining whether a pair of arms are open or closed.

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Abstract

ワイヤクランプ装置（７０）は、一対のアーム部（７２ａ，７２ｂ）と、ピエゾ素子（８０）を有する駆動部（７６）と、駆動電圧をピエゾ素子（８０）に供給可能に構成された供給部であって、交流成分の周波数を一対のアーム部（７２ａ，７２ｂ）の共振周波数（ｆｒ）に設定した状態で直流成分の電圧を上昇又は降下させる供給部（９０ａ）と、駆動されたピエゾ素子（８０）から出力される出力信号を検出する検出部（９０ｂ）と、出力信号における共振周波数の高調波成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部（７２ａ，７２ｂ）の開閉状態を判定する判定部（９０ｃ）とを備える。

Description

クランプ装置並びにその制御方法及び制御プログラム
　本願発明は、クランプ装置並びにその制御方法及び制御プログラムに関する。
　クランプ装置は、例えば、被処理物をクランプする一対のアーム部と、一対のアーム部を開閉させるピエゾ素子を有する駆動部と、電圧をピエゾ素子に供給する供給部とを備えている。例えば、一対のアーム部のクランプ動作のテスト又はキャリブレーションなどを実施する場合、クランプ装置には、一対のアーム部の開閉状態を判定する機能が求められる場合がある。
　例えば、特許文献１には、一対のアーム部を開閉方向に振動させる所定の周波数を印加してピエゾ素子を駆動させる工程と、一対のアーム部が開閉方向に振動しているときのピエゾ素子から出力される出力電流に基づいて、一対のアーム部の先端部が衝突したか否かを検出する工程と、検出結果に基づいて、一対のアーム部における閉状態の基準電圧を算出する工程と、基準電圧に基づいて、ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする工程とを含む、キャリブレーション方法が開示されている。
国際公開第２０１８／０３８１３５号
　しかしながら、特許文献１に記載のキャリブレーション方法においては、一対のアーム部の開閉状態の判定が、振動し易さ、振動の伝わり易さ、及び出力電流の検出し易さなどの機差に影響される場合がある。
　本願発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、一対のアーム部の開閉状態の判定精度の向上を図ることを目的とする。
　本願発明の一態様に係るクランプ装置は、被処理物をクランプする一対のアーム部と、一対のアーム部を開閉させるピエゾ素子を有する駆動部と、周波数可変の交流成分及び電圧可変の直流成分が重畳された駆動電圧を生成し、駆動電圧をピエゾ素子に供給可能に構成された供給部であって、交流成分の周波数を一対のアーム部の共振周波数に設定した状態で直流成分の電圧を上昇又は降下させる供給部と、駆動されたピエゾ素子から出力される出力信号を検出する検出部と、出力信号における共振周波数の高調波成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部の開閉状態を判定する判定部とを備える。
　上記態様によれば、出力信号における高調波成分の発生状況に基づいて一対のアーム部の開閉状態を判定するため、開閉状態の判定において、振動し易さ、振動の伝わり易さ、及び出力信号の検出し易さなどの機差の影響を低減することができる。
　上記の一態様として、クランプ装置は、一対のアーム部における開状態と閉状態とが切り替わる際の直流成分の電圧を基準電圧として登録する登録部と、基準電圧に基づいて、ピエゾ素子に印加する使用電圧をキャリブレーションするキャリブレーション部とをさらに備えてもよい。
　上記態様によれば、精度の高い開閉状態の判定結果に基づいて、精度の高いキャリブレーションをすることができるため、クランプ装置の開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。
　上記の一態様として、検出部は、出力信号として、ピエゾ素子から出力される出力電流を検出してもよい。
　上記態様によれば、一対のアーム部からの出力電流は出力電圧の時間微分を用いて表すことができるため、出力電圧としては検出し難い大きさの変化であっても、出力電流としては検出可能な大きさの変化となる場合がある。したがって、検出部の検出精度を向上させ、キャリブレーションの精度を向上させることができる。
　上記の一態様として、判定部は、出力電流をフーリエ変換することによって、出力信号における共振周波数の高調波成分の強度を算出してもよい。
　上記態様によれば、出力信号に含まれる成分を周波数に基づいて分離し、各成分の強度を比較することができる。
　上記の一態様として、判定部は、出力信号における共振周波数の基本波成分に対する高調波成分の強度比を算出してもよい。
　上記態様によれば、ノイズの影響を受け易い高調波成分よりも比較し易い強度比に基づいて開閉状態を判定することができ、判定精度を向上させることができる。
　上記の一態様として、判定部は、直流成分の電圧変化に対する強度比の変化率を算出してもよい。
　上記態様によれば、ノイズの影響を受け易い強度比よりも比較し易い強度比の変化率に基づいて開閉状態を判定することができ、判定精度を向上させることができる。
　上記の一態様として、登録部は、直流成分の電圧を第１の電圧から第２の電圧へと変化させたときの強度比の変化率が閾値を上回ったときに、第１の電圧を基準電圧として登録してもよい。
　上記態様によれば、一対のアーム部が開状態と閉状態とが切り替わったとき、強度比の変化率が大きく変化するため、強度比の変化率が閾値を超えたときの第１の電圧を基準電圧とすることができる。
　上記の一態様として、登録部は、閉状態において一対のアーム部が互いに接触する場合において、一対のアーム部が閉状態から開状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部の開き始めの基準電圧として登録し、一対のアーム部が開状態から閉状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部の閉じ終わりの基準電圧として登録してもよい。
　上記態様によれば、開き始めの基準電圧及び閉じ終わりの基準電圧の両方を登録することで、一対のアーム部の開くときの使用電圧及び閉じるときの使用電圧の両方をキャリブレーションし、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。
　上記の一態様として、登録部は、閉状態において一対のアーム部が被処理物よりも寸法精度が高い校正治具をクランプする場合において、一対のアーム部が閉状態から開状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部の開き始めの基準電圧として登録し、一対のアーム部が開状態から閉状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部の閉じ終わりの基準電圧として登録してもよい。
　上記態様によれば、校正治具をクランプする場合における開き始めの基準電圧及び閉じ終わりの基準電圧の両方を登録することで、一対のアーム部を開くときの使用電圧及び閉じるときの使用電圧の両方をキャリブレーションし、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。基準電圧を求めるときに被処理物よりも寸法精度が高い校正治具をクランプすることで、被処理物をクランプする場合に比べてキャリブレーションの精度を向上させることができる。
　上記の一態様として、登録部は、閉状態において一対のアーム部が被処理物をクランプする場合において、一対のアーム部が閉状態から開状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部の開き始めの基準電圧として登録し、一対のアーム部が開状態から閉状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部の閉じ終わりの基準電圧として登録してもよい。
　上記態様によれば、被処理物をクランプする場合における開き始めの基準電圧及び閉じ終わりの基準電圧の両方を登録することで、一対のアーム部を開くときの使用電圧及び閉じるときの使用電圧の両方をキャリブレーションし、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。基準電圧を求めるときに被処理物をクランプすることで、校正治具をクランプする場合に比べて、クランプ装置の構成及びキャリブレーション作業を簡略化することができる。
　上記の一態様として、登録部は、閉状態において一対のアーム部が互いに接触する場合において、一対のアーム部における開状態と閉状態とが切り替わる際の直流成分の電圧を第１基準電圧として登録し、閉状態において一対のアーム部が被処理物よりも寸法精度が高い校正治具又は被処理物をクランプする場合において、一対のアーム部における開状態と閉状態とが切り替わる際の直流成分の電圧を第２基準電圧として登録し、第１基準電圧と第２基準電圧との電圧差分、及び、一対のアーム部の開閉方向における校正治具又は被処理物の寸法に基づき、ピエゾ素子に印加する電圧に対する一対のアーム部の開閉量の変化率を算出して登録し、キャリブレーション部は、開閉量の変化率に基づいて、ピエゾ素子に印加する使用電圧をキャリブレーションしてもよい。
　上記態様によれば、使用電圧に対する一対のアーム部の開閉量についてもキャリブレーションすることによって、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。　　　
　上記の一態様として、共振周波数の高調波成分は、複数の高調波の成分を含んでもよい。
　上記態様によれば、高調波成分に基づく一対のアーム部の開閉状態の判定精度が向上するため、キャリブレーションの精度が向上し、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。
　上記の一態様として、供給部は、直流成分の電圧を一対のアーム部が開状態となる電圧に設定した状態で交流成分の周波数を上昇又は降下させ、判定部は、出力信号における一対のアーム部の衝突に起因した成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部の共振状態を判定し、登録部は、一対のアーム部の共振状態が最も強くなった際の交流成分の周波数を、一対のアーム部の共振周波数として登録してもよい。
　上記態様によれば、機差や経時変化によって共振周波数が変動している場合であっても、一対のアーム部の共振周波数をキャリブレーションの実行前に求めることができるため、キャリブレーションの精度が向上し、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。
　本発明の他の一態様に係る制御方法は、被処理物をクランプする一対のアーム部と、一対のアーム部を開閉させるピエゾ素子を有する駆動部と、周波数可変の交流成分及び電圧可変の直流成分が重畳された駆動電圧を生成し、駆動電圧をピエゾ素子に供給可能に構成された供給部とを備えるクランプ装置の制御方法であって、交流成分の周波数を一対のアーム部の共振周波数に設定した状態で直流成分の電圧を上昇又は降下させることと、駆動されたピエゾ素子から出力される出力信号を検出することと、出力信号における共振周波数の高調波成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部の開閉状態を判定することとを含む。
　上記構成によれば、出力信号における高調波成分の発生状況に基づいて一対のアーム部の開閉状態を判定するため、開閉状態の判定において、振動し易さ、振動の伝わり易さ、及び出力信号の検出し易さなどの機差の影響を低減することができる。
　本発明の他の一態様に係る制御プログラムは、被処理物をクランプする一対のアーム部と、一対のアーム部を開閉させるピエゾ素子を有する駆動部と、周波数可変の交流成分及び電圧可変の直流成分が重畳された駆動電圧を生成し、駆動電圧をピエゾ素子に供給可能に構成された供給部とを備えるクランプ装置を動作させる制御プログラムであって、コンピュータに、交流成分の周波数を一対のアーム部の共振周波数に設定した状態で直流成分の電圧を上昇又は降下させることと、駆動されたピエゾ素子から出力される出力信号を検出させることと、出力信号における共振周波数の高調波成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部の開閉状態を判定させることとを実行させる。
　上記構成によれば、出力信号における高調波成分の発生状況に基づいて一対のアーム部の開閉状態を判定するため、開閉状態の判定において、振動し易さ、振動の伝わり易さ、及び出力信号の検出し易さなどの機差の影響を低減することができる。
　本発明によれば、一対のアーム部の開閉状態の判定精度の向上を図ることができる。
本発明の実施形態に係るワイヤボンディング装置の全体概要を示す図である。 図１のワイヤボンディング装置のうちボンディングアームの頂面図である。 図１のワイヤボンディング装置のうちボンディングアームの底面図である。 図１のワイヤクランプ装置の斜視図である。 共振周波数を登録する方法を示すフローチャートである。 アーム部の先端部が衝突したときの出力電流をフーリエ変換したグラフである。 本発明の実施形態に係るワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法の一部を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法の一部を示すフローチャートである。 アーム部が開き始めにおいて開状態となる直前の出力電流をフーリエ変換したグラフである。 アーム部が開き始めにおいて開状態となった直後の出力電流をフーリエ変換したグラフである。 本発明の実施形態に係るワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法の一部を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法の一部を示すフローチャートである。
　以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
　＜ワイヤボンディング装置＞
　まず、図１乃至図４を参照しつつ、本願発明の一実施形態に係るワイヤボンディング装置１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置の全体概略を示した図である。図２は、図１のワイヤボンディング装置のうちボンディングアームの頂面図である。図３は、図１のワイヤボンディング装置のうちボンディングアームの底面図である。図４は図１のワイヤクランプ装置の斜視図である。
　図１に示すように、ワイヤボンディング装置１は、ＸＹ駆動機構１０、Ｚ駆動機構１２、ボンディングアーム２０、超音波ホーン３０、ボンディングツール４０、荷重センサ５０、超音波振動子６０、ワイヤクランプ装置７０及びワイヤボンディング制御部９０を備える。
　ＸＹ駆動機構１０はＸＹ軸方向（ボンディング面に平行な方向）に摺動可能に構成されており、ＸＹ駆動機構（リニアモータ）１０には、ボンディングアーム２０をＺ軸方向（ボンディング面に垂直な方向）に揺動可能なＺ駆動機構（リニアモータ）１２が設けられている。
　ボンディングアーム２０は、支軸１４に支持され、ＸＹ駆動機構１０に対して揺動自在に構成されている。ボンディングアーム２０は、ＸＹ駆動機構１０から、ボンディング対象であるワーク（例えば半導体ダイ又は基板）１８が置かれたボンディングステージ１６に延出するように略直方体に形成されている。支軸１４は、例えば、ワーク１８の作業面（ボンディング面）と略同じ高さにある。ボンディングアーム２０は、ＸＹ駆動機構１０に取り付けられるアーム基端部２２と、アーム基端部２２の先端側に位置して超音波ホーン３０が取り付けられるアーム先端部２４と、アーム基端部２２とアーム先端部２４とを連結して可撓性を有する連結部２３とを備える。この連結部２３は、ボンディングアーム２０の頂面２１ａから底面２１ｂの方向へ延出した所定幅のスリット２５ａ、２５ｂ、及び、ボンディングアーム２０の底面２１ｂから頂面２１ａの方向へ延出した所定幅のスリット２５ｃによって構成されている。このように、連結部２３が各スリット２５ａ、２５ｂ、２５ｃによって局部的に薄肉部として構成されているため、アーム先端部２４はアーム基端部２２に対して撓むように構成されている。
　図１及び図３に示すように、ボンディングアーム２０の底面２１ｂ側には、超音波ホーン３０が収容される凹部２６が形成されている。超音波ホーン３０は、ボンディングアーム２０の凹部２６に収容された状態で、アーム先端部２４にホーン固定ネジ３２によって取り付けられている。この超音波ホーン３０は、凹部２６から突出した先端部においてボンディングツール４０を保持しており、凹部２６には超音波振動を発生する超音波振動子６０が設けられている。超音波振動子６０によって超音波振動が発生し、これが超音波ホーン３０によってボンディングツール４０に伝達され、ボンディングツール４０を介してボンディング対象に超音波振動を付与することができる。超音波振動子６０は、例えば、ピエゾ振動子である。
　また、図１及び図２に示すように、ボンディングアーム２０の頂面２１ａ側には、頂面２１ａから底面２１ｂに向かって順番にスリット２５ａ及び２５ｂが形成されている。上部のスリット２５ａは、下部のスリット２５ｂよりも幅広に形成されている。そして、この幅広に形成された上部のスリット２５ａに、荷重センサ５０が設けられている。荷重センサ５０は、予圧用ネジ５２によってアーム先端部２４に固定されている。荷重センサ５０は、アーム基端部２２とアーム先端部２４との間に挟みこまれるように配置されている。すなわち、荷重センサ５０は、超音波ホーン３０の長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、ボンディングアーム２０の回転中心とアーム先端部２４における超音波ホーン３０の取付面（すなわち、アーム先端部２４におけるボンディングツール４０側の先端面）との間に取り付けられている。そして、上記のように、ボンディングツール４０を保持する超音波ホーン３０がアーム先端部２４に取り付けられているため、ボンディング対象からの反力によりボンディングツール４０の先端に荷重が加わると、アーム基端部２２に対してアーム先端部２４が撓み、荷重センサ５０において荷重を検出することが可能となっている。荷重センサ５０は、例えば、ピエゾ素子荷重センサである。
　ボンディングツール４０は、ワイヤ４２を挿通するためのものであり、例えば挿通穴４１が設けられたキャピラリである。この場合、ボンディングツール４０の挿通穴４１にボンディングに使用するワイヤ４２が挿通され、その先端からワイヤ４２の一部を繰り出し可能に構成されている。また、ボンディングツール４０の先端には、ワイヤ４２を押圧するための押圧部が設けられている。押圧部は、ボンディングツール４０の挿通穴４１の軸方向の周りに回転対称の形状を有しており、挿通穴４１の周囲の下面に押圧面を有している。
　ボンディングツール４０は、バネ力等によって交換可能に超音波ホーン３０に取り付けられている。また、ボンディングツール４０の上方には、ワイヤクランプ装置７０が設けられ、ワイヤクランプ装置７０は所定のタイミングでワイヤ４２を拘束又は解放するよう構成されている。ワイヤクランプ装置７０のさらに上方には、ワイヤテンショナ４６が設けられ、ワイヤテンショナ４６はワイヤ４２を挿通し、ボンディング中のワイヤ４２に適度なテンションを付与するよう構成されている。
　ワイヤ４２の材料は、加工の容易さと電気抵抗の低さなどから適宜選択され、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）等が用いられる。なお、ワイヤ４２は、ボンディングツール４０の先端から延出したフリーエアーボール４３がワーク１８の第１ボンド点にボンディングされる。
　ここで、図４を参照して、本実施形態に係るワイヤクランプ装置７０の詳細について説明する。ワイヤクランプ装置７０は、被処理物をクランプするクランプ装置の一例に相当する。ワイヤクランプ装置７０において、被処理物はワイヤである。ワイヤクランプ装置７０は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂと、ワイヤボンディング装置１の本体に取り付けられる駆動部７６とを備える。一対のアーム部７２ａ，７２ｂは、ワイヤ４２をクランプするための先端部７３ａ，７３ｂと、基端部７４ａ，７４ｂとを有し、先端部７３ａ，７３ｂから基端部７４ａ，７４ｂに向かってワイヤ軸方向と略直交する方向に延在している。先端部７３ａ，７３ｂにおける互いに対向する面には、ワイヤ４２が接触されるクランプ片７１ａ，７１ｂが設けられている。また、駆動部７６には、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの先端部７３ａ，７３ｂを開閉させるピエゾ素子８０が設けられている。ピエゾ素子８０は、ワイヤボンディング制御部９０（具体的には供給部９０ａ）から駆動電圧が供給されることによって一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉動作が制御される。駆動部７６における一対のアーム部７２ａ，７２ｂとは反対側の端部は、ワイヤボンディング装置１の本体に固定されている。なお、図１において、ワイヤクランプ装置７０は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの延在方向を先端部７３ａ，７３ｂ側から見た状態が示されている。
　一対のアーム部７２ａ，７２ｂは、その基端部７４ａ，７４ｂにおいて、複数の連結部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂを介して駆動部７６に連結されている。具体的には、一対のアーム部７２ａ，７２ｂをワイヤ軸方向の上方から見たとき、一対の連結部７８ａ，７８ｂは、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの両外側に設けられ、また、一対の連結部７７ａ，７７ｂは、一対の連結部７８ａ，７８ｂに挟まれた位置に設けられている。これらの連結部は、弾性変形可能なくびれ部として構成されている。また、一対の連結部７７ａ，７７ｂは作用部７９によって互いに連結されている。このような構成において、ピエゾ素子８０が駆動部７６と作用部７９との間にその両端部が固定された状態で設けられている。駆動電圧を印加することによりピエゾ素子８０が一対のアーム部７２ａ，７２ｂの延在方向に伸縮することによって、各連結部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂが、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの先端部７３ａ，７３ｂを開閉させるように弾性変形する。なお、各連結部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂは先端部７３ａ，７３ｂが閉じる方向にばね性を有している。
　ピエゾ素子８０は、例えば、駆動部７６と作用部７９との間を結ぶ方向に複数層のピエゾ素子が積層された積層型圧電アクチュエータである。
　一対のアーム部７２ａ，７２ｂ（クランプ片７１ａ，７１ｂ、先端部７３ａ，７３ｂ及び基端部７４ａ，７４ｂ）は、例えば導電性材料によって構成されている。
　次にワイヤクランプ装置７０の動作について説明する。ピエゾ素子８０に電圧を印加しない状態では、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの先端部７３ａ，７３ｂは閉じる方向に所定の荷重が加わっている。そして、ピエゾ素子８０に駆動電圧を印加すると、電歪又は磁歪効果によりピエゾ素子８０は一対のアーム部７２ａ，７２ｂの延在方向（言い換えれば、駆動部７６と作用部７９との間を結ぶ方向）に伸び、これにより作用部７９が一対のアーム部７２ａ，７２ｂの方向へ移動させられ、こうして連結部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂが外側方向にたわみ、先端部７３ａ，７３ｂは開いた状態となる。このときの先端部７３ａ，７３ｂの移動量は、作用部７９から連結部までの長さと連結部から先端部７３ａ，７３ｂまでの長さの比に応じて、ピエゾ素子８０の伸び量が拡大されたものに相当する。ここで、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量を、開閉方向におけるクランプ片７１ａ，７１ｂの互いの距離としたとき、先端部７３ａ，７３ｂの移動量は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量の変化量に相当する。
　さらに詳述すると、ピエゾ素子８０に印加される駆動電圧をゼロの状態から増加させると、先端部７３ａ，７３ｂによるワイヤクランプ荷重は、ピエゾ素子８０に印加される電圧値に比例して小さくなり、電圧値が基準電圧値となったとき先端部７３ａ，７３ｂのクランプ片７１ａ，７１ｂが、ワイヤクランプ荷重がゼロの状態で互いに接触した状態となる。さらに電圧値を増加させると、先端部７３ａ，７３ｂは互いに離れる方向に開いた状態となる。先端部７３ａ，７３ｂが互いに接触した状態を一対のアーム部７２ａ，７２ｂの「閉状態」とし、先端部７３ａ，７３ｂが互いに離れた状態を一対のアーム部７２ａ，７２ｂの「開状態」とする。
　図１に戻り、本実施形態に係るワイヤボンディング装置１についてさらに説明する。ワイヤボンディング制御部９０は、ＸＹ駆動機構１０、Ｚ駆動機構１２、超音波ホーン３０（超音波振動子６０）、荷重センサ５０及びワイヤクランプ装置７０などの各構成との間で信号の送受信が可能なように接続されており、ワイヤボンディング制御部９０によってこれらの構成の動作を制御することにより、ワイヤボンディングのための必要な処理を行うことができるようになっている。
　また、ワイヤボンディング制御部９０には、制御情報を入力するための操作部９２と、制御情報を出力するための表示部９４が接続されている。これにより作業者が表示部９４によって画面を認識しながら操作部９２によって必要な制御情報を入力することができるようになっている。なお、ワイヤボンディング制御部９０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）及びメモリなどを備えるコンピュータ装置であり、メモリには予めワイヤボンディングに必要な処理を行うためのボンディングプログラムや、ワイヤボンディング制御部９０における後述する各構成要素が処理した各種データなどが格納される。ワイヤボンディング制御部９０は、後述するワイヤクランプ装置のキャリブレーションを行うにあたって必要な動作を制御するように構成されている。例えば、ワイヤボンディング制御部９０は、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵに実行させることによって、キャリブレーションのための各動作を実行する。
　本実施形態に係るワイヤボンディング制御部９０は、供給部９０ａと、検出部９０ｂと、判定部９０ｃと、登録部９０ｄと、キャリブレーション部９０ｅとを備える。
　供給部９０ａは、直流又は脈流の電圧を生成し、ピエゾ素子８０に供給する。具体的には、供給部９０ａは、ワイヤボンディング処理において、ピエゾ素子８０に使用電圧として直流電圧を供給し、ワイヤクランプ装置７０のキャリブレーション処理において、ピエゾ素子８０に駆動電圧として直流成分及び交流成分が重畳された脈流を供給する。ピエゾ素子８０に脈流を供給することによって、直流成分によって一対のアーム部７２ａ，７２ｂの先端部７３ａ，７３ｂをワイヤクランプ荷重とは反対方向（開かせる方向）に荷重を加えるとともに、脈流の交流成分によって一対のアーム部７２ａ，７２ｂの先端部７３ａ，７３ｂを開閉方向に振動させる。ここで、脈流の直流成分の電圧は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開状態と閉状態とを切替可能な範囲で可変である。また、脈流の交流成分の周波数は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの固有角振動数に基づいて決定される共振周波数ｆｒを含む範囲で可変である。例えば、供給部９０ａは、キャリブレーション処理の一場面において、直流成分の電圧を段階的又は連続的に上昇又は降下させる。また、供給部９０ａは、キャリブレーション処理の一場面において、交流成分の周波数を段階的又は連続的に上昇又は降下させる。
　検出部９０ｂは、供給部９０ａによってピエゾ素子８０が駆動されることによって一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開閉方向に振動しているとき、ピエゾ素子８０からの出力電流を検出する。出力電流は、駆動されたピエゾ素子８０から出力される出力信号の一例である。一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開閉方向に振動するとピエゾ素子８０に電位差が生じる。この電位差は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが互いに衝突するか否かによって変化する。また、この電位差は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが共振状態か否かによっても変化する。検出部９０ｂは、このようなピエゾ素子８０の電位差の変化に基づく出力電流の変化を検出する。検出部９０ｂは、検出した出力電流に関するデータをワイヤボンディング制御部９０のメモリに格納する。
　判定部９０ｃは、メモリに格納された出力電流に関するデータを取得し、出力電流における共振周波数ｆｒの高調波成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定する。一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態のときに共振周波数ｆｒの交流電圧がピエゾ素子８０に印加されると、出力電流として、共振周波数ｆｒの基本波成分の他に高調波成分が検出される。出力電流に含まれる共振周波数ｆｒの高調波成分は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となると、非常に小さく又は略ゼロとなる。これを利用して、判定部９０ｃは、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定する。　　　
　具体的には、供給部９０ａにおいて駆動電圧の交流成分の周波数を共振周波数ｆｒに設定した状態で直流成分の電圧を変化させることで、判定部９０ｃにおいて出力電流における高調波成分の有無及び強度に基づいて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定させる。
　このとき、判定部９０ｃは、出力電流をフーリエ変換し、共振周波数ｆｒの基本波成分の強度、及び、共振周波数ｆｒの高調波成分の強度を算出する。ここで、共振周波数ｆｒの高調波成分は、共振周波数ｆｒの二次高調波ｆ２を含む複数の高次高調波を含んでもよく、例えば二次高調波ｆ２、三次高調波ｆ３及び四次高調波ｆ４の成分を含んでいる。さらに、判定部９０ｃは、共振周波数ｆｒの基本波成分に対する高調波成分の強度比を算出し、駆動電圧における直流成分の電圧変化に対する強度比の変化率を算出する。そして、判定部９０ｃは、強度比の変化率が閾値を上回ったときに、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開状態と閉状態とが切り替わったと判定する。
　高調波成分の強度は基本波成分の強度に比べて小さいため、判定部９０ｃは、電圧変化に対する強度比の変化率に基づいて判定することで判定精度を高めている。但し、判定部９０ｃは、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態の判定が可能であれば、基本波成分に対する高調波成分の強度比に基づいて判定してもよく、高調波成分の強度に基づいて判定してもよい。
　一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定するステップにおいて用いられる共振周波数ｆｒを特定するために、判定部は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振状態を判定してもよい。例えば、判定部９０ｃは、検出部９０ｂにおいて検出された出力電流における、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの衝突に起因した成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振状態を判定する。開状態の一対のアーム部７２ａ，７２ｂが振動して互いに衝突する場合、出力電流には、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの駆動電圧の交流成分に起因した成分の他に、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの互いの衝突に起因した成分（以下、「衝突成分」とする。）が含まれる。これを利用して、判定部９０ｃは、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振状態を判定する。
　具体的には、供給部９０ａにおいて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが共振状態で振動するときには互いに衝突し、且つ、非共振状態で振動するときには衝突しないように、駆動電圧の直流成分及び交流成分の電圧を設定した状態で、駆動電圧の交流成分の周波数を変化させる。そして、判定部９０ｃにおいて、出力電流における衝突成分の有無及び強度に基づいて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定させる。
　このとき、判定部９０ｃは、出力電流をフーリエ変換し、衝突成分の強度を算出する。ここで、衝突成分の周波数ｆｘは、共振周波数ｆｒの基本波よりも高く、例えば共振周波数ｆｒの５倍程度の高さである。衝突成分の強度は、共振周波数ｆｒの基本波成分の強度よりも小さく、共振周波数ｆｒの高調波成分の強度よりも大きい。例えば、判定部９０ｃは、衝突成分の強度が閾値を上回ったときに、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが共振状態で振動していると判定する。
　登録部９０ｄは、判定部９０ｃにおける一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態についての判定結果に基づき、一対のアーム部７２ａ，７２ｂにおける開状態と閉状態とが切り替わる際の、駆動電圧の直流成分の電圧を基準電圧として登録する。ここで、閉状態において一対のアーム部７２ａ，７２ｂが互いに接触する場合の基準電圧とは、ワイヤクランプ荷重が実質的にゼロの状態で互いに接触した状態（荷重ゼロポイント）に相当する直流電圧である。また、閉状態において一対のアーム部７２ａ，７２ｂがワイヤ又はワイヤよりも寸法精度が高い校正治具をクランプする場合の基準電圧とは、ワイヤクランプ荷重が実質的にゼロの状態で一対のアーム部７２ａ，７２ｂがワイヤ又は校正治具をクランプした状態（荷重ゼロポイント）に相当する直流電圧である。このような基準電圧は、例えば、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態から閉状態へ切り替わるときの基準電圧であってもよいし、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態から開状態へと切り替わるときの基準電圧であってもよい。なお、以下において、開状態から閉状態へ切り替わるときを「閉じ終わり」とし、閉状態から開状態へと切り替わるときを「開き始め」とする。
　登録部９０ｄは、閉状態において一対のアーム部７２ａ，７２ｂが互いに接触する場合の閉じ終わりの基準電圧及び開き始めの基準電圧、並びに、一対のアーム部７２ａ，７２ｂがワイヤ又は校正治具をクランプする場合の閉じ終わりの基準電圧及び開き始めの基準電圧の少なくとも１つを登録する。一対のアーム部７２ａ，７２ｂに印加される電圧と開閉量との関係はヒステリシスを示す。すなわち、閉じ終わりの基準電圧及び開き始めの基準電圧は互いに異なる値となるので、登録部９０ｄは、閉じ終わりの基準電圧及び開き始めの基準電圧の両方を登録するのが望ましい。登録部９０ｄは、上記基準電圧に加えて、ピエゾ素子８０に印加する電圧に対する一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量の変化率を算出して登録する。登録部９０ｄが登録するデータは、ワイヤボンディング制御部９０のメモリに格納される。なお、登録部９０ｄにおける基準電圧及び開閉量の変化率の算出例は後述する。
　キャリブレーション部９０ｅは、登録部９０ｄによって登録された基準電圧及び開閉量の変化率に関するデータをメモリから読み出し、ワイヤボンディング処理においてピエゾ素子８０に印加する使用電圧（直流電圧）をキャリブレーションする。この場合、キャリブレーション部９０ｅは、既に設定されている使用電圧の数値を補正してもよいし、あるいは、ピエゾ素子８０に印加すべき使用電圧を新規に設定してもよい。こうして、キャリブレーション部９０ｅによってキャリブレーションされた使用電圧は、ワイヤボンディング制御部９０のメモリに格納される。そして、供給部９０ａは、ワイヤボンディング処理において、当該メモリに格納されたキャリブレーションされた使用電圧を読み出し、当該使用電圧に基づいてピエゾ素子８０を駆動させることができる。
　＜キャリブレーション方法＞
　次に、図５～図１２を参照しつつ、本実施形態に係るワイヤクランプ装置７０を用いたキャリブレーション方法について説明する。図５は、共振周波数を登録する方法を示すフローチャートである。図６は、アーム部の先端部が衝突したときの出力電流をフーリエ変換したグラフである。図７，８は、本発明の実施形態に係るワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法の一部を示すフローチャートである。図７，８は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開き始めにおける、基準電圧及び開閉量の変化率を登録する方法を示すフローチャートである。図９は、アーム部が開き始めにおいて開状態となる直前の出力電流をフーリエ変換したグラフである。図１０は、アーム部が開き始めにおいて開状態となった直後の出力電流をフーリエ変換したグラフである。図１１，１２は、本発明の実施形態に係るワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法の一部を示すフローチャートである。図１１，１２は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの閉じ終わりにおける、基準電圧及び開閉量の変化率を登録する方法を示すフローチャートである。なお、図６、図９及び図１０に示すグラフは、出力電流を電流検出回路によって１００ｋＳＰＳでサンプリングして得たデータを、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理したものであり、横軸は周波数、縦軸は強度を示している。
　本実施形態に係るキャリブレーション方法は上記ワイヤボンディング装置１を用いて行うことができる。また、本実施形態に係るワイヤクランプ装置７０のキャリブレーション方法は、ワイヤボンディング終了時（すなわち次のワイヤボンディング開始前）や、ワイヤボンディングのためのティーチング時等に行うことができる。
　本発明の一態様に係るキャリブレーション方法には、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振周波数ｆｒが用いられる。したがって、共振周波数ｆｒが機差や経時変化によって変動する場合、共振周波数ｆｒをキャリブレーションの直前に登録することが望ましい。このため、まずは、図５を参照しつつ、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振周波数ｆｒを登録する方法について説明する。ここでは、図６に示すように、周波数ｆｘにおける衝突成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが共振周波数ｆｒで振動しているか否かを判定する。なお、共振周波数ｆｒが判明している場合には、共振周波数ｆｒを登録する工程を省略してもよい。
　まず、駆動電圧において、直流成分の電圧を一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態となる電圧に設定し、交流成分の周波数を任意に設定する（Ｓ１１）。このとき、駆動電圧の交流成分の電圧は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが共振状態で振動するときには互いに衝突し、且つ、非共振状態で振動するときには衝突しない大きさに設定される。例えば、直流成分の電圧を１３８Ｖに設定し、交流成分の電圧を１０Ｖに設定する。
　次に、駆動電圧における交流成分の周波数を変化させる（Ｓ１２）。供給部９０ａは、想定される共振周波数ｆｒを含む周波数範囲で交流成分の周波数を変化させる。例えば、供給部９０ａは、交流成分の周波数を１．７ｋＨｚから２．７ｋＨｚまで０．０５ｋＨｚ刻みで上昇させる。そして、各周波数における出力電流を検出する（Ｓ１３）。
　次に、出力電流に基づき、各周波数における共振状態を判定する（Ｓ１４）。共振状態は、図６に示す衝突成分の周波数ｆｘの強度に基づいて判定する。衝突成分の周波数ｆｘが閾値を上回った場合に、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが共振状態であると判定する。そして、共振状態が最も強くなった際の駆動電圧における交流成分の周波数を共振周波数ｆｒとして登録する（Ｓ１５）。言い換えると、衝突成分の周波数ｆｘが最も強くなった際の交流成分の周波数が、共振周波数ｆｒとして登録される。なお、ステップＳ１４において共振状態であると判定した交流成分の周波数が１つだけであった場合は、ステップＳ１５においてその交流成分の周波数を共振周波数ｆｒとして登録する。共振周波数ｆｒは、登録部９０ｄによって、ワイヤボンディング制御部９０のメモリに格納される。共振周波数ｆｒは、例えば２．４５ｋＨｚである。
　次に、図７を参照しつつ、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが何もクランプしない場合における、開き始めの基準電圧を登録する方法について説明する。ここでは、図９及び図１０に示すように、共振周波数ｆｒの交流成分を含む駆動電圧を印加した場合における、共振周波数ｆｒの二次高調波の周波数ｆ２（ｆ２≒ｆｒ×２）付近、三次高調波の周波数ｆ３（ｆ３≒ｆｒ×３）付近、及び四次高調波の周波数ｆ４（ｆ４≒ｆｒ×４）付近における高調波成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態なのか閉状態なのかを判定する。
　まず、駆動電圧における交流成分の周波数を共振周波数ｆｒに設定し、直流成分の電圧を一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となる電圧に設定する（Ｓ２１）。ここで用いられる共振周波数ｆｒは、ステップＳ１５において登録されたものである。供給部９０ａは、メモリから共振周波数ｆｒを読み取り、交流成分の周波数を設定する。供給部９０ａは、直流成分の電圧を想定される基準電圧よりも小さく設定する。例えば、直流成分の電圧を４０Ｖに設定し、交流成分の電圧を８Ｖに設定する。
　次に、出力電流を検出し、共振周波数ｆｒの基本波成分に対する高調波成分の強度比を算出する（Ｓ２２）。検出部９０ｂにおいて電流検出回路によって検出した出力電流をフーリエ変換し、共振周波数ｆｒの１倍（基本波）、２倍（二次高調波ｆ２）、３倍（三次高調波ｆ３）、４倍（四次高調波ｆ４）付近のピーク強度を算出する。高調波成分の強度は、二次高調波、三次高調波、四次高調波の強度の和とする。高調波成分の強度を基本波成分の強度で除算し、強度比を算出する。
　なお、高調波成分の強度に含まれる高調波の次数は上記に限定されるものではない。二次～四次の高調波のうちいずれかの強度が含まれなくてもよく、五次以上の高調波の強度が含まれてもよい。また、高調波成分の強度は、一種類の次数の高調波の強度であってもよい。
　次に、駆動電圧における直流成分の電圧を一段階上昇させる（Ｓ２３）。直流成分の電圧の上昇量が小さ過ぎると、高調波成分の強度の変化が小さ過ぎて基準電圧の判定精度が低下し、直流成分の電圧の上昇量が大きすぎると、基準電圧の誤差が大きくなる。このため、ステップＳ２３において供給部９０ａが上昇させる直流成分の電圧の変化量は、１Ｖ程度であることが望ましい。但し、直流成分の電圧の上昇量は上記に限定されるものではなく、０．５Ｖ程度であってもよく、１．５Ｖ程度であってもよい。
　次に、出力電流を検出し、共振周波数ｆｒの基本波成分に対する高調波成分の強度比を算出する（Ｓ２４）。ステップＳ２２と同様に、高調波成分の強度を基本波成分の強度で除算し、強度比を算出する。
　次に、強度比の変化率が閾値を上回っているか否かを判定する（Ｓ２５）。ステップＳ２４で算出した強度比を、ステップＳ２２で算出した強度比で除算し、強度比の変化率を算出する。この強度比の変化率が閾値を上回る場合、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態から開状態へと切り替わったと判定する。この閾値は、例えば事前に設定された値であり、例えば１０％以上６０％以下の任意の値に設定される。
　なお、強度比の変化率の閾値は、キャリブレーション中に決定される値であってもよい。例えば、閾値は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが確実に閉状態となっている状態において、直流成分の電圧を任意の段階数上昇させたときの、強度比の変化率の平均値、最大値又は中央値を基に決定されてもよい。例えば、閾値は、上記強度比の変化率の平均値、最大値又は中央値の２倍又は３倍などの倍数に設定されてもよい。
　強度比の変化率が閾値を上回っていない場合（Ｓ２５　ＮＯ）、ステップＳ２３に戻り、駆動電圧における直流成分の電圧をさらに一段階上昇させ、ステップＳ２４において、共振周波数ｆｒの基本波成分に対する高調波成分の強度比を算出する。そして、ステップＳ２５において、直流成分の電圧の変化前後における強度比の変化率を算出し、閾値を上回っているか否かを判定する。こうして、直流成分の電圧を１Ｖ刻みで上昇させたときの強度比の変化率の算出を繰り返し、強度比の変化率が閾値を上回ったと判定した場合（Ｓ２５　ＹＥＳ）、この判定結果に基づいて、上昇させる前の直流成分の電圧を、開き始めの基準電圧として登録する（Ｓ２６）。
　図９に示す例において、直流成分の電圧は６６Ｖであり、二次高調波ｆ２、三次高調波ｆ３及び四次高調波ｆ４を含む高調波成分の基本波成分に対する強度比は、３．７７７％程度である。また、直流成分の電圧を６５Ｖから６６Ｖへと上昇させたときの強度比の変化率は、－３．０３８％程度である。図１０に示す例において、直流成分の電圧は６７Ｖであり、高調波成分の基本波成分に対する強度比は６．１３８％程度である。直流成分の電圧を６６Ｖから６７Ｖへと上昇させたときの強度比の変化率は、６２．４９６％程度である。このように、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態から開状態へ切り替わると、強度比の変化率は、１つ前の変化率に比べて非常に大きくなる。ちなみに、直流成分の電圧が４０Ｖのときの強度比は２．９３５％程度、４１Ｖのときの強度比は３．１９９％程度、直流成分の電圧を４０Ｖから４１Ｖへと上昇させたときの強度比の変化率は８．９８８％程度である。一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となる範囲では、強度比は小さくためノイズ等の影響を受け易く、強度比の変化率は正負いずれの値もとり得るが、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態から開状態へと切り替わった際の強度比の変化率は、大きな正の値となる。
　次に、図８を参照しつつ、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが校正治具をクランプする場合における、開き始めの基準電圧及び開閉量の変化率を登録する方法について説明する。なお、ステップＳ２１～Ｓ２６で既に説明した作業と同様の作業については、適宜説明を省略する。
　まず、校正治具を一対のアーム部７２ａ，７２ｂの間にセットし（Ｓ３１）、校正治具をクランプする場合における、開き始めの基準電圧を登録する（Ｓ３２）。ステップＳ３２では、ステップＳ２１～Ｓ２６を実行する。
　次に、校正治具の有無に起因した、開き始めの基準電圧の電圧差分を算出する（Ｓ３３）。一対のアーム部７２ａ，７２ｂが何もクランプしない場合と、校正治具をクランプする場合とでは、開き始めの基準電圧が異なる。これは、校正治具をクランプする場合、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉方向における校正治具の寸法の分だけ、閉状態の一対のアーム部７２ａ，７２ｂが互いに離間するためである。校正治具をクランプする場合の開き始めの基準電圧は、何もクランプしない場合の開き始めの基準電圧よりも大きい。したがって、ステップＳ３２で登録された校正治具をクランプする場合の開き始めの基準電圧から、ステップＳ２６で登録された何もクランプしない場合の開き始めの基準電圧を減算することで、開き始めの基準電圧の電圧差分を算出する。
　次に、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開き始めにおける、印加電圧に対する一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量の変化率を算出する（Ｓ３４）。ステップＳ３３で算出した電圧差分は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量を、開閉方向における校正治具の寸法の分変化させるときに、ピエゾ素子８０に追加される印加電圧に相当する。ここで、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量は、開閉方向におけるクランプ片７１ａ，７１ｂの互いの距離である。印加電圧に対する一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量の変化率は、開閉方向における校正治具の寸法を、ステップＳ３３で算出した電圧差分によって除算することで算出される。
　次に、開き始めにおける、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量の変化率を登録する（Ｓ３５）。ステップＳ３４において算出した開閉量の変化率を、ワイヤボンディング制御部９０のメモリに格納する。
　次に、図１１を参照しつつ、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが何もクランプしない場合における、閉じ終わりの基準電圧を登録する方法について説明する。なお、ステップＳ２１～Ｓ２６で既に説明した内容と同様の内容については、適宜説明を省略する。
　まず、駆動電圧における交流成分の周波数を共振周波数ｆｒに設定し、直流成分の電圧を一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態となる電圧に設定する（Ｓ４１）。ステップＳ４１におけるステップＳ２１との相違点は、駆動電圧の直流成分の電圧を、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態ではなく開状態となる電圧に設定することである。例えば、直流成分の電圧を１００Ｖに設定し、交流成分の電圧を５Ｖに設定する。
　次に、出力電流を検出し、共振周波数ｆｒの基本波成分に対する高調波成分の強度比を算出する（Ｓ４２）。ステップＳ４２は、ステップＳ２２と同様である。
　次に、駆動電圧における直流成分の電圧を一段階降下させる（Ｓ４３）。ステップＳ４３におけるステップＳ２３との相違点は、直流成分の電圧を上昇ではなく降下させる点である。ステップＳ４３における直流成分の電圧の変化量はステップＳ２３と同様であり、例えば１Ｖ程度である。
　次に、出力電流を検出し、共振周波数ｆｒの基本波成分に対する高調波成分の強度比を算出する（Ｓ４４）。ステップＳ４４は、ステップＳ２４と同様である。
　次に、強度比の変化率が閾値を上回っているか否かを判定し（Ｓ４５）、この判定結果に基づいて、降下させる前の直流成分の電圧を、閉じ終わりの基準電圧として登録する（Ｓ４６）。ステップＳ４５におけるステップＳ２５との相違点は、設定される閾値が異なる点であり、ステップＳ４５における閾値は例えばゼロに設定される。
　具体的には、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態から閉状態に近づく過程において高調波成分の強度は小さくなるため、電圧降下に伴う強度比の変化率は負の値となる。しかし、閉状態に切り替わった直後は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態が変化したことによって入力と反応のバランスが変化するため、強度比の変化率は正の値となる。一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となった後は、強度比の変化率は正の値と負の値とをランダムに繰り返す。一例として、直流成分の電圧が５７Ｖのときの強度比は６．３８３％程度、直流成分の電圧を５８Ｖから５７Ｖへと降下させたときの強度比の変化率は－１３．３１４％程度である。直流成分の電圧が５６Ｖのときの強度比は５．３０３％程度、直流成分の電圧を５７Ｖから５６Ｖへと降下させたときの強度比の変化率は－１６．９３３％程度である。直流成分の電圧が５２Ｖのときの強度比は３．５４０％程度、直流成分の電圧を５３Ｖから５２Ｖへと降下させたときの強度比の変化率は－２２．８３４％程度である。直流成分の電圧が５１Ｖのときの強度比は３．５９１％程度、直流成分の電圧を５２Ｖから５１Ｖへと降下させたときの強度比の変化率は１．４２０％程度である。上記の場合、直流成分の電圧が５２Ｖのときには一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉じ終わっており、これ以上強度比は減少しなくなったため、直流成分の電圧を５２Ｖから５１Ｖへと降下させても強度比は減少しなかった。したがって、強度比の変化率が正の値となったときの、降下させる前の電圧である５２Ｖを、閉じ終わりの基準電圧として登録する。
　なお、閉じ終わりにおける強度比の変化率の閾値は、ゼロに限定されるものではない。例えば、上記範囲で強度比の変化率が変化するのであれば、閾値は、－１０％以上１％以下の任意の値に設定されてもよい。また、閉じ終わりの一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定するステップでは、強度比の変化率の絶対値が閾値を下回っているか否かに基づいて、開閉状態を判定してもよい。具体的には、強度比の変化率の絶対値が閾値よりも大きいときは、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態であると判定し、強度比の変化率の絶対値が閾値よりも小さいときは、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態であると判定してもよい。これは、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態において閉状態に近付くとき、強度比の変化率は大きいが、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となると強度比は略変化しない、すなわち強度比の変化率が小さくなるためである。
　次に、図１２を参照しつつ、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが校正治具をクランプする場合における、閉じ終わりの基準電圧及び開閉量の変化率を登録する方法について説明する。なお、ステップＳ３１～Ｓ３５で既に説明した作業と同様の作業については、適宜説明を省略する。
　まず、校正治具を一対のアーム部７２ａ，７２ｂの間にセットし（Ｓ５１）、校正治具をクランプする場合における、閉じ終わりの基準電圧を登録する（Ｓ５２）。ステップＳ５２では、ステップＳ４１～Ｓ４６を実行する。
　次に、校正治具の有無に起因した、閉じ終わりの基準電圧の電圧差分を算出する（Ｓ５３）。ステップＳ５２で登録された校正治具をクランプする場合の閉じ終わりの基準電圧から、ステップＳ４６で登録された何もクランプしない場合の閉じ終わりの基準電圧を減算することで、閉じ終わりの基準電圧の電圧差分を算出する。
　次に、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの閉じ終わりにおける、印加電圧に対する一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量の変化率を算出する（Ｓ５４）。ステップＳ５４は、ステップＳ３４と同様である。
　次に、閉じ終わりにおける、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量の変化率を登録する（Ｓ５５）。ステップＳ５５は、ステップＳ３５と同様である。
　最後に、使用電圧をキャリブレーションする（Ｓ３６）。登録された、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開き始めの基準電圧及び開き始めの開閉量の変化率、並びに、閉じ終わりの基準電圧及び閉じ終わりの開閉量の変化率を基に、使用電圧をキャリブレーションする。使用電圧がキャリブレーションされたワイヤクランプ装置７０を用いて、ワイヤボンディング処理を実行することで、使用電圧に対応するワイヤクランプ装置７０の一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉動作を正確に把握することができる。このため、高精度かつ安定したワイヤボンディング処理を行うことができる。
　本キャリブレーション方法は、例えば、ワイヤ径が異なるワイヤボンディングを行う場合や、温度環境が異なるワイヤボンディングを行う場合など、ワイヤボンディング処理の態様が異なるたびに行うことが好ましい。これによって、それぞれの状況に対応するワイヤクランプ装置７０の開き易さに応じてキャリブレーションすることができるため、とりわけ効果的である。
　なお、ステップＳ３１～Ｓ３５及びステップＳ５１～Ｓ５５において、校正治具の代わりに、キャリブレーション後にワイヤボンディングを行う予定のワイヤ４２を用いてもよい。
　以下に、本発明の実施形態の一部又は全部を付記する。なお、本発明は以下の付記に限定されるものではない。
　［付記１］
　ワイヤ４２をクランプする一対のアーム部７２ａ，７２ｂと、一対のアーム部７２ａ，７２ｂを開閉させるピエゾ素子８０を有する駆動部７６と、周波数可変の交流成分及び電圧可変の直流成分が重畳された駆動電圧を生成し、駆動電圧をピエゾ素子８０に供給可能に構成された供給部９０ａであって、交流成分の周波数を一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振周波数に設定した状態で直流成分の電圧を上昇又は降下させる供給部９０ａと、駆動されたピエゾ素子８０から出力される出力信号を検出する検出部９０ｂと、出力信号における共振周波数の高調波成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定する判定部９０ｃとを備える、クランプ装置７０。
　［付記１］によれば、出力信号における高調波成分の発生状況に基づいて一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定するため、開閉状態の判定において、振動し易さ、振動の伝わり易さ、及び出力信号の検出し易さなどの機差の影響を低減することができる。　　　
　［付記２］
　一対のアーム部７２ａ，７２ｂにおける開状態と閉状態とが切り替わる際の直流成分の電圧を基準電圧として登録する登録部９０ｄと、基準電圧に基づいて、ピエゾ素子８０に印加する使用電圧をキャリブレーションするキャリブレーション部９０ｅとをさらに備える、［付記１］に記載のクランプ装置。
　［付記２］の態様によれば、精度の高い開閉状態の判定結果に基づいて、精度の高いキャリブレーションをすることができるため、クランプ装置７０の開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。
　［付記３］
　検出部９０ｂは、出力信号として、ピエゾ素子８０から出力される出力電流を検出する、［付記２］に記載のクランプ装置７０。
　［付記３］の態様によれば、一対のアーム部７２ａ，７２ｂからの出力電流は出力電圧の時間微分を用いて表すことができるため、出力電圧としては検出し難い大きさの変化であっても、出力電流としては検出可能な大きさの変化となる場合がある。したがって、検出部９０ｂの検出精度を向上させ、キャリブレーションの精度を向上させることができる。
　［付記４］
　判定部９０ｃは、出力電流をフーリエ変換することによって、出力信号における共振周波数の高調波成分の強度を算出する、［付記３］に記載のクランプ装置７０。
　［付記４］の態様によれば、出力信号に含まれる成分を周波数に基づいて分離し、各成分の強度を比較することができる。
　［付記５］
　判定部９０ｃは、出力信号における共振周波数の基本波成分に対する高調波成分の強度比を算出する、［付記４］に記載のクランプ装置７０。
　［付記５］の態様によれば、ノイズの影響を受け易い高調波成分よりも比較し易い強度比に基づいて開閉状態を判定することができ、判定精度を向上させることができる。
　［付記６］
　判定部９０ｃは、直流成分の電圧変化に対する強度比の変化率を算出する、［付記５］に記載のクランプ装置７０。
　［付記６］の態様によれば、ノイズの影響を受け易い強度比よりも比較し易い強度比の変化率に基づいて開閉状態を判定することができ、判定精度を向上させることができる。　　　
　［付記７］
　登録部９０ｄは、直流成分の電圧を第１の電圧から第２の電圧へと変化させたときの強度比の変化率が閾値を上回ったときに、第１の電圧を基準電圧として登録する、［付記６］に記載のクランプ装置７０。
　［付記７］の態様によれば、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態と閉状態とが切り替わったとき、強度比の変化率が大きく変化するため、強度比の変化率が閾値を超えたときの第１の電圧を基準電圧とすることができる。
　［付記８］
　登録部９０ｄは、閉状態において一対のアーム部７２ａ，７２ｂが互いに接触する場合において、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態から開状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開き始めの基準電圧として登録し、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態から閉状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの閉じ終わりの基準電圧として登録する、［付記２］から［付記７］のいずれか１つに記載のクランプ装置７０。
　［付記８］の態様によれば、開き始めの基準電圧及び閉じ終わりの基準電圧の両方を登録することで、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開くときの使用電圧及び閉じるときの使用電圧の両方をキャリブレーションし、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。
　［付記９］
　登録部９０ｄは、閉状態において一対のアーム部７２ａ，７２ｂがワイヤ４２よりも寸法精度が高い校正治具をクランプする場合において、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態から開状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開き始めの基準電圧として登録し、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態から閉状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの閉じ終わりの基準電圧として登録する、［付記２］から［付記７］のいずれか１つに記載のクランプ装置７０。
　［付記９］の態様によれば、校正治具をクランプする場合における開き始めの基準電圧及び閉じ終わりの基準電圧の両方を登録することで、一対のアーム部７２ａ，７２ｂを開くときの使用電圧及び閉じるときの使用電圧の両方をキャリブレーションし、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。基準電圧を求めるときにワイヤ４２よりも寸法精度が高い校正治具をクランプすることで、ワイヤ４２をクランプする場合に比べてキャリブレーションの精度を向上させることができる。
　［付記１０］
　登録部９０ｄは、閉状態において一対のアーム部７２ａ，７２ｂがワイヤ４２をクランプする場合において、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態から開状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開き始めの基準電圧として登録し、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態から閉状態へと切り替わる際の直流成分の電圧を、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの閉じ終わりの基準電圧として登録する、［付記２］から［付記７］のいずれか１つに記載のクランプ装置７０。
　［付記１０］の態様によれば、ワイヤ４２をクランプする場合における開き始めの基準電圧及び閉じ終わりの基準電圧の両方を登録することで、一対のアーム部７２ａ，７２ｂを開くときの使用電圧及び閉じるときの使用電圧の両方をキャリブレーションし、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。基準電圧を求めるときに被処理物をクランプすることで、校正治具をクランプする場合に比べて、クランプ装置の構成及びキャリブレーション作業を簡略化することができる。
　［付記１１］
　登録部９０ｄは、閉状態において一対のアーム部７２ａ，７２ｂが互いに接触する場合において、一対のアーム部７２ａ，７２ｂにおける開状態と閉状態とが切り替わる際の直流成分の電圧を第１基準電圧として登録し、閉状態において一対のアーム部７２ａ，７２ｂがワイヤ４２よりも寸法精度が高い校正治具又はワイヤ４２をクランプする場合において、一対のアーム部７２ａ，７２ｂにおける開状態と閉状態とが切り替わる際の直流成分の電圧を第２基準電圧として登録し、第１基準電圧と第２基準電圧との電圧差分、及び、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉方向における校正治具又はワイヤ４２の寸法に基づき、ピエゾ素子８０に印加する電圧に対する一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量の変化率を算出して登録し、キャリブレーション部９０ｅは、開閉量の変化率に基づいて、ピエゾ素子８０に印加する使用電圧をキャリブレーションする、［付記２］から［付記７］のいずれか１つに記載のクランプ装置７０。
　［付記１１］の態様によれば、使用電圧に対する一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉量についてもキャリブレーションすることによって、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。
　［付記１２］
　共振周波数の高調波成分は、複数の高調波の成分を含む、［付記１］から［付記１１］のいずれか１つに記載のクランプ装置７０。
　［付記１２］の態様によれば、高調波成分に基づく一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態の判定精度が向上するため、キャリブレーションの精度が向上し、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。
　［付記１３］
　供給部９０ａは、直流成分の電圧を一対のアーム部７２ａ，７２ｂが開状態となる電圧に設定した状態で交流成分の周波数を上昇又は降下させ、判定部９０ｃは、出力信号における一対のアーム部７２ａ，７２ｂの衝突に起因した成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振状態を判定し、登録部９０ｄは、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振状態が最も強くなった際の交流成分の周波数を、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振周波数として登録する、［付記１］から［付記１２］のいずれか１つに記載のクランプ装置７０。
　［付記１３］の態様によれば、機差や経時変化によって共振周波数が変動している場合であっても、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振周波数をキャリブレーションの実行前に求めることができるため、キャリブレーションの精度が向上し、さらなる開閉動作の精度向上及び安定化を図ることができる。
　［付記１４］
　ワイヤ４２をクランプする一対のアーム部７２ａ，７２ｂと、一対のアーム部７２ａ，７２ｂを開閉させるピエゾ素子８０を有する駆動部７６と、周波数可変の交流成分及び電圧可変の直流成分が重畳された駆動電圧を生成し、駆動電圧をピエゾ素子８０に供給可能に構成された供給部９０ａとを備えるワイヤクランプ装置７０の制御方法であって、交流成分の周波数を一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振周波数に設定した状態で直流成分の電圧を上昇又は降下させることと、駆動されたピエゾ素子８０から出力される出力信号を検出することと、出力信号における共振周波数の高調波成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定することとを含む、制御方法。
　［付記１４］の態様によれば、出力信号における高調波成分の発生状況に基づいて一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定するため、開閉状態の判定において、振動し易さ、振動の伝わり易さ、及び出力信号の検出し易さなどの機差の影響を低減することができる。
　［付記１５］
　ワイヤ４２をクランプする一対のアーム部７２ａ，７２ｂと、一対のアーム部７２ａ，７２ｂを開閉させるピエゾ素子８０を有する駆動部７６と、周波数可変の交流成分及び電圧可変の直流成分が重畳された駆動電圧を生成し、駆動電圧をピエゾ素子８０に供給可能に構成された供給部９０ａとを備えるワイヤクランプ装置７０を動作させる制御プログラムであって、コンピュータに、交流成分の周波数を一対のアーム部７２ａ，７２ｂの共振周波数に設定した状態で直流成分の電圧を上昇又は降下させることと、駆動されたピエゾ素子８０から出力される出力信号を検出させることと、出力信号における共振周波数の高調波成分の発生状況に基づいて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定させることとを実行させる、制御プログラム。
　［付記１５］の態様によれば、出力信号における高調波成分の発生状況に基づいて一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉状態を判定するため、開閉状態の判定において、振動し易さ、振動の伝わり易さ、及び出力信号の検出し易さなどの機差の影響を低減することができる。
　以上説明したように、本願発明の一態様によれば、一対のアーム部の開閉状態の判定精度の向上を図ることができる。
　以上説明した実施形態は、本願発明の理解を容易にするためのものであり、本願発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
　１…ワイヤボンディング装置
　７０…ワイヤクランプ装置
　７２ａ，７２ｂ…アーム部
　７３ａ，７３ｂ…先端部
　７４ａ，７４ｂ…基端部
　７６…駆動部
　９０…ワイヤボンディング制御部
　９０ａ…供給部
　９０ｂ…検出部
　９０ｃ…判定部
　９０ｄ…登録部
　９０ｅ…キャリブレーション部
 

Claims (15)

  1. 　被処理物をクランプする一対のアーム部と、
    　前記一対のアーム部を開閉させるピエゾ素子を有する駆動部と、
    　周波数可変の交流成分及び電圧可変の直流成分が重畳された駆動電圧を生成し、前記駆動電圧を前記ピエゾ素子に供給可能に構成された供給部であって、前記交流成分の周波数を前記一対のアーム部の共振周波数に設定した状態で前記直流成分の電圧を上昇又は降下させる供給部と、
    　駆動された前記ピエゾ素子から出力される出力信号を検出する検出部と、
    　前記出力信号における前記共振周波数の高調波成分の発生状況に基づいて、前記一対のアーム部の開閉状態を判定する判定部と
    を備える、クランプ装置。
  2. 　前記一対のアーム部における開状態と閉状態とが切り替わる際の前記直流成分の電圧を基準電圧として登録する登録部と、
    　前記基準電圧に基づいて、前記ピエゾ素子に印加する使用電圧をキャリブレーションするキャリブレーション部と
    　をさらに備える、
    　請求項１に記載のクランプ装置。
  3. 　前記検出部は、前記出力信号として、前記ピエゾ素子から出力される出力電流を検出する、
    　請求項２に記載のクランプ装置。
  4. 　前記判定部は、前記出力電流をフーリエ変換することによって、前記出力信号における前記共振周波数の高調波成分の強度を算出する、
    　請求項３に記載のクランプ装置。
  5. 　前記判定部は、前記出力信号における前記共振周波数の基本波成分に対する高調波成分の強度比を算出する、
    　請求項４に記載のクランプ装置。
  6. 　前記判定部は、前記直流成分の電圧変化に対する前記強度比の変化率を算出する、
    　請求項５に記載のクランプ装置。
  7. 　前記登録部は、前記直流成分の電圧を第１の電圧から第２の電圧へと変化させたときの前記強度比の変化率が閾値を上回ったときに、前記第１の電圧を基準電圧として登録する、
    　請求項６に記載のクランプ装置。
  8. 　前記登録部は、
    　閉状態において前記一対のアーム部が互いに接触する場合において、
    　前記一対のアーム部が閉状態から開状態へと切り替わる際の前記直流成分の電圧を、前記一対のアーム部の開き始めの基準電圧として登録し、
    　前記一対のアーム部が開状態から閉状態へと切り替わる際の前記直流成分の電圧を、前記一対のアーム部の閉じ終わりの基準電圧として登録する、
    　請求項２に記載のクランプ装置。
  9. 　前記登録部は、
    　閉状態において前記一対のアーム部が前記被処理物よりも寸法精度が高い校正治具をクランプする場合において、
    　前記一対のアーム部が閉状態から開状態へと切り替わる際の前記直流成分の電圧を、前記一対のアーム部の開き始めの基準電圧として登録し、
    　前記一対のアーム部が開状態から閉状態へと切り替わる際の前記直流成分の電圧を、前記一対のアーム部の閉じ終わりの基準電圧として登録する、
    　請求項２に記載のクランプ装置。
  10. 　前記登録部は、
    　閉状態において前記一対のアーム部が前記被処理物をクランプする場合において、
    　前記一対のアーム部が閉状態から開状態へと切り替わる際の前記直流成分の電圧を、前記一対のアーム部の開き始めの基準電圧として登録し、
    　前記一対のアーム部が開状態から閉状態へと切り替わる際の前記直流成分の電圧を、前記一対のアーム部の閉じ終わりの基準電圧として登録する、
    　請求項２に記載のクランプ装置。
  11. 　前記登録部は、
    　閉状態において前記一対のアーム部が互いに接触する場合において、前記一対のアーム部における開状態と閉状態とが切り替わる際の前記直流成分の電圧を第１基準電圧として登録し、
    　閉状態において前記一対のアーム部が前記被処理物よりも寸法精度が高い校正治具又は前記被処理物をクランプする場合において、前記一対のアーム部における開状態と閉状態とが切り替わる際の前記直流成分の電圧を第２基準電圧として登録し、
    　前記第１基準電圧と前記第２基準電圧との電圧差分、及び、前記一対のアーム部の開閉方向における前記校正治具又は前記被処理物の寸法に基づき、前記ピエゾ素子に印加する電圧に対する前記一対のアーム部の開閉量の変化率を算出して登録し、
    　前記キャリブレーション部は、前記開閉量の変化率に基づいて、前記ピエゾ素子に印加する使用電圧をキャリブレーションする、
    　請求項２に記載のクランプ装置。
  12. 　前記共振周波数の高調波成分は、複数の高調波の成分を含む、
    　請求項１に記載のクランプ装置。
  13. 　前記供給部は、前記直流成分の電圧を前記一対のアーム部が開状態となる電圧に設定した状態で前記交流成分の周波数を上昇又は降下させ、
    　前記判定部は、前記出力信号における前記一対のアーム部の衝突に起因した成分の発生状況に基づいて、前記一対のアーム部の共振状態を判定し、
    　前記登録部は、前記一対のアーム部の共振状態が最も強くなった際の前記交流成分の周波数を、前記一対のアーム部の共振周波数として登録する、
    　請求項２に記載のクランプ装置。
  14. 　被処理物をクランプする一対のアーム部と、
    　前記一対のアーム部を開閉させるピエゾ素子を有する駆動部と、
    　周波数可変の交流成分及び電圧可変の直流成分が重畳された駆動電圧を生成し、前記駆動電圧を前記ピエゾ素子に供給可能に構成された供給部と
    を備えるクランプ装置の制御方法であって、
    　前記交流成分の周波数を前記一対のアーム部の共振周波数に設定した状態で前記直流成分の電圧を上昇又は降下させることと、
    　駆動された前記ピエゾ素子から出力される出力信号を検出することと、
    　前記出力信号における前記共振周波数の高調波成分の発生状況に基づいて、前記一対のアーム部の開閉状態を判定することと
    を含む、制御方法。
  15. 　被処理物をクランプする一対のアーム部と、
    　前記一対のアーム部を開閉させるピエゾ素子を有する駆動部と、
    　周波数可変の交流成分及び電圧可変の直流成分が重畳された駆動電圧を生成し、前記駆動電圧を前記ピエゾ素子に供給可能に構成された供給部と
    を備えるクランプ装置を動作させる制御プログラムであって、
    　コンピュータに、
    　前記交流成分の周波数を前記一対のアーム部の共振周波数に設定した状態で前記直流成分の電圧を上昇又は降下させることと、
    　駆動された前記ピエゾ素子から出力される出力信号を検出させることと、
    　前記出力信号における前記共振周波数の高調波成分の発生状況に基づいて、前記一対のアーム部の開閉状態を判定させることと
    を実行させる、制御プログラム。
     
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