JPS5969940A - ワイヤボンデイング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、ワイヤボンディング装置の改良に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

一般に、集積回路等の組立に用いられるワイヤデンディ
ング装置は、ワイヤが挿通されたキャピラリを第１ボン
ディング点であるペレットのパッドに押伺けてデンディ
ングしたのち、キャピラリを上下方向及びｘｙ力方向移
動させて。

ワイヤを繰り出し、第２のボンディング点であるリード
フレームのリード部にボンディングし、しかるのちキャ
ピラリを上昇させてワイヤを切断する動作を繰シ返すこ
とによって、ワイヤの接続を行なうように構成されてい
る。

ところで、以上のようなボンディング動作において、キ
ャピラリがボンディング面を押圧するときのボンディン
グ荷重はボンディングの良否を決定する上で特に重要で
ある。まだ、キャピラリの上下動作は、生産性を高める
ためにできる限り高速度に行なう必要がある。

そこで、従来は、例えばキャピラリを支持して揺動１駆
動するためのソールリフタアームの回転軸にシャフトエ
ンコーダを取着し、このエンコーダによりツールリフタ
アームの回転角を検出してこの検出値に基づいてキャピ
ラリの上下動作を制御している。

ところが、一般にシャフトエンコーダは、ツールリフタ
アームとともに回転する移動スリットに対向してスリッ
トの配置状態が相互に異なる２個の固定スリット参千〒
４１をそれぞれ作置し、上記移動スリットおよび固定ス
リットを通過する光源の出力光を各固定スリット毎に受
光器で受光することにより、ツールリフタアームの回転
状態を検出するように構成されている。

このため、シャフトエンコーダの分解能は、移動スリッ
トおよび固定スリットにおけるスリットのピッチにより
決丑ることになり、一般にこのスリットのピッチは８μ
ｍ程度にしか細かくそきないことから、分解能に限界が
あって前記キャピラリの上下動作を和度良く監視するこ
とは極めて難しかった。

一方、キャピラリの上下動作を監視する別の手法トして
、ツールリフタアームの揺動回転角をリンクを介して直
線変位に変換し、これをリニアエンコーダで検出するも
のがある。しかしながら、このような構成にあっては、
リンク機構が複雑で大形となるため、装置全体の大形化
を招くとともに、ツールリフタアームの駆動負荷が増大
して高速動作を行ない）“・１［いという欠点があった
。

〔発明の目的〕

本発明は、ツールリフタアームの揺動状態を高精度にし
かも非接触に検出できるようにしてキャピラリの上下動
作を精度良くしかも高速に制御可能とし、生産性および
歩留りの高いワイヤボンディング装置を提供することを
目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するだめに、表面に所定幅の
凸凹部を連続的に形成した反射鏡をツールリフタアーム
に一体に設け、この反射鏡表面に２つの可干渉ビーム光
を所定の相互間隔を有して照射し、上記凸凹部によシ干
渉を生じた上記＝Ｔ干渉ビーム光の反射光をそれぞれ光
検出器で受光してその各受光出力相互の位相関係と信号
の波数とから、ソールリフタアームの揺動方向および揺
動量を検出し、この検出値に基づいてキャピラリの上下
動作を制御するようにしだものである。

〔発明の実施例〕

第１図および第２図は本発明の一実施例におけるワイヤ
ボンディング装置の構成を示すもので、第１図はその平
面図、第２図ｉｄ１則面図である。

同１ン１に」すいて、図中１は基台であり、この−Ｊｉ
ｌｊ台１の支持柱１ａには矢印Ｏ方向に回動可能にソー
ルリフタアーム２が枢着しである。そしてこのツールリ
フタアーム２の前方側には、板ばｈ３により支持されて
ボンディング部４が設けられている。このボンディング
部４ば、先端部にキャピラリ４ａを装着したツールアー
ム４ｂを保持器４ｃにより支持したもので、保持器４Ｃ
の上部には作動部４ｄが突設されている。

この作動部４ｄとソールリフタアーム２のｉ（５方延出
部２ａに突設された固定部２ｂとの間には引張ばね２ｃ
が架設されており、との引張ばね２　（！　トス）ツバ
４ｅとによりビンディング部４の定常状態を設定してい
る。一方、ツールリフタアーム２の後方側延出部２ｄの
下面部にはムービングコイル５ａが取着しである。この
ムービングコイル５ａは、基台１に設ｉｆｆされた継鉄
部５ｂとともに、ツールリフタアーム２を枢着部を支点
として揺動させるためのモータ５として動作する。なお
５ｃは磁石である。

さて、以上のようなボンディンダ機構の基台１には、ツ
ールリフタアーム２の側面部２ｅに対向して、ツールリ
フタアーム２の揺動状態を検出するだめの移動状態検出
装置の光学系６が設置しである。この光学系６は、支持
柱６ａにそれぞれレーザ発振器を備えた２組の照射およ
び受光光学系６ｂ、６ｃを設置したものである。

また、ツールリフタアーム２の側面部には、反射鏡１６
が取着しである。

なお、図中３０は上記光学系６から得られる受光信号を
処理するとともに、光学系６に焦点調整用の信号を発す
る信号処理部で、前記光学系６とともに移動状態検出装
置を構成している。

また、７は前記モータ５に駆動信号を発してツールリフ
タアーム２を揺動させるためのモータ駆動回路、８はボ
ンディング動作全体を制御するだめのボンディング制御
回路である。

ところで、前記移動状態検出装置は次のように構成され
ている。第３図は同装置の概略４ノ４成図である。なお
、同図では２組ある照射および受光光学系６ｂ　、６ｃ
のうぢ一方は、相互に同一構成なので省略する。

この検出製心、は、先ずレーザ発振器１ｏで発生した検
出用レーザ光１１ａをコリメートレンズ１２で平行ヒー
ムにしてこの平行レーザビームｌｌａをビームスプリッ
タ１３を介して波長板１４に導びき、この波長板１４で
９０°位相を回転したのちムービングコイル１８により
光軸方向（矢印Ｙ方向）に移動可能となっている対物レ
ンズ１５で集束して反射鏡１６の表面に照射している。

この反射鏡１６は、第４図に示す如く表面に、それぞれ
幅Ｐからなりかつ段差りの平行な凸凹部１６ａ、１６ｂ
を連続的に形成したもので、ソールリフタアーム２の側
面部２ｅに固定されている。そして、ツールリフタアー
ム２の揺動に伴なって上記凸凹部１６ａ、１６ｂの配列
方向（矢印×方向）に移動するようになっている。

なお、図中１１ａ、１７ａはそれぞれ反射鏡１６の表面
に照射される検出用のレーザビームを示すもので、上記
凸凹部１６ａ、１６ｂの配列方向における両者の間隔ｔ
は、 Ｌ＝２ＰＸｎ＋±・２Ｐ　〔μｍ〕 ８ □−−−− に定められる。ただし、ｎ　”＝　１　＋　２１．３　
Ｈ・・・である。　　　、 また、検出装置は、上記反射鏡１６の異面にて反射され
たレーザビームｌｌｂを対物レンズ１５を介して波長板
１４で９０°位相を回転したのち、ビームスプリッタ１
３で反射分離して円柱レンズ１９を介して光検出器２０
に導びき、この光検出器２０で光電変換して、信号処理
部３０に導入している。ここで、上記光検出器２０は、
第５図に示す如く４個の光検出部２０ａ。

２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを互いに隣接して配置したもの
からなっている。

一方、信号処理部３０は、第５図に示す如く、前記光検
出器２０の各光検出部２０ａ、〜、２０ｄの光電変換出
力を加算回路３１で相互に加算してその加算出力ＴＳＩ
を移動情報検出回路３２に導ひいている。この移動情報
検出回路３２は、レーザビーム１１ａに対応する上記加
算出力ＴＳＩとともに、もうひとつのレーザビーム１７
ａ−に対応する加算出力ＴＳ２を入力している。そして
、これらの各加算出力ＴＳＩ　、、ＴＳ２相互の位相関
係、つまシどちらが進んでいるかを位相比較により検出
するとともに、カウンタで上記各加算出力ＴＳＩ、ＴＳ
２の波数を５１数し、上記位相比較による検出結果を物
体の移動方向を表わす情報として、また上記カウンタの
計数結果を物体の移動量を表わす情報としてそれぞれ出
力する。

徒だ、信号処理部３０は、各光検出部２０ａ。

〜、２０ｃｌの光’ｌｌｔ、変換出力のうち、光検出部
２０ａと２０ｄおよび光検出’ｉ’Ｈ（Ｓ　２０　ｂと
２０ｃの出力をそれぞれ加算器３３．３４で加算したの
ち、その各加算出力の差を差動増幅器３５で求めてこの
差出力をムービングコイル、駆動回路ｓｅに４ひいてい
る。つまシ、ムービングコイ段駆動回路３６には、 Ｅ＝（ａｓ＋ｄｓ　）−（ｂｓ＋ｃｓ　）なる信号が供
給される。ただし、ａｓ＋ｌ）Ｓ＋０８＋ｄｓはそれぞ
れ光検出部２０ａ、２θｂ　、２０ｃ。

２０ｄの光電変換出力である。

ムービングコイル駆動回路３６は、上記差動増幅器３５
の差出力Ｅに対する駆動信号を発生して前記ムービング
コイル１８を駆即）シ、これニヨ！ｌｌ対物レンズ１５
を光軸方向に移動させてレーザビームｌｌａの焦点位置
を調整するものである。

次に、以上のように構成された装置の作用を説明する。

先ず、ボンディング制御回路８がら所定のツール曲線に
対応してモータ駆動制御信号が発せられると、モータ駆
動回路７が動作してモータ５に駆動電流が供給され、こ
の結果モータ５が動作してツールリフタアーム２が揺動
動作する。しだがって、キャピラリ４Ｉａは矢印Ｃ方向
に上下動作し、これによシボンディングが行なわれる。

移動状態検出装置ｌ＝７により次のように検出される。

すなわち、レーザ発振器１ｏから発生されたレーザビー
ム１１ａは、対物レンズ１５により所定のスポット径に
集束されて反射鏡１６の凸凹゛部形成面に照射され、こ
こで反射される。このとき、土り反射光は、凸部１６ａ
と凹ｆｉｔｓ１６　ｂとでその光路長が異なるプζめに
干渉を生じ、この干渉の大きさくｄ光の強弱となって表
われ、光検出器２０で検出される。なお、もう一方のレ
ーデビーム１７ａも、上Ｈ己し−ザビームｌｌａと同様
に反射鏡１６の表面に照射され、干渉光として反射され
て光検出器で検出される。

したがって、ツールリフタアーム２の揺動に伴なって反
射鏡１６が移動していると、各反射レーザビーム１　ｌ
　ｂ　、　１７　ｂの干渉量もそれに伴なって変化する
ため、光検出器２ｏでは例えば第６図に示す如く三角波
状の光Ｆ７．変換出カＴＳＩ　、ＴＳ２が得られる。こ
れらの光電変換出力ＴＳＩ、ＴＳ２は、先に述べたよう
にその間隔ｔが ７＝２ＰＸｎ＋±Ｘ　２’Ｐ であるだめ、９０°の位相差を有する。

こうして得られた光電変換出力ＴＳ１．ＴＳ２は、信号
処理部３０の加算回路３１で相互に加算されて移動情報
検出回路３２に導びかれ、とこて上記位相関係からツー
ルリフタアーム２の揺動方向が求められ、また三角波信
号の波数を計数することによシ揺動量（回動角）が求め
られる。こうして求められた揺動方向および揺動量を示
す情報は、ボンディング制御回路８に導ひかれる。この
結果、ボンディング制御回路８は、上記各揺動情報を例
えば予め設定しである理想の揺動情報と比較してその差
キ求め、この差を零に近づけるべく作成した制御信号゛
を出力して、ソールリフタアーム２の揺動動作を制御す
る。したがって、ツールリフタアーム２は理想の揺動動
作に栖めて近い状態で動作し、この結果キャビンＩ７４
　ａは最適な荷重でボンディングを行ない、かつ高速度
の上下動作が可能となる。

一方、前記各反射レーザビーム１　ｌ　ｂ　、　１７ｂ
は、円柱レンズ１９で集束されて光検出器２０で受光さ
れるため、もし仮にレーザビーム１１ａ。

１７ａの焦点がずれていたとすると、第７図（ａ）のよ
うに真円の状態で受光されずに、第７図（ｂ）、に示す
如く対角線方向に長くなった状態で受光される。このよ
うな受光がなされると、各光検出部２０ａ、〜、２０ｄ
の対角線方向の受光強度差が加算器３３　、３４と差動
増幅器３５とにより検出される。そして、その差出力に
応じた信号がムービングコイル、駆動回路３６から出力
され、この結果ムービングコイル１８（でより対物レン
ズ１５が移動制御されて、レーザビーム１１ａ、１７ｂ
の焦点位置のずれが零となるように焦点調整される。な
お、第８シ］は、前言己差動増幅器３５の差出力Ｅと焦
点位置との関係を示すものである。したがって、この焦
点位置の自動調整により、前記移動情報の検出は極めて
安定な条件のもとになされる。

このように、本実施例の装置であれば、表面に所定幅の
凸凹部を形成した反射鏡１６をツールリフタアーム２に
取付け、上記反射鏡１６の表面に２つのレーザビームを
照射してその反射干渉光を受光し、この受光出力からツ
ールリフタアーム２の揺動状態を検出しているので、従
来のスリットを用いたエンコーダを用いた場合に比べて
、簡単な構成で高精度に揺動状態を検出することができ
る。まだ、従来のリンク機構を介して動作検出を行なう
場合と異なシ、ツールリフタアームに対し非接触で動作
状態を検出できるので、ツールリフタアーム２の負荷を
低減することができる。この結果、キャピラリ４ａを高
精度に制御し得てこれによ、！ｌｌｌｌｌｌポンディン
グ最適値に設定することができ、しかもツールリフタア
ーム２の駆動負荷を低減できることから、キャビ２ＩＪ
　４　ａの高速度動作が可能となシ、これ故がンディン
グの歩留りと生産性の向上をはかることができる。まだ
、本実施例では、反射レーザビームのゆがみを検出して
これを零にすべく対物レンズ１５の焦点位置を調整する
ようにしているので、焦点位置、のずれを常に低値に抑
えることができ、この結果検出精度をより一層高めるこ
とができる。したがって、キヤビンＩＪ　４　ａの上下
動の制御精度をさらに高めることができる。

なお、本発明は上記実施例に駆足されるものでｄ−々い
。例えば、ツールリフタアーム２０回動軸に、円板体の
表面に円周方向に連続する凸凹部を形成した反射鏡を取
着し、この反射鏡の凸凹部形成面に２つのレーザビーム
を照射してその反射干渉光を受光することによシ、ツー
ルリフタアーム２の回動方向と回動角とをそれぞれ検出
するようにしてもよい。また、前記実施例では、各レー
ザビームを発生するだめに２つのレーザ発振器を設けた
が、１つのレーザ発振器の出力レーザビームを２系統に
分割して２つのレーザビームを得るようにしてもよい。

さらに、反射鏡の表面が損傷することを防止するだめに
、透明な膜を被覆するか、もしくは透明なアクリル樹脂
で基板を作成し、これにアルミニウムの蒸着により凸凹
部を形成してこの凸凹部の非形成面側からレーザビーム
を照射するようにしてもよい。その他、反射鏡の設置位
置や構造１寸法、信号処理部の構成等についても本発明
の要旨を逸脱しない範囲で４：＋ｉｊ々変形して実施　
　ノできる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明は、表面に所定幅の凸凹部
を連続的に形成した反射鏡をソールリフタアームに一体
に設け、この反射鏡の表面に２つの可干渉ビーム光を所
定の相互間隔を有して照射し、上記凸凹部により干渉を
生じた上記可干渉ビーム光の反射光をそれぞれ光検出器
で受光してその各受光出力相互の位相関係と信号の波数
とから、ツールリフタアームの揺動方向および揺動量を
検出し、この検出値に基づ伝てキャピラリの上下動作を
制御するようにしだものである。

したがって、本発明によれば、ツールリフタアームの揺
動状態を高精度にしかも非接触に検出できるようにし得
てキャピラリの上下動作を精度良くしかも高速ｕ′２に
制御幅能とし、生沙性および歩留シの高いワイヤボンデ
ィング装置Ｈヲ提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例におりるワイヤ
ポンディング’Ａｆ？：ｉの＋１１゛Ｉ成を示すもの、
で、第１図はその平面図、第２図は側面図、第３図は移
動状態検出装僅゛の概略構成図、第４図および第５図は
間装Ｈ′ｖの要部構成図、第６図〜第８図は第３　Ｗｉ
に示しだ移動状態検出装部の作用説明に用いるためのも
ので、第６図は光電変換出力の信号波形図、第７図（ａ
）　、　（ｂ）は反射干渉光の光検出器における受光状
態を示す模式図、第８図は焦点調整用の信号と焦点位１
１８３°との関係を示す特性図である。 １°、°基台、２・・・ソールリフタアーム、４ａ・・
・キャピラリ、４ｂ・・・ツールアーム、５・・モータ
、６・・・光学系、１０・・・レーザ発振器、Ｉｌａ。 １７　ａ　・＝レーザビーム、１　ｌｂ　、”１７ｂ・
・・反射干渉光、１２・・・コリメートレンズ、１３・
・・ビームスプリッタ、１４・・・波長板、１５・・対
物レンズ、１６・・・反射鏡、１６ａ、１６ｂ・・・凸
凹部、１８・・・ムービングコイル、１９・・・円柱レ
ンズ、２０・・・光検出器、２０ａ＋〜、２０ｄ・・・
光検出部、３０・・・信号処理部。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第３図 １６ 第４図 第５図 一］ ２ 第６図 １６５ 第７図 （ａ）　　　　　　　　　　（ｂ） 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. デンディングキャピラリをツールリフタアームに支持し
   てこのツールリフタアームを揺動させることによシ上記
   デンディングキャピラリを上下動させ、これによシテン
   ディングを行なうワイヤデンディング装置において、表
   面に所定幅の凸凹部を連続的に形成してなシこれら凸凹
   部の形成方向が前記ツールリフタアームの揺動方向と一
   致するべくツールリフタアームに一体に設けられた反射
   鏡と、この反射鏡−の凸凹部形成面に所定の相互間隔を
   有して２つの可干渉ビーム光を照射する照射光学系と、
   前記各可干渉ビーム光の前記反射鏡による反射干渉光を
   各別に光検出器で受光する受光光学系と、前記各光検出
   器の受光出力信号相互の位相関係および信号波数に基づ
   いて前記ツールリフタアームの揺動方向および揺動量を
   検出する移動情報検出回路と、この移動情報検出回路で
   検出された揺動方向お本び揺動量の各情報に従ってツー
   ルリフタアームの揺動動作を制御しデンディングキャピ
   ラリに所望の動作を行なわし′めるデンディング制御回
   路とを具備したことを特徴とするワイヤデンディング装
   置。