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JP3370551B2 - ワイヤボンディング装置及びそのボンディング荷重補正方法 - Google Patents

ワイヤボンディング装置及びそのボンディング荷重補正方法

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JP3370551B2
JP3370551B2 JP09973397A JP9973397A JP3370551B2 JP 3370551 B2 JP3370551 B2 JP 3370551B2 JP 09973397 A JP09973397 A JP 09973397A JP 9973397 A JP9973397 A JP 9973397A JP 3370551 B2 JP3370551 B2 JP 3370551B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボンディングアー
ムが板ばねを介して上下方向に揺動自在に支持されたワ
イヤボンディング装置及びそのボンディング荷重補正方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボンディングアームが板ばねを介して上
下方向に揺動自在に支持されたワイヤボンディング装置
は、図４に示すような構造となっている。一端にボンデ
ィングツール１を有するボンディングアーム２は、支持
フレーム３の一端に固定されている。支持フレーム３
は、十字状に組み付けられた板ばね４を介して移動テー
ブル５に上下方向に揺動自在に取付けられ、移動テーブ
ル５はＸＹテーブル６に搭載されている。支持フレーム
３の他端には、リニアモータ７のコイル８が固定され、
またリニアモータ７のマグネット９は移動テーブル５に
固定されている。支持フレーム３の後端にはリニアスケ
ール１０が固定されており、リニアスケール１０に対向
して移動テーブル５には位置センサ１１が固定されてい
る。またワイヤボンディング装置は図示しないワークを
加熱するヒートブロック１５を有し、ヒートブロック１
５は上下動機構１６で上下動させられる。なお、この種
のワイヤボンディング装置として、例えば特開昭５８−
１８４７３４号公報、特開平６−２９３４３号公報、特
公平６−８０６９７号公報が挙げられる。
【０００３】従って、リニアモータ７の駆動によって支
持フレーム３及びボンディングアーム２が板ばね４を中
心として揺動し、ボンディングツール１が上下移動す
る。またＸＹテーブル６の駆動によって移動テーブル
５、支持フレーム３、ボンディングアーム２及びボンデ
ィングツール１がＸＹ方向に移動する。このボンディン
グツール１の上下移動及びＸＹ方向の移動の組合せによ
って、図示しないワーク上の第１ボンディング点と第２
ボンディング点間にボンディングツール１に挿通された
図示しないワイヤを接続する。ここで、第１ボンディン
グ点には、ワイヤの先端に形成されたボールがボンディ
ングされ、第２ボンディング点にはワイヤの他端がボン
ディングされる。第１ボンディング点及び第２ボンディ
ング点にワイヤをボンディングする時、ボンディングツ
ール１によってボール又はワイヤをワーク上のボンディ
ング点に押し付けて接続するために、リニアモータ７か
らボンディング荷重が掛けられる。
【０００４】次に各ブロックの動作及びリニアモータ７
の制御の形態について説明する。外部入出力手段２０
は、コンピュータ２１に対して動作に必要な各種情報の
入出力を行う。これは手動操作であっても、外部装置と
のオンライン通信による操作であっても良い。コンピュ
ータ２１は、制御回路２２、演算回路２３、基準座標レ
ジスタ２４、荷重リミット値レジスタ２５及び高さ位置
カウンタ２６を有し、制御回路２２は、外部入出力手段
２０、演算回路２３、基準座標レジスタ２４、荷重リミ
ット値レジスタ２５及び高さ位置カウンタ２６を制御す
る。
【０００５】基準座標レジスタ２４には、ボンディング
アーム２の高さ位置が格納される。この値は１つの位置
指令となり、位置制御回路３０に入力される。すると位
置制御回路３０は前回の位置指令と、新たな位置指令と
を比較し、その差分から移動量を生成する。この移動量
は、ドライブ信号３３としてモータドライバ３１に伝達
される。
【０００６】一方、荷重リミット値レジスタ２５には、
ボンディング荷重の上限値を示す値が格納され、リミッ
ト情報３４としてモータドライバ３１に伝達される。モ
ータドライバ３１は、ドライブ信号３３により、ボンデ
ィングツール１を指定した高さ位置に移動させるための
電力を生成すると同時に、リミット情報３４によりボン
ディング荷重の上限値を越えないように電力を制限する
働きを併せ持っている。なお、電力は、電圧及び電流の
積であるから、実際のリニアモータ７の制御は、電圧又
は電流のいずれか一方又は両方を制御すれば良い。従っ
て、以後はリニアモータ７に流すドライブ電流３５を制
御する制御方式について説明する。このドライブ電流３
５を制御する回路としては、例えば特公平６−１８２２
２号公報が挙げられる。モータドライバ３１で生成され
たドライブ電流３５がリニアモータ７のコイル８に印加
されると駆動力が発生する。この駆動力により、支持フ
レーム３、ボンディングアーム２及びボンディングツー
ル１が板ばね４を支点として揺動する。
【０００７】高さ位置カウンタ２６は、位置センサ１１
からの信号をコンピュータ２１に入力するのに適した信
号形式に変換するエンコーダ３２からの信号を計数し
て、リニアスケール１０の実際の高さ位置を生成する。
コンピュータ２１には、予めリニアスケール１０の上下
方向の移動量に対する、ボンディングツール１の上下方
向の移動量との比率と量子化係数（１単位が何μｍか）
が与えられているので、これを基にして、高さ位置カウ
ンタ２６の示す値を演算回路２３で演算することによ
り、ボンディングツール１の実際の高さ位置が求まる。
【０００８】次に従来のボンディング荷重の校正方法に
ついて説明する。まず、ボンディングツール１の先端部
真下にロードセル４０の突起部４１（検出部）が位置す
るようにロードセル４０をヒートブロック１５上に置
く。ロードセル４０は荷重計４２に接続されていて、常
にロードセル４０に加えられた荷重を表示する。次に上
下動機構１６を作動させてヒートブロック１５及びロー
ドセル４０を上下動させ、ボンディングアーム２が水平
になるように調整する。ここで、ボンディングアーム２
を水平に調整するのは、次の理由による。ボンディング
アーム２及びボンディングツール１は板ばね４を中心と
して揺動する。従って、ボンディング点にボンディング
ツール１が接触した時にボンディングツール１が垂直、
即ちボンディングアーム２が水平状態であるのが好まし
い。
【０００９】前記のようにボンディングアーム２を水平
に調整した状態で、外部入力手段２０によって、コンピ
ュータ２１にボンディングアーム２を水平にするよう指
示が与えられる。この指示により、制御回路２２は基準
座標レジスタ２４を通して位置制御回路３０に対し、そ
のための制御情報を送出する。またモータドライバ３１
に対しては、ドライブ電流３５を制限するためのリミッ
ト情報３４を送出する。位置制御回路３０からは、ドラ
イブ電流３５を生成するためのドライブ信号３３がモー
タドライバ３１に送られる。モータドライバ３１は、こ
のドライブ信号３３を基に、指定された極性及び電流量
のドライブ電流３５を生成し、コイル８に対し出力す
る。但し、ドライブ電流３５がコンピュータ２１から指
示されたリミット値を越える場合には、ドライブ電流３
５の電流量をリミット値までに制限する。以後、コンピ
ュータ２１からのボンディングアーム２の移動に関する
指示はこのように伝達される。
【００１０】次に、外部入出力手段２０よりボンディン
グ荷重（例えば２０ｇ）が設定されると、上記動作によ
りロードセル４０に荷重が印加される。この時、ロード
セル４０に接続された荷重計４２に実ボンディング荷重
の値が表示されるので、この値が、設定されたボンディ
ング荷重と等しくなるようにドライブ電流３５を調節す
る必要がある。そのため、コンピュータ２１から指示さ
れたリミット情報３４と実際に制限されるボンディング
荷重の値との対応を外部入出力手段２０を手動操作して
変更している。設定されたボンディング荷重と荷重計４
２に表示された実ボンディング荷重の値が一致したら、
ボンディング荷重を別の値（例えば２００ｇ）に設定し
て再び上記操作を繰り返し行う。このようにして、設定
されたボンディング荷重と実ボンディング荷重との誤差
を極力なくしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】支持フレーム３を板ば
ね４で上下方向に揺動自在に支持した方式においては、
コイル８にドライブ電流３５が流れていない時、即ちリ
ニアモータ７に駆動力が発生していない時には、ボンデ
ィングアーム２は、図５（ｂ）に示すように、板ばね４
で支持するボンディングツール１、ボンディングアーム
２、支持フレーム３、コイル８、リニアスケール１０等
の重量バランスと板ばね４の付勢力との均衡位置Ｂで静
止する。板ばね４の付勢力は、ボンディングアーム２を
均衡位置Ｂに戻す方向に働く。即ち、図５（ａ）に示す
ように、ボンディングアーム２が均衡位置Ｂより上方位
置Ａにある時は、均衡位置Ｂへ押し下げようとする付勢
力が発生する。図５（ｃ）（ｄ）に示すように、ボンデ
ィングアーム２が均衡位置Ｂより下方位置Ｃ及びＤにあ
る時は、均衡位置Ｂへ押し上げようとする付勢力が発生
する。この板ばね４の付勢力の変化を図６に示す。な
お、均衡位置Ｂはワイヤボンディング装置の機構及び機
種により異なり、均衡位置Ｂにおけるボンディングアー
ム２は、図５（ｃ）に示す水平位置とは限らない。
【００１２】均衡位置Ｂより上方の上方位置Ａに変位す
るほど板ばね４により下方へ引き下げる力が大きくな
り、本来のボンディング荷重に板ばね４の付勢力が加わ
る。従って、その分だけ実ボンディング荷重は大きくな
る。また下方位置Ｃ及びＤに変位するほど板ばね４によ
り上方に引き上げられる力が大きくなり、本来のボンデ
ィング荷重を相殺する。従って、その分だけ実ボンディ
ング荷重は小さくなる。このように、ボンディングアー
ム２の高さ位置が板ばね４による均衡位置Ｂより離れる
ほど、設定ボンディング荷重と実ボンディング荷重との
誤差が大きくなるという問題があった。
【００１３】従来のボンディング荷重校正方法において
は、ボンディング点の高さ位置をボンディングアーム２
の水平位置Ｃにして設定ボンディング荷重を調整するの
みであり、板ばね４で支持されたボンディングツール
１、ボンディングアーム２、支持フレーム３、コイル
８、リニアスケール１０等の重量バランスと板ばね４の
付勢力との関係については全く考慮されていなかった。
ところで、ボンディングされるワークは、ワークの種類
によってボンディング点の高さが異なる。また第１ボン
ディング点と第２ボンディング点とではボンディング点
の高さが異なる場合がある。従って、均衡位置Ｂ以外の
位置でボンディングが行われる場合には、板ばね４の付
勢力が発生してボンディング荷重に影響するので、実ボ
ンディング荷重は設定されたボンディング荷重と等しく
ならなかった。
【００１４】一方、ボンディングアーム２の位置Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄによりコイル８の高さ位置及び傾斜が変わる
ので、コイル８の受ける磁束密度もが変わる。このこと
を図５、図７及び図８により説明する。図７及び図８は
コイル８が各位置にある時のコイル８とマグネット９の
位置関係における磁束密度の関係を示す。図７（ａ）は
ボンディングアーム２が図５（ａ）の位置Ａにある時、
図７（ｂ）はボンディングアーム２が図５（ｃ）の位置
Ｃにある時、図７（ｃ）はボンディングアーム２が図５
（ｄ）の位置Ｄにある時のそれぞれの磁束４０を示す。
ボンディングアーム２が位置Ｂにある時は、図７（ａ）
と図７（ｂ）の中間関係にある。
【００１５】コイル８の巻線８ａがマグネット９のヘッ
ド部９ａに近づくほど磁束密度が高くなり、コイル８の
受ける磁束４０の影響は強くなる。即ち、図７（ｂ）の
位置Ｃの時が最も磁束密度が大きく、それだけ強い駆動
力を発生することができる。しかし、図７（ａ），
（ｃ）のように、コイル８がマグネット９から離れた
り、角度を持ったりすると、位置Ｃと比較して磁束密度
が減少するので、駆動力はその分低下する。従って、各
位置において同じ駆動力を得るには、磁束密度の減少分
に応じてこれを補正する分多く電流を流す必要がある。
しかし、上記従来技術は、コイル８の受ける磁束密度の
変化については何ら考慮されていなかった。
【００１６】本発明の課題は、ボンディング点がどの高
さ位置にあっても、設定されたボンディング荷重に等し
い実ボンディング荷重を得ることができるボンディング
装置及びそのボンディング荷重補正方法を提供すること
にある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の装置は、一端部にボンディングツールを有し
板ばねを介して上下方向に揺動自在に支持されたボンデ
ィングアームと、このボンディングアームを揺動駆動す
るリニアモータと、前記ボンディングアームの上下方向
の位置を検知する位置センサと、この位置センサからの
信号を処理してボンディングアームの高さ位置と前記リ
ニアモータに流すドライブ電流のリミット値を算出する
コンピュータと、このコンピュータからの指令により前
記ボンディングアームの高さ位置の維持又は移動の制御
を行う位置制御回路と、この位置制御回路からの指令に
より前記ドライブ電流を発生させ、かつ前記コンピュー
タからの指令により前記ドライブ電流量を制限する電流
リミッタ機能を有するモータドライバと、前記コンピュ
ータに指示を入力し、またコンピュータからの結果を出
力する外部入出力手段とを備えたワイヤボンディング装
置において、前記コンピュータは、ボンディングアーム
の高さ位置における板ばねの付勢力を補正する補正電流
値及びボンディング荷重に応じたドライブ電流のリミッ
ト値を記憶したメモリを有することを特徴とする。
【００１８】上記課題を解決するための本発明の方法
は、一端部にボンディングツールを有し板ばねを介して
上下方向に揺動自在に支持されたボンディングアーム
と、このボンディングアームを揺動駆動するリニアモー
タと、前記ボンディングアームの上下方向の位置を検知
する位置センサと、この位置センサからの信号を処理し
てボンディングアームの高さ位置と前記リニアモータに
流すドライブ電流のリミット値を算出するコンピュータ
と、このコンピュータからの指令により前記ボンディン
グアームの高さ位置の維持又は移動の制御を行う位置制
御回路と、この位置制御回路からの指令により前記ドラ
イブ電流を発生させ、かつ前記コンピュータからの指令
により前記ドライブ電流量を制限する電流リミッタ機能
を有するモータドライバと、前記コンピュータに指示を
入力し、またコンピュータからの結果を出力する外部入
出力手段とを備えたワイヤボンディング装置において、
リニアモータに流す電流量とボンディングアームの高さ
位置との関係から板ばねの付勢力を求め、その付勢力を
補正するようにリニアモータに流す電流を制御すること
を特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１乃至図
３により説明する。なお、図４及び図５と同じ又は相当
部材には、同一符号を付しその詳細な説明は省略する。
図１に示すように、コンピュータ２１のメモリ４５に
は、ボンディングアーム２の各位置Ａ・・Ｂ・・Ｃ・・
Ｄにより、板ばね４の付勢力及びリニアモータ７のコイ
ル８の受ける磁束密度の変化を補正するために必要な補
正電流値４６と、ドライブ電流３５のリミット値４７と
が格納されている。以下、補正電流値４６及びリミット
値４７の設定方法を図５を参照しながら図２及び図３に
より説明する。
【００２０】負荷が板ばね４のばね荷重のみであり、実
ボンディング荷重が０ｇとなる、いわゆる無負荷時の状
態におけるコイル８の位置とドライブ電流３５との関係
を調査した。手順としては、まず、ボンディングアーム
２を図５（ａ）に示す位置Ａに移動させ静止させる。こ
の時の板ばね４の付勢力は、ボンディングアーム２を下
方へ押し下げようとする方向に働く。またコイル８から
発生する駆動力は、板ばね４の付勢力を相殺するに等し
い力である。ボンディング荷重のリミット値（荷重リミ
ット値レジスタ２５に格納されている値）は、板ばね４
の付勢力を相殺できるドライブ電流３５をコイル８へ流
せるように、ある程度上限値を上げて余裕を持った値に
しておく。次にドライブ電流３５のリミット値（絶対
値）を徐々に下げる。すると、ある所でドライブ電流３
５が減少してコイル８から発生する駆動力が板ばね４の
付勢力を下回り、ボンディングアーム２の高さ位置が下
降するので、その直前の高さ位置と、ドライブ電流３５
のリミット値をメモリ４５に記憶しておく。この上記手
順で記憶したリミット値が板ばね４の付勢力を相殺する
駆動力を発生させるドライブ電流３５の電流量に相当す
る値である。
【００２１】次にボンディングアーム２を図５（ｄ）に
示す位置Ｄに移動させて静止させる。そして、前記した
と同様に、ドライブ電流３５のリミット値を徐々に下げ
る。すると、ある所でボンディングアーム２の高さ位置
が上昇するので、その直前の高さ位置と、ドライブ電流
３５のリミット値をメモリ４５に記憶しておく。
【００２２】前記した調査を複数カ所の位置について求
め、各位置間は演算回路２３で線形補間して求める。こ
の関係を表すと図２のようになる。これにより、設定さ
れたボンディング高さ位置から、板ばね４の付勢力を相
殺するために必要な基本電流量が求められる。この基本
電流量に、設定したボンディング荷重分に相当する電流
（実荷重電流）を加えた電流量が実際のコイル８に印加
されるドライブ電流３５の量となる。即ち、設定された
高さ位置に対する板ばね４の付勢力を相殺するので、高
さ位置がどこであっても設定値に等しいボンディング荷
重が得られる。また機差や人的要因による校正差が生じ
ないので、信頼性のある校正ができる。ここで、点Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄは、図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の
各位置を示す。
【００２３】図２をボンディングアーム２の高さ位置と
ドライブ電流３５の関係に置き換えると、図３の無負荷
（０ｇ）時のようになる。図３には、無負荷時の他に１
例として、２０ｇ、２００ｇのボンディング荷重をボン
ディングツール１へ印加した状態も示した。図３より、
ボンディングアーム２の高さ位置の変化によりドライブ
電流３５がどのように変化するかが判る。
【００２４】ドライブ電流３５の成分には、指定した高
さ位置に移動するための基準電流（位置指令電流）と、
高さ位置による磁束密度の低下による駆動力の低下を補
う補正電流（駆動補正電流）と、板ばね４のばね荷重に
よる高さ位置の補正電流（ばね荷重補正電流）と、前記
実荷重電流とがある。この内、位置指令電流と駆動補正
電流とばね荷重補正電流とを加算した基本電流が無負荷
時のドライブ電流３５となる。更に、これに実荷重電流
を加算した電流が実際の荷重を伴ったドライブ電流３５
となる。
【００２５】位置Ａにおいては、磁束密度の低下により
駆動力は低下し、またばね荷重はボンディングアーム２
を下方へ移動させる方向に発生する。従って、補正電流
には、駆動補正電流及びばね荷重補正電流とがある。こ
の駆動補正電流は、ボンディングアーム２を上方へ駆動
する方向に流れる。また、この時のばね荷重補正電流
は、ボンディングアーム２を上方へ駆動する方向に流れ
る。
【００２６】位置Ｂにおいては、磁束密度の低下により
駆動力は低下するが、ばね荷重は発生しない。従って、
補正電流は駆動補正電流のみである。この駆動補正電流
は、ボンディングアーム２を上方へ駆動する方向に流れ
る。
【００２７】位置Ｃにおいては、磁束密度の低下は無い
が、ばね荷重はボンディングアーム２を上方へ移動させ
る方向に発生する。従って、補正電流は、ばね荷重補正
電流のみである。このばね荷重補正電流は、ボンディン
グアーム２を下方へ駆動する方向に流れる。
【００２８】位置Ｄにおいては、磁束密度の低下により
駆動力は低下し、またばね荷重はボンディングアーム２
を上方へ移動させる方向に発生する。従って、補正電流
には、駆動補正電流及びばね荷重補正電流とがある。こ
の駆動補正電流は、ボンディングアーム２を下方へ駆動
する方向に流れる。また、この時のばね荷重補正電流
は、ボンディングアーム２を下方へ駆動する方向に流れ
る。
【００２９】上記に説明した電流の方向の定義を、ボン
ディングアーム２を上方に移動させる方向が「＋」、ボ
ンディングアーム２を下方に移動させる方向が「−」と
すると、表１のようになる。
【表１】
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、リニアモータに流す電
流量とボンディングアームの高さ位置との関係から板ば
ねの付勢力を求め、その付勢力を補正するようにリニア
モータに流す電流を制御するので、ボンディング点がど
の高さ位置にあっても、設定されたボンディング荷重に
等しい実ボンディング荷重を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤボンディング装置の一実施の形
態を示す説明図である。
【図２】無負荷時の状態でのコイルの高さ位置とドライ
ブ電流との関係図である。
【図３】ボンディングアームの高さ位置とドライブ電流
との関係図である。
【図４】従来のワイヤボンディング装置の説明図であ
る。
【図５】ボンディングアームの高さ位置によるリニアモ
ータのコイルとマグネットとの関係図である。
【図６】ボンディングアームの高さ位置と板ばねのばね
荷重との関係図である。
【図７】コイルが各位置にある時の磁束密度の関係を示
す説明図である。
【図８】コイルが受ける磁束とマグネットからの距離と
の関係図である。
【符号の説明】
１ ボンディングツール ２ ボンディングアーム ４ 板ばね ７ リニアモータ １１ 位置センサ ２０ 外部入出力手段 ２１ コンピュータ ３０ 位置制御回路 ３１ モータドライバ ３２ エンコーダ ４５ メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一端部にボンディングツールを有し板ば
    ねを介して上下方向に揺動自在に支持されたボンディン
    グアームと、このボンディングアームを揺動駆動するリ
    ニアモータと、前記ボンディングアームの上下方向の位
    置を検知する位置センサと、この位置センサからの信号
    を処理してボンディングアームの高さ位置と前記リニア
    モータに流すドライブ電流のリミット値を算出するコン
    ピュータと、このコンピュータからの指令により前記ボ
    ンディングアームの高さ位置の維持又は移動の制御を行
    う位置制御回路と、この位置制御回路からの指令により
    前記ドライブ電流を発生させ、かつ前記コンピュータか
    らの指令により前記ドライブ電流量を制限する電流リミ
    ッタ機能を有するモータドライバと、前記コンピュータ
    に指示を入力し、またコンピュータからの結果を出力す
    る外部入出力手段とを備えたワイヤボンディング装置に
    おいて、前記コンピュータは、ボンディングアームの高
    さ位置における板ばねの付勢力を補正する補正電流値及
    びボンディング荷重に応じたドライブ電流のリミット値
    を記憶したメモリを有することを特徴とするワイヤボン
    ディング装置。
  2. 【請求項２】 一端部にボンディングツールを有し板ば
    ねを介して上下方向に揺動自在に支持されたボンディン
    グアームと、このボンディングアームを揺動駆動するリ
    ニアモータと、前記ボンディングアームの上下方向の位
    置を検知する位置センサと、この位置センサからの信号
    を処理してボンディングアームの高さ位置と前記リニア
    モータに流すドライブ電流のリミット値を算出するコン
    ピュータと、このコンピュータからの指令により前記ボ
    ンディングアームの高さ位置の維持又は移動の制御を行
    う位置制御回路と、この位置制御回路からの指令により
    前記ドライブ電流を発生させ、かつ前記コンピュータか
    らの指令により前記ドライブ電流量を制限する電流リミ
    ッタ機能を有するモータドライバと、前記コンピュータ
    に指示を入力し、またコンピュータからの結果を出力す
    る外部入出力手段とを備えたワイヤボンディング装置に
    おいて、リニアモータに流す電流量とボンディングアー
    ムの高さ位置との関係から板ばねの付勢力を求め、その
    付勢力を補正するようにリニアモータに流す電流を制御
    することを特徴とするワイヤボンディング装置のボンデ
    ィング荷重補正方法。
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