(57)【要約】【課題】ボンディング装置において、簡便な方法で精度よくボンディングツールの振巾測定を行う。【解決手段】超音波ホーン１２と、キャピラリ１７と、超音波ホーン１２が振動した際に超音波ホーン１２の節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジ１４と、金属製で一体に成形され、先端側ブロック２１ａと後端側ブロック２１ｂと接続板２４とを含み、超音波ホーンの振動によって先端側ブロック２１ａと後端側ブロック２１ｂとの間の間隔が超音波ホーン１２の長手方向に沿って変動するボンディングアーム２１と、超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサ３１と、荷重センサ３１によって検出する荷重信号を変換してキャピラリ１７の振巾を測定する振巾測定部５０を備える。【選択図】図１
2010245168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節の位置で、超音波ホーンの長手方向及びボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられ、超音波ホーンが振動した際に超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、
金属製で一体に成形され、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、第一のブロックと第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、フランジの微小振動によって変形して第一のブロックと第二のブロックとの間の間隔が超音波ホーンの長手方向に沿って変動するボンディングアームと、
ボンディングツールの動作方向に沿って超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、第一のブロックと第二のブロックとの間に挟み込まれて第一のブロックと第二のブロックとの間の超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、
ボンディングツールが無負荷の状態で超音波振動子により超音波ホーンを振動させた際に荷重センサによって検出する荷重信号を変換してボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定する振巾測定部と、
を備えることを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
ボンディング装置のボンディングツール振巾測定方法であって、
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節の位置で、超音波ホーンの長手方向及びボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられ、超音波ホーンが振動した際に超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、
金属製で一体に成形され、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、第一のブロックと第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、フランジの微小振動によって変形して第一のブロックと第二のブロックとの間の間隔が超音波ホーンの長手方向に沿って変動するボンディングアームと、
ボンディングツールの動作方向に沿って超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、第一のブロックと第二のブロックとの間に挟み込まれて第一のブロックと第二のブロックとの間の超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、を備えるボンディング装置を準備し、
ボンディングツールを無負荷状態として超音波振動子により超音波ホーンを振動させ、荷重センサによって検出する荷重信号を変換してボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定すること、
を特徴とするボンディングツール振巾測定方法。
【請求項３】
ボンディング装置のボンディングツール振巾較正方法であって、
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、
超音波ホーンの振動の節の位置で、超音波ホーンの長手方向及びボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられ、超音波ホーンが振動した際に超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、
金属製で一体に成形され、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、第一のブロックと第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、フランジの微小振動によって変形して第一のブロックと第二のブロックとの間の間隔が超音波ホーンの長手方向に沿って変動するボンディングアームと、
ボンディングツールの動作方向に沿って超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、第一のブロックと第二のブロックとの間に挟み込まれて第一のブロックと第二のブロックとの間の超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、を備えるボンディング装置を準備し、
ボンディングツールを無負荷状態として基準印加電圧で超音波振動子により超音波ホーンを振動させ、荷重センサによって検出する荷重信号を変換してボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定し、測定した振巾と目標振巾とを比較し、比較結果に基づいて超音波振動子の振巾が目標振巾となる様に超音波振動子への印加電圧を変更すること、
を特徴とするボンディングツールの振巾較正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボンディング装置の構造及びボンディング装置に取り付けられているボンディングツールの振巾測定方法ならびに振巾較正方法に関する。
【０００２】
電子部品の製造においては、基板に取り付けられた半導体の電極と基板の電極との間を金ワイヤで接続するワイヤボンディング装置が用いられている。このワイヤボンディング装置は、超音波ホーンの先端に取り付けられたボンディングツールであるキャピラリを超音波振動させながら半導体チップと基板の電極とに押し付けて、キャピラリに挿通したワイヤを各電極に接合していくものである。
【０００３】
しかし、各ワイヤボンディング装置のキャピラリ先端の振巾は、キャピラリが取りけられている超音波ホーンの固有振動数の違いや超音波振動子の個体差によって異なるものであるため、各ワイヤボンディング装置の接合特性がバラツキ、品質管理上の問題が生じることがあった。
【０００４】
このため、レーザドップラ計によってキャピラリの振動を計測し、キャピラリの振動が所定の条件に合わない場合には、ボンディング動作を停止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、超音波振動をしていない場合のキャピラリの画像と超音波振動をしている場合のキャピラリの画像とをカメラによって取得し、その取得した各画像のキャピラリの幅の増加を計測することによってキャピラリの振巾を測定し、その振巾を制御装置にフィードバックする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１４２０４９号公報
【特許文献２】特許第３８０２４０３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されたレーザドップラ計を用いる方法は、精度よくキャピラリの振巾を測ることができるものの、各ワイヤボンディング装置にキャピラリの振巾測定用のレーザドップラ計を取り付ける必要があることから、装置が大型となってしまうという問題があった。また、特許文献２に記載された、カメラによって取得した画像を処理する方法は、ワイヤボンディング装置に搭載しているカメラを兼用できることから装置は簡便になるものの、取得した画像の輪郭をはっきりと確定することが困難で、測定精度が低いという問題があった。
【０００８】
本発明は、ボンディング装置において、簡便な方法で精度よくボンディングツールの振巾測定を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のボンディング装置は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節の位置で、超音波ホーンの長手方向及びボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられ、超音波ホーンが振動した際に超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、金属製で一体に成形され、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、第一のブロックと第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、フランジの微小振動によって変形して第一のブロックと第二のブロックとの間の間隔が超音波ホーンの長手方向に沿って変動するボンディングアームと、ボンディングツールの動作方向に沿って超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、第一のブロックと第二のブロックとの間に挟み込まれて第一のブロックと第二のブロックとの間の超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、ボンディングツールが無負荷の状態で超音波振動子により超音波ホーンを振動させた際に荷重センサによって検出する荷重信号を変換してボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定する振巾測定部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明のボンディング装置のボンディングツール振巾測定方法は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節の位置で、超音波ホーンの長手方向及びボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられ、超音波ホーンが振動した際に超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、金属製で一体に成形され、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、第一のブロックと第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、フランジの微小振動によって変形して第一のブロックと第二のブロックとの間の間隔が超音波ホーンの長手方向に沿って変動するボンディングアームと、ボンディングツールの動作方向に沿って超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、第一のブロックと第二のブロックとの間に挟み込まれて第一のブロックと第二のブロックとの間の超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、を備えるボンディング装置を準備し、ボンディングツールを無負荷状態として超音波振動子により超音波ホーンを振動させ、荷重センサによって検出する荷重信号を変換してボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定することを特徴とする。
【００１１】
本発明のボンディング装置のボンディングツール振巾較正方法は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節の位置で、超音波ホーンの長手方向及びボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられ、超音波ホーンが振動した際に超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、金属製で一体に成形され、超音波ホーンのフランジが固定されるフランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、第一のブロックと第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、フランジの微小振動によって変形して第一のブロックと第二のブロックとの間の間隔が超音波ホーンの長手方向に沿って変動するボンディングアームと、ボンディングツールの動作方向に沿って超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、第一のブロックと第二のブロックとの間に挟み込まれて第一のブロックと第二のブロックとの間の超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、を備えるボンディング装置を準備し、ボンディングツールを無負荷状態として基準印加電圧で超音波振動子により超音波ホーンを振動させ、荷重センサによって検出する荷重信号を変換してボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定し、測定した振巾と目標振巾とを比較し、比較結果に基づいて超音波振動子の振巾が目標振巾となる様に超音波振動子への印加電圧を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、ボンディング装置において、簡便な方法で精度よくボンディングツールの振巾測定を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態におけるワイヤボンディング装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態のワイヤボンディング装置におけるボンディングアームの下面を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態のワイヤボンディング装置におけるボンディングアームの上面を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態のワイヤボンディング装置における超音波ホーンが振動した際の各部の変形を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態のワイヤボンディング装置におけるキャピラリの振巾測定とキャピラリの振巾の較正とを示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態のワイヤボンディング装置における振巾測定部の信号処理系統と信号の変化を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態のワイヤボンディング装置１０は、基体部であるボンディングヘッド１１と、超音波振動子１３と、超音波ホーン１２と、ボンディングツールであるキャピラリ１７と、超音波ホーン１２に設けられたフランジ１４と、ボンディングアーム２１と、荷重センサ３１と、駆動モータ４５と、振巾測定部５０と、制御部６０と、ボンディング対象である半導体チップ３４や基板３５を吸着固定するボンディングステージ３３と、を備えている。図１において、超音波ホーン１２の長手方向はＹ方向で、キャピラリ１７が基板３５または半導体チップ３４の表面に接離する方向は高さ方向のＺ方向であり、フランジ１４の延びる水平面内で超音波ホーン１２の長手方向と直角方向がＸ方向である。
【００１５】
ボンディングヘッド１１にはボンディングアーム２１を回転駆動する駆動モータ４５が設けられている。超音波振動子１３は複数枚の圧電素子を重ね合わせたもので、超音波ホーン１２の後端側に取り付けられている。また、超音波ホーン１２の先端にはキャピラリ１７が取り付けられている。後で説明する超音波ホーン１２の振動の節となる位置にはフランジ１４が設けられ、フランジ１４はボンディングアーム２１先端のフランジ取り付け面２２に固定ボルト１６によって固定されている。
【００１６】
ボンディングアーム２１は、ボンディングヘッド１１に設けられた回転軸３０の周りに回転自在に取り付けられている。ボンディングアーム２１の回転中心４３はボンディングステージ３３の上に吸着された基板３５の表面、或いは基板３５に取り付けられている半導体チップ３４の表面と同一面上にある。
【００１７】
ボンディングアーム２１は超音波ホーン１２の中心軸１５の方向に延びる略直方体で、フランジ取り付け面２２のある第一のブロックである先端側ブロック２１ａと回転中心４３を含む第二のブロックである後端側ブロック２１ｂとを有しており、先端側ブロック２１ａと後端側ブロック２１ｂとは超音波ホーン１２の中心軸１５を含む高さ方向位置（Ｚ方向位置）に設けられた接続板２４によって接続されている。先端側ブロック２１ａと後端側ブロック２１ｂと接続板２４とはマグネシウムなどの金属によって一体に構成され、ボンディングアーム２１のボンディング面４１側とボンディング面４１と反対側にはボンディングアーム２１の先端側ブロック２１ａと後端側ブロック２１ｂとを仕切る細い溝２３，２５が設けられ、ボンディングアーム２１のボンディング面４１と反対側であるＺ方向上側には荷重センサ３１を取り付けるための溝２６がボンディングアーム２１の先端側ブロック２１ａと後端側ブロック２１ｂとの間に設けられている。接続板２４は溝２５と溝２３の間にある薄板状の部分である。
【００１８】
図１、図２に示すように、ボンディングアーム２１のボンディング面４１側には、超音波ホーン１２と超音波振動子１３とを収容できる深さの窪み２９が設けられている。先端側ブロック２１ａの窪み２９ａは、フランジ取り付け面２２から後端側ブロック２１ｂに向って広がる台形形状となっており、フランジ取り付け面２２側の溝の幅は超音波ホーン１２が接触しないようにその幅よりも若干広く、後端側ブロック２１ｂ側の幅は超音波振動子１３をその内側に格納できる幅となっている。窪み２９ａのない先端側ブロック２１ａの上半は、略直方体のブロックとなっている。後端側ブロック２１ｂの窪み２９ｂは先端側ブロック２１ａの後端側の幅と同一の幅の長方形の窪みとなっている。窪み２９ｂのない後端側ブロック２１ｂの上半は略直方体のブロックとなっている。
【００１９】
図１及び図３に示すように、溝２６に取り付けられた荷重センサ３１はボンディングアーム２１の先端側ブロック２１ａから後端側ブロック２１ｂに向かってねじ込まれているねじ２７によって先端側ブロック２１ａと後端側ブロック２１ｂとの間で挟みこまれて与圧されるよう構成されている。荷重センサ３１はその中心軸２８が超音波ホーン１２の中心軸１５からボンディング面４１とキャピラリ１７の先端１７ａとの接離方向であるＺ方向に距離Ｌだけオフセットして取り付けられている。また、図３に示すように、荷重センサ３１はボンディングアーム２１の幅方向の中央部に取り付けられ、ねじ２７は荷重センサ３１の両側に設けられている。
【００２０】
図１に示すように、荷重センサ３１は振巾測定部５０と制御部６０とに接続され、超音波振動子１３と駆動モータ４５と振巾測定部５０とは制御部６０に接続され、制御部６０の指令によって超音波振動子１３の出力と駆動モータ４５の回転方向と出力が制御され、振巾測定部５０によって検出した振巾は制御部６０に入力されるよう構成されている。振巾測定部５０、制御部６０は内部にＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータとして構成されていてもよいし、検出、制御のシステムを電気回路によって構成したものであってもよい。
【００２１】
そして、制御部６０によって駆動モータ４５が駆動されるとボンディングアーム２１が回転し、キャピラリ１７の先端１７ａがボンディング対象である半導体チップ３４の表面あるいは基板３５の表面に押し付けられると、荷重センサ３１は圧縮されてキャピラリ１７の軸方向（Ｚ方向）にかかる力を検出し、制御部６０に出力する。制御部６０は荷重センサ３１によって取得したキャピラリ１７のＺ方向の荷重を所定の範囲にするよう駆動モータ４５を制御する。
【００２２】
上記のように構成されたワイヤボンディング装置１０のキャピラリ１７の先端１７ａが図１に示す基板３５あるいは半導体チップ３４から離れ、キャピラリ１７に軸方向の力がかかっていない無負荷状態において、超音波振動子１３に電圧を印加して振動させ、超音波ホーン１２を振動させた際の各部の振動の状態について図４（ａ）、図４（ｂ）を参照しながら説明する。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、超音波振動子１３に電圧が印加されて超音波振動子１３が振動すると、超音波ホーン１２は超音波振動子１３によって中心軸１５に沿った方向である長手方向に共振して縦振動をする。ここで縦振動とは振動の伝わる方向と振巾の方向が同一方向の振動をいう。図４（ｂ）に模式的に示すように、超音波ホーン１２は、後端に取り付けられた超音波振動子１３の振動によって超音波振動子１３の取り付けられている後端とキャピラリ１７の取り付けられている先端との間で、後端と先端とが振動の腹となる共振モードで振動する。そして、後端と先端との間にできる振動の節、つまり共振状態にあっても超音波ホーン１２の長手方向に振動しない部位に超音波ホーン１２をボンディングアーム２１に固定するフランジ１４が設けられている。フランジ１４はボンディングアーム２１のフランジ取り付け面２２に固定ボルト１６によって固定されている。なお、図４（ｂ）に示す振巾は超音波ホーンの長手方向の振巾であるが、わかりやすいように長手方向の振巾を直角方向に表記したものである。
【００２４】
振動の腹では振巾は大きいが縦振動による長手方向の力はほとんどかからず、逆に節では振巾はほとんどないが縦振動による長手方向の力が大きくなる。従って、フランジ１４が取り付けられている超音波ホーン１２の節は、超音波ホーン１２の長手方向（Ｙ方向）には振動しないが、超音波ホーン１２が長手方向に縦振動する際に大きな圧縮力と引っ張り力とを受ける。また、超音波ホーン１２は金属製で所定の弾性係数とポアソン比を備えているものであることから、一方向に圧縮荷重がかかるとその方向に圧縮されるとともに、ポアソン比で規定されている量だけ圧縮方向と直角方向に向かって膨張する。このため、例えば、図４（ａ）に示すように、フランジ１４の取り付けられている超音波ホーン１２の節の部分にＹ方向に矢印で示すように圧縮荷重がかかると、節の部分はＹ方向に圧縮されると共にＸ方向に向かって膨張し、フランジ１４の固定ボルト１６の位置をＸ方向に押し広げる。このため、フランジ１４を固定している固定ボルト１６の位置もＸ方向に押し広げられ、これによってボンディングアーム２１の先端側ブロック２１ａは矢印で示すようにＸ方向両側に向かう力を受け、Ｘ方向両側に向かって矢印で示すように伸びる。先端側ブロック２１ａも金属製であり、所定の弾性係数とポアソン比とを持っているので、Ｘ方向両側に向かう荷重によりＸ方向に伸びると、矢印で示すように先端側ブロック２１ａは、ポアソン比で規定される量だけＸ方向と直角方向のＹ方向に縮むこととなる。先端側ブロック２１ａがＹ方向に縮むと先端側ブロック２１ａと後端側ブロック２１ｂとの間の荷重センサ３１が挟みこまれている溝２６のＹ方向の間隔が微小量だけ大きくなり、荷重センサに加わるＹ方向の荷重が減少する。逆に超音波ホーン１２の節に引っ張り荷重がかかると、超音波ホーン１２の節の部分はＸ方向に縮み、固定ボルト１６のＸ方向の間隔が短くなり、先端側ブロック２１ａはＸ方向に縮むと共にＹ方向に膨張し、溝２６のＹ方向の間隔が微小量だけ小さくなり、荷重センサに加わるＹ方向の荷重が増加する。
【００２５】
以上、説明したように、超音波ホーン１２が取り付けられている先端側ブロック２１ａは、超音波振動子１３によって超音波ホーン１２が振動すると、その振動によって荷重センサ３１にかかるＹ方向の力が微小に変動し、それによって荷重センサ３１から荷重の変動が出力される。
【００２６】
発明者が試験によって確認したところ、キャピラリ１７を無負荷状態として超音波振動子１３に電圧を印加して超音波ホーン１２を振動させた場合の荷重センサ３１の出力とキャピラリ１７のＹ方向の振巾との間には、図５（ａ）に示すような一定の関係がある。従って、荷重センサ３１の出力を取得し、図５（ａ）に記載したカーブにあてはめればキャピラリ１７のＹ方向の振巾を測定することができる。
【００２７】
図６を参照しながら、本実施形態の振巾測定部５０の詳細を説明する。図６に示すように、振巾測定部５０は、フィルタ５１、全波整流回路５２、平滑化回路５３、ＡＤ変換器５４、信号変換部５５を含んでいる。フィルタ５１は、ローパスフィルタと駆動モータ４５の動作周波数をカットできるバンドパスフィルタを組み合わせたものでも良いし、２つのファイルタを連続して接続したようなものでも良いし、ノイズを除去できるものであればいずれか一方のみでもよい。全波整流回路５２は、複数の整流素子を組み合わせて交流電力を直流電力に変換するものである。平滑化回路５３は抵抗とコンデンサとを組み合わせたもので、信号の変動を少なくして平滑にするものである。信号変換部５５は内部に図５（ａ）に示した荷重センサ３１からの出力信号をキャピラリ１７のＹ方向の振巾に変換する関数が内蔵されているものである。
【００２８】
以下、振巾測定部５０の信号処理について説明する。荷重センサ３１によって検出された荷重変動の信号は、図６（ａ）に示すようなプラス、マイナス両方向に振動する波形となっている。フィルタ５１を通ると信号の高周波成分のノイズと駆動モータ４５の動作周波数のノイズが除去される。ノイズが除去された信号は、全波整流回路５２に入力される。全波整流回路５２によって信号は、図６（ｂ）に示すように、プラス方向の電圧変動のある直流信号に変換される。そして、全波整流回路５２を通った信号は、図６（ｃ）に示すように平滑化回路５３によって変動している直流成分が平滑化される。この際、信号の強度は図６（ｂ）に示す全波整流後の振巾の略√２の大きさの実効値となる。図６（ａ）に示すように、超音波振動子１３の振動開始直後の荷重センサ３１からの出力信号の振巾は小さく、振動が定常状態に向うにつれてその振巾は次第に大きくなった後、略一定の振巾に落ち着いてくる。この振巾の変動は全波整流回路５２、平滑化回路５３を通ると、図６（ｃ）に示すように、超音波振動子１３の振動開始の際には大きさがゼロで、時間と共に次第に大きくなって、その後、略一定の大きさの信号となる。平滑化回路５３を通った後の信号は、図６（ｃ）に示すように、単位時間当たりの大きさの変動が少なくなっているので、アナログ信号をより効率的にデジタル信号に変換することができる。ＡＤ変換器５４によってデジタル信号に変換された振巾信号は信号変換部５５によってキャピラリ１７のＹ方向の振巾に変換され、所定の時間ごとに制御部６０に送られる。また、振巾を表示器に表示するようにしてもよい。
【００２９】
このように、本実施形態では、キャピラリ１７のＺ方向の荷重検出用の荷重センサ３１を利用して無負荷状態でのキャピラリ１７の振巾を測定することができるので、他の装置を追加することなく簡便に構成によってキャピラリ１７のＹ方向の振巾を測定することができる。また、本実施形態では、荷重センサ３１からの信号を平滑にしてからＡＤ変換しているので、少ないメモリでもより効率的にデジタル信号への変換とキャピラリ１７のＹ方向の振巾の取得を行うことができる。
【００３０】
一方、図５（ｂ）に示すように、超音波振動子１３への印加電圧とキャピラリ１７のＹ方向の振巾との間にも一定の関係がある。そこで、制御部６０は振巾測定部５０からキャピラリ１７を無負荷状態として超音波振動子１３に基準電圧を印加して超音波ホーン１２を振動させた場合のキャピラリ１７のＹ方向の振巾データを取得し、その振巾と目標振巾とを比較し、その比較結果に応じて超音波振動子１３に印加する電圧を増減して、無負荷状態でのキャピラリ１７の振巾が目標振巾となるよう較正することができる。これによって、超音波ホーン１２の特性の誤差などによるキャピラリ１７のＹ方向の振巾のバラツキを抑制することができ、ボンディング品質を安定させることができる。
【００３１】
以上説明した実施形態では、振巾測定部５０と制御部６０とを別個に備えるものとして説明したが、制御部６０の内部に図５（ａ）に示したカーブを内蔵し、振巾測定部５０の動作を制御部６０に組み込まれているＣＰＵによって処理することとしてもよい。
【００３２】
また、以上の説明ではワイヤボンディング装置１０を実施形態として説明したが、本発明はワイヤボンディング装置に限らず、超音波振動子によって振動される超音波ホーンにボンディングツールが取り付けられているボンディング装置であれば、例えば、ダイボンディング装置など他のボンディング装置のボンディングツールの振巾の測定、較正にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ワイヤボンディング装置、１１  ボンディングヘッド、１２  超音波ホーン、１３  超音波振動子、１４  フランジ、１５  中心軸、１６  固定ボルト、１７  キャピラリ、１７ａ  先端、２１  ボンディングアーム、２１ａ  先端側ブロック、２１ｂ  後端側ブロック、２２  フランジ取り付け面、２３，２５，２６  溝、２４  接続板、２７  ねじ、２８  中心軸、２９，２９ａ，２９ｂ  窪み、３０  回転軸、３１  荷重センサ、３３  ボンディングステージ、３４  半導体チップ、３５  基板、４１  ボンディング面、４３  回転中心、４５  駆動モータ、５０  振巾測定部、５１  フィルタ、５２  全波整流回路、５３  平滑化回路、５４  ＡＤ変換器、５５  信号変換部、６０  制御部。
【図１】
2010245168.tif 000003
【図２】
2010245168.tif 000004
【図３】
2010245168.tif 000005
【図４】
2010245168.tif 000006
【図５】
2010245168.tif 000007
【図６】
2010245168.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月12日(2010.8.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明のボンディング装置は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節の位置に取り付けられ、超音波ホーンが振動した際に超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、超音波ホーンがフランジで固定されるボンディングアームと、ボンディングアームの部位内に設けられ、ボンディングツールに生じる超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、ボンディングツールが無負荷の状態で超音波振動子により超音波ホーンを振動させた際に荷重センサによって検出する荷重信号を変換してボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定する振巾測定部と、を備えることを 特徴とする。また、本発明のボンディング装置において、フランジは、超音波ホーンの長手方向及びボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられていることとしても好適であるし、ボンディングアームは、金属製で一体に成形され、フランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、第一のブロックと第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、フランジの微小振動によって変形して第一のブロックと第二のブロックとの間の間隔が超音波ホーンの長手方向に沿って変動することとしても好適である。更に、本発明のボンディング装置において、荷重センサは、ボンディングツールの動作方向に沿って超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、第一のブロックと第二のブロックとの間に挟み込まれて第一のブロックと第二のブロックとの間に生じる超音波ホーン長手方向の荷重を検出することとしても好適であるし、振巾測定部は、ＡＤ変換器と、信号変換部と、を含むこととしても好適である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明のボンディング装置のボンディングツール振巾測定方法は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節の位置に取り付けられ、超音波ホーンが振動した際に超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、超音波ホーンがフランジで固定されたボンディングアームと、ボンディングアームの部位内に取り付けられ、ボンディングツールに生じる超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、荷重センサによって検出する荷重信号を変換してボンディングツールの振動の振巾を測定する振巾測定部と、を備えるボンディング装置を準備し、ボンディングツールを無負荷状態として超音波振動子により超音波ホーンを振動させ、振巾測定部によって荷重センサで検出する荷重信号を変換してボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定することを特徴とする。また、本発明のボンディングツール振巾測定方法において、フランジは、超音波ホーンの長手方向及びボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられていることとしても好適であるし、ボンディングアームは、金属製で一体に成形され、フランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、第一のブロックと第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、フランジの微小振動によって変形して第一のブロックと第二のブロックとの間の間隔が超音波ホーンの長手方向に沿って変動することとしても好適である。更に、本発明のボンディングツール振巾測定方法において、荷重センサは、ボンディングツールの動作方向に沿って超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、第一のブロックと第二のブロックとの間に挟み込まれて第一のブロックと第二のブロックとの間に生じる超音波ホーン長手方向の荷重を検出することとしても好適であるし、振巾測定部は、ＡＤ変換器と、信号変換部と、を含むこととしても好適である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明のボンディング装置のボンディングツール振巾較正方法は、基体部と、超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、超音波ホーンの振動の節の位置に取り付けられ、超音波ホーンが振動した際に超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、超音波ホーンがフランジで固定されたボンディングアームと、ボンディングアームの部位内に取り付けられ、ボンディングツールに生じる超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、荷重センサにより検出した荷重信号を処理する制御部と、荷重センサによって検出する荷重信号を変換してボンディングツールの振動の振巾を測定する振巾測定部と、を備えるボンディング装置を準備し、ボンディングツールを無負荷状態として基準印加電圧で超音波振動子により超音波ホーンを振動させ、振巾測定部によって荷重センサで検出する荷重信号を変換してボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定し、制御部によって、測定した該振巾と目標振巾とを比較し、比較結果に基づいて超音波振動子の振巾が目標振巾となる様に超音波振動子への印加電圧を変更することを特徴とする。また、本発明のボンディングツール振巾較正方法において、フランジは、超音波ホーンの長手方向及びボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられていることとしても好適であるし、ボンディングアームは、金属製で一体に成形され、フランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、第一のブロックと第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、フランジの微小振動によって変形して第一のブロックと第二のブロックとの間の間隔が超音波ホーンの長手方向に沿って変動することとしても好適である。更に、本発明のボンディングツール振巾較正方法において、荷重センサは、ボンディングツールの動作方向に沿って超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、第一のブロックと第二のブロックとの間に挟み込まれて第一のブロックと第二のブロックとの間に生じる超音波ホーン長手方向の荷重を検出することとしても好適であるし、振巾測定部は、ＡＤ変換器と、信号変換部と、を含むこととしても好適である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボンディング装置あって、
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
前記超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、
前記超音波ホーンの振動の節の位置に取り付けられ、前記超音波ホーンが振動した際に前記超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、
前記超音波ホーンが前記フランジで固定されるボンディングアームと、
前記ボンディングアームの部位内に設けられ、前記ボンディングツールに生じる前記超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、
前記ボンディングツールが無負荷の状態で前記超音波振動子により前記超音波ホーンを振動させた際に前記荷重センサによって検出する荷重信号を変換して前記ボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定する振巾測定部と、を備えるボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記フランジは、前記超音波ホーンの長手方向及び前記ボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられているボンディング装置。
【請求項３】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記ボンディングアームは、金属製で一体に成形され、フランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように前記基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、前記フランジの微小振動によって変形して前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間の間隔が前記超音波ホーンの長手方向に沿って変動するボンディング装置。
【請求項４】
請求項３に記載のボンディング装置であって、
前記荷重センサは、前記ボンディングツールの動作方向に沿って前記超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間に挟み込まれて前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間に生じる超音波ホーン長手方向の荷重を検出するボンディング装置。
【請求項５】
請求項１に記載のボンディング装置であって、
前記振巾測定部は、ＡＤ変換器と、信号変換部と、を含むボンディング装置。
【請求項６】
ボンディング装置のボンディングツール振巾測定方法であって、
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
前記超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、
前記超音波ホーンの振動の節の位置に取り付けられ、前記超音波ホーンが振動した際に前記超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、
前記超音波ホーンが前記フランジで固定されたボンディングアームと、
前記ボンディングアームの部位内に取り付けられ、前記ボンディングツールに生じる超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、
前記荷重センサによって検出する荷重信号を変換して前記ボンディングツールの振動の振巾を測定する振巾測定部と、を備えるボンディング装置を準備し、
前記ボンディングツールを無負荷状態として前記超音波振動子により前記超音波ホーンを振動させ、前記振巾測定部によって前記荷重センサで検出する荷重信号を変換して前記ボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定するボンディングツール振巾測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載のボンディングツール振巾測定方法であって、
前記フランジは、前記超音波ホーンの長手方向及び前記ボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられているボンディングツール振巾測定方法。
【請求項８】
請求項６に記載のボンディングツール振巾測定方法であって、
前記ボンディングアームは、金属製で一体に成形され、フランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように前記基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、前記フランジの微小振動によって変形して前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間の間隔が前記超音波ホーンの長手方向に沿って変動するボンディングツール振巾測定方法。
【請求項９】
請求項８に記載のボンディングツール振巾測定方法であって、
前記荷重センサは、前記ボンディングツールの動作方向に沿って前記超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間に挟み込まれて前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間に生じる超音波ホーン長手方向の荷重を検出するボンディングツール振巾測定方法。
【請求項１０】
請求項６に記載のボンディングツール振巾測定方法であって、
前記振巾測定部は、ＡＤ変換器と、信号変換部と、を含むボンディングツール振巾測定方法。
【請求項１１】
ボンディング装置のボンディングツール振巾較正方法であって、
基体部と、
超音波振動子の振動と共振して長手方向に縦振動する超音波ホーンと、
前記超音波ホーンの振動の腹に取り付けられ、ボンディング対象に接離するボンディングツールと、
前記超音波ホーンの振動の節の位置に取り付けられ、前記超音波ホーンが振動した際に前記超音波ホーンの節に加わる長手方向の荷重によってその伸びる方向に沿って微小振動するフランジと、
前記超音波ホーンが前記フランジで固定されたボンディングアームと、
前記ボンディングアームの部位内に取り付けられ、前記ボンディングツールに生じる前記超音波ホーン長手方向の荷重を検出する荷重センサと、
前記荷重センサにより検出した荷重信号を処理する制御部と、
前記荷重センサによって検出する荷重信号を変換して前記ボンディングツールの振動の振巾を測定する振巾測定部と、を備えるボンディング装置を準備し、
前記ボンディングツールを無負荷状態として基準印加電圧で超音波振動子により前記超音波ホーンを振動させ、前記振巾測定部によって前記荷重センサで検出する荷重信号を変換して前記ボンディングツールの超音波ホーン長手方向に沿った振動の振巾を測定し、前記制御部によって、測定した該振巾と目標振巾とを比較し、比較結果に基づいて前記超音波振動子の振巾が目標振巾となる様に前記超音波振動子への印加電圧を変更するボンディングツールの振巾較正方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のボンディングツールの振巾較正方法であって、
前記フランジは、前記超音波ホーンの長手方向及び前記ボンディングツールの動作方向と直交する方向に伸びるように取り付けられているボンディングツールの振巾較正方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載のボンディングツールの振巾較正方法であって、
前記ボンディングアームは、金属製で一体に成形され、フランジ取り付け面を含む第一のブロックと、ボンディングツール先端をボンディング対象に対して接離方向に動作させるように前記基体部に回転自在に取り付けられた第二のブロックと、前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間を接続する接続板と、を含み、前記フランジの微小振動によって変形して前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間の間隔が前記超音波ホーンの長手方向に沿って変動するボンディングツールの振巾較正方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載のボンディングツールの振巾較正方法であって、
前記荷重センサは、前記ボンディングツールの動作方向に沿って前記超音波ホーンの長手方向中心軸からオフセットされ、前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間に挟み込まれて前記第一のブロックと前記第二のブロックとの間に生じる超音波ホーン長手方向の荷重を検出するボンディングツールの振巾較正方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載のボンディングツールの振巾較正方法であって、
前記振巾測定部は、ＡＤ変換器と、信号変換部と、を含むボンディングツールの振巾較正方法。