(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動付与対象物に振動を付与する超音波振動子を前記振動付与対象物の共振周波数で駆動する際に超音波振動子によって消費される電力値を測定する電力測定部と、予め求められた前記電力値と駆動指令値との相関関係のデータと前記電力測定部による測定結果とを対照することにより前記超音波振動子の異常の有無を判定する判定部とを備えたことを特徴とする超音波振動子における異常検出装置。
【請求項２】
振動付与対象物に振動を付与する超音波振動子を前記振動付与対象物の共振周波数で駆動する際に超音波振動子によって消費される電力値と駆動指令値との相関関係のデータを予め求めておき、電力測定部により測定された前記電力値の測定結果と前記相関関係のデータとを対照することにより、前記超音波振動子の異常の有無を判定することを特徴とする超音波振動子における異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディング装置などに用いられる超音波振動子において、断線や短絡などの異常を検出する超音波振動子における異常検出装置及び異常検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品を基板の電極などの被接合面にボンディングする方法として、超音波圧接を用いる方法が知られている。この方法は、電子部品を被接合面に対して押圧しながら電子部品に超音波振動を与え、接合面を微小に振動させて摩擦を生じさせることにより接合面を密着させるものである。この方法では振動発生源として一般に複数の圧電素子を積層して構成された超音波振動子が用いられる。この超音波振動子の駆動は直列に積層された各圧電素子を配線により電気的に並列に接続して、各圧電素子毎に駆動電圧を印加することにより行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ボンディング品質を安定させるためには超音波振動子が発生する振動の状態を安定させることがまず必要である。ところが、従来の超音波振動子においては超音波振動子を構成する各圧電素子への電気配線が一部断線していたり短絡を生じていても、一部の圧電素子が正常に動作している限りは制御回路上では正常な動作と見なされるようになっていた。このため、本来異常な状態である断線や短絡が検知されないままボンディング動作が行われ、結果としてボンディング品質の不良を生じる場合があるという問題点があった。
【０００４】
そこで本発明は、異常を精度よく検出して安定した振動特性を確保することができる超音波振動子における異常検出装置及び異常検出方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の超音波振動における異常検出装置は、振動付与対象物に振動を付与する超音波振動子を前記振動付与対象物の共振周波数で駆動する際に超音波振動子によって消費される電力値を測定する電力測定部と、予め求められた前記電力値と駆動指令値との相関関係のデータと前記電力測定部による測定結果とを対照することにより前記超音波振動子の異常の有無を判定する判定部とを備えた。
【０００６】
請求項２記載の超音波振動における異常検出方法は、振動付与対象物に振動を付与する超音波振動子を前記振動付与対象物の共振周波数で駆動する際に超音波振動子によって消費される電力値と駆動指令値との相関関係のデータを予め求めておき、電力測定部により測定された前記電力値の測定結果と前記相関関係のデータとを対照することにより、前記超音波振動子の異常の有無を判定するようにした。
【０００７】
本発明によれば、振動付与対象物に振動を付与する超音波振動子を前記振動付与対象物の共振周波数で駆動する際に超音波振動子によって消費される電力値と駆動指令値との相関関係のデータを予め求めておき、電力測定部により測定された前記電力値の測定結果と前記相関関係のデータとを対照することにより一部断線や短絡などの超音波振動子の異常の有無を精度よく判定することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の構成を示すブロック図、図２は同超音波振動子の側面図、図３は同超音波振動子の電力値と駆動指令値との相関関係を示すグラフである。
【０００９】
まず図１を参照して超音波ボンディング装置の構成を説明する。図１において、ボンディングヘッド１の下端部にはボンディングツール２が装着されている。ボンディングツール２は水平方向に細長形状の棒体であり、中央部から下方に向って突設された圧着子２ａによって、ボンディング対象物である半導体チップ３の上面に当接し、被接合面である基板４の上面に押圧する。ボンディングツール２の端部には超音波振動子５が装着されており、超音波振動子５を駆動することにより、圧着子２ａを介して半導体チップ３には超音波振動が伝達される。
【００１０】
ボンディングヘッド１は、シリンダなどのボンディングヘッド駆動手段６を備えており、ボンディングヘッド駆動手段６を駆動することにより、半導体チップ３はボンディングツール２によって基板４に対して押圧される。そして半導体チップ３を基板４に対して押圧した状態で超音波振動子５を駆動することにより、半導体チップ３は荷重と振動によって基板４に超音波圧接される。
【００１１】
超音波振動子５は出力トランス１４を介して出力部１３と接続されている。出力部１３は発振部１２および制御部２０と接続されており、出力部１３は発振部１２から送られる発振波形を、制御部２０から送られる駆動指令値（電圧値と対応したデジタル値）に基づいた大きさに増幅して出力トランス１４へ出力する。発振部１２は制御部２０からのＯＮ／ＯＦＦ指令に従い、周波数補正部１０から入力される電圧に応じた周波数の発振波形を出力部１３へ出力する。
【００１２】
発振周波数設定部１１は、制御部２０によって予め設定された発振周波数に応じた電圧を周波数補正部１０に出力する。周波数補正部１０は位相比較部１０ａと加減演算部１０ｂより構成される。位相比較部１０ａは出力トランス１４の出力側の電圧と電流の位相差に応じた電圧を出力する。この電圧は、発振周波数設定部１１から出力された電圧と加減演算され、演算結果は発振部１２に対して出力される。これにより、ボンディングツール２の共振周波数との偏差が補正され、出力トランス１４からの出力は、電圧・電流の位相差がない状態で超音波振動子５を駆動する。出力部１３および出力トランス１４は、駆動指令値に基づいて超音波振動子５を駆動する振動子駆動手段となっている。
【００１３】
出力トランス１４の出力側には電力測定部１５が接続されており、電力測定部１５は出力側の電流および電圧を検出することにより超音波振動子５の駆動によって消費される電力値を測定する。電力測定部１５には判定部１６が接続されている。判定部１６には、ボンディング動作開始前および開始後の所定のインターバルで電力測定部１５によって測定された電力値が伝達される。
【００１４】
判定部１６には、電力測定部１５によって測定された電力値と出力部１３に出力される駆動指令値との相関関係を示すデータが予め求められて格納されており、判定部１６は前記所定のインターバルで測定された電力値を、電力値と駆動指令値との相関関係を示すデータと対照することにより、超音波振動子５の異常の有無を判定する。判定結果は制御部２０に出力される。前記相関関係のデータは、制御部２０が所定の駆動指令値を出力したときの電力値を電力測定部１５によって測定し、この測定結果をデータ化することにより求められる。
【００１５】
ボンディングヘッド駆動部２２はボンディングヘッド駆動手段を駆動する。制御部２０によってボンディングヘッド駆動部２２を制御することにより、ボンディングヘッド駆動手段６の動作が制御される。また記憶部２１には、ボンディング条件、すなわちボンディング荷重、ボンディング時間、振動子駆動電力などのデータが各ボンディングツール、および半導体チップの種類毎に記憶されている。そしてボンディング動作時にはこれらのデータが制御部２０に読み出され、これらのデータに基づいてボンディング条件が設定される。
【００１６】
次に図２を参照して超音波振動子５の構造について説明する。図２に示すように、超音波振動子５は複数の圧電素子５ａを積層して構成されており、各圧電素子５ａの間には端子板５ｂが挟み込まれている。端子板５ｂは配線５ｃによって前述の出力トランス１４と接続されている。この配線５ｃは各端子板５ｂごとに並列に出力トランス１４と接続された形態となっているため、配線５ｃが部分的に断線した場合にあっても、超音波振動子５全体としての駆動電流は０とはならず、したがって通常の断線検知のみでは配線５ｃの異常を検出することはできない。
【００１７】
この超音波ボンディング装置は上記のように構成されており、以下超音波ボンディング装置における超音波振動子の異常検出について説明する。まず、判定部１６に格納される電力値と駆動指令値との相関関係のデータについて図３を参照して説明する。図３に示すグラフａは、制御部２０から出力部１３に対して出力される駆動指令値と、出力トランス１４からの出力によって駆動される超音波振動子５の消費電力との相関関係を示すものである。
【００１８】
このグラフは、制御部２０によって駆動指令値を所定ピッチで変化さたときのそれぞれの駆動指令値に対応する電力値を電力測定部１５によって測定することにより求められる。このグラフはボンディングツールの個体毎に異なる性質のものであるため、同一品種のボンディングツールであっても各個体ごとに測定が行われる。このグラフを求めるための電力測定は、超音波振動子が装着されたボンディングツール全体について、機構的にもまた電気的にも全く異常がないことを確認した上で行われる。すなわち、ここで求められるグラフは、ボンディングツールが正常な状態での電力値と駆動指令値との相関関係を示す基準データであり、判定部１６の記憶装置に格納される。そしてこの基準データに基づいて異常検出が行われる。
【００１９】
次に超音波ボンディング装置の稼働に際して行われる超音波振動子の異常検出について説明する。超音波ボンディング装置を起動してボンディング作業を行う際には、まずボンディング動作開始前に電力測定を行う。この電力測定は、前述の基準データ取得時と同様に、制御部２０から駆動指令値を出力部１３に対して所定ピッチで変化させながら出力し、各駆動指令値について対応する電力値を電力測定部１５によって求める。これにより、その状態における電力値と駆動指令値との相関関係を示すグラフが求められる。
【００２０】
次に、このグラフを判定部１６に格納されている基準データ、すなわち当該ボンディングツールについて予め求められた電力値と駆動指令値との相関関係を示すグラフと対照する。このとき、図３に示すように求められたグラフが斜線範囲で示す正常範囲Ａ内に含まれるならば、超音波振動子５は異常なく動作していると判定される。これに対し図３に示すグラフｂのように、正常範囲Ａから下方に外れている場合には、電力値が異常に低下していることを示しており、超音波振動子５への配線の一部断線などの異常が生じていると判定される。
【００２１】
なお、本方法によればこのような一部断線以外の異常も検出可能である。例えば完全断線やあるいは短絡などの場合には、電力値は正常範囲Ａから大きく外れて表れることから超音波振動子５の異常を容易に検出できる。更に、断線や短絡などの電気的な異常以外にも、本方法によればボンディングツールへの超音波振動子５の装着状態などの機構的な異常が生じている場合においても、電力測定値は正常範囲Ａから外れた結果となることから、同様に異常を検出することが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、振動付与対象物に振動を付与する超音波振動子を前記振動付与対象物の共振周波数で駆動する際に超音波振動子によって消費される電力値と駆動指令値との相関関係のデータを予め求めておき、電力測定部により測定された前記電力値の測定結果と前記相関関係のデータとを対照するようにしたので、一部断線や短絡などの超音波振動子の異常の有無を精度よく判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の超音波ボンディング装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態の超音波振動子の側面図
【図３】本発明の一実施の形態の超音波振動子の電力値と駆動指令値との相関関係を示すグラフ
【符号の説明】
２  ボンディングツール
３  半導体チップ
４  基板
５  超音波振動子
１３  出力部
１４  出力トランス
１５  電力測定部
１６  判定部
２０  制御部
【図１】
0003613087.tif 000002
【図２】
0003613087.tif 000003
【図３】
0003613087.tif 000004