(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ可動なＸＹステージ、キャピラリを駆動するためのＸＹ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構を有し、あらかじめ指定された目標軌道であって、速度が正の領域の加速および減速と、速度ゼロを経て、速度が負の領域の減速および加速を行う往路の目標軌道と該往路の目標軌道を反転させてなる復路の目標軌道とから構成された目標軌道に沿うように前記ＸＹステージ、キャピラリの制御を行うことで、半導体チップ上の電極とパッケージのリード間にワイヤを結線するワイヤボンディング装置において、前記ＸＹステージ、キャピラリのいずれか一方もしくは両方の動作行程を示す前記目標軌道のうち、往復移動となる軌道部分について、該往路の速度が負の領域における減速部分と該復路の速度が負の領域における加速部分が速度ゼロを経ずに連続する一つの軌道となる前記目標軌道を生成する合成目標軌道生成手段を具備することを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
前記合成目標軌道生成手段は、前記ＸＹ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構の発生可能な最大加速度以内となるように、前記往復移動となる軌道部分の該往路の減速部分と該復路の加速部分が一つの軌道となる前記目標軌道を生成することを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項３】
前記合成目標軌道生成手段は、前記ＸＹ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構の発生可能な最大加速度を越えることなく、かつ前記目標軌道の加速周期があらかじめ指定した時間範囲内となるように、前記往復移動となる軌道部分の該往路の減速部分と該復路の加速部分が一つの軌道となる前記目標軌道を生成することを特徴とする請求項１に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項４】
前記目標軌道は、目標加速度軌道、目標速度軌道および目標位置軌道であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項５】
前記目標加速度軌道は、正弦波によるサイクロイド軌道であることを特徴とする請求項４に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項６】
前記目標加速度軌道は、矩形波軌道であることを特徴とする請求項４に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項７】
前記目標加速度軌道は、三角波軌道であることを特徴とする請求項４に記載のワイヤボンディング装置。
【請求項８】
前記目標加速度軌道は、前記サイクロイド軌道、矩形波軌道、三角波軌道のうち、２つ以上の組合せによる連続軌道であることを特徴とする請求項４に記載のワイヤボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤボンディング装置に関し、特にＸＹステージ、キャピラリの動作行程を示す目標軌道を生成する目標軌道生成手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来のワイヤボンディング装置のブロック図である。図６において、１０１はＸ軸、Ｙ軸方向に駆動するＸＹ駆動モータ、１０２はＸＹ駆動モータ１０１により駆動されるＸＹステージ、１０３はＺ軸方向に駆動するＺ軸駆動モータ、１０４はＺ軸駆動モータ１０３により駆動されるキャピラリである。また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸には図示しないセンサが配置されており、ＸＹステージ１０２のＸ軸およびＹ軸、キャピラリ１０４のＺ軸の位置を検出できるようになっている。１０５は、このセンサにより得られた位置信号Ｘ，Ｙ，Ｚを読み込み、後述する目標軌道生成部６０１で生成、出力されるＸＹステージ１０２、キャピラリ１０４の各動作行程を示す目標軌道１０９に追従するために、適切な駆動力信号１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃを計算し、出力するサーボ演算部である。１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃは、それぞれ駆動力信号１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃを増幅し、ＸＹ駆動モータ１０１、Ｚ軸駆動モータ１０３へ供給するアンプである。このアンプ１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの出力信号により、ＸＹステージ１０２、キャピラリ１０４を目標軌道１０９に従って駆動し、半導体チップ上の電極とパッケージのリード間にワイヤを接続する。
【０００３】
ＸＹステージ１０２、キャピラリ１０４の目標軌道１０９の生成方法には種々の方法があり、理論的に最も高速に駆動する軌道は、最大加速度入力による矩形軌道である。しかし、一定駆動力の入力を行う場合、駆動力信号１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃに高周波成分が多く含まれるため、ＸＹステージ１０２、キャピラリ１０４に存在する振動モードを励起し、振動が静止するまでに時間を要してしまうという問題がある。また、この振動がボンディング不良の原因になるといった問題もある。
【０００４】
このような問題点に対し、特開平６−３１０５５６号公報に記載されている技術は、この目標軌道１０９の生成にサイクロイド軌道（正弦波軌道）を用いている。このような軌道を採用した場合、駆動力信号１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃは、単一の周波数成分でのみ構成されるため、ＸＹステージ１０２、キャピラリ１０４に存在する振動モードを励起する可能性が少なくなり、安定に目標軌道１０９を追従できる。しかし、この方法は、ボンディング装置の駆動を高速化する場合には、軌道に用いた正弦波の周期が短くなるため、ＸＹステージ１０２、キャピラリ１０４の振動モードを励起し、上記と同様の問題が発生する可能性がある。
【０００５】
また、ワイヤボンディング装置は、その特性上、ＸＹステージ１０２、キャピラリ１０４とも往復運動が主となるが、従来、目標軌道を一つ一つの動作について個別に作成している。そのため、加速度軌道に用いた正弦波の周期が短くなった場合には、ＸＹステージ１０２、キャピラリ１０４の振動モードを励起する可能性がある。
【０００６】
以上述べたように、従来のワイヤボンディング装置においては、ワイヤボンディング装置の高速化を実現する際、ＸＹステージ、キャピラリの振動モードを励起し、安定性が損なわれるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、可動部となるＸＹステージ、キャピラリの振動を励起することなく、安定かつ高速に動作を行うワイヤボンディング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、それぞれ可動なＸＹステージ、キャピラリを駆動するためのＸＹ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構を有し、あらかじめ指定された目標軌道であって、速度が正の領域の加速および減速と、速度ゼロを経て、速度が負の領域の減速および加速を行う往路の目標軌道と該往路の目標軌道を反転させてなる復路の目標軌道とから構成された目標軌道に沿うように前記ＸＹステージ、キャピラリの制御を行うことで、半導体チップ上の電極とパッケージのリード間にワイヤを結線するワイヤボンディング装置において、前記ＸＹステージ、キャピラリのいずれか一方もしくは両方の動作行程を示す前記目標軌道のうち、往復移動となる軌道部分について、該往路の速度が負の領域における減速部分と該復路の速度が負の領域における加速部分が速度ゼロを経ずに連続する一つの軌道となる前記目標軌道を生成する合成目標軌道生成手段を具備することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のワイヤボンディング装置において、前記合成目標軌道生成手段は、前記ＸＹ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構の発生可能な最大加速度以内となるように、前記往復移動となる軌道部分の該往路の減速部分と該復路の加速部分が一つの軌道となる前記目標軌道を生成することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のワイヤボンディング装置において、前記合成目標軌道生成手段は、前記ＸＹ軸駆動機構、Ｚ軸駆動機構の発生可能な最大加速度を越えることなく、かつ前記目標軌道の加速周期があらかじめ指定した時間範囲内となるように、前記往復移動となる軌道部分の該往路の減速部分と該復路の加速部分が一つの軌道となる前記目標軌道を生成することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１、請求項２または請求項３に記載のワイヤボンディング装置において、前記目標軌道は、目標加速度軌道、目標速度軌道および目標位置軌道であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のワイヤボンディング装置において、前記目標加速度軌道は、正弦波によるサイクロイド軌道であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載のワイヤボンディング装置において、前記目標加速度軌道は、矩形波軌道であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項４に記載のワイヤボンディング装置において、前記目標加速度軌道は、三角波軌道であることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項４に記載のワイヤボンディング装置において、前記目標加速度軌道は、前記サイクロイド軌道、矩形波軌道、三角波軌道のうち、２つ以上の組合せによる連続軌道であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるワイヤボンディング装置を図１を参照して説明する。図１は同実施の形態によるワイヤボンディング装置のブロック図である。図１において、図６と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。図１において、図６と異なる点は、図６の目標軌道生成部６０１に替えて合成目標軌道生成部１０８を設けていることである。図１において、合成目標軌道生成部１０８は、ＸＹステージ１０２、キャピラリ１０４の動作行程を示す目標軌道１０９を生成するが、後述するように、目標軌道生成部６０１とは目標軌道１０９を生成する方法が異なる。
【００１７】
次に、本発明の実施の形態による合成目標軌道生成部１０８について図１、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態の合成目標軌道生成部１０８により生成される合成目標加速度軌道２０２を示す図である。図２には、一例として、ＸＹステージ１０２もしくはキャピラリ１０４の動作行程のうち、往復動作となる部分の合成目標加速度軌道２０２について図示している。合成目標軌道生成部１０８は、基準となる正弦波軌道（サイクロイド軌道）である目標加速度軌道２０１における往路部分の減速軌道と復路部分の加速軌道を、合成目標加速度軌道２０２に示すように合成した軌道として出力するような構成となっている。
【００１８】
すなわち、合成目標軌道生成部１０８は、往路開始点の位置、速度、加速度、往路終了点（復路開始点）での位置、速度、加速度、復路終了点での位置、速度、加速度を拘束条件として、また合成目標加速度軌道における最大加速度ａ１、ａ２、ａ３をワイヤボンディング装置が発生可能な最大加速度以内となるように設定し、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を算出する。次に、算出したＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を用いて合成目標加速度軌道２０２を計算する。また、合成目標速度軌道および合成目標位置軌道は、あらかじめ合成目標加速度軌道２０２を積分した関数もしくは直接積分演算を行うことにより得る。そして、合成目標軌道生成部１０８は、演算して得た合成目標加速度軌道２０２、合成目標速度軌道、合成目標位置軌道を目標軌道１０９として出力する。
【００１９】
次に、本実施の形態の動作について図３を参照して説明する。図３は合成目標軌道生成部１０８における合成軌道の生成手順を示すフローチャートである。図３において、上位コントローラ３０１より、ＸＹステージ１０２およびキャピラリ１０４の移動指令３０２を受けると、合成目標軌道生成部１０８は、移動指令３０２をもとに移動が往復移動であるか否かを判別する（ステップＳ１）。
【００２０】
移動指令３０２が往復移動でない場合には、従来の軌道生成と同様に、その動作行程、移動距離に応じてサイクロイド軌道を用いた目標加速度軌道、目標速度軌道、目標位置軌道を生成し（ステップＳ４）、これらを目標軌道１０９として出力する（ステップＳ５）。
【００２１】
これに対して、移動指令３０２が往復移動である場合には、往路開始点の位置、速度、加速度、往路終了点（復路開始点）での位置、速度、加速度、復路終了点での位置、速度、加速度を拘束条件として、また合成目標加速度軌道における最大加速度ａ１、ａ２、ａ３をワイヤボンディング装置が発生することが可能な最大加速度以内となるように設定し、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を算出する（ステップＳ２）。次に、算出された時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５を用いて、合成目標加速度軌道２０２、合成目標速度軌道、合成目標位置軌道を計算し（ステップＳ３）、これらを目標軌道１０９として出力する（ステップＳ５）。このような動作を行うことで、往復移動の目標軌道１０９を、軌道終了までの所要時間を短縮しつつ、合成目標加速度軌道２０２に用いたサイクロイド軌道の周期を長く設定することができ、ＸＹステージ１０２、キャピラリ１０４の振動モードを励起しにくくするとともに、高速移動を可能とする。
【００２２】
次に、本発明の第２の実施の形態について図１、図３を参照して説明する。なお、本実施形態および後述する第３の実施の形態以降の各実施形態におけるワイヤボンディング装置のブロック構成および合成目標軌道生成部１０８の目標軌道を生成する手順は、それぞれ第１の実施形態で示した図１のブロック構成、図３のフローチャートと同じであり、その説明を省略する。本実施形態および第３の実施形態以降の各実施形態が第１の実施形態と異なる点は、図３のステップＳ２，Ｓ３の処理内容である。
【００２３】
すなわち、図３において、合成目標軌道生成部１０８の軌道生成方法が移動指令３０２が往復移動である場合には（ステップＳ１）、往路開始点の位置、速度、加速度、往路終了点（復路開始点）での位置、速度、加速度、復路終了点での位置、速度、加速度を拘束条件として、また、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５があらかじめ指定した時間範囲内、かつ最大加速度ａ１，ａ２，ａ３がワイヤボンディング装置の発生可能な最大加速度以下になるように、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５および最大加速度ａ１，ａ２，ａ３を算出する（ステップＳ２）。次に、算出した時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５および最大加速度ａ１，ａ２，ａ３を用いて、合成目標加速度軌道、合成目標速度軌道、合成目標位置軌道を計算し（ステップＳ３）、これらを目標軌道１０９として出力する（ステップＳ５）。このような動作を行うことで、目標加速度軌道の周期を一定範囲内に抑えることが可能なことから、ＸＹステージ１０２およびキャピラリ１０４の振動モードを発生させず、かつ高速な目標軌道１０９の生成が可能となる。
【００２４】
次に、本発明の第３の実施の形態を図３、図４を参照して説明する。本実施形態が第１の実施形態または第２の実施形態と異なる点は、図３のステップＳ２，Ｓ３の処理内容である。図４は、本実施形態の合成目標軌道生成部１０８により生成される合成目標加速度軌道４０２を示す図である。図４において、基準となる目標加速度軌道４０１は矩形軌道であり、第１の実施形態または第２の実施形態と同様に、往路、復路それぞれの開始時および終了時の加速度、速度、位置を拘束条件として、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５および最大加速度ａ１，ａ２，ａ３を算出する。そして、算出した時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５および最大加速度ａ１，ａ２，ａ３を用いて合成目標加速度軌道４０２を生成する。合成目標速度軌道、合成目標位置軌道は、あらかじめ合成目標加速度軌道４０２を積分した関数もしくは直接積分演算を行うことにより得る。合成目標軌道生成部１０８は、演算して得た合成目標加速度軌道４０２、合成目標速度軌道、合成目標位置軌道を目標軌道１０９として出力する。このような構成とすることで、基準軌道が矩形軌道であっても、往復移動部分の軌道を合成し、高速な目標軌道が生成可能となる。
【００２５】
次に、本発明の第４の実施の形態を図３、図５を参照して説明する。本実施形態が第１の実施形態または第２の実施形態と異なる点は、図３のステップＳ２，Ｓ３の処理内容である。図５は、本実施形態の合成目標軌道生成部１０８により生成される合成目標加速度軌道を示す図である。図５において、基準となる目標加速度軌道５０１は三角波軌道であり、第１の実施形態または第２の実施形態と同様に、往路、復路それぞれの開始時および終了時の加速度、速度、位置を拘束条件として、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５および最大加速度ａ１，ａ２，ａ３を算出する。そして、算出した時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５および最大加速度ａ１，ａ２，ａ３を用いて合成目標加速度軌道５０２を生成する。合成目標速度軌道、合成目標位置軌道は、あらかじめ合成目標加速度軌道を積分した関数もしくは直接積分演算を行うことにより得る。合成目標軌道生成部１０８は、演算して得た合成目標加速度軌道５０２、合成目標速度軌道、合成目標位置軌道を目標軌道１０９として出力する。このような構成とすることで、基準軌道が三角波軌道であっても、往復移動部分の軌道を合成し、高速な目標軌道が生成可能となる。
【００２６】
次に、本発明の第５の実施形態を図３を参照して説明する。本実施の形態が第１の実施形態と異なる点は、図３のステップＳ２，Ｓ３の処理内容である。本実施形態の合成目標軌道生成部１０８は、基準となる目標加速度軌道がサイクロイド軌道、矩形軌道、三角波軌道の組合せにより目標軌道１０９を生成する。すなわち、第１の実施形態または第２の実施形態と同様に、往路、復路それぞれの開始時および終了時の加速度、速度、位置を拘束条件として、時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，および最大加速度ａ１，ａ２，ａ３を用いて合成目標加速度軌道を生成する。合成目標速度軌道、合成目標位置軌道は、あらかじめ合成目標加速度軌道を積分した関数もしくは直接積分演算を行うことにより得る。合成目標軌道生成部１０８は、演算して得た合成目標加速度軌道、合成目標速度軌道、合成目標位置軌道を目標軌道１０９として出力する。このような構成とすることで、基準軌道がサイクロイド軌道、矩形軌道、三角波軌道の組合せであっても、往復移動部分の軌道を合成し、高速な目標軌道が生成可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、合成目標軌道生成部により、動作行程を示す目標軌道のうち、往復動作となる部分の軌道について、往路の減速部分と復路の加速部分を一つの連続軌道として生成するように構成したので、ワイヤボンディング装置の動作時間を短縮することが可能となり、また、駆動周波数を従来より低く設定できるため、可動部となるＸＹステージ、キャピラリの振動モードを励起することが少なくなり、ワイボンディング装置を安定に動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の第１〜第５の実施の形態によるワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  同第１の実施形態によるワイヤボンディング装置における合成目標軌道生成部の軌道合成例を示す図である。
【図３】  同第１〜第５の実施形態によるワイヤボンディング装置における合成目標軌道生成部の軌道生成の手順を示すフローチャートである。
【図４】  同第３の実施形態によるワイヤボンディング装置における合成目標軌道生成部の軌道合成例である。
【図５】  同第４の実施形態によるワイヤボンディング装置における合成目標軌道生成部の軌道合成例である。
【図６】  従来のワイヤボンディング装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１…ＸＹ駆動モータ、１０２…ＸＹステージ、１０３…Ｚ軸駆動モータ、１０４…キャピラリ、１０５…サーボ演算部、１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ…駆動力信号、１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ…アンプ、１０８…合成目標軌道生成部、１０９…目標軌道、２０１，４０１，５０１…目標加速度軌道、２０２，４０２，５０２…合成目標加速度軌道、６０１…目標軌道生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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