(57)【要約】【課題】この発明は装置の異常を確実に判定することができるようにした超音波ボンディング装置を提供することにある。【解決手段】超音波発振電圧を出力する発振回路部１１と、この発振回路部から出力される超音波発振電圧を増幅してトランスジューサ２に印加する増幅器１２と、発振回路部から出力される超音波発振電圧とトランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を検出しその位相差に基づいて超音波発振電圧の位相を制御する位相補正部１４と、上限値と下限値とが設定され位相補正部から出力される超音波発振電圧とトランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を上限値と下限値とに比較して超音波発振状態が異常か否かを判定する判定手段１７とを具備する。【選択図】    図１
2005005294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波発振電圧をトランスジューサに印加し、このトランスジューサに設けられたツールによって被ボンディング物を加圧してボンディングする超音波ボンディング装置において、
上記超音波発振電圧を出力する発振回路部と、
この発振回路部から出力される超音波発振電圧を増幅して上記トランスジューサに印加する増幅器と、
上記発振回路部から出力される超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を検出しその位相差に基づいて上記超音波発振電圧の位相を制御する位相補正部と、
上限値と下限値とが設定され上記位相補正部から出力される上記超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を上記上限値と下限値とに比較して超音波発振状態が異常か否かを判定する判定手段と
を具備したことを特徴とする超音波ボンディング装置。
【請求項２】
超音波発振電圧をトランスジューサに印加し、このトランスジューサに設けられたツールによって被ボンディング物を加圧してボンディングする超音波ボンディング装置において、
上記超音波発振電圧を出力する発振回路部と、
この発振回路部から出力される超音波発振電圧を増幅して上記トランスジューサに印加する増幅器と、
上記発振回路部から出力される超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を検出しその位相差に基づいて上記超音波発振電圧の位相を制御する位相補正部と、
上限値と下限値とが設定され上記トランスジューサからフィードバックされる電流を上記上限値と下限値とに比較して超音波発振状態が異常か否かを判定する判定手段と
を具備し、
上記判定手段の判定結果が異常の場合、上記位相補正部での超音波発振電圧の位相の制御動作は停止されることを特徴とする超音波ボンディング装置。
【請求項３】
超音波発振電圧をトランスジューサに印加し、このトランスジューサに設けられたツールによって被ボンディング物を加圧してボンディングする超音波ボンディング方法において、
上記トランスジューサに印加される上記超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を検出する工程と、
上記位相差に基づいて上記超音波発振電圧の位相を制御する工程と、
上記超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を予め設定された上限値と下限値とに比較して超音波発振状態が異常か否かを判定する工程と
を具備したことを特徴とする超音波ボンディング方法。
【請求項４】
超音波発振電圧をトランスジューサに印加し、このトランスジューサに設けられたツールによって被ボンディング物を加圧してボンディングする超音波ボンディング方法において、
上記トランスジューサに印加される上記超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を検出する工程と、
上記位相差に基づいて上記超音波発振電圧の位相を制御する工程と、
上記トランスジューサからフィードバックされる電流を予め設定された上限値と下限値とに比較して超音波発振状態が異常か否かを判定する工程と
を具備したことを特徴とする超音波ボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は超音波振動を利用して被ボンディング物をボンディングする超音波ボンディング装置及び超音波ボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、回路基板に実装された電子部品の電極と、上記回路基板のリードとを電気的に接続する方法として被ボンディング物としてのワイヤによって接続する超音波ボンディングが知られている。この超音波ボンディング装置は、周知のように超音波ホーンの先端にツールが設けられ後端に圧電素子が設けられたトランスジューサを有する。上記圧電素子には発振回路部から出力されて増幅された超音波発振電圧が印加される。
【０００３】
それによって、上記圧電素子が超音波振動し、その超音波振動が超音波ホーンを介してワイヤが通されたツールに伝播されるから、このツールの先端を上記電子部品の電極と回路基板のリードとに順次所定の圧力で接触させることで、上記ワイヤが押し潰されて上記電子部品の電極と基板のリードとを電気的に接続することができるというものである。
【０００４】
上記トランスジューサは、材質や加工精度などによって個々にインピーダンスが異なったり、経時的に変化するということがある。インピーダンスが変化すると、トランスジューサの圧電素子に印加される超音波発振電圧が一定であっても、このトランスジューサの圧電素子に流れる電流値が変化し、振動振幅も変化してしまう。つまり、超音波発振電圧とトランスジューサとの共振周波数がずれてしまう。そのため、ワイヤのボンディング強度が一定とならず、ボンディング不良の発生を招くということがある。
【０００５】
そこで、従来は、上記トランスジューサに流れる電流を測定し、その電流と、上記発振回路部から出力される超音波発振電圧との位相のずれを比較する。そして、その位相のずれに比例する電圧を上記発振回路部に出力することで、この発振回路部から上記トランスジューサに、位相のずれに同調する超音波発振を行なう超音波発振電圧を出力するようにしている。
【０００６】
このような従来技術としては技術文献１などが知られている。
【０００７】
【技術文献１】
特公平７―７７２２９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発振回路部からトランスジューサに出力される超音波発振電圧と、トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差によってトランスジューサに印加される超音波発振電圧の位相のずれを補正してボンディングを行なうようにした場合、上記位相差が生じると、それを瞬時に補正してボンディングが継続されることになる。
【０００９】
このような補正は、トランスジューサのインピーダンスが個体差を有したり、経時的に変化する場合だけでなく、装置の経時変化、たとえばトランスジューサの支持部のねじによる取付け状態が緩んだ場合や超音波ホーン先端部に取付けられたツールの取付け状態が変化する装置の異常、つまり、超音波発振状態に異常が生じた場合であっても、上述したフィードバックシステムによって位相差が補正されることで、ボンディングが継続されてしまう。
【００１０】
そのため、超音波発振の異常が位相差に基づくフィードバックシステムの許容値を超えた場合には、位相補正が確実に行なわれなくなるため、ボンディング不良の発生を招くということがある。
【００１１】
この発明は、超音波発振に異常が生じた場合に、その異常を確実に判別することができるようにした超音波ボンディング装置及びボンディング方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、超音波発振電圧をトランスジューサに印加し、このトランスジューサに設けられたツールによって被ボンディング物を加圧してボンディングする超音波ボンディング装置において、
上記超音波発振電圧を出力する発振回路部と、
この発振回路部から出力される超音波発振電圧を増幅して上記トランスジューサに印加する増幅器と、
上記発振回路部から出力される超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を検出しその位相差に基づいて上記超音波発振電圧の位相を制御する位相補正部と、
上限値と下限値とが設定され上記位相補正部から出力される上記超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を上記上限値と下限値とに比較して超音波発振状態が異常か否かを判定する判定手段と
を具備したことを特徴とする超音波ボンディング装置にある。
【００１３】
この発明は、超音波発振電圧をトランスジューサに印加し、このトランスジューサに設けられたツールによって被ボンディング物を加圧してボンディングする超音波ボンディング装置において、
上記超音波発振電圧を出力する発振回路部と、
この発振回路部から出力される超音波発振電圧を増幅して上記トランスジューサに印加する増幅器と、
上記発振回路部から出力される超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を検出しその位相差に基づいて上記超音波発振電圧の位相を制御する位相補正部と、
上限値と下限値とが設定され上記トランスジューサからフィードバックされる電流を上記上限値と下限値とに比較して超音波発振状態が異常か否かを判定する判定手段と
を具備し、
上記判定手段の判定結果が異常の場合、上記位相補正部での超音波発振電圧の位相の制御動作は停止されることを特徴とする超音波ボンディング装置にある。
【００１４】
この発明は、超音波発振電圧をトランスジューサに印加し、このトランスジューサに設けられたツールによって被ボンディング物を加圧してボンディングする超音波ボンディング方法において、
上記トランスジューサに印加される上記超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を検出する工程と、
上記位相差に基づいて上記超音波発振電圧の位相を制御する工程と、
上記超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を予め設定された上限値と下限値とに比較して超音波発振状態が異常か否かを判定する工程と
を具備したことを特徴とする超音波ボンディング方法にある。
【００１５】
この発明は、超音波発振電圧をトランスジューサに印加し、このトランスジューサに設けられたツールによって被ボンディング物を加圧してボンディングする超音波ボンディング方法において、
上記トランスジューサに印加される上記超音波発振電圧と上記トランスジューサからフィードバックされる電流との位相差を検出する工程と、
上記位相差に基づいて上記超音波発振電圧の位相を制御する工程と、
上記トランスジューサからフィードバックされる電流を予め設定された上限値と下限値とに比較して超音波発振状態が異常か否かを判定する工程と
を具備したことを特徴とする超音波ボンディング方法にある。
【００１６】
この発明によれば、超音波発振電圧とトランスジューサからの電流との位相差に基づくフィードバック制御を行なうだけでなく、超音波発振状態に異常が生じた場合に上記位相差を上限値と下限値とに比較することで、判定することが可能となる。
【００１７】
この発明によれば、超音波発振電圧とトランスジューサからの電流との位相差に基づくフィードバック制御を行なうだけでなく、超音波発振状態に異常が生じた場合に、上記トランスジューサからフィードバックされる電流値を上限値と下限値とに比較することで、判定することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１はこの発明の第１の実施の形態の超音波ボンディング装置を示す。この超音波ボンディング装置は、超音波発振制御装置１、トランスジューサ２及び判定手段１７を有する。トランスジューサ２は超音波ホーン３の後端に圧電素子４が設けられ、先端にツール５が設けられている。このツール５には被ボンディング物としてのワイヤ６が挿通されている。
【００２０】
上記圧電素子４には、後述するように上記超音波発振制御装置１から超音波発振電圧が印加される。上記トランスジューサ２は図示しない駆動機構によってＸ、Ｙ及びツール５が上下に揺動する回動方向に駆動可能になっている。したがって、上記ツール５の先端を電子部品の電極や基板のリードなどボンディング対象物に所定の圧力で接触させた状態で、上記圧電素子４に超音波発振電圧を印加することで、上記ワイヤ６を押し潰してボンディング対象物にボンディングすることができるようになっている。
【００２１】
上記超音波発振制御装置１は発振回路部１１を有する。この発振回路部１１は図示しないマイクロコンピュータからの指令信号Ｓによってたとえば６０ｋＨｚ程度の高周波に発振された超音波発振電圧Ｖ１  を発振出力する。この発振回路部１１から発振出力された超音波発振電圧Ｖ１  は増幅器１２で増幅されて上記トランスジューサ２の圧電素子４に印加される。それによって、圧電素子４が超音波振動するから、その振動が超音波ホーン３を介してツール５に伝播されるようになっている。
【００２２】
圧電素子４に超音波発振電圧Ｖ１  が印加されると、この圧電素子４に電流が流れる。圧電素子４に流れる電流は電流−電圧変換部１３に入力され、電流に応じた電圧Ｖ２  に変換される。電流−電圧変換部１３で変換された電圧Ｖ２  は位相補正部１４に入力される。
【００２３】
一方、上記発振回路部１１から出力された超音波発振電圧Ｖ１  は、上記増幅器１２と同時に上記位相補正部１４にディレイ回路部１５で所定時間遅延して入力する。位相補正部１４では、上記ディレイ回路部１５からの超音波発振電圧Ｖ１  と、上記電流−電圧変換部１３からの電流値に応じた電圧Ｖ２  との位相差を求め、その位相差に応じた電圧Ｖ３  を上記発振回路部１１に出力する。
【００２４】
なお、超音波発振電圧Ｖ１  と電流−電圧変換部１３から出力される電流に応じた電圧Ｖ２  との位相差を求めたが、電流を電圧に変換しても位相は同じなので、超音波発振電圧Ｖ１  とトランスジューサ２からフィードバックされる電流との位相差を求めたことを意味する。
【００２５】
それによって、上記発振回路部１１から発振出力される超音波発振電圧Ｖ１  と、上記圧電素素子４からの電流に応じた電圧Ｖ２  との位相差のずれが補正されるから、上記トランスジューサ２のインピーダンスがたとえば個体差を有したり、経時変化しても、このトランスジューサ２を共振周波数で発振させることができるようになっている。
【００２６】
上記位相制御部１４から出力される、位相差に応じた電圧Ｖ３  は、上記発振回路部１１ととともに、上記判定手段１７を構成する上限コンパレータ１８と下限コンパレータ１９とに入力する。
【００２７】
上限コンパレータ１８には上限値設定部２１が接続され、下限コンパレータ１９には下限値設定部２２が接続されている。各設定部２１，２２によって上限コンパレータ１８には上限電圧値Ｈが設定され、下限コンパレータ１９には下限電圧値Ｌが設定される。
【００２８】
それによって、位相補正部１４からの位相差に応じた電圧Ｖ３  は上記上限電圧値Ｈと下限電圧値Ｌとに比較される。そして、上記位相差に応じた電圧Ｖ３  が上限電圧値Ｈよりも大きい場合と、下限電圧値Ｌよりも小さい場合に、判定部２３から上記トランスジューサ２による超音波発振状態が異常であるとの判定信号Ｊが出力される。そして、ボンディング装置全体を制御する図示しないマイクロコンピュータは、その判定信号Ｊによって位相制御部１４での位相差に応じた電圧Ｖ３  の出力動作を停止するとともに、ボンディングを中断させたり、警報が出力されるように制御する。なお、判定部２３の判定に基づくボンディングの中断は、手動或いは自動のいずれであってもよい。
【００２９】
上記上限コンパレータ１８に設定される上限電圧値Ｈと、下限コンパレータ１９に設定される下限電圧値Ｌは、トランスジューサ２が個体差や経時変化によりインピーダンスが変動することで、上記位相補正部１４で生じる位相差の範囲からわずかに外れた範囲の値、たとえば上記位相差に対して上限電圧値Ｈは５〜１０％大きく、下限電圧値Ｌは同じく５〜１０％小さな値に設定することが好ましい。
【００３０】
つぎに、上記構成の超音波ボンディング装置の作用について説明する。
【００３１】
超音波発振制御装置１の発振回路部１１に指令信号Ｓが入力されると、この発振回路部１１からは指令信号Ｓに応じた超音波周波数の超音波発振電圧Ｖ１  が発振出力される。発振回路部１１から出力された超音波発振電圧Ｖ１  は増幅器１２で増幅されてトランスジューサ２の圧電素子４に印加される。
【００３２】
それによって、圧電素子４が超音波振動し、その振動が超音波ホーン３を介してツール５に伝播されるから、ツール５に挿通されたワイヤ６を被ボンディング部位にボンディングすることができる。
【００３３】
上記超音波発振電圧Ｖ１  は増幅器１２と同時にディレイ回路部１５に入力され、このディレイ回路部１５で所定時間遅延して位相補正部１４に出力する。さらに、位相補正部１４には上記圧電素子４に流れる電流が電流−電圧変換部１３で変換された電圧Ｖ２  が入力されるから、位相補正部１４では電圧Ｖ１  とＶ２  との位相差が検出される。
【００３４】
位相差がある場合、その位相差に応じた電圧Ｖ３  が上記発振回路部１１にフィードバックされる。それによって、発振回路部１１から発振出力される超音波発振電圧Ｖ１  の位相が補正されるから、圧電素子４を共振周波数によって効率よく振動させることができる。
【００３５】
このようなボンディング中に、トランスジューサ２の支持部を取付け固定したねじが緩んだり、超音波ホーン３先端部に取付けられたツール５の取付け状態が変化するなどの装置異常（超音波発振状態の異常）が生じると、圧電素子４に印加される超音波発振電圧Ｖ１  に対して上記圧電素子４に流れる電流が極端に大きくなったり、小さくなる。
【００３６】
上記圧電素子４に流れる電流の変動が大きくなると、電圧Ｖ１  とＶ２  との位相差に応じて位相補正部１４から出力される電圧Ｖ３  が上限コンパレータ１８に設定された上限電圧値Ｈよりも大きくなったり、下限コンパレ−タ１９に設定された下限電圧値Ｌよりも小さくなる。
【００３７】
位相差に応じた上記電圧Ｖ３  が上限電圧値Ｈよりも大きくなったり、下限電圧値Ｌよりも小さくなると、判定部２３からは上記トランスジューサ２による超音波発振状態が異常であるとの判定信号Ｊが出力される。それによって、超音波ホーン３や圧電素子４、トランスジューサ２の支持部のねじによる取付け状態が緩んだ場合、超音波ホーン３先端部に取付けられたツール５の取付け状態が変化するなど、装置の異常を検出することができるから、その検出に基づいてボンディングを中断することで、不良の発生を防止できる。
【００３８】
上記上限コンパレータ１８と下限コンパレータ１９は、これらに設定された上限電圧値Ｈと下限電圧値Ｌとを、それぞれ位相補正部１４からの位相差に応じた電圧Ｖ３  と比較している。
【００３９】
そのため、超音波発振状態の異常によってトランスジューサ２に生じる電流に応じた電圧Ｖ２  がフィードバックシステムの許容値の範囲内であっても、位相差に応じた電圧Ｖ３  が上限電圧値Ｈ又は下限電圧値Ｌの範囲外になれば、判定部２３によって装置の異常を確実に判定することができる。
【００４０】
さらに、上記位相差に応じた電圧３  はボンディング対象物である基板の形状や材質、或いはボンディング荷重などのボンディング条件の影響を受けにくいから、そのことによっても、装置の異常を確実に判定することができる。
【００４１】
また、位相差に応じた電圧の上限電圧値と下限電圧値は、トランスジューサ２の個体差や経時変化により設定値を変更する必要がとくにないので、トランスジューサ２を交換しても、上限電圧値と下限電圧値の設定作業が必要なく、装置の生産効率の向上を図ることができる。
【００４２】
図２はこの発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態は、第１の実施の形態と判定手段が異なる。つまり、この実施の形態の判定手段１７Ａは電流−電圧変換部１３で変換された電圧Ｖ２  が位相補正部１４に入力されるとともに、検波部２５で検波されて上限コンパレータ１８と下限コンパレータ１９とに入力される。それによって、上限コンパレータ１８では、電圧Ｖ２  と上限電圧値Ｈとが比較され、下限コンパレータ１９では電圧Ｖ２  と下限電圧値Ｌとが比較される。
【００４３】
このような構成において、トランスジューサ２の支持部を取付け固定したねじが緩んだり、超音波ホーン３先端部の取付けられたツール５の取付け状態が変化するなどして超音波発振に異常が生じ、圧電素子４に印加される超音波発振電圧Ｖ１  に対して上記圧電素子４に流れる電流値が極端に大きくなったり、小さくなったりすると、検波部２５から上限コンパレータ１８と下限コンパレータ１９とに出力される電圧Ｖ２  が上限電圧値Ｈよりも大きくなったり、下限電圧値Ｌよりも小さくなる。それによって、判定部２３からはトランスジューサ２による超音波発振状態が異常であるとの判定信号Ｊが出力されるから、それによってボンディングを中断することができる。
【００４４】
なお、この場合、第１の実施の形態と同様に、判定信号Ｊによって位相制御部１４での位相差に応じた電圧Ｖ３  の出力動作を停止させるようになっている。
【００４５】
上記各実施の形態では超音波ボンディング装置としてワイヤボンディング装置を挙げて説明したが、ワイヤボンディング装置に限られず、フェースダウンボンディング装置にも適用することができる。
【００４６】
また、本実施の形態ではコンパレータを用いて超音波発振状態を判定しているが、レベルメータなどを用いて超音波発振状態をアナログ的に表現してもよい。また、超音波発振の異常の度合、たとえばしきい値を超えた度合などを、インターネットのインターフェースを介して遠隔地、たとえば装置メーカなどへデータ通信するようにしてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明は、超音波発振電圧とトランスジューサに流れる電圧との位相差を検出してフィードバック制御するとともに、超音波発振の異常を検出することができるようにした。
【００４８】
そのため、超音波振動によるボンディングを効率よく行なえるだけでなく、超音波発振が異常となったならば、ボンディングを中止することが可能となるから、ボンディング不良の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
この発明の第１の実施の形態を示す超音波ボンディング装置の回路図。
【図２】
この発明の第２の実施の形態を示す超音波ボンディング装置の回路図。
【符号の説明】
２…トランスジューサ、３…超音波ホーン、４…圧電素子、５…ツール、６…ワイヤ、１１…発振回路部、１２…増幅器、１４…位相補正部、１７…判定手段、１８…上限コンパレータ、１９…下限コンパレータ、２３…判定部。
【図１】
2005005294.tif 000003
【図２】
2005005294.tif 000004