(57)【要約】【課題】ボンディング装置において、高速移動制御を十分に行いながら、荷重制御も十分に行うことである。【解決手段】ボンディングツールを駆動するモータ１６に流れる電流ｉは、小抵抗素子７４と大抵抗素子７６とを直列に接続し、バイパス素子９０を大抵抗素子７６に並列に接続した素子により検出される。バイパス素子９０は、電流ｉがしきい電流値ｉBPを超すと導通し大抵抗素子７６の両端をバイパスさせて電流ｉをバイパスさせる機能を有する。大電流駆動のときは電流ｉを表すものとして小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1を用い、しきい電流以下のバイパス素子が開放となる小電流駆動においては、大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2を換算した基準換算値ｅ21＝αｅ2を用いて制御を行う。【選択図】図３
2005159020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータによりボンディングツールを移動させてボンディングを行うボンディング装置であって、
モータの駆動電流を検出するために、大電流測定用の第１検出素子と小電流測定用の第２検出素子とを含む電流検出部と、
第２検出素子に並列に接続され、検出しようとする電流が所定のしきい電流値以下のときに開放状態で、しきい電流値を超すときに導通して第２検出素子をバイパスするバイパス素子と、
バイパス素子が開放となる小電流駆動時に第２検出素子の出力値に基づきモータの駆動制御を行う制御部と、
を備えることを特徴とするボンディング装置。
【請求項２】
請求項１に記載のボンディング装置において、
制御部は、ボンディング位置近傍においてモータの駆動電流の制御を精密な制御に切り替え、精密な制御に切り替えた後は第２検出素子の出力値に基づき、モータの駆動電流を制御することを特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のボンディング装置において、
制御部は、第１検出素子の出力値と第２検出素子の出力値とに基づき、いずれか一方の検出素子の出力値を他方の検出素子の出力値を基準とした値に換算することを特徴と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において、
制御部は、換算比を更新する更新手段を含むことを特徴とするボンディング装置。
【請求項５】
請求項４に記載のボンディング装置において、
更新手段は、バイパス素子のしきい電流以下の設定電流範囲内において換算比の設定を行うことを特徴とするボンディング装置。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載のボンディング装置において、
電流検出部は、第１検出素子である小抵抗素子と第２検出素子である大抵抗素子とを直列に接続した直列抵抗素子を含むことを特徴とするボンディング装置。
【請求項７】
請求項１又は請求項２に記載のボンディング装置において、
第１検出素子及び第２検出素子は、ホール素子又は磁気抵抗素子又は電磁コイル又はアモルファス磁性体の中のいずれか１の磁気検出素子であることを特徴とするボンディング装置。
【請求項８】
請求項６に記載のボンディング装置において、
バイパス素子は、第２検出素子である大抵抗素子を流れる電流とその抵抗値により生ずる電位差をしきい電圧とするスイッチング素子であることを特徴とするボンディング装置。
【請求項９】
請求項７に記載のボンディング装置において、
バイパス素子は、第１検出素子の出力値に基いて開放と導通とが行われるスイッチング素子であることを特徴とするボンディング装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載のボンディング装置において、
スイッチング素子は、トランジスタ又はサイリスタ又はトライアック又はツエナーダイオードの中のいずれか１であることを特徴とするボンディング装置。
【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に係り、特に、モータによりボンディングツールを移動させてボンディングを行うボンディング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボンディング装置においては、ボンディングツールを所定のボンディング位置に向けて移動させる移動工程と、ボンディング位置においてボンディングツールをボンディング対象に対し荷重を印加しつつボンディングを行う荷重印加工程とを有する。ここでボンディング時間を短縮するため、移動工程はできるだけ高速が好ましいが、荷重印加工程はボンディング性能に関わるのでできれば低速で精密な制御を行いたい。ここで、ボンディングツールの移動速度及び印加する荷重は、ボンディングツールを移動させるのに用いるモータの駆動電流によって制御することができる。したがって、最適のボンディングを行うために、ボンンディングツールの移動位置に合わせたモータ電流制御が行われる。
【０００３】
例えばワイヤボンディング装置においては、ボンディングツールはいわゆるキャピラリと呼ばれる筒状のツールで、金ワイヤを筒の内部に挿通している。チップのボンディングパッドにワイヤボンディングするには、初期位置においてキャピラリの先端から出ている金ワイヤの部分を水素トーチによって溶融させてボール状とし、これを保持する。その初期位置から、目標とするボンディングパッドに向けて最短の時間で移動するようにモータの電流を最大値まで急速に増大させて加速を行い、最大速度到達後そこから急速に減少、さらには逆流させて減速を行い、ボンディング位置近傍で抵抗補償分＋荷重印加分まで減少させる。そしてボンディングパッド近傍ではさらに電流を少なくして金ボールをボンディングパッドに接触させ、さらにゆっくりと金ボールをボンディングパッドに対し押し付け、ボンディングを行う（ファーストボンディング）。ファーストボンディングが行われると、つぎにワイヤを繰り出しながら基板上のボンディングリードに向けて最短の時間で移動するようにモータの電流を最大電流まで次第に大きくしてゆき、ついでボンディングリードに近づくにつれ電流を次第に減少させて速度を落とす。そしてボンディングリード近傍ではさらに電流を少なくして金ワイヤをボンディングリードに接触させ、さらにゆっくりと金ワイヤをボンディングリードに対し押し付け、ボンディングを行う（セカンドボンディング）。
【０００４】
なお、水素トーチ以外に放電によりボール形成を行う方法もあり、また、金ボールを形成せずにボンディングを行ういわゆるウエッジボンディング等もあるが、いずれもボンディングツールが低速−高速−低速−高速の動きを繰り返すことは同じである。このように、ボンディング工程においては、最適のボンディングを行うために、ボンンディングツールの移動位置に合わせたモータ電流制御が行われる。
【０００５】
このようなモータの制御は、一般的な位置決め制御等の方法を用いて行うことができる。すなわち、ボンディングツールの各位置に対し、モータを駆動する電流の指令値がプログラムされ、これに対し、実際のボンディングツールの位置をフィードバックすることで位置決め制御が行われる。ボンディング位置近傍では、モータのトルクがボンディングツールに印加される荷重となるので、荷重に対応してモータ駆動電流の指令値が設定される。また、モータの電流指令に対し、実際にモータに流れる電流を抵抗素子等の検出素子によって検出し、その値をモータの電流指令値にフィードバックすることで制御性の向上を図ることができる。
【０００６】
特許文献１には、フリップチップのボンディング装置の例であるが、ボンディングツールの動作制御が、ボンディングツールの昇降動作を駆動するサーボモータの位置制御機能および荷重制御機能を用いて行われることが記載され、また特許文献２には、ワイヤボンダの荷重制御電流を検出し、これに基づきボンディング時における印加荷重を推定する方法が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３１６１９号公報
【特許文献２】特開平１１−９７４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように一般的なモータ電流制御においては、抵抗素子等によりモータに流れる電流の検出が行われる。しかし、ボンディングの高速化、チップの微細化、高集積化に伴い、１個の検出素子によってボンディング工程全体の制御を行うのが困難になってきている。以下に、１個の抵抗素子によりモータに流れる電流を検出する場合を例として説明する。
【０００９】
すなわち、ボンディングの高速化が進むにつれ、高速移動を行うためにモータ駆動電流の最大値が上昇してくる。例えば１０Ａ以上となることがある。一方で金ボールを押し付ける等のボンディングに要する荷重の大きさもモータが出力するトルクの大きさ、すなわち駆動電流の大きさは多くて数１０ｍＡ程度と少ない。例えば一般的なワイヤボンディング装置においては、駆動電流１ｍＡが荷重１０ｍＮに相当するレベルであって、金ボールの直径を４５μｍとしてボンディング荷重を３００−４００ｍＮに設定するとして、このときの駆動電流の大きさは３０−４０ｍＡである。
【００１０】
また、チップのパターン微細化、高集積化に伴い、ボールの大きさはより小さくなってきている。例えば、ボールの直径が１５μｍ、ボンディング荷重１０−５０ｍＮ等が要求されている。これに対応するモータの駆動電流は、１−５ｍＡとさらに少なくなる。
【００１１】
このように、高速移動制御のときの電流レベルは〜１０Ａであり、ボンディング位置近傍における荷重制御のときの電流レベルは１ｍＡ〜である。このように高速移動制御と荷重制御とにおいて、制御すべき電流のレンジがおよそ１０，０００倍も異なるため、同じ抵抗素子でモータに流れる電流を検出したのではボンディング工程全体の制御を行うことが困難である。例えば、２０ｍΩの抵抗素子の場合、高速移動制御のときは抵抗素子の両端電圧が〜２００ｍＶ現れ、いわゆるｍＶ計測で十分な範囲である。これに対し、荷重制御においては、２０μＶ〜に過ぎない。仮に、十分な制御を行うために必要な電流検出精度を測定電流の１％とすれば、荷重制御において２００ｎＶ〜の検出を行う必要があり、相当の高精度計測が必要となる。
【００１２】
抵抗素子を高抵抗にすれば荷重制御に適した計測にすることができる。例えば１０Ωの抵抗素子を用いれば、上記の例で荷重制御において１０ｍＶ〜の両端電圧が現れ、一般的なｍＶ計測が可能である。しかし、同じ１０Ωで高速移動制御のときの電流を検出すると、その両端電圧は〜１００Ｖとなり、一般的なｍＶ計測器ではスケールオーバーとなる。また抵抗素子における熱損失は１ｋＷとなってしまい、一般的な抵抗素子では焼損等を起こす恐れがある。
【００１３】
モータに流れる電流を検出するには、抵抗素子の他に、磁気検出素子が用いられることもある。例えば、モータの駆動に伴う磁界の変化をホール素子により検出する。この場合でも、大電流に適したホール素子を用いると小電流領域が十分に検出できない。逆に小電流に適したホール素子を用いると、大電流領域において計測可能範囲外となり、測定そのものが不可能になる。仮に２種類の素子両方を配置した場合は、大電流のときに小電流検出素子が計測可能範囲外となり、小電流計測のとき小電流検出素子が大きなヒステリシスを持った状態での計測となるため、要求する精度を確保できない場合がある。
【００１４】
このように、従来技術によれば１つの検出素子によってボンディング工程全体の制御を行おうとするので、制御に必要な検出精度の確保と、検出素子のスケールオーバーや発熱等の問題とが両立しない。
【００１５】
本発明の目的は、かかる従来技術の課題を解決し、検出素子のスケールオーバーや発熱を防止しつつ、制御に必要な検出精度の確保を可能にするボンディング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明に係るボンディング装置は、モータによりボンディングツールを移動させてボンディングを行うボンディング装置であって、モータの駆動電流を検出するために、大電流測定用の第１検出素子と小電流測定用の第２検出素子とを含む電流検出部と、第２検出素子に並列に接続され、検出しようとする電流が所定のしきい電流値以下のときに開放状態で、しきい電流値を超すときに導通して第２検出素子をバイパスするバイパス素子と、バイパス素子が開放となる小電流駆動時に第２検出素子の出力値に基づきモータの駆動制御を行う制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、制御部は、ボンディング位置近傍においてモータの駆動電流の制御を精密な制御に切り替え、精密な制御に切り替えた後は第２検出素子の出力値に基づき、モータの駆動電流を制御することが好ましい。
【００１８】
また、制御部は、第１検出素子の出力値と第２検出素子の出力値とに基づき、いずれか一方の検出素子の出力値を他方の検出素子の出力値を基準とした値に換算することを特徴とすることが好ましい。
【００１９】
また、制御部は、換算比を更新する更新手段を含むことが好ましい。更新手段は、バイパス素子のしきい電流以下の設定電流範囲内において換算比の設定を行うことが好ましい。
【００２０】
また、電流検出部は、第１検出素子である小抵抗素子と第２検出素子である大抵抗素子とを直列に接続した直列抵抗素子を含むことが好ましい。
【００２１】
また、第１検出素子及び第２検出素子は、ホール素子又は磁気抵抗素子又は電磁コイル又はアモルファス磁性体の中のいずれか１の磁気検出素子であることが好ましい。
【００２２】
また、バイパス素子は、第２検出素子である大抵抗素子を流れる電流とその抵抗値により生ずる電位差をしきい電圧とするスイッチング素子であることが好ましい。
【００２３】
また、第１検出素子及び第２検出素子が磁気検出素子のとき、バイパス素子は、第１検出素子の出力値に基いて開放と導通とが行われるスイッチング素子であることが好ましい。
【００２４】
また、スイッチング素子は、トランジスタ又はサイリスタ又はトライアック又はツエナーダイオードの中のいずれか１であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
上記構成により、大電流測定用の第１検出素子と小電流測定用の第２検出素子とを備え、小電流測定用の第２検出素子には並列にバイパス素子が接続される。したがって、大電流を第２検出素子によって検出するときのスケールオーバー、焼損等の問題が生ずることを防止できるとともに、第２検出素子がバイパスされない小電流領域では制御に必要な検出精度を確保することができる。
【００２６】
また、上記構成の少なくとも１つにより、ボンディング位置近傍においてモータの制御の切り替え、精密な制御を行うものとし、この精密な制御には小電流測定用の第２検出素子の出力値を用いる。したがって、高速移動制御のときに第２検出素子のスケールオーバー、焼損等の問題が生ずることを防止できるとともに、ボンディング位置近傍の荷重制御に必要な検出精度を確保することができる。
【００２７】
また、上記構成の少なくとも１つにより、実際にモータに流れる電流を検出した値に基づいて、第２検出素子の出力値を第１検出素子の出力値を基準とした値に換算する。あるいは第１検出素子の出力値を第２検出素子の出力値を基準とした値に換算してもよい。したがって、両検出素子の感度比が公称検出感度によらず実際の出力値に基づいて換算されるので、検出素子の切り替えの前後において、検出される電流値の連続性が改善され、制御の精度をさらに高めることができる。
【００２８】
また、上記構成の少なくとも１つにより、換算比を更新し、発熱等による抵抗値の変化を適正に補正できる。また、換算比の設定は、しきい電流値以下の設定電流範囲で行われるので、大電流における換算比でなく、バイパス素子が開放になる小さい電流値に近い電流値における換算比を用いることができ、制御をより精度よく行うことができる。また、ボンディングツールがボンディング位置に向かって移動するとき、モータの駆動電流は次第に小電流になりつつしきい電流値を通過するので、例えば、しきい電流値を通過する度に換算比の更新を行うものとすれば制御のシーケンスをより簡単なものとすることができる。
【００２９】
また、上記構成の少なくとも１つにより、小抵抗素子と大抵抗素子とを直列に接続し、大抵抗素子には並列にバイパス素子が接続される。したがって、大抵抗素子にしきい電流値以上の電流が流れることを防ぎ、スケールオーバー、焼損等の問題を防止できる。また第２検出素子がバイパスされない小電流領域では制御に必要な検出精度を確保することができる。
【００３０】
また、上記構成の少なくとも１つにより、ホール素子等の磁気検出素子を用いる。したがって、大電流領域における磁気検出素子のスケールオーバーによる測定不能の問題を防止しつつ、第２検出素子がバイパスされない小電流領域では制御に必要な検出精度を確保することができる。
【００３１】
また、上記構成の少なくとも１つにより、バイパス素子をスイッチング素子とし、電流検出部が直列抵抗素子を含むもののときは、スイッチングされるしきい電圧を、（バイパスさせるしきい電流値）×（大抵抗素子の抵抗値）に対応させる。これにより、大抵抗素子に流れる電流がしきい電流値を超すと大抵抗素子を自動的にバイパスさせることができ、特別な制御信号を要しない。
【００３２】
また、上記構成の少なくとも１つにより、バイパス素子をスイッチング素子とし、電流検出部が磁気検出素子を含むもののときは、常に電流を検出している第１検出素子の出力値を用いてバイパス素子の開放と導通とが行われる。これによりモータに流れる電流がしきい電流値を超すと第２検出素子を自動的にバイパスさせることができ、特別な制御信号を要しない。
【００３３】
また、上記構成の少なくとも１つにより、スイッチング素子にはトランジスタ等を用いる。これにより、的確にバイパス素子の開放、導通を切り替えることができる。
【００３４】
以上のように、本発明に係るボンディング装置によれば、検出素子のスケールオーバーや発熱を防止しつつ、制御に必要な検出精度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下において、ボンディング装置はワイヤボンディング装置として説明するが、ボンディング位置近傍で精密な制御に切り替えるボンディング装置であれば、他の種類のボンディング装置であってもよい。例えば、ダイボンディング装置、フリップチップボンディング装置等であってもよく、また、ボンディングの方式が熱圧着型のものあるいは超音波エネルギを用いるものであってもよい。また、以下に示す具体的な数値は説明のための例示であって、これ以外の数値を用いるものであってもよい。
【００３６】
また、大電流検出用の素子の検出値から小電流検出用の素子の検出値に切り替えるのはボンディング位置近傍として説明するが、ボンディング位置近傍は例示である。ボンディング位置近傍でなくても、検出素子のスケールオーバーや発熱を防止しつつ、制御に必要な検出精度を確保するために、ボンディング工程の途中において大電流検出用の素子の検出値と小電流検出用の素子の検出値との間で切り替えを行うものであってもよい。
【００３７】
図１はボンディング装置１０のブロック図である。このボンディング装置１０は基板４のボンディングリードと、基板に取り付けられたチップ６のボンディングパッドとの間をワイヤ８で接続するワイヤボンディング装置である。ボンディング装置１０は、基板４を保持するキャリア１２と、ワイヤ８を保持するキャピラリと呼ばれるボンディングツール１４と、ボンディングツール１４をチップ６に対し図１に示すＺ方向に昇降させるモータ１６と、Ｚモータ１６を含むボンディング部を図１に示すＸＹ平面内で移動するＸＹテーブル１８と、これらの要素を全体として制御する制御部２０を含んで構成される。
【００３８】
図２は、ボンディング装置１０におけるワイヤボンディング動作の制御を示すブロックダイヤグラムである。このブロックダイヤグラムは、ボンディングツール１４のＺ方向の運動についてモータ１６を制御する部分を示すもので、具体的には制御部２０におけるアナログサーボ回路あるいはディジタルサーボ回路により所定の信号処理が行われる。アナログ回路とディジタル回路を組み合わせて所定の信号処理を行ってもよい。また、ＣＰＵを用いてソフトウエアにより制御処理を行わせることもできる。この場合は対応するボンディング制御プログラムを実行することで制御処理が実現される。
【００３９】
図２のブロックダイヤグラムにおいて、メインループは以下のように構成される。すなわち位置指令値θ0が与えられると、減算器３２を経由し速度ゲインＧ1を有する速度制御部３４に入力され、速度指令値ω0が出力される。速度指令値ω0は減算器３６を経由し加速度ゲインＧ2を有する加速度制御部３８に入力され、加速度指令が出力される。加速度指令値は、モータからみればトルク指令値、あるいは電流指令値に相当する。ここでは電圧値ｅ0でトルク指令値を示すものとする。加速度制御部３８から出力されたモータに対するトルク指令値ｅ0は、減算器４０を経由し、ゲインＧ3を有する電流ブースタ４２に入力され、抵抗成分Ｒとインダクタンス成分Ｌとを有するモータ巻線４４を流れる電流ｉとなる。モータ巻線４４を流れる電流ｉにより、モータ定数ＫTとロータの慣性Ｊとを有するモータ４６が速度ωで回転し、時間経過の積分４８により角度θに到達する。このモータの駆動軸の速度ω、角度θに対応し、ボンディングツールの昇降速度、Ｚ方向位置が定まる。
【００４０】
ここでメインループに対し、実際の角度θが検出され、減算器３２にフィードバックされ、いわゆる位置フィードバック制御が行われる。角度θの検出は、例えば図示されていないエンコーダにより行うことができる。また、実際の速度ωが検出され、減算器３６にフィードバックされ、いわゆる速度フィードバック制御が行われる。速度ωの検出は、例えば図示されていないサーチコイルにより行うことができる。また、図示されていないエンコーダの時間微分値を用いて行うこともできる。
【００４１】
モータに流れる電流ｉも電流検出素子により検出されて減算器４０にフィードバックされる。モータに流れる電流ｉは常時監視されて減算器４０にフィードバックされることが好ましい。このことでノイズ等による運動の乱れを防止できる。例えば、モータが運動するとき、図２に示すモータ巻線４４やモータ定数ＫTやロータの慣性Ｊ等により引き起こされる共振点を通過することがあっても、電流を監視することで共振に至る前に有効な制振を行うことができる。
【００４２】
モータに流れる電流をフィードバックする電流帰還部５０におけるバイパス素子付き電流検出素子５２から切替部５８の内容については、電流帰還部５０の詳細構成を示す図３を用いて説明する。なお、説明の中で各要素の符号は、図１、図２のものを用いるものとする。
【００４３】
図３において、バイパス素子付き電流検出素子５２は、電源７０とモータ１６との間に設けられ、モータ１６に流れる電流ｉを検出する素子である。電源７０との間には電源から過大な電流が流れこまないようにリミッタ７２を設けることが好ましい。なお、電流ｉはモータ１６に流れる電流の全体であってもよいが、あらかじめ定められた分流比で分流した電流であってもよい。
【００４４】
バイパス素子付き電流検出素子５２は、比較的小さい抵抗値を有する小抵抗素子７４と、小抵抗素子７４より大きな抵抗値を有する大抵抗素子７６とが直列に接続され、大抵抗素子７６に並列にバイパス素子９０が接続されたものである。小抵抗素子７４と大抵抗素子７６の並び方は、図３のようにモータ１６側に小抵抗素子７４を配置してもよく、あるいは電源７０側に小抵抗素子７４を配置してもよい。
【００４５】
小抵抗素子７４は、バイパス素子９０が接続されないので常に電流ｉを監視できるが、主に大電流領域の電流を検出する機能を有する抵抗素子である。大抵抗素子７６は、主に小電流領域の電流を検出する機能を有する抵抗素子である。例えば、小抵抗素子７４として抵抗値ＲS＝２０ｍΩ、大抵抗素子７６として抵抗値ＲL＝１０Ωの抵抗を用いることができる。小抵抗素子７４の両端電圧は電圧検出器７８により電圧ｅ1として出力され、大抵抗素子７６の両端電圧は電圧検出器８０により電圧ｅ2として出力される。
【００４６】
バイパス素子９０は、一組の電界効果トランジスタ９２，９４を直列に接続し、電流ｉがある値を超すと導通して大抵抗素子７６の両端をバイパスさせて電流ｉをバイパスさせる機能を有する素子である。電界効果トランジスタ９２，９４はｎチャネルＭＯＳトランジスタを用いることができる。また、ｐチャネル型の場合は回路変更により利用可能で、ＭＯＳ型でなくてもＭＩＳ型でもよく、シリコントランジスタでもＧａＡｓ等の化合物半導体トランジスタでもよい。
【００４７】
具体的には、一方の電界効果トランジスタ９２のドレインと他方の電界効果トランジスタ９４のドレインとを接続し、一方の電界効果トランジスタ９２のゲートは大抵抗素子７６と小抵抗素子７４との接続点に接続し、他方の電界効果トランジスタ９２のゲートはリミッタ７２側の端子に接続する。そして一方の電界効果トランジスタ９２のソースをリミッタ７２側接続点に接続し、他方の電界効果トランジスタ９４のソースを大抵抗素子７６と小抵抗素子７４との接続点に接続する。また、各電界効果トランジスタ９２，９４には設計上ダイオードが必然的に発生する場合もあるが、このような内蔵ダイオードが存在しない場合には、各電界効果トランジスタ９２，９４に対し並列に保護ダイオード９６，９８を接続することが好ましい。
【００４８】
上記の構成において、電流ｉが図３の矢印の方向に向かって流れるものとすると、電界効果トランジスタ９２はＯＦＦであるが、保護ダイオード９６を介して導通する。また、電界効果トランジスタ９４は、（電流ｉ）×ＲLの大きさがそのしきい電圧値以下のときはＯＦＦで、しきい値電圧を超すとＯＮする。すなわち、電界効果トランジスタ９４のしきい電圧値に対応する電流ｉをしきい電流値ｉBPとすると、ｉ≦ｉBPのとき、バイパス素子９０は開放で、ｉ＞ｉBPのときバイパス素子９０は導通し大抵抗素子７６をバイパスして電流ｉをバイパスさせる。
【００４９】
モータ１６を逆方向に回転させてボンディングツールの昇降を逆向きにするときは電流ｉの方向が図３と逆向きになる。この場合、電界効果トランジスタ９４はＯＦＦであるが
、保護ダイオード９８を介して導通する。電界効果トランジスタ９２は、（電流ｉ）×ＲLの大きさがそのしきい電圧値以下のときはＯＦＦで、しきい値電圧を超すとＯＮする。したがって上と同様に、電界効果トランジスタ９２のしきい電圧値に対応する電流ｉをしきい電流値ｉBPとすると、ｉ≦ｉBPのとき、バイパス素子９０は開放で、ｉ＞ｉBPのときバイパス素子９０は導通し大抵抗素子７６をバイパスして電流ｉをバイパスさせる。
【００５０】
このように、電流ｉがしきい電流値ｉBPを超すと、バイパス素子９０は導通し自動的に大抵抗素子７６の両端をバイパスし、電流ｉをバイパスさせ、大抵抗素子７６にしきい電流値ｉBPを超す大電流が流れることを防ぐ。また、このとき電圧検出器８０の出力電圧は電界効果トランジスタの導通開始電圧（＝ｅ20）となる。したがって、ｉ≦ｉBPのときは、小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1と大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2とが出力され、ｉ＞ｉBPのときは、小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1と電界効果トランジスタの導通開始電圧（＝ｅ20）が出力される。
【００５１】
バイパス素子は、電界効果トランジスタ以外のスイッチング素子を用いることができる。例えば、バイポーラトランジスタ、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ：ＩＧＢＴ）等のスイッチングトランジスタを用いることができる。図４は、電界効果トランジスタ９２からバイポーラトランジスタを用いたスイッチング素子２００へ置き換えるときの様子を示す図である。すなわち、バイポーラトランジスタのベースに一対のツエナーダイオードと必要に応じ抵抗素子を接続することで、電界効果トランジスタ９２と等価のスイッチング素子２００とすることができる。
【００５２】
バイパス素子は、トランジスタ以外のスイッチング素子を用いることができる。図５は、一組のツエナーダイオード２０２をスイッチング素子として用いる例を示す図である。このツエナーダイオードのしきい電圧は、（しきい電流値ｉBP）×ＲLに設定される。ツエナーダイオード以外に、高速のダイオードを用いてもよい。
【００５３】
また、トランジスタ、ダイオード以外に、同様なしきい電圧特性を有するスイッチング素子をバイパス素子として用いてもよい。図６にトライアック２０４の例を示す。トライアック２０４の制御端子２０６に、しきい電流値に対応する制御信号を入力することでスイッチングを行わせることができる。図７はサイリスタ２０８を用いる例である。ここで制御端子２１０，２１１にしきい電流値に対応する制御信号を入力することでスイッチングを行わせることができる。
【００５４】
再び図３に戻り、換算比算出部５４は、小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1：大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2である換算比α＝ｅ1／ｅ2を算出する除算器である。換算比αの算出はｉ≦ｉBPのときに常時行うものとすることができる。換算比αは、データフリップフロップ１０６のデータ端子Ｄに出力される。また、データフリップフロップ１０６は、公称値を用いて演算した換算値α0を初期設定値として有していることが好ましい。
【００５５】
ヒステリシスコンパレータ１０２は、小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1を所定の更新用設定値と比較する比較器であり、両端電圧ｅ1が更新用設定値より大きいときにＨを出力する。更新用設定値は、（しきい電流値ｉBP）×ＲSより小さい値に設定する。すなわち、小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1と大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2とがともに正常に出力される状態に対応する値に設定する。好ましくは、（しきい電流値ｉBP）×ＲSよりわずかに小さい値が好ましい。
【００５６】
ヒステリシスコンパレータ１０２の出力は、データフリップフロップ１０６のクロック端子ＣＬに入力される。したがって、両端電圧ｅ1が更新用設定値を超えるたびにデータフリップフロップ１０６の出力端子Ｑから換算比αが出力される。すなわち、データフリップフロップ１０６の出力端子Ｑの出力は、両端電圧ｅ1が更新用設定値を超えるたびに更新されることになる。ヒステリシスコンパレータ１０２とデータフリップフロップ１０６とは、更新部５６に対応する。
【００５７】
ヒステリシスコンパレータ１０２を単純なコンパレータとせずにヒステリシス性を持たせたのは、両端電圧ｅ1が更新用設定値を超えるたびに出力が切り替わる際、信号の不安定性を除くためである。ヒステリシスは、例えば更新用設定値の±数％程度のものを用いることができる。
【００５８】
基準換算器１０８は、大抵抗素子７６に流れる電流値ｉを小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1を基準とした値に基準換算する機能を有する除算器である。具体的には、大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2に換算比αを乗算する。基準換算の意義は次のとおりである。例えば、上記の例でＲS＝２０ｍΩ、ＲL＝１０Ωとし、しきい電流値以下の電流の５０ｍＡに対応して更新用設定値を定めたとすると、電流がｉ＝５０ｍＡを通過するごとに換算比αが更新される。いま、換算比が上記抵抗比と同じであるとすると、α＝１／５００である。したがって、同じ電流ｉに対し、大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2は、小抵抗素子の両端電圧ｅ1の５００倍の大きさで出力されることになるので、ｅ1からｅ2への連続性を確保するには、ｅ2にαを乗算し、小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1を基準とした基準換算値ｅ21＝αｅ2に揃える必要があるからである。
【００５９】
ヒステリシスコンパレータ１１０は、小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1を所定の切替用設定値と比較する比較器であり、両端電圧ｅ1が切替用設定値より小さいときにＨを出力する。切替用設定値は、ボンディングツールがボンディング位置近傍に近づき、精密な制御に切り替えるときの設定電流値をｉsとして、（設定電流値ｉS）×ＲSとする。設定電流値ｉSは、しきい電流値ｉBPより小さい値とする。なお、コンパレータにヒステリシス性を持たせたのは、ヒステリシスコンパレータ１０２と同様に切り替え時の出力の安定性を図るためである。
【００６０】
ヒステリシスコンパレータ１１０の出力は、切替スイッチ１１２の制御に用いられる。すなわち、ヒステリシスコンパレータ１１０の出力がＬのときは、切替スイッチ１１２は図３に示す方向に接続が行われ、小抵抗素子７４の両端電圧ｅ2が外部、すなわち図２における減算器４０に出力される。ヒステリシスコンパレータ１１０の出力がＨのときは、切替スイッチ１１２は図３に示すのと逆方向に接続が行われ、大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2の基準換算値ｅ21が減算器４０に出力される。ヒステリシスコンパレータ１１０と切替スイッチ１１２とは、切替部５８に対応する。
【００６１】
なお、切替スイッチ１１２の出力を小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1を基準とする他に、大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2を基準としてもよい。図８は、かかる場合の様子を示す部分ブロック図である。ここで、換算比算出部５４は、大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2：小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1である換算比β＝ｅ2／ｅ1を算出し、基準換算器１０８は、ｅ1にβを乗算し、大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2を基準とした基準換算値ｅ12＝βｅ1を算出する。
【００６２】
また、ヒステリシスコンパレータ１０２，１１０は、所定の更新用設定値１０４、切替用設定値１１４と小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1とを比較するものとしたが、大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2と比較するものとすることもできる。例えば、駆動電流をゼロから次第に増加させてゆく過程においては大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2と比較することが好ましい。この場合、所定の更新用設定値１０４、切替用設定値１１４が小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1を基準として設定されているときには、比較される大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2に換算比αを乗じてこれと比較するようにする。
【００６３】
図９は、電流ｉの変化により、切替スイッチ１１２の出力状態、バイパス素子９０の動作状態、換算比αの更新状態を示す図である。このように、設定電流値ｉsを境に減算器４０にはｅ21あるいはｅ1が出力され、しきい電流値ｉBPを境にバイパス素子９０の開放あるいは導通が行われる。設定電流値ｉsとしきい電流値ｉBPの間では、大抵抗素子７６と小抵抗素子７４の双方に電流ｉが流れるので、この区間の所定の間、すなわちしきい電流値ｉBP以下において所定の電流範囲を設定し、その設定電流範囲内の更新用設定値１０４において換算比αの算出を行うことができる。
【００６４】
上記構成の作用について、図１０のボンディング作業の手順を示すフローチャートを用いて説明する。符号は、図１等で説明したものを用いる。最初にボンディング装置１０の初期条件を設定する（Ｓ１０）。例えば、設定電流値ｉsとしきい電流値ｉBPの値、換算比αを設定する。当初の換算比αは、小抵抗素子と大抵抗素子の公称抵抗値の比を用いることができる。次にボンディングツール１４をボンディング位置に向けて高速移動させる（Ｓ１２）。具体的にはモータ１６に流す電流ｉを制御して、最短でボンディングツールをボンディング位置に到達するようにする。
【００６５】
図１１は、モータ１６に流れる電流ｉと、ボンディングツール１４の位置Ｚとの関係を時間の経過にしたがって表したものである。実際にはボンディングツール１４は、テーブル１８によりＸＹ平面内をも高速に移動するが、ここではＺ方向の位置変化のみを考えるものとする。したがってボンディングツール１４は初期状態においてＺの高い位置にある。ここでモータ１６に流す電流ｉを増やしてゆくと、ボンディングツール１４は降下をはじめる。モータ１６に流す電流ｉは、図１１に示すように、最大値まで急速に増大し加速を行い、最大速度到達後そこから急速に減少、さらには逆流して減速を行い、ボンディング位置近傍で抵抗補償分＋荷重印加分まで減少し、かなり小さい電流となる。ここまでは、電流検出素子５２に流れる電流ｉはしきい電流値ｉBPより十分大きいので、バイパス素子９０は導通して大抵抗素子７６の両端をバイパスしており、大抵抗素子７６の焼損等を防止している。したがって、切替スイッチ１１２には小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1が出力され、減算器４０にフィードバックされる。
【００６６】
つぎに電流ｉがしきい電流値ｉBPを通過したか否かを判断する（Ｓ１４）。具体的には小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1を検出し、（しきい電流値ｉBP）×ＲS以下となったか否かを判断する。電流ｉがしきい電流値ｉBPを通過すると、バイパス素子９０は開放となり、電流ｉは大抵抗素子７６と小抵抗素子７４の双方を通過して流れる。そこでしきい電流値ｉBP以下における設定電流範囲内の更新用設定値１０４において換算比算出部５４により換算比αを算出し、ヒステリシスコンパレータ１０２とデータフリップフロップ１０６の機能により、換算比αの値を初期設定の値から更新する（Ｓ１６）。
【００６７】
ついで、電流ｉが設定電流値ｉSを通過したか否かを判断する（Ｓ１８）。具体的には小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1を検出し、（設定電流値ｉS）×ＲS以下となったか否かを判断する。切替用設定値１１４を設定電流値ｉSとすることで、ヒステリシスコンパレータ１１０の機能により電流ｉが設定電流値ｉSを通過したと判断する。そして切替スイッチ１１２の機能により、いままで小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1が切替スイッチ１１２から出力されていたのを、大抵抗素子７６の基準換算値ｅ21の出力に切り替え（Ｓ２０）、減算器４０に出力しフィードバックして低速荷重印加を行う（Ｓ２２）。その後すべてのボンディングが完了したか否か判断し（Ｓ２４）、まだ完了していないときはＳ１２へ戻り（Ｓ２６）、次のボンディングを行う。すべてのボンディングが完了すれば、処理を終了する。
【００６８】
このように、電流の大きいところでは小抵抗素子７４の両端電圧ｅ1をフィードバックして高速移動制御を行い、設定電流値ｉSより電流が小さいところでは大抵抗素子７６の両端電圧ｅ2を基準換算した電圧ｅ21をフィードバックして、より精密な荷重制御を行うことができる。
【００６９】
図１２、図１３は、換算比αの算出と更新の意義を説明する図である。これらの図において横軸はモータ１６に流れる電流ｉで、縦軸は減算器４０に出力される電圧ｅである。図１２は、小抵抗素子のみを用いてその両端電圧を減算器に出力する場合の様子を示す図である。出力電圧ｅは、電流ｉが小さくなるにつれ誤差が大きくなる。例えば、電流の最大値が１０Ａで、ボンディング位置近傍の電流が５０ｍＡとすれば、１０Ａの０．５％であり、検出すべき値が誤差範囲に入る恐れがある。そこで、大抵抗素子に切り替えることが考えられるが、大抵抗素子と小抵抗素子との抵抗比について公称値を用いると、切り替え点、すなわち設定電流値ｉSにおいてデータの連続性が損なわれることがある。例えば、図１３の１点鎖線に示すように折れ曲がりが生じ、あるいは２点鎖線に示すように不連続が生ずる。そこで、実測の抵抗比を用いる必要があるが、その測定はできるだけ設定電流値ｉSに近い電流値で行うのが好ましい。そこで、バイパス素子９０のしきい電流値ｉBP以下である範囲の設定電流範囲内において換算比αを算出し、この電流範囲を通過するたびに換算比αを更新することが好ましい。
【００７０】
なお、上記において、しきい電流値ｉBPの値と、設定電流値ｉsの値を初期設定するものとした。しきい電流値ｉBPの値の設定は、電界効果トランジスタ９２，９４のしきい電圧に基づいて定めることができる。設定電流値ｉsの値は、所定の電流値、例えば５０ｍＡと設定することもできるが、ボンディングツール１４の高さＺに基づいて定めることもできる。例えば、モータ１６にエンコーダ等の位置検出手段を設け、ボンディング位置近傍に切替高さＺ0を予め設定する。そしてボンディングツール１４の高さがＺ0を通過するときのモータに流れる電流をもってｉsとすることができる。この場合には、初期設定値として切替高さＺ0が用いられる。
【００７１】
また、しきい電流値ｉBPの値と設定電流値ｉsの値とを同じものとすることができる。このときには、モータ１６に流れる電流が電界効果トランジスタ９２，９４のしきい電圧と大抵抗素子７６の抵抗値ＲLで定まるしきい電流値ｉBPのみにより、切替スイッチ１１２の出力が切り替わる。この場合でも、動作の安定のために、更新用設定値１０４と切替用設定値１１４とは若干の差を設けることが好ましい。
【００７２】
上記において、電流検出素子として、小抵抗素子と大抵抗素子とを直列に接続したものを説明したが、抵抗素子以外の電流検出素子を用い、大電流測定用の素子と小電流測定用の素子とを直列接続して用いてもよい。その場合、バイパス素子は、小電流測定用の素子を流れる電流がしきい電流値を超すときに導通して小電流測定用の素子をバイパスするように配置する。例えば、大電流測定用のホール素子と小電流測定用のホール素子とを直列接続して用いることができる。ホール素子に代えてアモルファス磁性体を用いることもできる。
【００７３】
また、磁気検出素子の場合には非接触で電流検出を行うものとすることもできる。例えば、大電流測定用のホール素子と小電流測定用のホール素子とをそれぞれ分離して用いることができる。この場合、大電流測定用のホール素子の出力を増幅し、これを用いてバイパス素子の導通、開放を制御するしきい電圧値とすることができる。そしてバイパス素子を小電流測定用のホール素子に並列に接続することで、小電流測定用のホール素子におけるスケールオーバー等の問題を防止できる。磁気検出素子としては、磁気抵抗素子、電磁コイル、アモルファス磁性体を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明に係る実施の形態におけるボンディング装置のブロック図である。
【図２】本発明に係る実施の形態におけるワイヤボンディング動作の制御を示すブロックダイヤグラムである。
【図３】本発明に係る実施の形態において、電流帰還部の詳細構成を示す図である。
【図４】電界効果トランジスタの接続と等価なバイポーラトランジスタの接続を説明する図である。
【図５】他の実施の形態におけるバイパス素子の例を示す図である。
【図６】さらに他の実施の形態におけるバイパス素子の例を示す図である。
【図７】さらに他の実施の形態におけるバイパス素子の例を示す図である。
【図８】他の実施例における電流帰還部の一部構成図である。
【図９】本発明に係る実施の形態において、電流ｉの変化により、切替スイッチの出力状態、バイパス素子の動作状態、換算比αの更新状態を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態におけるボンディング作業の手順を示すフローチャートである。
【図１１】モータに流れる電流ｉとボンディングツールの位置Ｚとの関係を表したものである。
【図１２】小抵抗素子のみを用いたときの問題を説明する図である。換算比αの算出と更新の意義を説明する図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態において、換算比αの算出と更新の意義を説明する図である。
【符号の説明】
【００７５】
４  基板、６  チップ、８  ワイヤ、１０  ボンディング装置、１２  キャリア、１４  ボンディングツール、１６  モータ、１８  ＸＹテーブル、２０  制御部、３２，３６，４０  減算器、３４  速度制御部、３８  加速度制御部、４２  電流ブースタ、４４  モータ巻線、５０  電流帰還部、５２  バイパス素子付き電流検出素子、５４  換算比算出部、５６  更新部、５８  切替部、７０  電源、７２  リミッタ、７４  小抵抗素子、７６  大抵抗素子、７８，８０  電圧検出器、９０  バイパス素子、９２，９４  電界効果トランジスタ、９６，９８  保護ダイオード、１０２，１１０  ヒステリシスコンパレータ、１０６  データフリップフロップ、１０８  基準換算器、１１２  切替スイッチ、１１４  切替用設定値、２００  バイポーラトランジスタを用いたスイッチング素子、２０２  ツエナーダイオード、２０４  トライアック、２０８  サイリスタ。
【図１】
2005159020.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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