(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージを水平方向に移動させるステージ駆動手段と、前記ステージ上にこのステージの移動方向に対して垂直な方向に回転軸を中心として揺動可能に設けられたボンディングアームと、このボンディングアームの先端部に設けられボンディングヘッド部を構成するキャピラリと、前記ボンディングアームを前記回転軸を中心として揺動させ前記ボンディングヘッド部を上下動させるボンディングアーム駆動手段とを備えたワイヤボンディング装置において、
前記ステージが水平方向に移動する際の前記ボンディングヘッド部に加わる反力を計算する反力計算手段と、
この反力計算手段によって計算された反力に基づいて前記ボンディングアーム駆動手段へのトルク指令値を補正し前記ボンディングヘッド部に加わる反力を抑制する推力を発生させる手段とを備え、
前記反力計算手段は、前記回転軸の中心と前記ボンディングアームの重心との距離、前記ボンディングアームの質量、および前記ステージの水平方向に移動する際の加速度に基づいて前記ボンディングヘッド部に加わる反力を計算する
ことを特徴とするワイヤボンディング装置。
【請求項２】
ステージを水平方向に移動させるステージ駆動手段と、前記ステージ上にこのステージの移動方向に対して垂直な方向に回転軸を中心として揺動可能に設けられたボンディングアームと、このボンディングアームの先端部に設けられボンディングヘッド部を構成するキャピラリと、前記ボンディングアームを前記回転軸を中心として揺動させ前記ボンディングヘッド部を上下動させるボンディングアーム駆動手段とを備えたワイヤボンディング装置において、
前記ステージが水平方向に移動する際の前記ボンディングヘッド部に加わる反力を計算する反力計算手段と、
この反力計算手段によって計算された反力に基づいて前記ボンディングアーム駆動手段へのトルク指令値を補正し前記ボンディングヘッド部に加わる反力を抑制する推力を発生させる手段とを備え、
前記ボンディングアーム駆動手段はモータであり、
前記反力計算手段は、前記モータに流れる電流値に基づいて前記ボンディングヘッド部に加わる反力を計算する
ことを特徴とする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】
この発明は、水平方向に移動する際のボンディングヘッド部に加わる反力を抑制する機能を備えたワイヤボンディング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に従来のワイヤボンディング装置の平面断面図を、図７に図６におけるＣ方向から見た側面断面図を示す。図において、１はＸＹステージであり、モータ２および３によって水平方向（図６に示したＸ，Ｙ軸方向）に移動する。すなわち、モータ２によってＹ軸方向に移動し、モータ３によってＸ軸方向に移動する。ＸＹステージ１上にはボンディングヘッド本体４が固定されている。
【０００３】
ボンディングヘッド本体４には、ＸＹステージ１のステージ面に対して垂直な方向に、すなわちＸＹステージ１の移動方向に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）に、回転軸５を中心として揺動可能にボンディングアーム６が設けられている。回転軸５は、ボンディングアーム６の中央部に貫通固定されており、その両端がボンディングヘッド本体４の側壁面に軸支されている。
【０００４】
ボンディングアーム６の先端部にはホーン６−１を介してキャピラリ７が取り付けられている。ボンディングアーム６の後端部にはリニアモータ８のマグネット部８−１が設けられている。また、マグネット部８−１を囲むように、ボンディング本体４にリニアモータ８の磁気回路部８−２が設けられている。
【０００５】
ボンディングアーム６に貫通固定された回転軸５の軸端の一方には、ボンディングアーム６の回転軸５を中心とする揺動位置、すなわちホーン６−１およびキャピラリ７を構成要素とするボンディングヘッド部９のＺ軸方向の位置を検出するエンコーダ１０が設けられている。
【０００６】
また、ボンディングアーム６には、ボンディングヘッド部９の上方部に延出してカットクランプ取付アーム１１が設けられており、このカットクランプ取付アーム１１の先端部にカットクランプ１２が取り付けられている。カットクランプ１２にはキャピラリ７へのボンディングワイヤ（図示せず）が挿通される。
【０００７】
図８はこのワイヤボンディング装置に付設された制御ユニット内の電子回路の要部を示すブロック図である。制御ユニット１３には制御部１３−１，演算部１３−２および増幅器１３−３が設けられている。制御部１３−１にはエンコーダ１０からのボンディングヘッド部９の現在のＺ軸方向の位置が与えられる。演算部１３−２は、ボンディングヘッド部９のＺ軸方向への次の移動位置を演算し、制御部１３−１へ送る。
【０００８】
制御部１３−１は、エンコーダ１０からのボンディングヘッド部９の現在のＺ軸方向の位置と演算部１３−２からの次の移動位置とから制御信号（トルク指令値）を生成し、増幅器１３−３へ送る。増幅器１３−３は、制御部１３−１からの制御信号を増幅し、増幅した制御信号を駆動信号としてリニアモータ８へ与える。リニアモータ８は、制御部１３−１からの増幅器１３−３を介する駆動信号を受けて動作し、ボンディングアーム６の後端部に推力を与える。この推力を得て、ボンディングアーム６が回転軸５を中心として揺動し、ボンディングヘッド部９が上下動する。
【０００９】
図９にこのワイヤボンディング装置を使用して実際にワイヤボンディングを行う際の工程図を例示する。この工程図に従えば、ｔ１点よりボンディングヘッド部９が高速に下降し、サーチレベルに達すると低速に切り替わり（ｔ２点）、ＵＳ接合によるボンディングが行われる（ｔ３〜ｔ４点）。その後、上昇してリバース動作が行われ（ｔ４〜ｔ５点）、ループアップの動作に入る（ｔ５〜ｔ６点）。所定の高さまで上昇すると、ループダウンの動作が行われ（ｔ７〜ｔ８点）、ＸＹステージ１の平行移動によってボンディングヘッド部９がリードフレーム側へ移動して、再度サーチ動作に入り（ｔ８〜ｔ９点）、ＵＳ接合が行われる（ｔ９〜ｔ１０：点）。続いて、ボンディングヘッド部９が上昇し（ｔ１０〜ｔ１１点）、カットクランプ１２が閉じられるとともにワイヤが切断される（ｔ１１〜ｔ１２点）。そして、放電などによってワイヤ先端が加熱され、ボールが形成される（ｔ１２〜ｔ１３点）。その後、カットクランプ１２が開かれ、ｔ１〜ｔ１３の動作が繰り返される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のワイヤボンディング装置では、ボンディングヘッド部９をリードフレーム側（ＸＹ軸方向）へ移動する際に上下方向（Ｚ軸方向）の位置決め制御を行っているにも拘わらず、予め作成されている軌道に沿ったワイヤの精密なループコントロールができないという問題があった。
【００１１】
この理由は、ボンディングアーム６の重心Ｗ１がボンディングアーム６の揺動中心である回転軸５の中心Ｓ１と一致しておらず、ボンディングアーム６がＸＹ軸方向に高速に移動する際に重心ずれによるモーメントＭ１が生じるためである。すなわち、ボンディングアーム６の重心Ｗ１と回転軸５の中心Ｓ１との位置ずれにより、ＸＹステージ１が移動する際のＹ軸方向成分の加速度によって回転軸５の周りにモーメントＭ１が生じ、このモーメントＭ１によりボンディングヘッド部９に予測し得ない大きな反力Ｆ１が作用し、この反力Ｆ１によってボンディングヘッド部９のＺ軸方向の位置決め制御が乱されるためである。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、水平方向（ＸＹ軸方向）へ移動する際のボンディングヘッド部の垂直方向（Ｚ軸方向）の位置決め制御の乱れをなくし、ワイヤの精密なループコントロールを行うことの可能なワイヤボンディング装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、水平方向に移動する際のボンディングヘッド部に加わる反力を計算し、この計算した反力に基づいてボンディングアームを駆動する手段へのトルク指令値を補正し、ボンディングヘッド部に加わる反力を抑制する推力を発生させるようにしたものであり、請求項１に係る発明は、ボンディングヘッド部に加わる反力は、例えば、回転軸の中心とボンディングアームの重心との距離、ボンディングアームの質量、およびステージの水平方向に移動する際の加速度に基づいて計算するようにし、請求項２に係る発明は、ボンディングアームを駆動する手段をモータ（例えば、リニアモータ）とし、このモータに流れる電流値に基づいてボンディングヘッド部に加わる反力を計算するようにしたものである。
これにより、ボンディングアームが水平方向（ＸＹ軸方向）へ移動する際、この水平方向への移動時の加速度に起因してボンディングヘッド部に加わる反力が抑制され、ボンディングヘッド部の垂直方向（Ｚ軸方向）の位置決め制御の乱れが少なくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１は本発明に係るワイヤボンディング装置に付設された制御ユニット内の電子回路の要部（実施の形態１）を示すブロック図である。同図において、図８と同一符号は、同一または同等構成要素を示す。この制御ユニット１３Ａは、従来の制御ユニット１３と同様、図６および図７にその構造を示したワイヤボンディング装置に付設される。
【００１６】
制御ユニット１３Ａには、制御部１３−１，演算部１３−２および増幅器１３−３に加えて、フィードフォワード補償器１３−４が設けられている。フィードフォワード補償器１３−４は、ＸＹ軸方向への移動時に加速度に起因してボンディングヘッド部９に加わる反力Ｆ１を、回転軸５の中心Ｓ１とボンディングアーム６の重心Ｗ１との距離、ボンディングアーム６の質量、およびＸＹステージ１のＸＹ軸方向に移動する際の加速度に基づいて計算し、この計算した反力Ｆ１をフィードフィードフォワード量として制御部１３−１へ与える機能を有している。
【００１７】
制御部１３−１にはエンコーダ１０からのボンディングヘッド部９の現在のＺ軸方向の位置が与えられる。演算部１３−２は、ボンディングヘッド部９のＺ軸方向への次の移動位置を演算し、制御部１３−１へ送る。制御部１３−１は、エンコーダ１０からのボンディングヘッド部９の現在のＺ軸方向の位置と演算部１３−２からの次の移動位置とから制御信号（トルク指令値）を生成し、この制御信号をフィードフォワード補償器１３−４からのフィードフォワード量で補正し、増幅器１３−３へ送る。増幅器１３−３は、制御部１３−１からの制御信号を増幅し、増幅した制御信号を駆動信号としてリニアモータ８へ与える。リニアモータ８は、制御部１３−１からの増幅器１３−３を介する駆動信号を受けて動作し、ボンディングアーム６の後端部に推力を与える。この推力を得て、ボンディングアーム６が回転軸５を中心として揺動し、ボンディングヘッド部９が上下動する。
【００１８】
この際、ボンディングアーム６の後端部には、図３に示すように、反力Ｆ１を打ち消すように推力Ｆ２が作用する。すなわち、反力Ｆ１に対して逆位相で、反力Ｆ１を相殺する推力Ｆ２が作用する。これにより、ボンディングアーム６がＸＹ軸方向へ移動する際の加速度に起因してボンディングヘッド部９に加わる反力Ｆ１が抑制され、ボンディングヘッド部９のＺ軸方向の位置決め制御の乱れが少なくなり、ワイヤの精密なループコントロールを行うことが可能となる。
【００１９】
図２に、ボンディングヘッド部９を基準位置に静止させるように位置決め制御を行いながら、ＸＹステージ１とともにボンディングアーム６を高速移動させたときのキャピラリ７の先端の基準位置からのずれを従来のものと対比して示す。同図において、Ａが従来の特性、Ｂが本実施の形態の特性である。
【００２０】
ボンディングアーム６の重心Ｗ１が回転軸５の中心Ｓ１と一致している場合は、ＸＹステージ１とともにボンディングアーム６がＹ軸方向に高速に移動を開始しても、重心ずれによるモーメントＷ１は発生せず、反力Ｆ１は生じない。ところが、ボンディングアーム６の重心Ｗ１と回転軸５の中心Ｓ１とが一致していない場合は、ＸＹステージ１とともにボンディングアーム６がＹ軸方向に高速に移動を開始すると、重心ずれによるモーメントＭ１が発生し、反力Ｆ１が生じる。ボンディングヘッド部９のＺ軸の位置決め制御において、この反力Ｆ１が想定し得ない外乱として作用し、ボンディングヘッド部９のＺ軸方向の位置決め制御は図２に示した特性Ａのように目標軌道から大きくずれる。
【００２１】
この重心ずれにより作用する反力Ｆ１は、回転軸５の中心Ｓ１とボンディングアームの重心Ｗ１との距離、ボンディングアーム６の質量、およびＸＹステージ１のＹ軸方向への高速移動時の加速度から計算することが可能である。本実施の形態では、この重心ずれにより作用するであろう反力Ｆ１を予め計算しておき、フィードフォワード補償として逆方向に推力Ｆ２が作用するようにリニアモータ８へ駆動信号を与え、反力Ｆ１を打ち消すようようにしている。これにより、図２に示した特性Ｂのように、キャピラリ７の先端の基準位置からのずれを小さくすることができる。
【００２２】
この実施の形態１では、ボンディングヘッド部９の改造等によって重心Ｗ１の位置が変わった際にも、フィードフォワード補償器１３−４における反力Ｆ１の計算に際するパラメータの値を調整するだけで対応することができる。これにより、制御系のハードウェア的な改造の必要がなく、改造にかけるコストを低減することができる。
【００２３】
〔実施の形態２〕
実施の形態２では、図４に示すように、制御ユニット１３Ｂ内に電流検出器１３−５を設け、リニアモータ８に流れる電流を検出して、フィードフォワード補償器１３−６へ与える。フィードフォワード補償器１３−６は、電流検出器１３−５からのリニアモータ８に流れる電流値に基づいて、ボンディングヘッド部９に加わる反力Ｆ１を計算する。
【００２４】
ボンディングヘッド部９に反力Ｆ１が作用すると、リニアモータ８に逆起電力がかかり、リニアモータ８に流れる電流値が変化する。実施の形態２では、この電流値の変化に着目し、フィードフォワード補償器１３−６において反力Ｆ１を計算する。すなわち、図４において、フィードフォワード補償器１３−６は、電流検出器１３−５からのリニアモータ８に流れる電流値を入力とし、この電流値からＺ軸方向の位置決め制御に必要な電流値を除くことにより、反力Ｆ１によって生じる電流値を検出する。そして、この検出した電流値から反力Ｆ１を計算し、フィードフォワード量として制御部１３−１へ送る。
【００２５】
この実施の形態２では、正確な重心位置が分からない場合でも、リニアモータ８に流れる電流値から逆算して反力Ｆ１を計算することができる。このため、ボンディングヘッド部９の改造等によってボンディングアーム６の重心の位置が変わったような場合、制御系のハードウェア的な改造の必要がなく、また実施の形態１のようなパラメータの値を調整する必要もない。
【００２６】
〔参考例〕
図５に参考例を示す。この参考例では、制御ユニット１３Ｃに外乱オブザーバ１３−７を設け、この外乱オブザーバ１３−７においてボンディングヘッド部９に加わる反力Ｆ１を計算する。外乱オブザーバ１３−７は、制御系の物理モデルから、未知の状態変数である反力Ｆ１を、リニアモータ８へのトルク指令値とエンコーダ１０が検出するボンディングヘッド部９の現在の上下動位置（Ｚ軸方向の位置）とから推定し、この推定した反力Ｆ１を制御部１３−１へ送る。
【００２７】
この参考例では、正確な重心位置が分からない場合でも反力Ｆ１を計算することができ、実施の形態２と同様の効果を奏する。また、未知の外乱要素やパラメータのリアルタイムに起こる変動をも検出することができ、さらに精密にワイヤのループコントロールを行うことが可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、水平方向に移動する際のボンディングヘッド部に加わる反力を計算し、この計算した反力に基づいてボンディングアームを駆動する手段へのトルク指令値を補正し、ボンディングヘッド部に加わる反力を抑制する推力を発生させるようにしたので、水平方向（ＸＹ軸方向）へ移動する際のボンディングヘッド部の垂直方向（Ｚ軸方向）の位置決め制御の乱れをなくし、ワイヤの精密なループコントロールを行うことが可能となる。
【００２９】
この場合、請求項１に係る発明では、回転軸の中心とボンディングアームの重心との距離、ボンディングアームの質量、およびステージの水平方向に移動する際の加速度に基づいてボンディングヘッド部に加わる反力を計算することにより、ボンディングヘッド部の改造等によってボンディングアームの重心の位置が変わった際にも、反力の計算に際するパラメータの値を調整するだけで対応することができ、制御系のハードウェア的な改造の必要がなく、改造にかけるコストを低減することができる。
【００３０】
また、請求項２に係る発明では、ボンディングアームを駆動する手段をモータ（例えば、リニアモータ）とし、このモータに流れる電流値に基づいてボンディングヘッド部に加わる反力を計算することにより、正確な重心位置が分からない場合でもモータに流れる電流値から逆算して反力を計算することができる。このため、ボンディングヘッド部の改造等によってボンディングアーム６の重心の位置が変わったような場合、制御系のハードウェア的な改造の必要がなく、またパラメータの値を調整する必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るワイヤボンディング装置に付設された制御ユニット内の電子回路の要部（実施の形態１）を示すブロック図である。
【図２】  ボンディングヘッド部を基準位置に静止させるように位置決め制御を行いながらＸＹステージとともにボンディングアームを高速移動させたときのキャピラリの先端の基準位置からのずれを従来のものと対比して示す図である。
【図３】  ボンディングアームの後端部への推力Ｆ２の作用状況を示す図である。
【図４】  本発明に係るワイヤボンディング装置に付設された制御ユニット内の電子回路の要部（実施の形態２）を示すブロック図である。
【図５】  ワイヤボンディング装置に付設された制御ユニット内の電子回路の要部（参考例）を示すブロック図である。
【図６】  従来のワイヤボンディング装置の平面断面図である。
【図７】  図６におけるＣ方向から見た側面断面図である。
【図８】  従来のワイヤボンディング装置に付設された制御ユニット内の電子回路の要部を示すブロック図である。
【図９】  ワイヤボンディング装置を使用して実際にワイヤボンディングを行う際の工程図を例示する図である。
【符号の説明】
１…ＸＹステージ、２，３…モータ、４…ボンディングヘッド本体、５…回転軸、６…ボンディングアーム、６−１…ホーン、７…キャピラリ、８…リニアモータ、８−１…マグネット部、８−２…磁気回路部、９…ボンディングヘッド部、１０…エンコーダ、１１…カットクランプ取付アーム、１２…カットクランプ、１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ…制御ユニット、１３−１…制御部、１３−２…演算部、１３−３…増幅器、１３−４…フィードフォワード補償器、１３−５…電流検出器、１３−６…フィードフォワード補償器、１３−７…外乱オブザーバ。
【図１】
0004538942.tif 000002
【図２】
0004538942.tif 000003
【図３】
0004538942.tif 000004
【図４】
0004538942.tif 000005
【図５】
0004538942.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004538942.tif 000008
【図８】
0004538942.tif 000009
【図９】
0004538942.tif 000010