(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップの上面とプリント基板の上面を撮像する光学系と、チップの電極と基板のリードを接続するワイヤが挿通されるキャピラリを保持するアームと、このアームを上下方向に揺動させる揺動カム機構およびボイスコイルモータを含む駆動部と、前記アームと前記光学系を半導体チップに対して相対的に水平面内で移動させる移動テーブルと、ボンディング対象物の半導体チップを搭載するボンディングステージを有するワイヤボンディング装置において、前記光学系が、次の各構成を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
（イ）ボンディング対象物の画像を光電変換する光検知器を備えたカメラ
（ロ）前記カメラに光を入射させる鏡筒
（ハ）前記鏡筒を保持し移動テーブルに固定する保持手段
（ニ）前記鏡筒内部に装着され焦点レンズを保持するインナー鏡筒
（ホ）前記インナー鏡筒を保持する保持具を有し、この保持具に連結されモータの駆動によりインナー鏡筒を鏡筒内部で移動させることにより、焦点レンズを移動させてカメラの焦点を合わせるアクチュエータ
（へ）前記カメラの焦点位置を予め設定する初期焦点設定手段
（ト）前記初期焦点設定手段からの信号によりモータを駆動するモータ駆動手段
【請求項２】
請求項１の光学系における（ロ）記載の鏡筒に代えて、下記（ロ）の鏡筒を有することを特徴とするワイヤボンディング装置。
（ロ）前記カメラに光を入射させる鏡筒が９０度曲折し、曲折部にプリズムを配置して光軸を９０度曲げるようにしたＬ型鏡筒
【請求項３】
前記カメラに内蔵された光検知器からの画像情報信号を処理し、光学系の焦点のずれや焦点位置を自動的に補正し設定する自動焦点設定手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のワイヤボンディング装置。
【請求項４】
アクチュエータが前記インナー鏡筒を保持する保持具を有し、この保持具に連結されたベルトと、ベルトを回転させるプーリ機構と、モータの回転により前記ベルトを駆動しインナー鏡筒を鏡筒内で移動させて、カメラの焦点を合わせるものであることを特徴とする請求項１,２または３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、特に半導体チップの電極と基板のリードを撮像する光学系の焦点を切り替えることができるワイヤボンディング装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体チップの電極と、このチップが搭載されたリードフレームやプリント基板などの基板のリードとを接続して、電子部品を製造するワイヤボンディング装置においては、電極やリードを撮像してその位置を検出するためのカメラやレンズを備えた光学系が用いられている。
【０００３】
図７は、この種の従来のワイヤボンディング装置に用いられている光学系の一例を示す断面図である。
光学系６０は、カメラ６１と、カメラ６１に内蔵され撮像された画像を光電変換する光検知器６２と、カメラ６１に固定され光を入射させる鏡筒６３とを有し、鏡筒６３には対物レンズ６４を備えたレンズ鏡筒６５が上下移動可能に装着されている。カメラ６１は、保持具６６で移動テーブル６７上に設置されており、ボンディング対象物に対して水平面内での移動が可能である。
【０００４】
次に、ワイヤボンディング装置のワイヤボンディング動作について説明する。図７によれば、ボンディングステージ５０上のリードフレーム５１上面に、チップ５２が搭載されており、チップ５２の電極５３とリードフレーム５１のリード５５を、ワイヤ５４により円弧状のループを形成して接続される。
【０００５】
ワイヤボンディングを行うのに先立って、チップ５２の電極５３とリードフレーム５１のリード５５をカメラ６１で撮像してその位置を検出する。またワイヤボンディングが終了した後ボンディングの良否を検査するためにボンディング箇所をカメラ６１で撮像することが行われている。
【０００６】
一方、電極５３のレベルＬ０とリード５５のレベルＬ１には段差がある。この段差はチップ５２の製造品種により異なっている。そこでチップ５２の製造品種が異なる毎に、レンズ鏡筒６５を上下に移動させて、レベルＬ０の位置にカメラ６１の焦点を合わせ、同一焦点深度で電極５３とリード５５を撮像していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術には次のような問題があった。
第１の問題点は、光学系の焦点を調整して合わせることができないわけではないが簡単に切替える機構にはなっていないので、調整をし直ししなければ焦点がボケて電極とリードの両方を明瞭に撮像することが困難であり、その結果、ボンディング精度があがらなくなっている。
近年、電子部品は高密度化、高精度化の要請が益々高まっており、これに対応するために光学系の倍率は次第に大きくなってきている。このため光学系の焦点深度は浅くなり、焦点がボケて電極とリードの両方を明瞭に撮像することは困難となっていた。
【０００８】
この問題点を解決するためには、何らかの手段により、半導体の製造品種が異なったときに電極とリードを撮像するのに、光学系の焦点が正確に合うように切り替えればよい。しかしながらこの場合、焦点の切り替えは予め焦点の設定を行うか、または動作中に高速度で行わなければならない。
【０００９】
第２の問題点は、光学系をワイヤボンデイング装置の移動テーブルに搭載したとき、光学系の重心位置が高いので、移動テーブル全体の慣性モーメントが大きくなり、移動テーブルを高速で移動すると光学系が振動して画像が乱れやすく、正確な画像が得られないということである。
【００１０】
第３の問題点は、光学系の重心位置が高いので、光学系を移動テーブルに搭載したとき移動テーブル全体の慣性モーメントが大きくなり、移動テーブルの急激な加減速が困難となり、ワイヤボンディング装置の処理速度があげられないということである。
【００１１】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を鑑みて、半導体チップの電極とプリント基板のリードに対する光学系の焦点を簡単に切り替えることにより焦点ボケのない安定な画像が得られ、また光学系を移動テーブルに搭載したとき慣性モーメントが小さく、移動テーブルを高速で移動しても光学系に振動がなく高速動作が可能な光学系を備えたワイヤボンディング装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために次の各手段構成を有する。
第１の発明は、半導体チップの上面とプリント基板の上面を撮像する光学系と、チップの電極と基板のリードを接続するワイヤが挿通されるキャピラリを保持するアームと、このアームを上下方向に揺動させる揺動カム機構およびボイスコイルモータを含む駆動部と、前記アームと前記光学系を半導体チップに対して相対的に水平面内で移動させる移動テーブルと、ボンディング対象物の半導体チップを搭載するボンディングステージを有するワイヤボンディング装置であって、前記光学系が次の各手段構成を有することを特徴とする。
（イ）ボンディング対象物の画像を光電変換する光検知器を備えたカメラ
（ロ）前記カメラに光を入射させる鏡筒
（ハ）前記鏡筒を保持し移動テーブルに固定する保持手段
（ニ）前記鏡筒内部に装着され焦点レンズを保持するインナー鏡筒
（ホ）前記インナー鏡筒を保持する保持具を有し、この保持具に連結されモータの駆動によりインナー鏡筒を鏡筒内部で移動させることにより、焦点レンズを移動させてカメラの焦点を合わせるアクチュエータ
（へ）前記カメラの焦点位置を予め設定する初期焦点設定手段
（ト）前記初期焦点設定手段からの信号によりモータを駆動するモータ駆動手段
【００１３】
第２の発明は、第１の発明の光学系における（ロ）記載の鏡筒に代えて、下記（ロ）の鏡筒を有することを特徴とするワイヤボンディング装置である。
（ロ）前記カメラに光を入射させる鏡筒が９０度曲折し、曲折部にプリズムを配置して光軸を９０度曲げるようにしたＬ型鏡筒
【００１４】
第３の構成は、前記カメラに内蔵された光検知器からの画像情報信号を処理し、光学系の焦点のずれや焦点位置を自動的に補正し設定する自動焦点設定手段を有することを特徴とする第１または第２の手段構成のワイヤボンディング装置である。
【００１５】
第４の構成は、アクチュエータが前記インナー鏡筒を保持する保持具を有し、この保持具に連結されたベルトと、ベルトを回転させるプーリ機構と、モータの回転により前記ベルトを駆動しインナー鏡筒を鏡筒内で移動させて、カメラの焦点を合わせるものであることを特徴とする第１,第２または第３の構成のワイヤボンディング装置である。
【００１６】
【作用】
本発明では、前記手段構成によりワイヤボンディング装置の光学系の焦点を、鏡筒内のインナー鏡筒に装着された焦点レンズをアクチュエータにより移動させて、簡単に切り替えられるようにしたので、ボンディング対象物のサイズの変動に対して、ボケのない鮮明な画像が得られ、ボンディング精度をあげることができる。また、本発明では、更に光学系の鏡筒を９０度曲折したＬ型鏡筒を有することにより、光学系の重心位置を低く慣性モーメントを小さくすることができる。これにより光学系を移動テーブル上に搭載したとき、移動テーブル全体の慣性モーメントが小さくなり、移動テーブルが高速で水平面上を移動したとき、光学系は振動がなく画像の乱れを防止でき、ボンディング精度をあげることができる。
更に、焦点設定手段を自動化することにより、ボンディング対象物のサイズ変動に対して、焦点のボケや焦点位置のずれの補正を、自動的に高速で行うことができるのでボンディング装置の高速化をはかることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、半導体チップの上面とプリント基板の上面を撮像する光学系と、チップの電極と基板のリードを接続するワイヤが挿通されるキャピラリを保持するアームと、このアームを上下方向に揺動させる揺動カム機構およびボイスコイルモータなどの駆動部と、このアームと前記光学系を半導体チップに対して相対的に水平面内で移動させる移動テーブルと、ボンディング対象物の半導体チップなどを搭載するボンディングステージを有するワイヤボンディング装置において、従来の光学系が焦点の切り替えができなかったのが、本発明の光学系では焦点の切り替えを可能としたものである。
本発明の光学系は、カメラの下部に連結された鏡筒の先端に対物レンズが装着され、鏡筒の内部には上下スライド可能なインナー鏡筒が設けられ、インナー鏡筒の内部には焦点レンズが装着されている。さらに、インナー鏡筒は保持具を介して、アクチュエータに連結されている。
【００１８】
アクチュエータは保持具と連結されたスライドブロックを備えている。スライドブロックには調整ねじが挿入されており、ガイドレールに沿って上下移動できる。調整ねじはさらにモータに連結されている。これにより光学系は、モータの駆動により焦点レンズを上下に移動させ焦点を切り替えることができる。
【００１９】
光学系には焦点切り替え制御部が接続されている。
焦点切り替え制御部は、初期焦点設定スイッチと、モータ駆動回路を備えている。初期焦点設定スイッチは半導体チップの製造種目に対応して、そのサイズ毎に予め設定された焦点の位置を操作者がスイッチの切り替えにより設定する。モータ駆動回路は初期焦点設定スイッチからの信号によりモータを駆動し、焦点の切り替えを行う。センサはモータの初期位置の検出を行う。
更に焦点設定手段を自動化し光検知器からの画像情報信号を、画像処理することにより画像のボケを検出し、自動的に焦点の位置を設定する。モータ駆動回路は初期焦点設定スイッチまたは自動焦点設定回路からの信号によりモータを駆動し、焦点の切り替えを行う。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明のワイヤボンディング装置の実施例を図面を参照して説明する。図１は、本発明のワイヤボンディング装置の第１の手段構成の実施例を示す斜視図である。ベース１上に設置された、Ｘ軸移動テーブル２およびＹ軸移動テーブル３には、駆動部４が設置されている。駆動部４にはアーム５が延出しており、アーム５の先端部にはキャピラリ６が保持されている。キャピラリ６にはワイヤ７が挿通されている。アーム５の基端部は駆動部４の内部でピン８により回転自在に軸支されており、駆動部４に内蔵されたカム機構やボイスコイルモータなど（図示せず）の駆動手段９により駆動されて上下方向に揺動する。またＸ軸移動テーブル２およびＹ軸移動テーブル３が移動することにより、キャピラリ６はＸ方向やＹ方向に高速で水平移動することができる。
【００２１】
Ｙ軸移動テーブル３上の駆動部４の横には、保持ブロック１０が前方に延出しており、この保持ブロック１０には光学系１１が固定されている。
この光学系１１は水平方向に移動し、カメラ１２によりチップ５２の電極やリードフレームのリードを上方から撮像し、カメラ１２に内蔵された光検知器１３により画像情報の読み取りを行う。
【００２２】
次に図１および図２を参照して光学系の構成を詳細に説明する。
図２は光学系の詳細を示す断面図である。光学系１１は、カメラ１２の下部に連結された鏡筒１４を備えている。鏡筒１４の先端には対物レンズ１５が装着されいる。また、鏡筒１４の内部には上下スライド可能なインナー鏡筒１６と、インナー鏡筒１６の内部には焦点レンズ１７が装着されている。鏡筒１４は保持ブロック１０に装着され、保持ブロック１０はＹ軸移動テーブル３に固定されている。インナー鏡筒１６は保持具１９を介して、アクチュエータ２０に連結されている。
【００２３】
アクチュエータ２０は保持具１９と連結されたスライドブロック２１を備える。スライドブロック２１には調整ねじ２２が挿入されており、ガイドレール２３に沿って上下移動できる。調整ねじ２２はさらにモータ２４に連結されている。これにより光学系１１は、モータ２４の駆動により焦点レンズ１７を上下に移動させ焦点を切り替えることができる。
【００２４】
光学系１１には図３で説明する焦点切り替え制御部２５が接続される。
図３は焦点切り替え制御部の構成を示すブロック図である。焦点切り替え制御部２５は初期焦点設定スイッチ２６と、モータ駆動回路２７を備えている。初期焦点設定スイッチ２６は半導体チップの製造種目に対応して、そのサイズ毎に予め設定された焦点位置（１〜ｎ）を操作者がスイッチの切り替えにより設定する。モータ駆動回路２７は初期焦点設定スイッチ２６からの信号によりモータ２４を所定時間駆動し、焦点の切り替えを行う。センサ２８はモータ２４の初期位置（焦点位置０）の検出を行う。
【００２５】
次に本発明の実施例の動作について図２および図３を参照して説明する。
ワイヤボンディングを行うに先立ち、チップ５２の電極５３や、リードフレーム５１のリード５５の位置をカメラ１２で撮像し観察する。しかし電極５３のレベルとリード５５のレベルの段差は品種により異なっているので、品種毎にカメラ１２の焦点を合わせる必要がある。そこで初期焦点設定スイッチ２６を切り替えることにより、カメラ１２の初期焦点位置（１〜n）を設定する。焦点の切り替えはモータ２４を所定時間駆動しインナー鏡筒１６に装着された焦点レンズ１７を上下に移動することにより行われる。
【００２６】
図４は、本発明の第２の手段構成の光学系の実施例を示す断面図である。
光学系３１はカメラ１２の側面に連結されたＬ型鏡筒３２を備えている。Ｌ型鏡筒３２は鏡筒の先端部が９０度折り曲げられてＬ型になっており、折り曲げ部に光軸を９０度折り曲げるプリズム３３が装着されており、保持ブロック３４によりＹ軸移動テーブル３に設置されている。これ以外の構成は第１の手段構成の実施例の光学系と同じである。
【００２７】
第２の手段構成の光学系の実施例の動作についても、第１の手段構成の実施例の光学系と同じである。
この光学系３１は鏡筒３２をＬ型にすることにより、光学系の重心を低くでき、慣性モーメントを小さくすることができる。
【００２８】
図５は、本発明の第３の手段構成の焦点切り替え制御部の実施例を示すブロック図である。
焦点切り替え制御部３０は、初期焦点設定スイッチ２６と、自動焦点設定回路２９と、モータ駆動回路２７を備えている。初期焦点設定スイッチ２６は半導体チップの製造種目に対応して、そのサイズ毎に予め設定された焦点位置（１〜n）を操作者がスイッチの切り替えにより設定する。センサ２８はモータ２４の初期位置（焦点位置０）の検出を行う。自動焦点設定回路２９は光検知器１３からの画像信号を、画像処理することにより画像のボケを認識し画像ボケ信号を出力する。モータ駆動回路２７は自動焦点設定回路２９からの画像ボケ信号により焦点が合うまでモータ２４を駆動し、焦点が合ったところで画像ボケ信号がなくなるのでモータ２４は停止する。
ワイヤボンディング装置の稼働中に、焦点が何らかの要因によりボケた場合は自動焦点設定回路が動作して、ボケが修正される。
【００２９】
図６は、本発明の第４の手段構成のアクチュエータの実施例を示す断面図である。
アクチュエータ３５は、インナー鏡筒１６を保持する保持具３６と、この保持具３６に連結されたベルト３７と、ベルト３７を回転させるプーリ機構３８と、モータ２４とセンサ２８を備えている。これにより前記光学系１１および光学系３１は、モータ２４の駆動により焦点レンズ１７を上下に移動させ焦点を切り替えることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のワイヤボンディング装置は次の効果を有する。第１の効果は、光学系の焦点を簡単に切り替えできるようにしたので、ボンディングを行う対象物の製造品種に対応して、焦点を予めまたは自動的に合わせることができる。これにより画像のボケがなく、ボンディング精度をあげることができる。
【００３１】
第２の発明の効果は、上記の効果に加えて光学系の鏡筒を９０度曲折したＬ型鏡筒にしたので、光学系の重心の位置が低くでき、慣性モーメントが小さくなり、光学系を移動テーブルに搭載したとき振動がなく、光学系の画像の乱れを防止でき、このためボンディング精度をあげることができる。
また、光学系の慣性モーメントを小さくしたことで、移動テーブルの急激な加減速が可能となりワイヤボンディング装置の速度をあげることができる。
【００３２】
第３の発明の効果は、上記の効果に加えて自動焦点設定手段を有することにより、ボンディング対象物のサイズが変わっても、焦点のボケや焦点位置のずれの補正を自動的に高速で行うことができるようにしたので、ボンディング装置のボンディング精度と処理速度をあげることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のワイヤボンディング装置の第１の手段構成の実施例を示す斜視図である。
【図２】図１の光学系の詳細を示す断面図である。
【図３】図２の焦点切り替え制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の手段構成の光学系の実施例を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の手段構成の焦点切り替え制御部の実施例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４の手段構成のアクチュエータの実施例を示す断面図である。
【図７】従来のワイヤボンディング装置に用いられている光学系の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ベース
２  Ｘ軸移動テーブル
３  Ｙ軸移動テーブル
４  駆動部
５  アーム
６  キャピラリ
７  ワイヤ
８  ピン
９  駆動手段
１０  保持ブロック
１１  光学系
１２  カメラ
１３  光検知器
１４  鏡筒
１５  対物レンズ
１６  インナー鏡筒
１７  焦点レンズ
１９  保持具
２０  アクチュエータ
２１  スライドブロック
２２  調整ねじ
２３  ガイドレール
２４  モータ
２５  焦点切り替え制御部
２６  初期焦点設定スイッチ
２７  モータ駆動回路
２８  センサ
２９  自動焦点設定回路
３０  焦点切り替え制御部
３１  光学系
３２  Ｌ型鏡筒
３３  プリズム
３４  保持ブロック
３５  アクチュエータ
３６  保持具
３７  ベルト
３８  プーリ機構
３９  保持ブロック
５０  ボンディングステージ
５１  リードフレーム
５２  チップ
５３  電極
５４  ワイヤ
５５  リード
６０  光学系
６１  カメラ
６２  光検知器
６３  鏡筒
６４  対物レンズ
６５  レンズ鏡筒
６６  保持具
６７  移動テーブル
【図１】
0004277963.tif 000002
【図２】
0004277963.tif 000003
【図３】
0004277963.tif 000004
【図４】
0004277963.tif 000005
【図５】
0004277963.tif 000006
【図６】
0004277963.tif 000007
【図７】
0004277963.tif 000008