特許 7537806 ワイヤボンディング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】ワイヤボンディング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20240814BHJP

【ＦＩ】

H01L21/60 301G

H01L21/60 301L

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023190746

(22)【出願日】2023-11-08

【審査請求日】2024-02-21

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】519294332

【氏名又は名称】株式会社新川

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】内田 洋平

【審査官】小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１４１０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２９１７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１８９６４２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／４４７－Ｈ０１Ｌ ２１／４４９

Ｈ０１Ｌ ２１／６０ －Ｈ０１Ｌ ２１／６０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

キャピラリを着脱可能に把持すると共に治具挿入孔が設けられたホーンを有するホーンユニットと、
前記治具挿入孔に挿入され、前記ホーンによる前記キャピラリの把持を解除する治具と、
前記治具の撮像画像に基づいて前記治具の位置を検出するカメラユニットと、
前記ホーンが把持する前記キャピラリを交換するマニピュレータと、
を備え、
前記ホーンユニットは、前記カメラユニットにより検出された前記治具と前記治具挿入孔とが合う挿入位置に前記ホーンを移動させ、前記治具の動作によって前記ホーンによる前記キャピラリの把持を解除し、
前記マニピュレータは、前記キャピラリの把持が解除された状態において、前記挿入位置において前記キャピラリを交換する、ワイヤボンディング装置。

【請求項2】

前記ホーンには、前記治具挿入孔と、前記キャピラリより小さく形成されたキャピラリ取付孔と、が設けられ、
前記治具挿入孔と前記キャピラリ取付孔とは、互いに連通し、
前記ホーンは、前記キャピラリ取付孔を押し広げることによって前記キャピラリ取付孔に挿入された前記キャピラリを弾性力によって把持し、
前記治具は、前記治具挿入孔を押し広げると共に前記キャピラリ取付孔を押し広げ、前記キャピラリの把持を解除する、請求項１に記載のワイヤボンディング装置。

【請求項3】

前記カメラユニットは、前記治具の先端側の端面の前記撮像画像に基づいて、前記治具の位置を検出する、請求項１に記載のワイヤボンディング装置。

【請求項4】

前記カメラユニットは、前記治具の前記撮像画像に基づいて、前記撮像画像中の予め定められた画像基準点と、前記治具において予め定められた治具基準点と、が一致するように前記治具を撮像するカメラを移動させる、請求項１に記載のワイヤボンディング装置。

【請求項5】

前記カメラユニットは、半導体チップにワイヤボンディングを行う場合において前記キャピラリの位置決めを行うために前記半導体チップを撮像するワイヤボンディング用カメラユニットとしても機能する、請求項１に記載のワイヤボンディング装置。

【請求項6】

前記治具の先端側の端面の高さ位置は、前記半導体チップにワイヤボンディングを行うときのボンディング高さ位置と略同じである、請求項５に記載のワイヤボンディング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ワイヤボンディング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、ワイヤボンディング装置を開示する。ワイヤボンディング装置は、ボンディングツールであるキャピラリを有する。ワイヤボンディング装置は、当該キャピラリを用いてワイヤに対して熱あるいは超音波振動などを付与することにより、電極にワイヤを接続する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０８－３０６７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電子機器の製造工場では、大量の電子機器を製造するために複数の製造装置を稼働させる。製造装置の数が増えると、生産数を増加させ得る。その一方で、製造装置は、種々のメンテナンス作業を要する。そうすると、製造装置の数だけメンテナンス作業を要することとなる。従って、生産数の増加と、メンテナンス作業の負荷とは、相反する関係にある。そこで、メンテナンス作業を作業者の手によらずに自動的に行うことができれば、メンテナンス作業の負荷を低減することが可能である。

【0005】

ワイヤボンディング装置は、上記のメンテナンス作業のひとつとしてのキャピラリ交換作業を有する。そこで、当該技術分野においては、キャピラリの交換作業の自動化、具体的には、使用済みのキャピラリをホーンから取り外し、新規なキャピラリをホーンに取り付ける作業の自動化が望まれていた。

【0006】

上記の背景に鑑み、本開示は、キャピラリの交換作業の自動化が可能なワイヤボンディング装置について説明する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様に係るワイヤボンディング装置は、キャピラリを着脱可能に把持すると共に治具挿入孔が設けられたホーンを有するホーンユニットと、治具挿入孔に挿入され、ホーンによるキャピラリの把持を解除する治具と、治具の撮像画像に基づいて治具の位置を検出するカメラユニットと、ホーンが把持するキャピラリを交換するマニピュレータと、を備え、ホーンユニットは、カメラユニットにより検出された治具の位置にホーンを移動させ、治具の動作によってホーンによるキャピラリの把持を解除し、マニピュレータは、キャピラリの把持が解除された状態において、キャピラリを交換する。

【0008】

このようなキャピラリを把持するホーンを備えるワイヤボンディング装置では、キャピラリの交換を行う際に、ホーンによるキャピラリの把持を解除させる必要がある。そこで、ワイヤボンディング装置は、治具の撮像画像に基づいて治具の位置を検出する。これにより、ワイヤボンディング装置は、検出した治具の位置に基づいて、治具を治具挿入孔に挿入できるように治具の位置にホーンを移動させることができる。そして、ワイヤボンディング装置は、治具によって、ホーンによるキャピラリの把持を解除させる。この状態においてワイヤボンディング装置は、マニピュレータによって、キャピラリを交換することができる。このように、ワイヤボンディング装置は、キャピラリの交換作業を自動で行うことができる。

【0009】

上記のワイヤボンディング装置において、ホーンには、治具挿入孔と、キャピラリより小さく形成されたキャピラリ取付孔と、が設けられ、治具挿入孔とキャピラリ取付孔とは、互いに連通し、ホーンは、キャピラリ取付孔を押し広げることによってキャピラリ取付孔に挿入されたキャピラリを弾性力によって把持し、治具は、治具挿入孔を押し広げると共にキャピラリ取付孔を押し広げ、キャピラリの把持を解除してもよい。

【0010】

ホーンに設けられたキャピラリ取付孔は、治具挿入孔に連通している。この場合、治具挿入孔が押し広げられることによって、キャピラリ取付孔も押し広げられる。そこで、ワイヤボンディング装置は、治具によって治具挿入孔を押し広げる。これにより、治具挿入孔が押し広げられることに伴って、キャピラリ取付孔が押し広げられ、キャピラリの把持が解除される。このように、ワイヤボンディング装置は、治具を用いて治具挿入孔を押し広げることによって、ホーンによるキャピラリの把持を容易に解除することができる。

【0011】

上記のワイヤボンディング装置において、カメラユニットは、治具の先端側の端面の撮像画像に基づいて、治具の位置を検出してもよい。この場合、ワイヤボンディング装置は、治具の端面の撮像画像に基づいて治具の位置を検出し、検出した治具の位置にホーンを移動させることができる。

【0012】

上記のワイヤボンディング装置は、カメラユニットは、治具の撮像画像に基づいて、撮像画像中の予め定められた画像基準点と、治具において予め定められた治具基準点と、が一致するように治具を撮像するカメラを移動させてもよい。このようにしてカメラを移動させることにより、治具とカメラとが所定の位置関係となる。これにより、ワイヤボンディング装置は、カメラが撮像した撮像画像に基づいて、治具の位置をより精度良く検出することができる。

【0013】

上記のワイヤボンディング装置において、カメラユニットは、半導体チップにワイヤボンディングを行う場合においてキャピラリの位置決めを行うために半導体チップを撮像するワイヤボンディング用カメラとしても機能してもよい。この場合、ワイヤボンディング装置は、ワイヤボンディング用として設けられたカメラユニットを用いて、治具を撮像し、治具の位置を検出することができる。これにより、ワイヤボンディング装置は、構成の簡素化を図ることができる。

【0014】

上記のワイヤボンディング装置において、治具の先端側の端面の高さ位置は、半導体チップにワイヤボンディングを行うときのボンディング高さ位置と略同じであってもよい。これにより、ワイヤボンディング装置は、ボンディング用カメラユニットを用いて治具を撮像した場合に、治具の端面をより鮮明に撮像することができる。したがって、ワイヤボンディング装置は、鮮明に撮像された治具の撮像画像に基づいて、治具の位置をより精度良く検出することができる。

【発明の効果】

【0015】

本開示の一態様によれば、キャピラリの交換作業を自動で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施形態のワイヤボンディング装置を側面から見た図である。

【図2】図２は、キャピラリ交換ユニット周りを側面から見た拡大図である。。

【図3】図３（ａ）は、治具を上方から見た図である。図３（ｂ）は、カメラによって撮像された治具の撮像画像を示す図である。

【図4】図４は、超音波ホーンを上方から見た図である。

【図5】図５（ａ）～図５（ｄ）は、治具によって把持解除動作が行われるときのキャピラリ取付孔及び治具挿入孔の状態を示す図である。

【図6】図６は、コントローラの機能構成を示すブロック図である。

【図7】図７は、ワイヤボンディング装置が行うキャピラリの交換作業の処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一又は相当する要素同士には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0018】

図１に示されるように、ワイヤボンディング装置１００は、半導体チップＣに対してボンディングワイヤＹを接合する。ワイヤボンディング装置１００は、主要な構成要素として、ワイヤボンディングユニット（ホーンユニット）１と、カメラユニット２と、ボンディングステージ３と、キャピラリ交換ユニット４と、コントローラ５と、を有する。ワイヤボンディングユニット１は、半導体チップＣに対してボンディングワイヤＹを接合する。カメラユニット２は、ワイヤボンディングユニット１の動作を制御するための撮像画像を得る。コントローラ５は、ワイヤボンディング装置１００の各部の動作の制御及び各種の処理を行う各種の制御部を備えている。

【0019】

＜ワイヤボンディングユニット＞
ワイヤボンディングユニット１は、キャピラリ１０と、超音波ホーン１１（ホーン）と、ワイヤクランパ１２と、ホーンホルダ１３と、Ｚ軸駆動部１４と、ツール用ＸＹステージ１５と、ホーン制御部５２（図６参照）と、を有する。

【0020】

ボンディングツールであるキャピラリ１０は、ボンディングワイヤＹを半導体チップＣに接合する。超音波ホーン１１は、その先端側の部分においてキャピラリ１０を着脱可能に把持する。超音波ホーン１１の基端側は、ホーンホルダ１３の先端側に取り付けられている。ホーンホルダ１３の先端側には、超音波ホーン１１に加えて、ワイヤクランパ１２の基端側も取り付けられている。ワイヤクランパ１２の先端側は、おおむねキャピラリ１０の上方に位置する。

【0021】

ホーンホルダ１３の基端側は、Ｚ軸駆動部１４に取り付けられている。Ｚ軸駆動部１４は、ツール用ＸＹステージ１５に取り付けられている。従って、Ｚ軸駆動部１４に対して直接または間接に取り付けられているキャピラリ１０、超音波ホーン１１、ワイヤクランパ１２、ホーンホルダ１３及びＺ軸駆動部１４は、ＸＹ平面に沿う平行移動が可能である。ツール用ＸＹステージ１５はサーボモータを用いた高速高精度ステージである。ＸＹ平面とは、例えば、水平面である。

【0022】

Ｚ軸駆動部１４は、ホーンホルダ１３を円弧運動させる。ホーンホルダ１３の円弧運動によれば、ホーンホルダ１３に対して直接または間接に取り付けられているキャピラリ１０、超音波ホーン１１及びワイヤクランパ１２も円弧運動する。つまり、キャピラリ１０等のＺ軸方向の位置が変化する。なお、Ｚ軸とは、ＸＹ平面に垂直な軸である。キャピラリ１０の円弧運動によって、キャピラリ１０は、ボンディング動作を行う。Ｚ軸駆動部１４には、トーチアーム１６も取り付けられている。トーチアーム１６の先端側には、トーチ（不図示）のためのアダプタ１７が取り付けられている。

【0023】

このように、ワイヤボンディングユニット１において、超音波ホーン１１に取り付けられたボンディングツールであるキャピラリ１０と、キャピラリ１０を円弧運動させボンディング動作を行うＺ軸駆動部１４と、は、ツール用ＸＹステージ１５上に設置されている。ホーン制御部５２は、ワイヤボンディングユニット１の各種の動作の制御及び各種の処理を実行する。ホーン制御部５２が行う制御の詳細については、後述する。

【0024】

＜カメラユニット＞
カメラユニット２は、半導体チップＣを撮像する。半導体チップＣの撮像画像は、半導体チップＣにワイヤボンディングを行う場合において、キャピラリ１０の位置決めのために用いられる。このように、カメラユニット２は、ワイヤボンディングを行うために用いられるワイヤボンディング用カメラユニットとして機能する。また、カメラユニット２は、キャピラリ交換ユニット４においてキャピラリ１０の交換を行うために、治具４１（図２参照）を撮像する。治具４１の撮像画像は、キャピラリ交換ユニット４がキャピラリ１０の交換を行う場合において、超音波ホーン１１の位置決めのために用いられる。

【0025】

位置決め用の光学系であるカメラユニット２は、撮像素子を有するカメラ２１と、カメラ２１を支持するアーム部２２と、ツール用ＸＹステージ１５と、カメラ制御部５１（図６参照）と、を有する。アーム部２２の基端部は、ツール用ＸＹステージ１５に取り付けられている。アーム部２２の先端部には、カメラ２１が取り付けられている。アーム部２２は、ボンディングステージ３の上方の位置において、カメラ２１を支持する。

【0026】

カメラ２１及びアーム部２２は、ツール用ＸＹステージ１５上に設置されている。つまり、カメラ２１及びアーム部２２は、ツール用ＸＹステージ１５によって駆動されることにより、キャピラリ１０等と共に、ＸＹ平面に沿う平行移動が可能である。このように、ツール用ＸＹステージ１５は、ワイヤボンディングユニット１の構成要素の一部として機能すると共に、カメラユニット２の構成要素の一部としても機能する。カメラ制御部５１は、カメラユニット２の各種の動作の制御及び各種の処理を実行する。カメラ制御部５１が行う制御の詳細については、後述する。

【0027】

＜ボンディングステージ＞
ボンディングステージ３は、キャピラリ１０の下方に配置される。ボンディングステージ３は、半導体チップＣをキャピラリ１０の下方に保持する。

【0028】

＜キャピラリ交換ユニット＞
キャピラリ交換ユニット４は、超音波ホーン１１に取り付けられたキャピラリ１０を回収するとともに、超音波ホーン１１に対して新規なキャピラリ１０を装着する。つまり、キャピラリ１０の交換作業とは、キャピラリ１０を回収する作業と、キャピラリ１０を装着する作業と、を含む。このキャピラリ１０の交換作業は、予め設定された条件を満たした場合に、自動的に実施される。例えば、当該条件は、ボンディング作業の回数としてもよい。すなわち、所定回数のボンディング作業を実施するごとに、キャピラリ１０を交換する作業を行うものとしてよい。

【0029】

図２に示されるように、キャピラリ交換ユニット４は、把持解除ユニット４０と、マニピュレータ４５と、を有する。把持解除ユニット４０は、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を解除する。より詳細には、把持解除ユニット４０は、治具４１と、治具駆動部４２と、治具制御部５３（図６参照）と、を有する。治具４１は、超音波ホーン１１に設けられた治具挿入孔Ｈ２に挿入され、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を解除する。治具４１の上側の先端部には、棒状を呈する挿入部４１ａが設けられている。挿入部４１ａは、超音波ホーン１１の治具挿入孔Ｈ２に挿入される部分である。挿入部４１ａは、Ｚ軸に沿って延在している。

【0030】

図３（ａ）に示されるように、挿入部４１ａの断面形状は、第１方向の長さＬ１が、第１方向に直交する第２方向の長さＬ２よりも長い。本実施形態において、挿入部４１ａの断面形状は、楕円形状となっている。

【0031】

図２に示されるように、治具４１の基端部（下側の端部）は、治具駆動部４２に取り付けられている。治具駆動部４２は、治具制御部５３からの指示に基づいて、治具４１を駆動する。治具駆動部４２は、治具４１をＺ軸周りに回転させることができる。また、治具駆動部４２は、治具４１をＺ軸に沿って移動させることができる。

【0032】

ここで、超音波ホーン１１がキャピラリ１０を把持する構成の詳細について説明する。図４に示されるように、超音波ホーン１１の先端部には、キャピラリ取付孔Ｈ１と、治具挿入孔Ｈ２と、が形成されている。キャピラリ取付孔Ｈ１及び治具挿入孔Ｈ２は、Ｚ軸に沿って超音波ホーン１１を貫通している。本実施形態においてキャピラリ取付孔Ｈ１は、治具挿入孔Ｈ２よりも超音波ホーン１１の先端側に設けられている。但し、治具挿入孔Ｈ２が、キャピラリ取付孔Ｈ１よりも超音波ホーン１１の先端側に設けられていてもよい。

【0033】

キャピラリ取付孔Ｈ１と治具挿入孔Ｈ２とは、互いに連通している。本実施形態では、キャピラリ取付孔Ｈ１と治具挿入孔Ｈ２とは、スリットＳ１を介して互いに連通している。スリットＳ１は、Ｚ軸方向において超音波ホーン１１を貫通している。

【0034】

また、超音波ホーン１１には、スリットＳ２が形成されている。スリットＳ２は、治具挿入孔Ｈ２と連通している。治具挿入孔Ｈ２は、治具挿入孔Ｈ２よりも超音波ホーン１１の基端側に形成されている。スリットＳ２は、Ｚ軸方向において超音波ホーン１１を貫通している。このように、キャピラリ取付孔Ｈ１、スリットＳ１、治具挿入孔Ｈ２、及びスリットＳ２は、互いに連通している。

【0035】

キャピラリ取付孔Ｈ１には、キャピラリ１０が挿入される。ここで、超音波ホーン１１は、弾性変形可能な材料によって形成されている。図５（ａ）に示されるようにキャピラリ取付孔Ｈ１は、キャピラリ１０が挿入されていない状態では、キャピラリ１０の外径よりも小さい大きさとなっている。超音波ホーン１１は、キャピラリ取付孔Ｈ１を押し広げることによってキャピラリ取付孔Ｈ１に挿入されたキャピラリ１０を弾性力によって把持することができる。つまり、キャピラリ１０は、キャピラリ取付孔Ｈ１が押し広げられた状態で、キャピラリ取付孔Ｈ１に挿入される。

【0036】

図５（ａ）に示されるように治具挿入孔Ｈ２は、楕円形状の孔である。治具挿入孔Ｈ２には、治具４１の挿入部４１ａが挿入可能となっている。治具挿入孔Ｈ２には、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を解除するために挿入部４１ａが挿入される。図４及び図５（ａ）に示されるように治具挿入孔Ｈ２の内壁面は、互いに対向する第１面部Ｗ１及び第２面部Ｗ２を含んでいる。第１面部Ｗ１と第２面部Ｗ２とは、楕円形状の治具挿入孔Ｈ２の短手方向において互いに対向している。なお、スリットＳ１とスリットＳ２とは、楕円形状の治具挿入孔Ｈ２の長手方向において互いに対向している。治具挿入孔Ｈ２に治具４１の挿入部４１ａが挿入されていない状態において、治具挿入孔Ｈ２の短手方向の長さは、挿入部４１ａの第１方向（長手方向）の長さＬ１よりも短い。キャピラリ取付孔Ｈ１は、スリットＳ１を介して、楕円形状の治具挿入孔Ｈ２の長手方向の端部に連通している。

【0037】

次に、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を解除させる把持解除動作について説明する。この把持解除動作は、治具４１によって行われる。図４に示されるように、超音波ホーン１１は、キャピラリ取付孔Ｈ１に挿入されたキャピラリ１０を弾性力によって把持している。この把持を解除する場合、超音波ホーン１１の治具挿入孔Ｈ２に治具４１の挿入部４１ａを挿入する。治具挿入孔Ｈ２への治具４１の挿入動作は、治具駆動部４２によって行われる。

【0038】

図５（ｂ）に示されるように、治具挿入孔Ｈ２に挿入部４１ａが挿入された状態で、挿入部４１ａをＺ軸周りに９０度回転させる。これにより、挿入部４１ａの第１方向の両端部（楕円形状の長手方向の両端部）によって、第１面部Ｗ１及び第２面部Ｗ２が押圧される。挿入部４１ａによって第１面部Ｗ１及び第２面部Ｗ２が押圧されることにより、超音波ホーン１１が弾性変形する。これにより、治具挿入孔Ｈ２の第１面部Ｗ１と第２面部Ｗ２との間隔が広くなる。治具４１の回転動作は、治具駆動部４２によって行われる。

【0039】

ここで、治具挿入孔Ｈ２とキャピラリ取付孔Ｈ１とはスリットＳ１を介して互いに連通している。このため、挿入部４１ａによって第１面部Ｗ１と第２面部Ｗ２との間隔が押し広げられることにつられて、キャピラリ取付孔Ｈ１も押し広げられる。キャピラリ取付孔Ｈ１が押し広げられることにより、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持が解除される。つまり、把持解除動作は、治具挿入孔Ｈ２に挿入部４１ａが差し込まれた状態で治具４１を回転させる動作である。そして、把持解除動作は、挿入部４１ａにおける第１方向の両端部（楕円形状の長手方向の両端部）によって第１面部Ｗ１及び第２面部Ｗ２を押圧することにより、第１面部Ｗ１と第２面部Ｗ２との間隔を押し広げる共にキャピラリ取付孔Ｈ１を押し広げる動作である。このように、治具４１は、治具挿入孔Ｈ２を押し広げると共にキャピラリ取付孔Ｈ１を押し広げ、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を解除する。

【0040】

図５（ｂ）に示されるように、治具４１によってキャピラリ取付孔Ｈ１が押し広げられた状態で、超音波ホーン１１からキャピラリ１０が取り外され、新規なキャピラリ１０がキャピラリ取付孔Ｈ１内に挿入される。このキャピラリ１０の交換は、マニピュレータ４５によって行われる。その後、図５（ｃ）に示されるように、挿入部４１ａをＺ軸周りに９０度回転させ、挿入部４１ａによる第１面部Ｗ１及び第２面部Ｗ２の押圧を解除する。つまり、把持解除動作を解除する。これにより、治具挿入孔Ｈ２及びキャピラリ取付孔Ｈ１は図５（ａ）に示される元の形状に戻ろうとする。元の形状に戻ろうとする弾性力により、キャピラリ取付孔Ｈ１に挿入されたキャピラリ１０がキャピラリ取付孔Ｈ１の内壁面によって把持される。

【0041】

その後、図５（ｄ）に示されるように、治具挿入孔Ｈ２から挿入部４１ａが抜き取られる。このように、超音波ホーン１１では、治具４１を用いて、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持及び把持の解除を行うことができる。

【0042】

図２に示されるように、マニピュレータ４５は、キャピラリ１０の把持が解除された状態において、キャピラリ１０を交換する交換動作を行う。キャピラリ１０の交換動作とは、超音波ホーン１１からキャピラリ１０を受け取り、新規なキャピラリ１０を超音波ホーン１１の治具挿入孔Ｈ２に挿入する動作である。キャピラリ１０の交換作業を行うことができれば、マニピュレータ４５の構成は特に限定されない。

【0043】

＜コントローラ＞
次に、コントローラ５の詳細について説明する。コントローラ５は、カメラユニット２が撮像した撮像画像に基づいて、ワイヤボンディングユニット１を制御する。ワイヤボンディングユニット１の制御には、半導体チップＣに対するキャピラリ１０の先端の位置制御、キャピラリ１０によるワイヤボンディング動作の制御といった一連の動作が含まれる。また、コントローラ５は、カメラユニット２が撮像した撮像画像に基づいて、キャピラリ交換ユニット４によるキャピラリの交換動作の制御も行う。以下、キャピラリ１０の交換作業を行う場合に、コントローラ５が行う各部の制御について説明する。

【0044】

コントローラ５は、コンピュータ及びコンピュータに接続された電子回路であり、ＣＰＵによって所定のプログラムを実行することにより、機能的構成要素が実現される。コントローラ５には、各ユニットの制御部が設けられている。図６に示されるようにコントローラ５は、機能的には、カメラユニット２のカメラ制御部５１と、ワイヤボンディングユニット１のホーン制御部５２と、把持解除ユニット４０の治具制御部５３と、を有している。また、コントローラ５には、マニピュレータ４５の制御部が設けられていてもよい。

【0045】

カメラ制御部５１は、カメラ２１による撮像及びカメラ２１の移動を制御する。カメラ制御部５１は、ツール用ＸＹステージ１５に対して指示を行うことによって、カメラ２１のＸＹ平面における移動を制御する。ここで、超音波ホーン１１が把持するキャピラリ１０を交換する場合、治具４１を超音波ホーン１１の治具挿入孔Ｈ２に挿入する必要がある。このため、カメラ制御部５１は、撮像画像に基づいて挿入部４１ａの位置を検出できるように、カメラ２１によって挿入部４１ａを撮像させる。なお、カメラ２１は、挿入部４１ａにおける治具挿入孔Ｈ２への差し込み方向の先端側の端面を撮像する。つまり、カメラ２１は、挿入部４１ａの上側の端面を撮像する。

【0046】

また、治具挿入孔Ｈ２に挿入部４１ａを挿入するため、挿入部４１ａの位置を精度良く把握する必要がある。そこで、カメラ制御部５１は、カメラ２１と挿入部４１ａとが所定の位置関係となった状態で撮像できるように、カメラ２１を移動させる。具体的には、カメラ制御部５１は、カメラ２１が撮像した挿入部４１ａの撮像画像に基づいて、図３（ｂ）に示される撮像画像Ｄ中の予め定められた画像基準点Ｐ２と、挿入部４１ａの端面において予め定められた治具基準点Ｐ１と、が一致するようにカメラ２１を移動させる。撮像画像Ｄ中の画像基準点Ｐ２として、例えば、撮像画像Ｄの中心点が設定されていてもよい。治具基準点Ｐ１として、例えば、挿入部４１ａの端面の中心点が設定されていてもよい。カメラ制御部５１は、挿入部４１ａの端面の画像に基づいて、治具基準点Ｐ１を認識することができる。

【0047】

また、例えば、カメラ２１の位置によっては、挿入部４１ａがカメラ２１の撮像範囲外に位置している場合がある。この場合、ワイヤボンディング装置１００は、カメラ２１による挿入部４１ａの撮像画像に基づいてカメラ２１を移動させることができない。そこで、例えば、作業者等が、カメラ２１の撮像範囲内に挿入部４１ａが含まれるように、カメラ２１を移動させてもよい。カメラ２１によって挿入部４１ａを撮像できる状態になった後、カメラ制御部５１は、カメラ２１が撮像した挿入部４１ａの撮像画像に基づいて、治具基準点Ｐ１と画像基準点Ｐ２とが一致するようにカメラ２１を移動させてもよい。

【0048】

ここで、カメラユニット２は、半導体チップＣにワイヤボンディングを行う場合においてキャピラリ１０の位置決めを行うためにも用いられる。このため、Ｚ軸方向においてカメラ２１の焦点の位置は、半導体チップＣにワイヤボンディングを行うときのボンディング高さ位置に設定されている。カメラ２１が挿入部４１ａを撮像する場合において、挿入部４１ａにおけるカメラ２１側の端面の高さ位置は、ボンディング高さ位置と略同じとなっている。挿入部４１ａの端面の高さ位置とボンディング高さ位置とが略同じであることとは、両者が完全に同じであることと、両者が僅かにずれていることと、を含む。挿入部４１ａの端面の高さ位置とボンディング高さ位置とのずれが大きくなると、カメラ２１によって撮像された挿入部４１ａの端面の撮像画像が不鮮明となる。このため、許容可能な両者のずれの範囲とは、挿入部４１ａの端面の撮像画像に基づいてカメラ制御部５１が挿入部４１ａの位置を所定の精度以上で検出可能な範囲とされていてもよい。

【0049】

また、カメラ制御部５１は、カメラ２１によって撮像された治具の撮像画像に基づいて、治具４１の挿入部４１ａの位置を検出する。より詳細には、カメラ制御部５１は、挿入部４１ａの位置として、挿入部４１ａのＸＹ平面における位置を検出する。

【0050】

ここで、撮像画像において治具基準点Ｐ１と画像基準点Ｐ２とが一致している場合、挿入部４１ａとカメラ２１とは所定の位置関係となっている。また、ツール用ＸＹステージ１５によって移動させられるカメラ２１の位置は、把握されている。このため、カメラ制御部５１は、治具基準点Ｐ１と画像基準点Ｐ２とが一致する撮像画像を撮像したときのカメラ２１の位置に基づいて、挿入部４１ａの位置を検出することができる。

【0051】

なお、カメラ２１による挿入部４１ａの撮像及びカメラ制御部５１による挿入部４１ａの位置の検出は、キャピラリ１０の交換作業を行うごと又は所定の交換作業の実行回数ごとに行われてもよく、ワイヤボンディング装置１００の設置時に行われてもよい。

【0052】

ホーン制御部５２は、超音波ホーン１１の移動を制御する。ホーン制御部５２は、ツール用ＸＹステージ１５に対して指示を行うことによって、ホーン制御部５２のＸＹ平面における移動を制御する。ホーン制御部５２は、カメラ制御部５１により検出された治具４１の位置にホーンを移動させる。

【0053】

より詳細には、ホーン制御部５２は、検出された治具４１の挿入部４１ａの位置に基づいて、治具挿入位置まで超音波ホーン１１を移動させる。治具挿入位置とは、図２に示されるように治具挿入孔Ｈ２に挿入部４１ａを挿入するための位置である。なお、本実施形態において治具挿入位置とは、治具４１の上方に超音波ホーン１１が存在する位置である。また、治具挿入位置とは、Ｚ軸に沿って見たときに、治具挿入孔Ｈ２と挿入部４１ａとが一致する超音波ホーン１１の位置である。つまり、治具挿入位置とは、治具挿入位置に位置する超音波ホーン１１に対して挿入部４１ａをＺ軸に沿って移動させることにより、治具挿入孔Ｈ２に挿入部４１ａを挿入可能な位置である。

【0054】

治具制御部５３は、治具４１の動作を制御する。治具制御部５３は、治具駆動部４２に対して指示を行うことによって、治具４１の動作を制御する。より詳細には、治具制御部５３は、治具挿入位置に移動させられた超音波ホーン１１の治具挿入孔Ｈ２に挿入されるように治具４１を移動させる。ここでは、治具制御部５３は、治具４１をＺ軸に沿って上昇させ、治具挿入孔Ｈ２に挿入部４１ａを挿入させる。なお、挿入部４１ａの挿入時において、挿入部４１ａの向きは、治具挿入孔Ｈ２に挿入可能なように予め調整されている。

【0055】

治具制御部５３は、治具挿入孔Ｈ２に挿入部４１ａが挿入された状態で、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を解除させる把持解除動作を治具４１に行わせる。ここでは、治具制御部５３は、治具４１をＺ軸周りに９０度回転させる。これにより、治具挿入孔Ｈ２の第１面部Ｗ１と第２面部Ｗ２との間隔が押し広げられると共に、キャピラリ取付孔Ｈ１も押し広げられる。キャピラリ取付孔Ｈ１が押し広げられることにより、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持が解除される。なお、治具制御部５３は、挿入部４１ａを９０度回転させたが、９０度回転させることに限定されない。治具制御部５３は、第１面部Ｗ１と第２面部Ｗ２との間隔が挿入部４１ａによって押し広げられるように、挿入部４１ａを所定角度だけ回転させればよい。

【0056】

治具制御部５３は、マニピュレータ４５によってキャピラリ１０の交換動作が行われた後、挿入部４１ａによる把持解除動作を解除し、超音波ホーン１１の弾性力によってキャピラリ１０を把持させる。

【0057】

次に、ワイヤボンディング装置１００が行うキャピラリ１０の交換作業の流れについて説明する。図７に示されるように、カメラ制御部５１は、カメラユニット２によって治具４１の挿入部４１ａを撮像させる（Ｓ１０１：撮像工程）。カメラ制御部５１は、挿入部４１ａの撮像画像に基づいて、挿入部４１ａの位置を検出する（Ｓ１０２：位置検出工程）。ホーン制御部５２は、検出された挿入部４１ａの位置に基づいて、治具挿入位置まで超音波ホーン１１を移動させる（Ｓ１０３：ホーン移動工程）。

【0058】

なお、Ｓ１０１及びＳ１０２の処理は、キャピラリ１０の交換作業を行うごと又は所定の交換作業の実行回数ごとに行われる、あるいは、ワイヤボンディング装置１００の設置時に行われる。Ｓ１０１及びＳ１０２の処理がキャピラリ１０の交換作業を行うごとに行われない場合、ホーン制御部５２は、前回のＳ１０２の処理において検出された挿入部４１ａの位置に基づいて、超音波ホーン１１を移動させればよい。

【0059】

治具制御部５３は、治具４１に把持解除動作を行わせる。これにより、ワイヤボンディングユニット１は、治具４１の把持解除動作によって、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を解除する（Ｓ１０４：把持解除工程）。マニピュレータ４５は、キャピラリ１０の交換動作を行う（Ｓ１０５：キャピラリ交換工程）。キャピラリ１０の交換完了後、治具制御部５３は、治具４１による把持解除動作を解除させる。これにより、超音波ホーン１１は、治具挿入孔Ｈ２に挿入された新たなキャピラリ１０を把持する（Ｓ１０６：把持工程）。

【0060】

以上のように、このようなキャピラリ１０を把持する超音波ホーン１１を備えるワイヤボンディング装置１００では、キャピラリ１０の交換を行う際に、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を解除させる必要がある。そこで、ワイヤボンディング装置１００は、治具４１の撮像画像に基づいて治具４１の位置を検出する。これにより、ワイヤボンディング装置１００は、検出した治具４１の位置に基づいて、治具４１を治具挿入孔Ｈ２に挿入できるように治具４１の位置に超音波ホーン１１を移動させることができる。そして、ワイヤボンディング装置１００は、治具４１によって、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を解除させる。この状態においてワイヤボンディング装置１００は、マニピュレータ４５によって、キャピラリ１０を交換することができる。このように、ワイヤボンディング装置１００は、キャピラリ１０の交換作業を自動で行うことができる。

【0061】

超音波ホーン１１に設けられたキャピラリ取付孔Ｈ１は、治具挿入孔Ｈ２に連通している。この場合、治具挿入孔Ｈ２が押し広げられることによって、キャピラリ取付孔Ｈ１も押し広げられる。そこで、ワイヤボンディング装置１００は、治具４１によって治具挿入孔Ｈ２を押し広げる。これにより、治具挿入孔Ｈ２が押し広げられることに伴って、キャピラリ取付孔Ｈ１が押し広げられ、キャピラリ１０の把持が解除される。このように、ワイヤボンディング装置１００は、治具４１を用いて治具挿入孔Ｈ２を押し広げることによって、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を容易に解除することができる。

【0062】

カメラ２１は、治具４１の挿入部４１ａの先端側の端面を撮像する。カメラ制御部５１は、挿入部４１ａの端面の撮像画像に基づいて、挿入部４１ａの位置を検出する。この場合、ワイヤボンディング装置１００は、治具４１の端面の撮像画像に基づいて治具４１の位置を検出し、検出した治具４１の位置に超音波ホーン１１を移動させることができる。

【0063】

カメラ制御部５１は、カメラ２１が撮像した撮像画像Ｄ中の画像基準点Ｐ２と、治具４１の挿入部４１ａの端面における治具基準点Ｐ１と、が一致するようにカメラ２１を移動させる。この場合、治具４１とカメラ２１とが所定の位置関係となる。これにより、ワイヤボンディング装置１００は、カメラ２１が撮像した撮像画像に基づいて、治具４１の位置をより精度良く検出することができる。

【0064】

治具４１を撮像するカメラユニット２は、半導体チップＣにワイヤボンディングを行う場合においてキャピラリ１０の位置決めを行うために半導体チップＣを撮像するワイヤボンディング用カメラユニットとしても機能する。この場合、ワイヤボンディング装置１００は、ワイヤボンディング用として設けられたカメラユニット２を用いて、治具４１を撮像し、治具４１の位置を検出することができる。これにより、ワイヤボンディング装置１００は、構成の簡素化を図ることができる。

【0065】

治具４１の挿入部４１ａにおけるカメラユニット２側の端面の高さ位置は、半導体チップＣにワイヤボンディングを行うときのボンディング高さ位置と略同じである。これにより、ワイヤボンディング装置１００は、ボンディング用として設けられたカメラユニット２を用いて治具４１を撮像した場合に、挿入部４１ａの端面をより鮮明に撮像することができる。したがって、ワイヤボンディング装置１００は、鮮明に撮像された治具４１の撮像画像に基づいて、治具４１の位置をより精度良く検出することができる。

【0066】

以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、超音波ホーン１１の構成は、キャピラリ取付孔Ｈ１、治具挿入孔Ｈ２、スリットＳ１、及びスリットＳ２の全てを備える構成に限定されない。例えば、キャピラリ取付孔Ｈ１と治具挿入孔Ｈ２とは、スリットＳ１を介さずに、互いに直接連通していてもよい。また、超音波ホーン１１には、スリットＳ２が設けられていなくてもよい。

【0067】

カメラユニット２は、ツール用ＸＹステージ１５とは異なる駆動源によって、ＸＹ平面に沿って平行移動させられる構成であってもよい。

【0068】

上記実施形態において、ワイヤボンディングユニット１は、撮像画像に基づいて検出された治具４１の位置に超音波ホーン１１を移動させた。その際、ワイヤボンディングユニット１は、治具挿入位置まで超音波ホーン１１を移動させた。これに限定されず、ワイヤボンディングユニット１は、検出された治具４１の位置に基づいて、治具挿入孔Ｈ２に治具４１が挿入された状態となるように、超音波ホーン１１を移動させてもよい。この場合、把持解除ユニット４０の治具駆動部４２は、治具４１をＺ軸方向に移動させなくてもよい。

【0069】

本開示は、以下の構成を含む。

【0070】

本開示は、［１］「キャピラリを着脱可能に把持すると共に治具挿入孔が設けられたホーンを有するホーンユニットと、
前記治具挿入孔に挿入され、前記ホーンによる前記キャピラリの把持を解除する治具と、
前記治具の撮像画像に基づいて前記治具の位置を検出するカメラユニットと、
前記ホーンが把持する前記キャピラリを交換するマニピュレータと、
を備え、
前記ホーンユニットは、前記カメラユニットにより検出された前記治具の位置に前記ホーンを移動させ、前記治具の動作によって前記ホーンによる前記キャピラリの把持を解除し、
前記マニピュレータは、前記キャピラリの把持が解除された状態において、前記キャピラリを交換する、ワイヤボンディング装置。」である。
本開示は、［２］「前記ホーンには、前記治具挿入孔と、前記キャピラリより小さく形成されたキャピラリ取付孔と、が設けられ、
前記治具挿入孔と前記キャピラリ取付孔とは、互いに連通し、
前記ホーンは、前記キャピラリ取付孔を押し広げることによって前記キャピラリ取付孔に挿入された前記キャピラリを弾性力によって把持し、
前記治具は、前記治具挿入孔を押し広げると共に前記キャピラリ取付孔を押し広げ、前記キャピラリの把持を解除する、上記［１］に記載のワイヤボンディング装置。」である。
本開示は、［３］「前記カメラユニットは、前記治具の先端側の端面の前記撮像画像に基づいて、前記治具の位置を検出する、上記［１］又は［２］に記載のワイヤボンディング装置。」である。
本開示は、［４］「前記カメラユニットは、前記治具の前記撮像画像に基づいて、前記撮像画像中の予め定められた画像基準点と、前記治具において予め定められた治具基準点と、が一致するように前記治具を撮像するカメラを移動させる、上記［１］～［３］のいずれかに記載のワイヤボンディング装置。」である。
本開示は、［５］「前記カメラユニットは、半導体チップにワイヤボンディングを行う場合において前記キャピラリの位置決めを行うために前記半導体チップを撮像するワイヤボンディング用カメラユニットとしても機能する、上記［１］～［４］のいずれかに記載のワイヤボンディング装置。」である。
本開示は、［６］「前記治具の先端側の端面の高さ位置は、前記半導体チップにワイヤボンディングを行うときのボンディング高さ位置と略同じである、上記［５］に記載のワイヤボンディング装置。」である。

【符号の説明】

【0071】

１…ワイヤボンディングユニット（ホーンユニット）、２…カメラユニット、１０…キャピラリ、１１…超音波ホーン（ホーン）、２１…カメラ、４１…治具、４１ａ…挿入部、４５…マニピュレータ、１００…ワイヤボンディング装置、Ｃ…半導体チップ、Ｄ…撮像画像、Ｈ１…キャピラリ取付孔、Ｈ２…治具挿入孔、Ｐ１…治具基準点、Ｐ２…画像基準点。

【要約】

【課題】キャピラリの交換作業を自動で行う。
【解決手段】ワイヤボンディング装置１００は、キャピラリ１０を着脱可能に把持すると共に治具挿入孔Ｈ２が設けられた超音波ホーン１１を有するワイヤボンディングユニット１と、治具挿入孔Ｈ２に挿入され、超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を解除する治具４１と、治具４１の撮像画像に基づいて治具４１の位置を検出するカメラユニット２と、マニピュレータ４５と、を備える。ワイヤボンディングユニット１は、検出された治具４１の位置に超音波ホーン１１を移動させ、治具４１の動作によって超音波ホーン１１によるキャピラリ１０の把持を解除し、マニピュレータ４５は、キャピラリ１０の把持が解除された状態において、キャピラリ１０を交換する。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】