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TWI460802B - Jointing device - Google Patents

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Publication number
TWI460802B
TWI460802B TW101117481A TW101117481A TWI460802B TW I460802 B TWI460802 B TW I460802B TW 101117481 A TW101117481 A TW 101117481A TW 101117481 A TW101117481 A TW 101117481A TW I460802 B TWI460802 B TW I460802B
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TW
Taiwan
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bonding
joint
tool
optical system
confocal optical
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Application number
TW101117481A
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English (en)
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TW201314802A (zh
Inventor
Akio Sugito
Original Assignee
Kaijo Kk
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Publication date
Application filed by Kaijo Kk filed Critical Kaijo Kk
Publication of TW201314802A publication Critical patent/TW201314802A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI460802B publication Critical patent/TWI460802B/zh

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Description

接合裝置
本發明是關於半導體元件的組裝製程中，用銲線將第1接合點，例如作為被接合零件的半導體晶片(IC晶片)上的電極(銲墊)與第2接合點，例如作為框架之導線架上的外部導線連接之接合裝置，尤其是關於可高速接合之接合裝置。
歷來，將IC晶片上的銲墊與外部導線連接之接合裝置已知有如同第7圖所示之打線接合裝置。
第7圖為顯示習知打線接合裝置的構成之圖；第8圖為顯示習知打線接合裝置的工具高度、搜索高度之圖；第9-1圖為顯示習知打線接合裝置的接合工具(瓷嘴)下降時的速度波形之圖；第9-2圖為顯示接合工具下降時的軌跡之圖。
如第7圖所示，習知的打線接合裝置50由：超音波銲頭53，係具備超音波振動子(未圖示)，具有被安裝在前端之作為接合工具6的瓷嘴(capillary)；接合臂52，係在其中一端的 前端具備超音波銲頭53，另一端結合於支軸9；接合頭51，係具有檢測出被安裝在接合臂52的前端之瓷嘴6的位置之作為位置檢測手段之編碼器8和以支軸9為中心向上下驅動接合臂52之線性馬達10；XY線性滑台20，係搭載接合頭51向X方向及/或Y方向二維移動而定位作為定位手段；接合台22，係搭載已安裝IC晶片40等之導線架藉由瓷嘴6進行接合作業；控制器單元55，係包括微處理器；以及驅動單元57，係依照來自此控制器單元55的指令訊號對接合頭51和XY滑台20發出驅動訊號所組成。
另外，打線接合裝置50係在開始接合前將被接合零件的表面攝影用以檢測出IC晶片40、導線41的位置偏離之作為攝影手段的攝影機(未圖示)搭載在接合頭51。
打線接合裝置50必須在一連串的接合作業之前進行各種條件的設定，即接合參數的設定。
接合參數包括有工具高度、搜索高度、搜索速度等等。以下，參考第8圖說明這些接合參數。
如第8圖所示，工具高度是指從安裝在超音波銲頭53的前端之瓷嘴6的原點位置(第8 圖的0)到第1接合點也就是IC晶片40上之銲墊的表面為止之距離(第8圖的La)及第2接合點也就是導線41的表面為止之距離(第8圖的Lb)。瓷嘴6的原點位置為預先設定。此工具高度的設定係對從瓷嘴6所預先設定的原點位置0到使瓷嘴6低速下降且此嘴6的前端抵接到接合表面，即IC晶片40的銲墊或導線41為止的距離，進行計數檢測出瓷嘴6的位置的作為位置檢測手段之編碼器8的輸出。
另外，如第9-1圖及第9-2圖所示，搜索高度S是指瓷嘴6的下降速度從高速變低速時之瓷嘴6的高度。瓷嘴6高速下降，即將到搜索高度S之前減速且到搜索高度S則以低速的一定速度也就是搜索速度(第9-1圖的Vs)下降卡止在瓷嘴6的前端之銲球，抵接在第1接合點的銲墊。另外，第2接合點則是從瓷嘴6的前端伸出之銲線，抵接到導線41的表面。
如第8圖所示，搜索高度施予導線架L/F上的IC晶片40與導線41不相同的設定。即，如第8圖所示，IC晶片40側為設定從IC晶片40的表面到搜索高度(第8圖的S1)為止的高度(第8圖的h1)，導線41側為設定從導線 41的表面到搜索高度(第8圖的S2)為止的高度(第8圖的h2)。此外，搜索高度也可以IC晶片40側與導線41側為相同值。
進行搜索高度的設定係依據以下的理由。即，安裝在導線架L/F等之IC晶片40係由樹脂、銲錫、金等導電性的接合材接合，會因該接合材厚度的偏差等，致使IC晶片40的安裝高度每一IC晶片40並相同。另外，由於接合材的厚度易於變成不均等，亦會有IC晶片40向高度方向傾斜安裝的情形。另一方面，導線也會因導線構件厚度的偏差、導線的曲翹等導致導線表面的高度不同。
因而，在IC晶片、導線的高度有偏差的情況，恐會有因高度的偏差等使抵接時對銲墊的衝擊力增加導致銲球的變形量偏差，此外接合負荷和超音波功率的施加時序並非一定，銲球變形直徑(deformed ball diameter)、接合強度等改變而降低接合可靠性之虞。
因此，由於被接合零件也就是IC晶片及導線的高度有偏差，工具高度每一IC晶片、導線不相同。因而，為了要吸收這些偏差而以低速的一定速度抵接到銲墊、導線。如此作為接合 參數的搜索高度s，必須充分考量IC晶片高度及導線高度的偏差等而設定。
另外，搜索速度Vs是指搜索高度以下，即瓷嘴6的下降速度由高速變低速時的高度以下瓷嘴6的下降速度。此搜索速度Vs係為了要使銲球抵接到銲墊時的衝擊造成銲球的初始變形量減小。
其次，陳述習知打線接合裝置的接合製程。打線接合係使瓷嘴6高速下降即將到第8圖所示的搜索高度之前減速，到搜索高度S1則以一定速度的搜索速度Vs下降，將瓷嘴6前端的銲球壓緊銲墊。將銲球抵接到銲墊藉由作為位置檢測手段的編碼器9檢測出後，施加既定的接合負荷的同時對瓷嘴6的前端透過超音波銲頭53施加超音波振動將銲球連接到銲墊。
接著，依照既定的迴路控制使瓷嘴6上升，向成為第2接合點之導線的方向移動。使瓷嘴6高速下降，到第8圖所示的搜索高度S2以搜索速度Vs下降，將瓷嘴6前端的銲線壓緊導線。
將銲線抵接到導線藉由作為位置檢測手段的編碼器9檢測出後，施加既定的接合負荷的同時對瓷嘴6的前端透過超音波銲頭53施加超 音波振動以對導線連接銲線。
此後使瓷嘴6上升，在瓷嘴6的前端使銲線突出既定的長度，在預先設定之瓷嘴6的上升位置將剪線夾(未圖示)閉合，將導線上的銲線剪斷將銲線伸長既定長度到瓷嘴6的前端。之後，在放電桿(未圖示)與銲線間施加高電壓，在銲線的前端形成銲球。
如同以上所述，習知的打線接合裝置50，為了要吸收IC晶片高度的偏差、導線高度的偏差而設定搜索高度S，即將到搜索高度S之前減速，並且再以充分減速的搜索速度Vs下降，瓷嘴前端的銲球或銲線抵接到接合點的表面藉由位置檢測手段檢測出進行接合。
然而，位置檢測手段之接合臂的停止判斷，當驅動接合臂的指令訊號與來自編碼器的反饋速度訊號之差值成為預先設定的值以上時，判斷為已抵接到接合點，因而比實際的底接時間點延遲判斷。
即，習知的打線接合裝置50係以充分減速的搜索速度Vs藉由作為位置檢測手段的編碼器，瓷嘴實際抵接到IC晶片的銲墊(或導線)後檢測，瓷嘴前端的銲球或到銲線從搜索高度S 到底接到銲墊為止的移動時間為數十msec，此外會有抵接位置的檢測也實際抵接後延遲數msec的問題。
存在的課題為加長從搜索高度到接合點的距離，此外位置檢測手段的位置檢測延遲則會導致時間增大，如此時間上的延遲、時間的增大量占整個接合時間的比例變大而難以達到縮短接合時間。
於是，日本專利文獻1中揭載的打線接合裝置係具備：雷射位移計，係以非接觸檢測出半導體晶片之接合銲線部位的高度、及控制裝置；係根據來自此雷射位移計的檢測訊號控制接合工具往驅動目標方向的驅動將銲球接合在IC晶片的電極；可在被形成在銲線的銲球不會衝擊到工件致使過度壓扁的狀態下接合。
另外，日本專利文獻2中所揭載的打線接合裝置係藉由對成為接合面的半導體晶片或基板和導線架照射雷射，算出與預先記憶之光點位置的偏離量，由該偏離量求出高度方向的差，在接合前算出接合面的高度，進行縮短接合時間。
〔先前技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本專利特開2002-76049號公報〔專利文獻2〕日本專利特開2004-273507號公報
然而，日本專利文獻1中揭載之接合面的高度測定係在接合前進行將雷射位移計移動到接合點的正上方，需要雷射位移計往接合點的移動及移動後的高度測定，這些動作造成接合時間的增大，恐會有無法達到提高被接合零件的產能之虞。
另外，日本專利文獻2中揭載之接合裝置還存有的課題為在接合前對半導體晶片照射雷射光進行算出實際接合面的高度，這些動作造成接合時間的增大，與日本專利文獻1的打線接合裝置同樣無法達到提高被接合零件的產能。
於是，本發明之目的為提供一種接合裝置，係以將共焦光學系統搭載在接合臂，接合工具從在接合工具往接合點下降中藉由共焦光學系統的聚焦點檢測時由位置檢測手段所檢測出之接合工具的位置，下降預先設定的接合點為止之既定的距離(聚焦點標準下降量)，接合工具在接合點上停止的方式控制，不必進行搜索動作或接合前之接合點的高度測定即可高速接合。
為了要達成上述目的，本發明的接合裝置，其特徵為，具有：共焦光學系統，係搭載在可向上下擺動之接合臂，進行檢測出位於被接合零件的表面之接合點的聚焦點；接合工具，係可與前述接合臂一體動作進行接合；以及位置檢測手段，係檢測出前述接合工具的位置；在前述接合工具往接合點下降中，前述位置檢測手段藉由前述共焦光學系統的聚焦點檢測將前述接合工具的位置檢測出。
另外，如本發明的接合裝置，其中，以接合工具從藉由前述共焦光學系統的聚焦點檢測由位置檢測手段所檢測出之接合工具的位置，下降預先設定的接合點為止之既定的距離(聚焦點標準下降量)，在接合點上停止的方式控制。
另外，如本發明的接合裝置，其中，前述接合工具係以根據從預先設定之前述接合工具的原點位置到接合點為止的距離也就是工具高度的資料開始進行下降，從在前述接合工具往接合點下降中藉由前述共焦光學系統的聚焦點檢測由前述位置檢測手段所檢測出之接合工具位置的資料及前述聚焦點標準下降量，算出新的工具高度，將預先設定的工具高度變更成新的工具高度，前述接合工具在接合點上停止的方式控制。
另外，如本發明的接合裝置，其中，以在前述接合工具往接合點下降中，藉由前述共焦光學系 統的聚焦點檢測由前述位置檢測手段所檢測出之接合工具的位置為預先設定之位置容許範圍外時，在接合點的著地前停止前述接合工具的下降的方式控制。
本發明係以將共焦光學系統搭載在接合臂，接合工具從在接合工具往接合點下降中藉由共焦光學系統的聚焦點檢測時由位置檢測手段所檢測出之接合工具的位置，下降預先設定的接合點為止之既定的距離(聚焦點標準下降量)，在接合點上停止的方式控制，不必進行搜索動作或接合前接合點的高度測定即可高速接合。
另外，本發明係在接合動作之接合工具下降中的一連串動作，藉由共焦光學系統檢測出接合點的聚焦點，不會增大伴隨檢測出聚焦點的處理時間，可達到提高被接合零件的產能。
另外，本發明係不必在接合前對半導體晶片等照射雷射光以進行算出實際接合面的高度，可達到提高被接合零件的產能。
另外，本發明係使用共焦光學系統檢測出在接合點的聚焦點，可高精度檢測出在接合點的聚焦點。
 〔用以實施發明的具體例〕
以下，參考圖面說明用以實施本發明的接合裝置之具體例。此外，陳述以金線等將作為第1接合點的銲墊與作為第2接合點的導線連接作為接合裝置之打線接合裝置。
〔接合裝置的構成〕
第1圖為顯示本發明之接合裝置的構成之包括一部分放大圖之圖。此外，與第7圖所示之習知打線接合裝置的構成部分相同的部分使用相同的圖號，有關構成的詳細說明則省略。
如第1圖所示，打線接合裝置1具有：接合頭2；XY滑台20，係搭載接合頭2且可向XY軸的2維方向移動；接合台22，係載置已搭載作為被接合零件的IC晶片40之導線架；以及控制器單元30，係進行打線接合裝置1的控制。
接合頭2係具有進行透過支軸9向上下驅動接合臂3之線性馬達10，透過支軸9在位於與線性馬達10相反側之接合臂3的前端安裝已裝配有超音波振動子(未圖示)之超音波銲頭4。超音波銲頭4的前端安裝有作為接合工具6的瓷嘴6。超音波銲頭4適宜使用短型的超音波銲頭。例如從振動傳達構件的節點位置到接合工具安裝側的振動傳達構件前端為止的長度成為λ(波長)/4，作為超 音波銲頭4。藉由使用短型的超音波銲頭，可設成能加大設定後述的共焦光學系統12的光軸對水平軸的角度之構成。
另外，接合頭2具備編碼器8，係檢測出支軸9的旋轉量而檢測出被安裝在超音波銲頭4的前端之瓷嘴6的位置作為位置檢測手段。編碼器8例如為光學式的旋轉編碼器，藉由發光元件和受光元件將支軸9之旋轉的位移變換成脈波狀的電訊號予以輸出。計數從編碼器8輸出的電訊號，可檢測出支軸9的旋轉方向和移位量。預先設定瓷嘴6的原點位置，以編碼器8檢測出支軸9從瓷嘴6的原點位置的旋轉移位量，可特定瓷嘴6的位置。
線性馬達10係以藉由驅動單元33向上下(垂直)方向移動的方式構成。藉此，對線性馬達之上下方向的移動，透過支軸9使接合臂、超音波銲頭4以及瓷嘴6反向擺動。
打線接合裝置1具備控制器單元30，係包括作為控制部30a的微電腦；及驅動單元33，係依照來自此控制器單元30的指令訊號對接合頭2和XY滑台20發出驅動訊號。
作為控制部30a的微電腦內建有進行控制打線接合裝置1的接合動作等之程式，微電腦則是以 執行程式進行控制打線接合裝置1的各種動作的方式構成。
〔共焦光學系統的構成、動作〕
另外，接合頭2具有共焦光學系統12，係搭載在接合臂3，與接合臂3上下移動的同時移動。共焦光學系統12具有：半導體雷射，係由發光部13所組成；聚光透鏡14，係將來自半導體雷射的光聚光；半鏡(half mirror)15，係透過來自聚光透鏡14的光，反射來自對物透鏡16的光，導引到受光部18；對物透鏡16；以及針孔17，係設置在受光部18的射入面側。來自發光部13的光係藉由聚光透鏡14照射的光收斂在一點(發光部13的收斂點)，之後透過半鏡15射入對物透鏡16，藉由對物透鏡16照射接合面。照射接合面的光反射而射入對物透鏡16，來自對物透鏡16的反射光藉由半鏡15反射而透過針孔17射入受光部18。第1圖中以虛線表示共焦光學系統12的光軸。此外，第1圖所示的共焦光學系統12成為裝配在接合臂3的內部之構成。
此處，以發光部13的收斂點與受光部18的針孔17成為對對物透鏡16光學上共軛的位置關係的方式設定。即，成為從發光部13的收斂點發出的 光聚光在受光部18之針孔17的1點的狀態，共焦光學系統12中，照射接合面之照射光的反射最強，只有來自聚焦點位置的部分之反射光透過針孔17射入受光部18。受光部18依照受光之反射光的強度變換成電訊號(電壓值)。
另外，以在作為接合工具6的瓷嘴6位於接合點正上方的狀態下，使來自對物透鏡16之照射光聚焦點的位置成為IC晶片10之接合點的表面的方式，設定共焦光學系統12。在如此設定聚焦點的位置的狀態下，求出使瓷嘴6下降而瓷嘴6的前端部接觸到接合點的表面時之瓷嘴6的移動量。瓷嘴6的移動量係將聚焦點的位置之瓷嘴16的位置設成0，使瓷嘴6下降，此時藉由編碼器8計數移動量，求出接合點的表面為止的移動量。
藉此，能以藉由偵測瓷嘴6在下降中從共焦光學系統12的受光部18輸出的電壓最大值，決定從聚焦點檢測時之瓷嘴6的位置到接合點的表面為止的距離，在接合點的表面停止瓷嘴6的方式控制。
此外，從聚焦點檢測時之瓷嘴6的位置到接合點的表面為止的距離係藉由共焦光學系統12的安裝位置、安裝角度以及來自共焦光學系統12的對 物透鏡16之聚焦點的距離決定。
另外，本發明之打線接合裝置1的共焦光學系統12係裝配在接合臂3的內部，使用短型的超音波銲頭，可加大設定共焦光學系統12的光軸對水平軸的角度。共焦光學系統12的光軸對水平軸的角度期望為30度以上。再者，也可具有用以進行調整共焦光學系統12之接合點的表面為止的距離之在光軸平行地滑動的作為調整手段之滑動機構。
如此，被安裝在接合臂3之共焦光學系統12係與接合臂3下降的同時下降，在下降中照射接合面之照射光的反射最強，只有來自聚焦點位置的部分之反射光經由針孔17射入受光部18。受光部18輸出因應於射入光的強度之電壓。藉由確認受光部18的電壓值，可偵測共焦光學系統12的聚焦點。
〔聚焦點檢測之調整〕
其次，利用第2圖說明共焦光學系統12之接合點的聚焦點檢測之調整(自學)。第2圖為顯示共焦光學系統12之接合點的聚焦點檢測之調整的流程圖。
自學係首先操作XY移動開關等使XY滑台20移動以使瓷嘴6位於接合點正上方(步驟S1)。另外，以接合臂3位於原點的方式設定。其次，使 瓷嘴6從原點位置下降，在接合面停止，此時瓷嘴6的移動量以編碼器8計數測定工具高度(步驟S2)。將計數過的移動量作為IC晶片40側的工具高度記憶在記憶體(步驟S3)。另外，使瓷嘴6移動到原點位置。
其次，以使瓷嘴6下降而共焦光學系統12的聚焦點位於接合點上的方式調整(步驟S4)。調整係要使來自共焦光學系統12的受光部18之輸出電壓變成最大，此外必要時調節從共焦光學系統12的對物透鏡16到接合點為止的距離長度。
其次，在接合點上的聚焦點調整後，操作Z軸移動用開關，使瓷嘴6下降而在接合點的表面停止(步驟S5)。從此時聚焦點的位置到接合點為止的距離藉由編碼器8計數(步驟S6)。將經編碼器8計數過的距離(移動量)作為聚焦點標準下降量記憶在控制部30a的記憶體(步驟S7)。之後，在接合時使用聚焦點標準下降量進行接合。另外，也測定導線41側的工具高度。
第3圖中顯示自學之工具高度和聚焦點標準下降量。如第3圖所示，從瓷嘴6的原點位置到接合面為止之工具高度以La表示，從在共焦光學系統12的聚焦點之瓷嘴6的位置Zs到接合面 為止的聚焦點標準下降量以Ls表示。這些資料記憶在記憶體，在接合時使用。
此外，自學係在銲球已形成在瓷嘴6的前端的狀態下進行。另外，當在瓷嘴6的前端沒有銲球的狀態下調整時，經編碼器8計數過的距離(移動量)減去突出瓷嘴6前端之銲球的垂直方向的長度之值為工具高度，作為聚焦點標準下降量予以記憶。另外，工具高度和聚焦點標準下降量係在瓷嘴更換時等進行自學。
〔聚焦點檢測之判定標準值〕
其次，利用第4圖說明用以確認接合時接合面之共焦光學系統12的聚焦點是否被正常檢測出之判定標準值的設定。第4圖為顯示從共焦光學系統12的受光部輸出之電壓值和判定標準值之圖。此外，第4圖中，橫軸表示瓷嘴6的原點起的移動量，縱軸表示從共焦光學系統12的受光部18輸出之電壓值。如第4圖所示，波形a和波形b代表使瓷嘴6從原點下降到接合面時從受光部18輸出之電壓值的變化例子。波形a為以移動量za檢測出最大電壓值va。
另外，波形b為以移動量zb檢測出最大電壓值vb。此外，波形a與波形b之最大電壓值並不 相同，這點是因接合面的表面狀態不同等之故。正常狀態的接合面會獲得如同波形a及波形b般的電壓值，不過例如在接合面有缺角或在導線41有彎曲變形的情況，最大電壓值會變低或在最大電壓值之瓷嘴6的移動量會有時變少有時變多。為了要檢測出這些異常狀態，預先設定判定標準值。第1判定標準值係用以將來自受光部18的電壓值為第4圖所示的V1以上的電壓值，作為聚焦點之檢測用的電壓使用之電壓標準值。因而，從受光部18輸出的全部電壓值未達V1，由於達不到聚焦點檢測用的電壓，故判定為異常而為錯誤。另外，第2判定標準值係用以判定在最大電壓值之瓷嘴6的移動量為第4圖所示之Z1到Z2為止的範圍之移動量標準值。作為位置容許範圍的移動量標準值，例如以從第3圖所示的自學之瓷嘴6的原點位置到共焦光學系統的聚焦點為止的移動量為Zs，以對Zs的容許範圍成為±R方式設定。藉此，Z1為Zs-R，Z2成為Zs+R。因而，在最大電壓值的位置之瓷嘴6的移動量未達移動量標準值的情況，判定為異常而為錯誤。
〔在接合動作之聚焦點的檢測〕
其次，利用第5圖說明在接合動作之共焦光學 系統的聚焦點檢測。第5圖為顯示在接合動作之接合工具的位置之共焦光學系統的狀態；第5-1圖為顯示在接合工具對接合點距離長的位置之共焦光學系統的狀態之圖；第5-2圖為顯示共焦光學系統成為聚焦點狀態之接合工具的位置之圖；第5-3圖為顯示在接合工具對接合點距離短的位置之共焦光學系統的狀態之圖。
如第5-1圖所示，接合工具對接合點距離長的位置，例如作為接合工具6之瓷頭6剛開始下降後，到共焦光學系統之照射光的焦點為止的距離很長，共焦光學系統則成為非聚焦點狀態且反射光沒有穿過針孔，故來自受光部18的電壓變成較低的值。一方面，如第5-2圖所示，共焦光學系統成為聚焦點狀態之瓷嘴6的位置，來自接合點的表面之反射光穿過針孔17，來自受光部18的電壓變成較高的值。另外，如第5-3圖所示，瓷嘴6對接合點距離短的位置，例如接合工具接近接合點的位置，到共焦光學系統之照射光的焦點為止的距離很短，成為非聚焦點狀態且反射光沒有穿過針孔17，故來自受光部18的電壓變成較低的值。如此，藉由在作為接合工具6的瓷嘴6下降中，確認來自共焦光學系統1之受光部18的電壓，可檢測出聚 焦點狀態。
〔Z軸控制電路的功能〕
其次，說明透過線性馬達10進行控制瓷嘴6之Z軸控制電路30b。如第1圖所示，Z軸控制電路30b係收納在控制器單元30內，根據從控制部30a的微電腦輸出之工具高度等的目標移動量，對控制流到線性馬達10的電流透過驅動單元33進行控制。如此，控制Z軸控制電路30b使瓷嘴6高速移動到目標移動量為止。Z軸控制電路30b係以計數從編碼器8輸出的脈波列，來自編碼器8的計數與目標移動量一致的方式控制，此外由從編碼器8輸出的脈衝列檢測出瓷嘴6的速度，控制高速移動。Z軸控制電路30b係，首先設定目標移動量，開始線性馬達10的控制，不過可以在移動控制中，變更目標移動量，根據變更過的目標移動量，進行控制的方式構成。此外，首先設定的目標移動量與變更過的目標移動量之差為對首先設定的目標移動量數%以內，因而Z軸控制電路30b即使在移動控制中進行變更目標移動量，控制仍不會紊亂，可穩定進行控制。
〔接合動作〕
其次，利用第6圖說明共焦光學系統已搭載在 接合臂之接合裝置的接合動作。第6圖為顯示在接合工具下降中使用共焦光學系統之被接合零件表面的接合點之聚焦點檢測的接合動作之流程圖。
首先，將作為接合工具6的瓷嘴6移動到原點位置，此外控制XY滑台20定位在接合點正上方(步驟S10)。控制部30a將目標移動量(工具高度La)輸出到Z軸控制電路30b，Z軸控制電路30b以移動目標移動量(工具高度La)的方式指示開始下降(步驟S11)。控制部30a在瓷嘴6開始下降後進行編碼器8的計數，讀出瓷嘴6的現在值(步驟S12)。確認讀出之瓷嘴6的現在值是否為預先設定的位置容許範圍也就是移動量標準值內(步驟S13)。在瓷嘴6的現在值為移動量標準值外的情況(步驟S13為No)，確認瓷嘴6的現在值是否超過移動量標準值的上限(步驟S14)。在瓷嘴6的現在值並未超過移動量標準值的上限的情況(步驟S14為No)，即，在瓷嘴6的現在值未達移動量標準值的下限的情況，移往步驟S12。一方面，在瓷嘴6的現在值超過移動量標準值的上限的情況(步驟S14為Yes)，判斷為異常狀態產生錯誤(步驟S15)。然後，停止瓷嘴6的下降動作，將錯誤狀態通知外部(步驟S16)。
在瓷嘴6的現在值為移動量標準值內的情況(步驟S13為Yes)，讀出共焦光學系統12的受光部18之電壓值的資料(步驟S17)。確認讀出之受光部18的電壓值資料是否為預先設定的電壓標準值以上(步驟S18)。在讀出之受光部8的電壓值資料未達電壓標準的情況(步驟S18為No)，移往步驟S12。一方面，在讀出之受光部8的電壓值資料為電壓標準以上的情況(步驟S18為Yes)，將瓷嘴6的現在值和受光部8的電壓值各資料記憶在控制部30a的記憶體(步驟S19)。
其次，控制部30a進行確認受光部15的最大電壓值。從記憶體中讀出前次受光部18的電壓值，與現在受光部18的電壓值作比較(步驟S20)。判斷現在受光部18的電壓值是否為前次受光部18的電壓值以上(步驟S21)，在現在受光部18的電壓值為前次受光部18的電壓值以上的情況(步驟S21為Yes)，伴隨瓷嘴6的下降增加受光部18的電壓值，因而將電壓上升旗標設定成“ON”，記憶在記憶體(步驟S22)，移往步驟S12。一方面，在現在受光部18的電壓值未達前次受光部18的電壓值的情況(步驟S21為No)，伴隨瓷嘴6的下降減少受光部18的電壓值，移往步驟S23。步驟 S23中，進行確認經判定前次的電壓值而從記憶體中讀出電壓上升旗標是否為“ON”(步驟S23)。
在電壓上升旗標並非“ON”的情況(在步驟S23為No)，移往步驟S12。這是判斷為受到雜訊等的影響而暫時減少電壓。在電壓上升旗標為“ON”的情況(在步驟S23為Yes)，判斷前次受光部18的電壓值資料為受光部最大輸出電壓值(最大電壓)(步驟S24)。另外，從記憶體中讀出判斷為最大電壓之前次瓷嘴6的移動量(下降量Z1)(步驟S25)。
控制部30a將目標移動量從工具高度La變更成Z1+聚焦點標準下降量Ls作為新的目標移動量輸出至Z軸控制電路30b(步驟S26)。藉此，Z軸控制電路30b使瓷嘴6從開始下降位置下降Z1+Ls的移動量，在接合點正上方停止。
瓷嘴6停止下降後，對瓷嘴6施加既定時間的既定的負荷和超音波振動，進行接合面與瓷嘴6前端的銲球之接合。之後，使瓷嘴6上升，移動到下一個接合點。
另外，有關於導線41的接合也是與銲墊側同樣進行接合動作。此外，在導線接合的工具高度使用預先設定的Lb。
如此，本發明的接合裝置係以將共焦光學系統搭載在接合臂，瓷嘴從在瓷嘴往接合點下降中共焦光學系統的聚焦點檢測時之接合工具的位置，下降預先設定的接合點為止之既定的距離(聚焦點標準下降量)，在接合點上停止的方式控制，不必進行搜索動作或接合的高度測定即可高速接合。
此外，共焦光學系統對接合臂的安裝，如第1圖所示，除在接合臂的內部裝配共焦光學系統以外，例如也可藉由從接合臂延伸設置之支撐金屬配件傾斜保持共焦光學系統，照射光收斂在接合點。藉此，可將共焦光學系統的光軸構成為更接近垂直的狀態。
此外，雖已針對接合裝置以銲線將半導體晶片(IC晶片)上的電極(銲墊)與導線架上的外部導線連接之打線接合裝置陳述過，但本發明的接合裝置並不侷限於打線接合裝置，例如對進行無打線之單點接合裝置、將形成在銲線前端之銲球接合在半導體晶片上的銲墊而形成凸塊之打線凸塊接合裝置也可適用。
如同以上所述，依據本發明，以將共焦光學系統搭載在接合臂，接合工具從在接合工具往接合點下降中共焦光學系統的聚焦點檢測時由位置檢 測手段所檢測出之接合工具的位置，下降預先設定的接合點為止之既定的距離(聚焦點標準下降量)，在接合點上停止的方式控制，不必進行搜索動作或接合前的高度測定即可高速接合。
另外，本發明係在接合動作之接合工具下降中的一連串動作，藉由共焦光學系統檢測出接合點的聚焦點，不會伴隨聚焦點的檢測出而增大處理時間，可達到提高被接合零件的產能。
另外，本發明係不必在接合前對半導體晶片等照射雷射光進行算出實際接合面的高度，可達到提高被接合零件的產能。
另外，本發明係使用共焦光學系統檢測出在接合點的聚焦點，可高精度檢測出在接合點的聚焦點。
本發明只要不脫離其本質上的特性可以多種的形式予以具體化。因而，上述的實施具體例為說明上的例子，當然並非限制本發明。
1、50‧‧‧接合裝置(打線接合裝置)
2、51‧‧‧接合頭
3、52‧‧‧接合臂
4、53‧‧‧超音波銲頭
6‧‧‧接合工具(瓷嘴)
8‧‧‧編碼器
9‧‧‧支軸
10‧‧‧線性馬達
12‧‧‧共焦光學系統
13‧‧‧發光部(半導體雷射)
14‧‧‧聚光透鏡
15‧‧‧半鏡
16‧‧‧對物透鏡
17‧‧‧針孔
18‧‧‧受光部
20‧‧‧XY滑台
22‧‧‧接合台
30、55‧‧‧控制器單元
30a‧‧‧控制部(微電腦)
30b‧‧‧Z軸控制電路
33、57‧‧‧驅動單元
40‧‧‧IC晶片
41‧‧‧導線
第1圖為顯示本發明之接合裝置的構成之包括一部分放大圖之圖。
第2圖為顯示共焦光學系統之接合點的聚焦點檢測之調整(自學)的流程圖。
第3圖為顯示調整(自學)之工具高度和聚焦點標準下降量。
第4圖為顯示從共焦光學系統的受光部輸出之電壓值和判定標準值之圖。
第5圖為顯示在接合動作之接合工具的位置之共焦光學系統的狀態；第5-1圖為顯示在接合工具對接合點距離長的位置之共焦光學系統的狀態之圖；第5-2圖為顯示共焦光學系統成為聚焦點狀態之接合工具的位置之圖；第5-3圖為顯示在接合工具對接合點距離短的位置之共焦光學系統的狀態之圖。
第6圖為顯示在接合工具下降中使用共焦光學系統之被接合零件表面的接合點之聚焦點檢測的接合動作之流程圖。
第7圖為顯示習知打線接合裝置的構成之圖。
第8圖為習知打線接合裝置之工具高度、搜索高度之圖。
第9-1圖為顯示習知打線接合裝置的接合臂下降時的速度波形之圖；第9-2圖為顯示接合臂下降時的軌跡之圖。
1‧‧‧打線接合裝置
2‧‧‧接合頭
3‧‧‧接合臂
4‧‧‧超音波銲頭
6‧‧‧瓷嘴
8‧‧‧編碼器
9‧‧‧支軸
10‧‧‧線性馬達
12‧‧‧共焦光學系統
13‧‧‧發光部
14‧‧‧聚光透鏡
15‧‧‧半鏡
17‧‧‧針孔
18‧‧‧受光部
20‧‧‧XY滑台
22‧‧‧接合台
30‧‧‧控制器單元
30a‧‧‧控制部
30b‧‧‧Z軸控制電路
33‧‧‧驅動單元
40‧‧‧IC晶片
41‧‧‧導線

Claims (4)

  1. 一種接合裝置，其特徵為，具有：共焦光學系統，係搭載在可向上下擺動之接合臂，進行檢測出位於被接合零件的表面之接合點的聚焦點；接合工具，係可與前述接合臂一體動作進行接合；以及位置檢測手段，係檢測出前述接合工具的位置；在前述接合工具往接合點下降中，前述位置檢測手段藉由前述共焦光學系統的聚焦點檢測將前述接合工具的位置檢測出。
  2. 如申請專利範圍第1項之接合裝置，其中，以前述接合工具從藉由前述共焦光學系統的聚焦點檢測由位置檢測手段所檢測出之接合工具的位置，下降預先設定的接合點為止之既定的距離(聚焦點標準下降量)，在接合點上停止的方式控制。
  3. 如申請專利範圍第1項之接合裝置，其中，前述接合工具係以根據從預先設定之前述接合工具的原點位置到接合點為止的距離也就是工具高度的資料開始進行下降，從在前述接合工具往接合點下降中藉由前述共焦光學系統的聚焦點檢測由前述位置檢測手段所檢測出之接合工具位置的資料及前述聚焦標準下降量，算出新的工具高 度，將預先設定的工具高度變更成新的工具高度，前述接合工具在接合點上停止的方式控制。
  4. 如申請專利範圍第1項中之接合裝置，其中，以在前述接合工具往接合點下降中，藉由前述共焦光學系統的聚焦點檢測由前述位置檢測手段所檢測出之接合工具的位置為預先設定之位置容許範圍外時，在接合點的著地前停止前述接合工具的下降。
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