TWI859868B - 打線接合裝置及所述裝置的校準方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種可簡單地校準超音波喇叭發出的超音波振動的輸出的打線接合裝置的校準方法。校準超音波喇叭50發出的超音波振動的輸出的方法包括：於線2上形成無空氣球3，使其與接合對象4抵接；測定施加至無空氣球3的載荷；使用超音波喇叭50對無空氣球3施加超音波振動；測定由於超音波振動載荷經過最小值至達到設定值為止的載荷變化；以及調整打線接合裝置1的設定項目的值，以使載荷變化中的最小值與設定值之間的差分接近預先規定的標準。

Description

打線接合裝置及所述裝置的校準方法

本發明是有關於一種打線接合裝置中超音波喇叭發出的超音波振動的輸出的校準方法。

安裝於打線接合裝置的超音波喇叭的固有振動頻率受到超音波喇叭與保持架的組裝精度、將超音波喇叭固定於保持架的緊固螺釘的轉矩等因素的影響，超音波喇叭的振幅受到超音波喇叭的固有振動頻率、產生超音波振動並傳遞至超音波喇叭的超音波振子的個體差等因素的影響。於以下的說明中，將左右超音波喇叭的振幅的該些因素稱為超音波喇叭的特性。

於設置多個打線接合裝置時，即便於設定項目中輸入相同的值，於1號機與2號機的機種間超音波喇叭發出的超音波振動的輸出亦會產生差異。作為使生產線運轉的準備，需要進行校準，以使由超音波喇叭振幅等決定的超音波振動的輸出相同。另外，於更換超音波喇叭時，於更換前與更換後超音波振動的輸出亦產生差異。更換後需要再次進行校準。

作為於多個打線接合裝置的機種間校準超音波振動的輸出的方法的一例，於專利文獻1中揭示了根據無空氣球(Free Air Ball)被壓扁時的高度變化測定超音波喇叭發出的超音波振動的輸 出並進行校準的方法。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]美國專利第9153554號說明書

然而，無空氣球被壓扁時的高度變化亦進而受到上述超音波喇叭的特性以外的因素的影響。為了簡單地校準超音波振動的輸出，想要排除該些因素以更可靠地可視化超音波喇叭的特性。

本發明是鑒於所述課題而成者，其目的在於提供一種可簡單地校準超音波喇叭發出的超音波振動的輸出的打線接合裝置的校準方法。

本發明的一態樣是校準超音波喇叭發出的超音波振動的輸出的方法。打線接合裝置的校準方法包括：於線(wire)上形成無空氣球，使其與接合對象抵接；測定施加至無空氣球的載荷；使用超音波喇叭對無空氣球施加超音波振動；測定由於超音波振動載荷經過最小值至達到設定值為止的載荷變化；以及調整打線接合裝置的設定項目的值，以使載荷變化中的最小值與設定值之間的差分接近預先規定的標準。

本發明的另一態樣的打線接合裝置包括：接合工具，對形成於線的前端的無空氣球施加載荷；超音波喇叭，安裝有接合 工具；馬達，驅動固定有超音波喇叭的接合臂；載荷感測器，能夠測定接合工具施加至無空氣球的載荷；以及控制部，控制馬達的動作，以使接合工具施加至無空氣球的載荷接近設定值。控制部構成為，測定由於超音波喇叭經由接合工具而施加至無空氣球的超音波振動載荷經過最小值至達到設定值為止的載荷變化，並調整打線接合裝置的設定項目的值，以使所述載荷變化中的最小值與設定值之間的差分接近預先規定的標準，藉此校準超音波喇叭發出的超音波振動的輸出。

藉由本發明，可提供一種可簡單地校準超音波喇叭發出的超音波振動的輸出的打線接合裝置的校準方法。

1:打線接合裝置

2:線

3:無空氣球

4:接合對象

10:基座

11:XY台

12:Z台

20:馬達

30:接合臂

31:臂基端部

32:臂連結部

33:臂前端部

34:凹部

40:超音波振子

50:超音波喇叭

51:喇叭基端部

53:喇叭前端部

59:緊固螺釘

60:接合工具

70:載荷感測器

79:緊固螺釘

100:接合台

110:線夾

120:線張緊器

130:接地檢測部

200:控制部

201:接合載荷控制部

210:記憶部

220:顯示部

230:操作部

S1~S8:順序

X、Y:軸方向

Z:方向

圖1是表示本發明的一實施方式的校準方法中使用的打線接合裝置的一例的框圖。

圖2是示意性地表示藉由本發明的一實施方式的校準方法進行測定的接合過程中的載荷變化的一例的曲線圖。

圖3是表示本發明的一實施方式的校準方法的一例的流程圖。

參照隨附圖式，對本發明的適合的實施方式進行說明。再者，於各圖中，標注了同一符號者具有同一或相同的結構。以 下，參照圖1至圖3對各結構進行詳細說明。

圖1是表示本發明的一實施方式的校準方法中使用的打線接合裝置1的一例的框圖。於圖示的例子中，打線接合裝置1包括：基座10、接合臂30、超音波振子40、超音波喇叭50、接合工具60、載荷感測器70、接合台100、線夾(wire clamper)110、線張緊器120、接地檢測部130、控制部200、記憶部210、顯示部220、操作部230等。

藉由打線接合裝置1使線接合的接合對象4載置於接合台100上。於後述的校準方法中，接合對象4並無特別限定，可為與量產相同的半導體晶片或引線框架等，亦可為為了校準而準備的仿真品。

基座10包括XY台11、Z台12等。XY台11沿著與接合面平行的X軸方向及Y軸方向移動，調整接合工具60的前端的位置。同樣地，Z台12沿著與接合面垂直的Z方向移動，調整接合工具60的前端的位置。

接合臂30構成為能夠相對於XY台11及Z台12擺動，並向接合台100延伸。使接合臂30擺動的馬達20例如設置於基座10。於馬達20使接合臂30擺動時，可使接合工具60的前端接近或離開接合對象4的表面。

接合臂30具有安裝於基座10的臂基端部31、與臂基端部31為相反側的臂前端部33、連結臂基端部31及臂前端部33的可撓性的臂連結部32等。於接合臂30的底面形成有自臂前端 部33延伸至臂基端部31的凹部34。

超音波喇叭50具有收容於凹部34中並藉由緊固螺釘59固定於臂前端部33的喇叭基端部51、自凹部34突出並夾持接合工具60的喇叭前端部53等。產生超音波振動的超音波振子40設置於凹部34，與喇叭基端部51連接。

超音波喇叭50整體上包括與超音波振子40的振動共振的共振結構，且構成為接合工具60位於共振時的振動的腹部。超音波喇叭50作為將電驅動訊號轉換為機械振動的換能器(transducer)發揮功能。超音波振子40產生的超音波振動傳遞至超音波喇叭50，經由安裝於超音波喇叭50的接合工具60，利用未圖示的焊槍電極施加至形成於線2的前端的無空氣球3。

載荷感測器70以被夾於臂基端部31與臂前端部33之間的方式配置，藉由緊固螺釘79固定於臂前端部33。於藉由來自接合對象4的反作用力對接合工具60的前端施加載荷時，臂前端部33相對於臂基端部31撓曲，載荷感測器70檢測載荷。載荷感測器70例如亦可為壓電載荷感測器。

接合工具60是形成為筒狀的毛細管等，供用於接合的線2插通。於接合工具60的上方設置有線夾110。線夾110包括一對臂，可於任意的時間點握持或釋放線2。

於線夾110的更上方設置有線張緊器120。線張緊器120構成為對接合過程中的線2賦予適當的張力。線2的材料選自容易加工及低電阻中。通常使用金(Au)、銀(Ag)、鋁(Al)或銅 (Cu)等。

接地檢測部130與載荷感測器70連接，且根據載荷感測器70檢測出的載荷、或馬達20的位置偏差等檢測接地。再者，接地檢測部130亦可藉由於接合對象4與線2之間施加電訊號並測定所述電訊號來電檢測線2的前端的無空氣球3是否與接合對象4接觸來檢測設置。

控制部200是包括中央處理單元(central processing unit，CPU)及記憶體等的電腦裝置，於記憶體中預先儲存有用於進行打線接合所需的處理的接合程式等。控制部200直接或間接地與XY台11、Z台12、馬達20、超音波振子40、載荷感測器70、線夾110、線張緊器120、接地檢測部130等各結構連接，並控制該些的動作。

控制部200包括對驅動接合臂30的馬達20的動作進行控制的接合載荷控制部201。接合載荷控制部201基於來自載荷感測器70的測定結果、馬達20的電流值、電壓值等對馬達20進行反饋控制，以使接合工具60施加至無空氣球3的載荷接近設定值。

記憶各種資訊的記憶部210、用於輸出設定項目的資訊的顯示部220、用於輸入設定打線接合裝置1的動作的設定項目的值的操作部230等與控制部200連接。作業者可一邊確認輸出至顯示部220的設定項目的資訊，一邊向操作部230輸入設定項目的值。於作業者能夠輸入的設定項目中，包含用於調整後述的超音波喇叭50的特性的設定項目。

圖2是示意性地表示藉由本發明的一實施方式的校準方法進行測定的接合過程中的載荷變化的一例的曲線圖。圖3是表示本發明的一實施方式的校準方法的一例的流程圖。參照圖2及圖3對本發明的一實施方式的校準方法進行說明。該校準方法中，首先，於自接合工具60的前端抽出的線2的前端藉由來自焊槍電極的放電等形成無空氣球3(順序S1)。使接合臂30擺動，使無空氣球3與接合對象4抵接(順序S2)。

測定接合工具60施加至無空氣球3的載荷(順序S3)。關於載荷，可根據載荷感測器70的實際測量值進行測定，亦可根據向馬達20供給的電流值進行測定。接合載荷控制部201與向馬達20供給電力的伺服放大器連接，對馬達20的動作進行反饋控制，以使藉由順序S3測定而得的載荷接近預先規定的設定值(順序S4)。

向超音波振子40供給電力而產生超音波振動。將超音波振動傳遞至超音波喇叭50並施加至無空氣球3(順序S5)。無空氣球3由於載荷及超音波的能量而軟化，如圖2所示，所測定的載荷變小。

接合載荷控制部201對馬達20的動作進行反饋控制，以使所測定的載荷接近設定值，因此如圖2所示變小的載荷立即恢復至設定值。於測定此時的載荷變化時，可根據載荷變化中的最小值與設定值之間的差分定量地可視化超音波喇叭50的特性(順序S6)。

調整打線接合裝置1的至少一個設定項目以使載荷變化中的最小值與設定值之間的差分接近預先規定的標準的載荷變化中的最小值與設定值之間的差分，從而變更值(順序S7)。打線接合裝置1的設定項目可為供給至超音波振子40的設定電流，亦可為施加至超音波振子40的設定電壓，亦可為其他的設定項目。

例如，於所測定的差分大於標準差分時，進行減小超音波振子40的設定電流及/或設定電壓的調整，以接近標準差分。例如，於所測定的差分小於標準差分時，進行增大超音波振子40的設定電流及/或設定電壓的調整，以接近標準差分。

若重覆進行所述順序S1至順序S7，則可逐漸使載荷變化中的最小值與設定值之間的差分接近預先規定的標準的載荷變化中的最小值與設定值之間的標準差分。可重覆進行順序直至所測定的差分達到包含標準差分的規定範圍內，亦可重覆進行順序即便所測定的差分達到包含標準差分的規定範圍內亦不停止而直至達到規定次數為止(順序S8)。

圖3中所示的校準方法可由作業者手動實施，亦可由程式自動實施。自動化程式可儲存於打線接合裝置1的硬碟驅動器或快閃記憶體等記憶裝置中，亦可儲存於光碟等可裝卸的記憶介質中，藉由將記憶介質配備於驅動裝置而安裝(install)於打線接合裝置1的記憶裝置。

藉由本發明的一實施方式的校準方法，可根據載荷變化中的最小值與設定值之間的差分來可視化超音波喇叭50的特性， 因此可簡單地校準超音波喇叭50發出的超音波振動的輸出。

如圖2所示，無空氣球3被壓扁時的高度變化為無空氣球3的高度持續下降，並無峰值。相對於此，施加了超音波振動時的載荷變化由於在載荷暫時變小至恢復至設定值之間有最小值的峰值，因此容易確定變化的大小或變化的結束。另外，載荷變化於超音波振動開始後在很短的時間內結束，因此於較無空氣球3被壓扁時的高度變化早的時刻結束。由於容易確定表示超音波喇叭50的特性的結果，且知曉結果的時間點亦早，因此適合於與機械學習等組合的校準作業的自動化。

以上說明的實施方式是為了使本發明的理解變得容易者，並非用於限定地解釋本發明者。實施方式所包括的各要素及其配置、材料、條件、形狀及尺寸等並不限定於所例示者，可適宜地進行變更。另外，可部分地置換或組合不同實施方式所示的結構彼此。

[附記1]

一種打線接合裝置1的校準方法，是校準超音波喇叭50發出的超音波振動的輸出的方法，包括：於線2上形成無空氣球3，使其與接合對象4抵接；測定施加至無空氣球3的載荷；使用超音波喇叭50對無空氣球3施加超音波振動；測定由於超音波振動載荷經過最小值至恢復至設定值為止的載荷變化；以及調整打線接合裝置1的設定項目的值，以使載荷變化中的最小值與設定值之間的差分接近預先規定的標準。

[附記8]

一種打線接合裝置1，包括：接合工具60，對形成於線2的前端的無空氣球3施加載荷；超音波喇叭50，安裝有接合工具60；馬達20，驅動固定有超音波喇叭50的接合臂30；載荷感測器70，能夠測定接合工具60施加至無空氣球3的載荷；以及控制部200，控制馬達20的動作，以使接合工具60施加至無空氣球3的載荷接近設定值，控制部200構成為，測定由於超音波喇叭50經由接合工具60而施加至無空氣球3的超音波振動載荷經過最小值而達到設定值為止的載荷變化，並調整打線接合裝置1的設定項目的值，以使所述載荷變化中的最小值與設定值之間的差分接近預先規定的標準，藉此校準超音波喇叭50發出的超音波振動的輸出。

藉由所述附記1及附記8，可根據載荷變化中的最小值與設定值之間的差分來可視化超音波喇叭50的特性，因此可簡單地校準超音波喇叭50發出的超音波振動的輸出。

[附記2]

於所述附記1中，亦可於測定載荷變化時，包括進行反饋控制，以使載荷接近設定值。即，亦可為打線接合裝置1的校準方法，包括：於線2上形成無空氣球3，使其與接合對象4抵接；測定施加至無空氣球3的載荷；進行反饋控制以使所測定的載荷接 近設定值；使用超音波喇叭50對無空氣球3施加超音波振動；測定由於超音波振動暫時變小的載荷恢復至設定值為止的載荷變化；以及調整打線接合裝置1的設定項目的值，以使載荷變化中的最小值與設定值之間的差分接近預先規定的標準。

藉由所述附記2，可使由於超音波振動暫時變小的載荷接近設定值。可根據載荷變化中的最小值與設定值之間的差分來可視化超音波喇叭50的特性，因此可簡單地校準超音波喇叭50發出的超音波振動的輸出。

[附記3]

於所述附記1或附記2中，打線接合裝置1亦可包括實際測量載荷的載荷感測器70。載荷變化亦可藉由載荷感測器70的實際測量值來測定。

藉由所述附記3，可根據載荷感測器70的實際測量值的峰值可視化超音波喇叭50的特性。

[附記4]

於所述附記1至附記3中，打線接合裝置1亦可包括按壓無空氣球3的接合工具60、以及驅動所述接合工具60的馬達20。載荷變化亦可藉由向馬達20供給的電流值來測定。

於所述附記4中，可有載荷感測器70，亦可並無載荷感測器70。藉由所述附記3，即便無載荷感測器70，亦可根據向馬達20供給的電流值的峰值可視化超音波喇叭50的特性。

[附記5]

於所述附記1至附記4中的任一項中，亦可於調整設定項目中，調整向與超音波喇叭50連接的超音波振子40供給的設定電流及施加至超音波振子40的設定電壓中的至少一者的設定。

藉由所述附記5，藉由不需要機械加工等而可簡單地變更值的設定電流或設定電壓的調整，可進行使載荷變化中的最小值與設定值之間的差分接近標準的調整。

[附記6]

於所述附記1至附記5中的任一項中，亦可重覆進行與接合對象4抵接、測定所施加的載荷、施加超音波振動及測定載荷變化、調整設定項目的值的順序，直至差分處於包含標準的規定範圍內。

藉由所述附記6，可校準打線接合裝置1，以便充分接近標準。

[附記7]

於所述附記1至附記5中的任一項中，亦可重覆進行與接合對象4抵接、測定所施加的載荷、施加超音波振動及測定載荷變化、調整設定項目的值的順序，直至達到規定的次數。

藉由所述附記7，即便於差分達到包含標準的規定範圍內，亦可重覆進行順序直至達到規定的次數，使打線接合裝置1更接近標準。

S1~S8:順序

Claims (7)

1. 一種打線接合裝置的校準方法，是校準超音波喇叭發出的超音波振動的輸出的方法，包括：於線上形成無空氣球，使其與接合對象抵接；測定施加至所述無空氣球的載荷；使用所述超音波喇叭對所述無空氣球施加所述超音波振動；測定由於所述超音波振動所述載荷經過最小值至達到設定值為止的載荷變化；以及調整打線接合裝置的設定項目的值，以使所述載荷變化中的最小值與所述設定值之間的差分接近預先規定的標準。
2. 如請求項1所述的打線接合裝置的校準方法，其中，所述打線接合裝置包括按壓所述無空氣球的接合工具、以及驅動所述接合工具的馬達，所述載荷變化藉由向所述馬達供給的電流值來測定，於測定所述載荷變化時，包括基於所述載荷變化的測定結果或向所述馬達供給的電流值對所述馬達進行反饋控制，以使所述載荷接近所述設定值。
3. 如請求項1所述的打線接合裝置的校準方法，其中，所述打線接合裝置包括實際測量所述載荷的載荷感測器，所述載荷變化藉由所述載荷感測器的實際測量值來測定。
4. 如請求項1所述的打線接合裝置的校準方法，其中，於調整所述設定項目時，調整向與所述超音波喇叭連接的超 音波振子供給的設定電流及施加至所述超音波振子的設定電壓中的至少一者。
5. 如請求項1所述的打線接合裝置的校準方法，其中，重覆進行與所述接合對象抵接、測定所述施加的載荷、施加所述超音波振動及測定所述載荷變化、調整所述設定項目的值的順序，直至所述差分處於包含所述標準的規定範圍內。
6. 如請求項1所述的打線接合裝置的校準方法，其中，重覆進行與所述接合對象抵接、測定所述施加的載荷、施加所述超音波振動及測定所述載荷變化、調整所述設定項目的值的順序，直至達到規定的次數。
7. 一種打線接合裝置，包括：接合工具，對形成於線的前端的無空氣球施加載荷；超音波喇叭，安裝有所述接合工具；馬達，驅動固定有所述超音波喇叭的接合臂；載荷感測器，能夠測定所述接合工具施加至所述無空氣球的所述載荷；以及控制部，控制所述馬達的動作，以使所述接合工具施加至所述無空氣球的所述載荷接近設定值，所述控制部構成為，測定由於所述超音波喇叭經由所述接合工具而施加至所述無空氣球的超音波振動所述載荷經過最小值至達到設定值為止的載荷變化，並調整打線接合裝置的設定項目的值，以使所述載荷變化中的最小值與所述設定值之間的差分接近 預先規定的標準，藉此校準所述超音波喇叭發出的所述超音波振動的輸出。

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