CN103372715B - 用于调整键合工具的图像辅助*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于调整键合工具至期望操作位置的方法，通过以下方式：使用图像捕获设备观察键合工具，并将由图像捕获设备所观察的键合工具的图像显示在显示屏幕上；在显示屏幕上叠加相应的参考键合工具的图像，该相应的参考键合工具的图像表明了键合工具的期望操作位置；以及其后使用调整机构调整键合工具的位置，直到由图像捕获设备所观察的键合工具和叠加后的参考键合工具的图像对齐定位。<b/>

Description

用于调整键合工具的图像辅助***

技术领域

本发明涉及一种用于调整键合工具的位置的***，尤其是涉及使用视觉辅助来调整键合工具。

背景技术

导线键合机通常被使用来在半导体芯片和衬底之间连接导线。具体地，锲形导线键合机（wedge wire bonders）被用于键合大导线如铝线，尤其是在大功率电子封装件上。锲形导线键合机具有能够在X、Y、Z和θ轴上相对于电子封装件定位自己以进行锲形键合（wedge bonding）的键合头。锲形键合中具有θ轴是有必要的，以便于第一次键合和第二次键合之间在导线被进给的情形下校正定位（aligning）键合头的方位。

该键合头更具体包含有：震动发生换能器，如超声波换能器(ultrasonic transducer)；放大角体；键合工具，其以锲刀（wedge）的形式安装在放大角体的一端以完成键合。基于键合头的不同移动轴线，键合工具需要沿着相应的轴线被调整和校正定位，以便于精确地完成导线键合操作。

键合工具的调整在进行导线键合操作以前一般通过手工完成。为此目的，由于键合工具的尺寸小，所以导线键合机通常提供结构特征以帮助操作员安排键合工具和修正其位置。摄像机可以被使用来捕获键合工具的图像和在监视器上显示。表示误差范围限定的标记线(marking lines)被覆盖在该显示上，以使得键合工具的定位便利。

专利号为7,591,408、发明名称为“键合头部件的摄像机辅助调整”的美国专利公开了一种用于相对于超声波工具调整键合头部件的方法。该超声波工具的端部通过摄像机装置得以光学上的检测，并以图像的形式显示在显示设备中。表明误差范围的含有线的标记被作为定位协助实时地叠加在显示中，以致于使得超声波工具的调整便利。

前述专利所公开的方法的不足在于：它需要额外的和相对复杂的建立过程以生成和描画定义误差范围限定的标记线。而且，该标记线仅仅引导键合工具的端缘位置，以致于在键合工具的方位不正确的场合它在调整键合工具的方位方面没有帮助。

发明内容

因此，本发明的目的在于寻求提供一种用于调整键合工具的更精确和对用户更友好的***，其至少避免了前述现有技术的部分不足。

从而，本发明第一方面提供一种用于调整键合工具至期望操作位置的方法，该方法包含有以下步骤：使用图像捕获设备观察键合工具，并将由图像捕获设备所观察的键合工具的图像显示在显示屏幕上；在显示屏幕上叠加相应的参考键合工具的图像，该相应的参考键合工具的图像表明了键合工具的期望操作位置；以及其后使用调整机构调整键合工具的位置，直到由图像捕获设备所观察的键合工具和叠加后的参考键合工具的图像对齐定位。

本发明第二方面提供一种用于调整键合工具至期望操作位置的***，该***包含有：图像捕获设备，其被使用来观察键合工具；显示屏幕，其显示由图像捕获设备所观察的键合工具；该显示屏幕被配置来叠加相应的参考键合工具的图像，该参考键合工具位于键合工具的期望操作位置；以及调整机构，其用于调整键合工具的位置，直到键合工具和叠加后的参考键合工具的图像对齐定位。

参阅后附的描述本发明实施例的附图，随后来详细描述本发明是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本发明的限制，本发明的特点限定在权利要求书中。

附图说明

现在结合附图，并参考本发明较佳实施例的详细描述将会容易地理解本发明，其中。

图1所示为键合工具和图像捕获设备的部件的侧视示意图。

图2所示为获得键合工具的侧面轮廓（side profile）图像的图像捕获设备的侧视示意图。

图3所示为获得键合工具的底面轮廓（bottom profile）图像的图像捕获设备的侧视示意图。

图4所示为可被显示在显示屏幕上的键合工具的视图范例。

图5(a)和图5(b)所示为黄金参考(golden reference)键合工具分别被捕获时和作为半透明（semi-transparent）图像时的侧视示意图。

图6所示为黄金参考键合工具的侧视视图的半透明黄金参考图像，其被叠加在键合工具的侧视视图上。

图7(a)至图7(c)所示分别为导线引导器（wire guide）和切刀（cutter）的典型侧视示意图以及键合工具的底部示意图。

具体实施方式

图1所示为键合工具10和图像捕获设备18的部件的侧视示意图。键合工具10包含有导线引导器12，其具有凹槽以引导键合导线至锲刀14的底面，导线键合在该底面处得以完成。导线切刀16，其设置在锲刀14与导线引导器12相对的一侧。在使用线圈（wire loop）电性连接各个键合位置之后，导线切刀16切断键合导线以便于新的线圈能够得以形成。

图像捕获设备18，例如为微光摄像机（lipstick camera），其设置在键合工具的一侧以察看键合工具10的位置和方位。

图2所示为获得键合工具10的侧面轮廓图像的图像捕获设备18的侧视示意图。键合工具10和/或图像捕获设备18被移动至分光器（beam splitter）20介入在键合工具10和图像捕获设备18之间的位置。图像捕获设备18从通过分光器20的光线中观察键合工具10，以获得键合工具10的侧视视图。

图3所示为获得键合工具10的底面轮廓图像的图像捕获设备18的侧视示意图。键合工具10现在定位在分光器20的上方。由分光器20反射的光线允许图像捕获设备18观察键合工具10的底面，以便于相应地调整和校正定位键合工具10的底面。

图4所示为可被显示在显示屏幕上的键合工具10的视图范例。在图4的上部，其表明了从图2的配置中获得的键合工具10的侧视视图，该键合工具包含有导线引导器12、锲刀14和导线切刀16。在图4的下部，其表明了从图3的配置中获得的键合工具10的底面视图，包含有导线引导器12、锲刀14和导线切刀。另外也被表明的有导线引导器凹槽24和锲刀凹槽22，其用于在导线键合过程中定位键合导线。在设置有锲刀凹槽22的锲刀14底面处完成导线键合。

根据需要和本装置的配置，键合工具10的各个侧视视图和底面视图可以同时或单独被显示。例如，在具有合适的光学配置的情形下，两个视图可以同时被显示。但是，为简单起见，根据本发明较佳实施例所述，两个视图被单独地显示给操作员以个别地完成这些调整。

图5(a)所示为以黄金参考键合工具(golden reference bonding tool)30形式存在的参考键合工具被捕获时的侧视示意图。这种黄金参考键合工具30被设置在键合工具合适的操作位置处，在此位置用于导线键合的键合工具10在调整和校正定位过程中为被完美理想地定位。在离线教导过程中，黄金参考键合工具30应首先被有经验的操作员建立在合适的操作位置，该操作位置对于完成键合操作而言是令人期望的。然后，来自不同方向的黄金参考键合工具30的多个图像，尤其包括黄金参考键合工具30的侧视视图和底面视图，然后对应于键合工具10随后将倚靠它对齐定位的方向被捕获。这些图像会成为理想键合工具位置的黄金参考模型，并被电子式地存储在键合机器上以便于以后的提取。

在图5(b)中，在图5(a)中所捕获的黄金参考键合工具30的侧视视图被转换为半透明的黄金参考图像30’而便于键合工具10的调整过程中使用。

图6所示为黄金参考键合工具30的侧视视图的半透明黄金参考图像30’，在显示屏幕32上，其被叠加在键合工具10的侧视视图上。当键合工具10正被调整时，由操作员在显示屏幕32上能够看出这些阐述。因此，通过取代在显示屏幕上使用表明键合工具10的位置或端部应设置在其内的误差范围的线，半透明黄金参考图像30’被实时地叠加在显示屏幕32上，以便于操作员进行直接的比较和精确地调整键合工具10。使用这个视图，当键合工具10的图像和半透明黄金参考图像30’相一致时，键合工具10的高度和其水平位置、旋转方位可被校正对齐定位。

参考图6所示，操作员将会调整键合工具10的位置一直到键合工具10的图像被校正对齐并与黄金参考键合工具的半透明侧视视图30’相一致。可供选择地，键合机器通过模式识别（pattern recognition）可以自动地调整键合工具10的位置，以便于在没有操作员人工干预的情形下将键合工具10的图像与半透明黄金参考图像30’对齐定位。其后，接着通过模式识别自动校正定位，操作员具有手动地完成键合工具10的位置和方位的精度调整的选择，以配合叠加后的半透明黄金参考图像30’。

表明黄金参考键合工具30的侧视视图和底面视图的半透明黄金参考图像30’可以分别同时叠加在表明有键合工具10的侧视视图和底面视图的显示屏幕32上，以便于同时进行键合工具10的三维调整。更多的特征在于，在人工调整期间，视觉***能够自动地测量键合工具10的各个部件之间的间隔距离并在显示屏幕32上数字显示二维的或三维的量化偏差34。作为对于人工调整的额外视觉协助，当键合工具10被调整时，这个被数字量化表示的间隔距离能够在显示屏幕32上实时地持续更新，一直到被校正定位的部件和半透明黄金参考图像30’之间的间隔距离最小或者为零。

而且，键合工具10能够被旋转以致于它的不同侧面能被图像捕获设备18所观察到，而便于调整键合工具10的各个部件的相对位置。图7(a)表明了键合工具10已经被旋转以致于导线引导器12朝向图像捕获设备18。使用从黄金参考键合工具30的导线引导器的视图中所获得的相应的半透明黄金参考图像30’，从图7(a)的导线引导器的视图中键合工具10的方位可被调整到期望方位。所以，导线引导器12相对于锲刀14的位置可以使用这个视图得以调整。

类似地，图7(b)表明了键合工具10已经被旋转以致于导线切刀16正朝向图像捕获设备18。使用从黄金参考键合工具30的切刀的视图中所获得的相应的半透明黄金参考图像30’，从图7(b)的导线切刀中键合工具10的方位可被调整到期望方位。所以，导线切刀16相对于锲刀14的位置可以使用这个视图被调整。

在图7(c)中，键合工具10的底面视图被显示。键合工具10的底面视图可根据从黄金参考键合工具30的底面视图中所获得的半透明黄金参考图像30’调整，以便于键合工具10位于合适的位置而进行导线键合。使用这个视图，锲刀凹槽22和导线引导器凹槽24可被校正定位，以正确地引导键合导线至锲刀14的底部。

值得注意的是，本发明较佳实施例所述的键合工具调整***提供了简易的教程，其中在离线教程中仅仅黄金参考键合工具30的图像需要被捕获以便于比较和调整。因此，不需要现有技术中的计算和定义误差范围。

叠加的半透明黄金参考图像30’使得引导操作员利用键合工具10的各个部件作为指引而建立键合工具10的理想位置和方位变得更为准确和对用户更为友好。可另一方面，如现有技术所教导的使用误差范围标记显示屏幕32仅仅能够大约引导键合工具10的各个部件的位置和方位。

此处描述的本发明在所具体描述的内容基础上很容易产生变化、修正和/或补充，可以理解的是所有这些变化、修正和/或补充都包括在本发明的上述描述的精神和范围内。

Claims (16)

1.一种用于调整键合工具至期望操作位置的方法，该方法包含有以下步骤：

使用图像捕获设备观察键合工具，该图像捕获设备位于键合工具的一侧，并将由图像捕获设备所观察的键合工具的多个图像显示在显示屏幕上；

在显示屏幕上显示的键合工具的多个图像中的每个图像叠加相应的参考键合工具的图像，该相应的参考键合工具的图像表明了键合工具的期望操作位置；以及其后

使用调整机构调整键合工具的位置，直到由图像捕获设备所观察的键合工具和叠加后的参考键合工具的图像对齐定位；

其中，使用图像捕获设备观察键合工具包含有以下步骤：移动图像捕获设备，以致于在该图像捕获设备和键合工具之间插置有分光器而便于使用图像捕获设备观察键合工具的侧面；移动图像捕获设备和分光器，以致于该分光器设置在键合工具的下面而便于使用图像捕获设备观察键合工具的底面，也便于获得键合工具的多个图像，该多个图像包含键合工具的侧面图像和底面图像；以及

使用调整机构调整键合工具的位置包含有以下步骤：根据键合工具的多个图像与相应的参考键合工具的叠加图像的校正，调整键合工具的旋转方位。

2.如权利要求1所述的方法，其中，该参考键合工具的侧面图像和底面图像分别同时叠加在显示屏幕上，该显示屏幕显示了由图像捕获设备所观察的相应的键合工具的侧面视图和底面视图。

3.如权利要求1所述的方法，该方法还包含有以下在先的步骤：

操作员将参考键合工具建立在键合工具合适的操作位置处，并使用图像捕获设备获得参考键合工具的图像，以便于进行键合工具位置的后续调整。

4.如权利要求3所述的方法，该方法还包含有以下步骤：

获得参考键合工具的多个图像，包括参考键合工具的侧视视图和底面视图，以便于进行键合工具位置的后续调整。

5.如权利要求1所述的方法，该方法还包含有以下步骤：

在显示有待调整的键合工具的图像的显示屏幕上叠加参考键合工具的图像以前，将参考键合工具的图像转换为半透明的图像。

6.如权利要求1所述的方法，其中，该键合工具的位置通过键合机器使用待调整的键合工具的图像与叠加后的参考键合工具的图像比较的模式识别而被自动地对齐定位。

7.如权利要求6所述的方法，该方法还包含有以下步骤：

在通过键合机器将键合工具自动地对齐定位之后，由操作员手动地精细调整键合工具的位置。

8.如权利要求1所述的方法，该方法还包含有以下步骤：

在显示屏幕上显示待调整的键合工具与参考键合工具的位置之间的二维数字偏差距离，并在键合工具调整期间持续地更新所显示的偏差距离。

9.如权利要求1所述的方法，其中，该键合工具为锲形导线键合工具，键合工具的侧面视图包括锲形导线键合工具的导线引导器、锲刀和导线切刀的视图。

10.如权利要求9所述的方法，其中，键合工具的底面视图包含有用于定位键合导线的、位于锲刀上的锲刀凹槽的视图。

11.一种用于调整键合工具至期望操作位置的***，该***包含有：

图像捕获设备，该图像捕获设备位于键合工具的一侧，被使用来观察键合工具；

显示屏幕，其***作来显示由图像捕获设备所观察的键合工具的多个图像；

该显示屏幕被配置来在显示屏幕上显示的键合工具的多个图像中的每个图像叠加相应的参考键合工具的图像，该参考键合工具设置于键合工具的期望操作位置； 

调整机构，其用于调整键合工具的位置，直到键合工具和叠加后的参考键合工具的图像对齐；以及

其中，图像捕获设备被配置来移动，以致于在该图像捕获设备和键合工具之间插置有分光器而便于使用图像捕获设备观察键合工具的侧面；图像捕获设备和分光器被配置来移动，以致于该分光器设置在键合工具的下面而便于使用图像捕获设备观察键合工具的底面，也便于获得键合工具的多个图像，该多个图像包含键合工具的侧面图像和底面图像；以及

调整机构被配置来根据键合工具的多个图像与相应的参考键合工具的叠加图像的校正，调整键合工具的旋转方位。

12.如权利要求11所述的***，该***还包含有分光器，该分光器在该图像捕获设备和键合工具之间插置的位置和位于键合工具以下的位置之间移动，以便于使用图像捕获设备观察键合工具的侧面和使用图像捕获设备观察键合工具的底面。

13.如权利要求11所述的***，其中，相应的参考键合工具的图像包括半透明图像。

14.如权利要求11所述的***，其中，显示屏幕***作来显示待调整的键合工具的位置与参考键合工具的位置之间的持续更新的二维数字偏差距离。

15.如权利要求11所述的***，其中，该键合工具为锲形导线键合工具，该图像捕获设备***作来捕获键合工具的侧面视图，键合工具的侧面视图包括锲形导线键合工具的导线引导器、锲刀和导线切刀的视图。

16.如权利要求15所述的***，其中，该图像捕获设备***作来捕获键合工具的底面视图，键合工具的底面视图包含有用于定位键合导线的、位于锲刀上的锲刀凹槽的视图。