DE102004018658A1 - Wire Bonder mit einer Einrichtung für die Bestimmung der vektoriellen Distanz zwischen der Kapillare und dem Bilderkennungssystem und Verfahren dazu - Google Patents

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Abstract

Ein Wire-Bonder umfasst einen in einer horizontalen Ebene beweglichen Bondkopf, der eine an einem Horn eingespannte Kapillare und Teile eines Bilderkennungssystems aufweist. Die Spitze der Kapillare und die optische Achse des Bilderkennungssystems sind durch eine vektorielle Distanz D getrennt. Der Wire-Bonder weist eine Einrichtung mit einem Körper mit einer optischen Markierung und mit zwei Anschlagsflächen auf, die es erlauben, die vektorielle Distanz D jederzeit nachzueichen. Das Steuerprogramm des Wire-Bonders ist einerseits eingerichtet, die Kapillare auf die erste Anschlagsfläche zuzubewegen und eine erste Koordinate x¶C¶ der Lage des Bondkopfs zu bestimmen, sobald die Kapillare die erste Anschlagsfläche berührt, und anschließend die Kapillare auf die zweite Anschlagsfläche zuzubewegen und eine zweite Koordinate y¶C¶ der Lage des Bondkopfs zu bestimmen, sobald die Kapillare die zweite Anschlagsfläche berührt. Das Steuerprogramm ist weiter eingerichtet, die Koordinaten x¶A¶, y¶A¶ des Bondkopfs zu bestimmen, bei denen die optische Achse des Bilderkennungssystems die optische Markierung in einem vorbestimmten Punkt durchstößt. Und das Steuerprogramm ist eingerichtet, unter Berücksichtigung der ermittelten Koordinaten x¶A¶, y¶A¶, x¶C¶ und y¶C¶ die vektorielle Distanz D nachzueichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wire Bonder mit einer Einrichtung für die Bestimmung der vektoriellen Distanz zwischen der Kapillare und dem Bilderkennungssystem der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art und ein Verfahren für die Bestimmung der vektoriellen Distanz mit dieser Einrichtung.
  • Ein Wire Bonder ist ein Automat, mit dem Halbleiterchips nach deren Montage auf einem Substrat verdrahtet werden. Der Wire Bonder weist eine Kapillare auf, die an der Spitze eines Horns eingespannt ist. Die Kapillare dient zum Befestigen des Drahtes auf einem Anschlusspunkt des Halbleiterchips und auf einem Anschlusspunkt des Substrates sowie zur Drahtführung zwischen den beiden Anschlusspunkten. Bei der Herstellung der Drahtverbindung zwischen dem Anschlusspunkt des Halbleiterchips und dem Anschlusspunkt des Substrates wird das aus der Kapillare ragende Drahtende zunächst zu einer Kugel geschmolzen, Anschliessend wird die Drahtkugel auf dem Anschlusspunkt des Halbleiterchips mittels Druck und Ultraschall befestigt. Dabei wird das Horn von einem Ultraschallgeber mit Ultraschall beaufschlagt. Diesen Prozess nennt man Ball-bonden. Dann wird der Draht auf die benötigte Drahtlänge durchgezogen, zu einer Drahtbrücke geformt und auf dem Anschlusspunkt des Substrates verschweisst. Diesen letzten Prozessteil nennt man Wedge-bonden. Nach dem Befestigen des Drahtes auf dem Anschlusspunkt des Substrats wird der Draht abgerissen und der nächste Bondzyklus kann beginnen. Die Lage der Anschlusspunkte wird vor dem Bonden mittels eines Bilderkennungssystems bestimmt, so dass die Kapillare an der richtigen Stelle auf dem Anschlusspunkt aufsetzt. Ein Problem besteht nun darin, dass sich die vektorielle Distanz D zwischen der Kapillare und der optischen Achse des Bilderkennungssystems, in der Fachwelt als "Kamera-Kapillaren-Offset" bekannt, im Betrieb aufgrund thermischer Effekte auf unvorhersehbare Weise ändern kann. Die vektorielle Distanz D muss deshalb laufend überprüft und nachgeführt werden.
  • Es sind verschiedene Lösungen bekannt, um den thermischen Einfluss auf die vektorielle Distanz D zwischen der Kapillare und der optischen Achse des Bilderkennungssystems zu eliminieren oder wenigstens möglichst weitgehend zu kompensieren.
  • Bei einer ersten Lösung werden auf dem Arm, der die optischen Elemente des Bilderkennungssystems, die die Lage der optischen Achse definieren, und auf dem Arm, an dem das die Kapillare tragende Horn befestigt ist, Temperatursensoren angebracht. Die mit den Temperatursensoren ermittelten Temperaturen werden benützt, um die thermisch bedingten Materialausdehnungen zu berechnen und die vektorielle Distanz D entsprechend den berechneten Ausdehnungen nachzuführen. Diese Methode liefert oftmals unbefriedigende Ergebnisse, weil nicht die Temperaturverteilung im ganzen Material bekannt ist, sondern weil die Temperatur lediglich an einer oder zwei Stellen bekannt ist, nämlich dort wo die Temperatursensoren angebracht sind. Zudem besteht die Plattform, die die optischen Elemente (Kamera, Spiegel, Linse und Gehäuse) und die Kapillare trägt, aus mehreren mechanischen Teilen, die nicht mehr einfach durch einen oder mehrere Ausdehnungskoeffizienten charakterisierbar sind.
  • Bei einer zweiten Lösung wird die Lage der gebondeten Balls periodisch mit der Kamera überprüft. Eine allfällige Differenz zwischen der Soll-Position und der Ist-Position des Balls entspricht der Differenz, um die sich der Kamera-Kapillaren-Offset geändert hat und korrigiert werden muss. Üblicherweise werden mehrere Balls vermessen und deren Differenzen zeitlich gewichtet berücksichtigt, um eine stabile Korrektur zu erreichen. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass auf jeden Fall ein Ball gebondet werden muss, bevor eine erste Messung und Korrektur des Kamera-Kapillaren-Offsets erfolgen kann. Falls der Wire Bonder über eine gewisse Zeit stillstand, kann sich der Kamera-Kapillaren-Offset so stark verändert haben, dass der erste Ball nicht mehr vollständig innerhalb des Pads liegt. Der aktuelle Halbleiterchip wird deshalb Ausschuss. Zudem ist die Vermessung der gebondeten Balls mit der Kamera nicht einfach. Prozessbedingt unterliegt die Form der Balls Schwankungen und es besteht immer die Gefahr, dass einzelne Ballpositionen falsch vermessen werden.
  • Aus der US 2001001 1669 ist ein optisches Messsystem bekannt für die Messung der vektoriellen Distanz zwischen der Kapillare und der optischen Achse einer Kamera. Dieses Messsystem benötigt relativ viel Platz.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem zu entwickeln, mit dem die vektorielle Distanz zwischen der Kapillare und der optischen Achse des Bilderkennungssystems auf einfache und zuverlässige Weise bestimmt werden kann.
  • Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2.
  • Ein Wire Bonder umfasst einen in einer horizontalen Ebene beweglichen Bondkopf, der eine an einem Horn eingespannte Kapillare und Teile eines Bilderkennungssystems aufweist. Die Spitze der Kapillare und die optische Achse des Bilderkennungssystems sind durch eine vektorielle Distanz D getrennt. Erfindungsgemäss weist der Wire Bonder eine Einrichtung mit einem Körper mit einer optischen Markierung und mit zwei Anschlagsflächen auf, die es erlauben, die vektorielle Distanz D jederzeit nachzueichen. Das Steuerprogramm des Wire Bonders ist einerseits eingerichtet, die Kapillare auf die erste Anschlagsfläche zuzubewegen und eine erste Koordinate xC der Lage des Bondkopfs zu bestimmen, sobald die Kapillare die erste Anschlagsfläche berührt, und anschliessend die Kapillare auf die zweite Anschlagsfläche zuzubewegen und eine zweite Koordinate yC der Lage des Bondkopfs zu bestimmen, sobald die Kapillare die zweite Anschlagsfläche berührt. Das Steuerprogramm ist weiter eingerichtet, die Koordinaten (xA, yA) des Bondkopfs zu bestimmen, bei denen die optische Achse des Bilderkennungssystems die optische Markierung in einem vorbestimmten Punkt durchstösst. Und das Steuerprogramm ist eingerichtet, unter Berücksichtigung der ermittelten Koordinaten xA, yA, xC und yC die vektorielle Distanz D nachzueichen.
  • Damit die Kapillare auf dem jeweiligen Anschlusspunkt am richtigen Ort abgesetzt werden kann, werden im Produktionsbetrieb jeweils mittels des Bilderkennungssystems diejenigen Koordinaten (x1, y1) bestimmt, die der Bondkopf einnehmen muss, damit die optische Achse des Bilderkennungssystems den gewünschten Auftreffpunkt der Kapillare auf dem Anschlusspunkt durchstösst. Die Koordinaten (x2, y2), die der Bondkopf einnehmen muss, damit die Spitze der Kapillare auf den gewünschten Auftreffpunkt auftrifft, ergeben sich aus diesen Koordinaten (x1, y1) durch Addition eines Vektors D = (dX, dY), wobei der Vektor D die vektorielle Distanz von der Spitze der Kapillare zur optischen Achse des Bilderkennungssystems bezeichnet: (x2, y2) = (x1, y1) + (dX, dY). Die Koordinaten x und y beziehen sich auf die vom Messsystem gelieferten Werte für die Position des Bondkopfs.
  • Damit der Vektor D jederzeit aktualisiert werden kann, werden nach einem Wechsel der Kapillare folgende Schritte durchgeführt:
    • 1. Bestimmung der vektoriellen Distanz D auf herkömmliche Weise, beispielsweise durch die Vermessung eines von der Kapillare auf dem Substrat oder Halbleiterchip erzeugten Abdrucks,
    • 2. Definition eines Vektors D0 als D0 = D,
    • 3. Bestimmung derjenigen Koordinaten (xA, yA) des Bondkopfs, die der Bondkopf einnehmen muss, damit die optische Achse des Bilderkennungssystems einen vorbestimmten Punkt einer an einem ortsfest angeordneten Körper angebrachten optischen Markierung durchstösst,
    • 4. Bestimmung derjenigen Koordinaten (xC, yC) des Bondkopfs, die der Bondkopf einnehmen muss, damit die Kapillare zwei Anschlagsflächen des Körpers berührt, und
    • 5. Berechnung eines Referenzvektors R zu R = (rX, rY) = (xC, yC) – (xA, yA),
  • Im Produktionsbetrieb des Wire Bonders kann die vektorielle Distanz D durch folgende Schritte aktualisiert werden:
    • 1. Bestimmung derjenigen Koordinaten (xA, yA) des Bondkopfs, die der Bondkopf einnehmen muss, damit die optische Achse des Bilderkennungssystems den vorbestimmten Punkt der optischen Markierung durchstösst,
    • 2. Bestimmung derjenigen Koordinaten (xC, yC) des Bondkopfs 1, die der Bondkopf einnehmen muss, damit die Kapillare die beiden Anschlagsflächen des Körpers berührt,
    • 3. Berechung eines Vektors K zu K = (kX, kY) = (xC, yC) – (xA, yA), und
    • 4. Aktualisierung der vektoriellen Distanz D unter Berücksichtigung des Vektors D0, und der Differenz der Vektoren K und R.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figuren sind nicht massstäblich gezeichnet.
  • Es zeigen: 1 in Aufsicht einen Bondkopf eines Wire Bonders, mit einer Kapillare, einem Bilderkennungssystem und einer Einrichtung für die Bestimmung der vektoriellen Distanz zwischen der Kapillare und der optischen Achse des Bilderkennungssystems, und
  • 2 in perspektivischer Ansicht einen Körper mit zwei Anschlagsflächen,
  • 3 ein Prinzipschema eines PID-Reglers, und
  • 4 in Aufsicht den Körper mit den beiden Anschlagsflächen, die Kapillare und einen Referenzvektor.
  • Die 1 zeigt schematisch und in Aufsicht einen Bondkopf 1 eines Wire Bonders. Der Bondkopf 1 umfasst eine um eine horizontale Achse drehbare Wippe 2. An der Wippe 2 ist ein von einem Ultraschallgeber 3 mit Ultraschall beaufschlagbares Horn 4 befestigt. An der Spitze des Horns 4 ist eine Kapillare 5 eingespannt. Die Kapillare 5 dient zum Befestigen eines Drahtes auf einem Anschlusspunkt eines Halbleiterchips und auf einem zugeordneten Anschlusspunkt eines Substrates sowie zur Drahtführung zwischen den beiden Anschlusspunkten. Der Bondkopf 1 ermöglicht die Bewegung der Kapillare 5 in einer durch die beiden Koordinatenachsen x und y aufgespannten Ebene 6, während die Wippe 2 die Bewegung senkrecht zur Ebene 6 ermöglicht. Der Wire Bonder weist weiter ein Bilderkennungssystem auf, dessen Blickfeld auf die Ebene 6 gerichtet ist und das dazu dient, die Lage der Anschlusspunkte auf dem Halbleiterchip und dem Substrat auszumessen. Das Bilderkennungssystem umfasst eine Kamera 7 und ein Bildauswertungssystem. Das Bilderkennungssystem weist eine optische Achse 8 auf, die senkrecht zur Ebene 6 verläuft. Im dargestellten Beispiel ist die Kamera 7 am Bondkopf 1 befestigt und ihr Blickfeld ist direkt auf die Ebene 6 gerichtet. Im Beispiel fällt die optische Achse 8 des Bilderkennungssystems mit der optischen Achse der Kamera 7 zusammen. Es kann aber erforderlich oder gewünscht sein, zusätzliche optische Komponenten wie Linsen, Spiegel, Prismen, etc. zu verwenden, um den Strahlengang zu führen und/oder um die Grösse des Blickfelds des Bilderkennungssystems verändern zu können.
  • Der Bondkopf 1 gleitet beispielsweise auf einem mit Vakuum vorgespannten Luftlager auf einer Gleitplatte 9. Aus der EP 317 787 ist ein derartiger Bondkopf 1 bekannt, der mittels zweier elektromagnetischer Antriebe in x- bzw, y-Richtung bewegbar ist. Aus der EP 1 098 356 ist ein weiterer derartiger Bondkopf 1 bekannt, der aber einen linearen und einen rotativen Antrieb aufweist, um die Kapillare 5 in der Ebene 6 zu bewegen. Bekannt ist aber auch, den Bondkopf 1 mittels eines xy-Tisches zu bewegen. Die Position des Bondkopfs 1 in der Ebene 6, d.h. die xy Koordinaten des Bondkopfs 1, wird in bekannter Weise mittels eines Messsystems, beispielsweise eines optischen Messsystems, erfasst.
  • Für die Bewegung des Bondkopfs 1 in der Ebene 6 sind ein erster und ein zweiter Motor vorhanden, wobei der erste Motor von einem ersten Regler und der zweite Motor von einem zweiten Regler gesteuert werden. Im Beispiel besteht das Messsystem aus Glas- oder Metallmassstäben und zugeordneten, auf dem Bondkopf 1 angeordneten Leseköpfen.
  • Die Erfindung wird am Beispiel kartesischer xy Koordinaten erläutert. Damit die Kapillare 5 auf dem jeweiligen Anschlusspunkt am richtigen Ort abgesetzt werden kann, werden im Produktionsbetrieb jeweils mittels des Bilderkennungssystems diejenigen Koordinaten (x1, y1) bestimmt, die der Bondkopf 1 einnehmen muss, damit die optische Achse 8 des Bilderkennungssystems den gewünschten Auftreffpunkt der Kapillare 5 auf dem Anschlusspunkt durchstösst. Die Koordinaten (x2, y2), die der Bondkopf 1 einnehmen muss, damit die Spitze der Kapillare 5 auf den gewünschten Auftreffpunkt auftrifft, ergeben sich aus diesen Koordinaten (x1, y1) durch Addition eines Vektors D = (dX, dY), wobei der Vektor D die vektorielle Distanz von der Spitze der Kapillare 5 zur optischen Achse 8 des Bilderkennungssystems bezeichnet: (x1, y1) = (x1, y1) + (dX, dY). (Die Koordinaten x und y beziehen sich auf die vom Messsystem gelieferten Werte für die Position des Bondkopfs 1).
  • Die vektorielle Distanz D kann während des Produktionsbetriebs in unvorhersehbarer Weise variieren. Es ist deshalb nötig, die vektorielle Distanz D immer wieder nachzueichen. Da sich die Kapillare 5 ausserhalb des Blickfeldes des Bilderkennungssystems befindet, kann die Lage der Spitze der Kapillare 5 mit dem Bilderkennungssystem nicht direkt bestimmt werden. Für die Überprüfung und Nacheichung des Vektors D = (dX, dY) ist deshalb erfindungsgemäss eine Einrichtung vorgesehen, die einen Körper 10 mit einer optischen Markierung 11 und mit zwei Anschlagsflächen 12 und 13 aufweist, mittels dem sowohl Koordinaten (xA, yA) der optischen Achse 8 des Bilderkennungssystems als auch Koordinaten (xC, yC) der Spitze der Kapillare 5 bestimmt werden können. Die optische Markierung 11 ist beispielsweise eine kreisförmige Fläche oder ein Kreuz.
  • Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines solchen Körpers 10. Die Ausrichtung des Körpers 10 bezüglich des xyz-Koordinatensystems ist aus der 2 ebenfalls ersichtlich. Die erste Anschlagsfläche 12 ist parallel zur x-Richtung ausgerichtet, die zweite Anschlagsfläche 13 ist parallel zur y-Richtung ausgerichtet. In unmittelbarer Nähe der beiden Anschlagsflächen 12, 13 befindet sich eine in z-Richtung verlaufende Bohrung 14, deren unteres Ende eine Glasplatte 15 mit der optischen Markierung 11 (in der Figur nicht sichtbar) abschliesst. Der Körper 10 ist bezüglich der z-Höhe so positioniert, dass sich die optische Markierung 11 im Tiefenschärfenbereich der Kamera 7 befindet. Wenn sich die Bohrung 14 im Blickfeld des Bilderkennungssystems befindet, dann ist in dem von der Kamera 7 (1) gelieferten Bild die optische Markierung 11 mit ausreichender Schärfe erkennbar. Die beiden Anschlagsflächen 12, 13 sind vorzugsweise in z-Richtung so weit oberhalb der optischen Markierung 11 positioniert, dass die Kapillare 5 die Anschlagsflächen 12, 13 jeweils im oberen Bereich ihres Schaftes, möglichst im Bereich unmittelbar unterhalb der Einspannungsstelle am Horn 4, berührt.
  • Die Kapillare 5 besteht aus einem länglichen, runden, gegen die Spitze verjüngten Schaft mit einer Längsbohrung, durch die der Draht geführt ist. Weil der Durchmesser des Schafts von Kapillare zu Kapillare um mehrere Mikrometer variieren kann, muss nach jedem Kapillarenwechsel einerseits ein Vektor D0 = (dX, dY) und andererseits ein Referenzvektor R = (rX, rY) bestimmt werden.
  • Die Bestimmung des Vektors D0 erfolgt auf an sich bekannte Art gemäss den folgenden Schritten:
    • 1. Auf dem Substrat (oder auf dem Halbleiterchip) wird ein Abdruck der Kapillare erzeugt und es werden die Koordinaten (xP, yP) der Position des Bondkopfs 1 bestimmt, in welcher der Abdruck erzeugt wurde.
    • 2. Der Bondkopf 1 wird bewegt, bis sich der Abdruck der Kapillare 5 im Blickfeld des Bilderkennungssystems befindet. Dann werden die Koordinaten (xv, yv) der Position des Bondkopfs 1 bestimmt, die der Bondkopf 1 einnehmen muss, damit die optische Achse 8 des Bilderkennungssystems den Abdruck durchstösst.
    • 3. Der Vektor D0 ist definiert als D0 = (dX0, dY0) = (xp, yp) – (xv, yv), d.h. dX0 = xp – xv und dY0 = yp – yv.
  • Die Bestimmung des Referenzvektors R = (rX, rY) erfolgt gemäss den folgenden Schritten:
    • 1. Der Bondkopf 1 wird bewegt, bis sich die optische Markierung 11 im Blickfeld des Bilderkennungssystems befindet. In dem von der Kamera 7 gelieferten Bild erscheint die optische Markierung 11. Aus dem von der Kamera 7 gelieferten Bild werden nun diejenigen Koordinaten (xA, yA) des Bondkopfs 1 bestimmt, die der Bondkopf 1 einnehmen muss, damit die optische Achse 8 des Bilderkennungssystems einen vorbestimmten Punkt der optischen Markierung 11, vorzugsweise deren Zentrum, durchstösst.
    • 2. Der Bondkopf 1 wird mit vorbestimmter Geschwindigkeit in einer ersten vorbestimmten Richtung, im Beispiel in der x-Richtung, auf die erste Anschlagsfläche 12 des Körpers 10 zubewegt, wobei der erste Regler die Bewegung des Bondkopfs 1 regelt. Das Messsystem liefert kontinuierlich den aktuellen Ist-Wert der x-Koordinate der Position des Bondkopfs 1. Der Zeitpunkt t1, an dem die Kapillare 5 auf die erste Anschlagsfläche 12 auftrifft, wird anhand eines im ersten Regler gebildeten Signals bestimmt. Dann wird der Wert xC der x-Koordinate der Position des Bondkopfs 1 bestimmt, an der sich der Bondkopf 1 am Zeitpunkt t1 befand.
    • 3. Der Bondkopf 1 wird mit vorbestimmter Geschwindigkeit in einer zweiten vorbestimmten Richtung, im Beispiel in der y-Richtung, auf die zweite Anschlagsfläche 13 des Körpers 10 zubewegt, wobei nun der zweite Regler die Bewegung des Bondkopfs 1 regelt. Das Messsystem liefert kontinuierlich den aktuellen Ist-Wert der y-Koordinate der Position des Bondkopfs 1. Der Zeitpunkt t2, an dem die Kapillare 5 auf die zweite Anschlagsfläche 13 auftrifft, wird anhand eines im zweiten Regler gebildeten Signals bestimmt. Dann wird der Wert yC der y-Koordinate der Position des Bondkopfs 1 bestimmt, an der sich der Bondkopf 1 am Zeitpunkt t2 befand.
    • 4. Der Referenzvektor R wird nun berechnet zu: R = (rX, rY) = (xC, yC) – (xA, yA), d.h. rX = xC – xA und rY = yC – yA.
  • Die Durchführung des Schrittes 2 wird nun noch etwas näher erläutert. Die 3 zeigt schematisch den als PID-Regler ausgeführten ersten Regler 16. Der Regler 16 weist ein Eingangsglied 17 auf, dem einerseits der aktuelle Ist-Wert xI der x-Koordinate des Bondkopfs 1 und dem andererseits der aktuelle Soll-Wert xS der x-Koordinate des Bondkopfs 1 zugeführt werden. Das Eingangsglied 17 bildet das Differenzsignal UDiff = xI – xS und führt dieses einem Proportionalverstärker 18, einem Integrator 19 und einem Differentiator 20 zu, die parallel geschaltet sind. Ein Ausgangsglied 21 summiert die Ausgangssignale UP des Proportionalverstärkers 18, U, des Integrators 19 und UD des Differentiators 20 zu einem Ausgangssignal UR des Reglers 16, das den x-Antrieb des Bondkopfs 1 steuert. Für die Detektion des Zeitpunkts t1, an dem die Kapillare 5 auf die erste Anschlagsfläche 12 auftrifft, eignet sich insbesondere die Differenz xI – xS oder das Ausgangssignal UI des Integrators 19. Das Differenzsignal UDiff wird als Regelabweichung bezeichnet. Wenn sich die Kapillare 5 mit konstanter Geschwindigkeit auf die erste Anschlagsfläche zubewegt, dann verschwindet die Regelabweichung. Sobald die Kapillare 5 aber auf die erste Anschlagsfläche 12 auftrifft und diese berührt, nimmt die Regelabweichung UDiff zu. Auch das Ausgangssignal UI des Integrators 19 nimmt zu. Insbesondere diese beiden Signale, also die Regelabweichung UDiff bzw. das Ausgangssignal UI des Integrators 19, eignen sich für die Detektion des Zeitpunkts t1, an dein die Kapillare 5 auf die erste Anschlagsfläche 12 auftrifft. Analog erfolgt die Durchführung des Schrittes 3.
  • Für eine präzise Ermittlung des Zeitpunkts t1 (bzw. t2) ist es vorteilhaft, den zeitlichen Verlauf der Regelabweichung UDiff bzw. des Ausgangssignals U1 zu verfolgen und unter Berücksichtigung üblicher mathematischer und statistischer Methoden den Zeitpunkt t1 (bzw. t2) aus dem Signalverlauf zu ermitteln.
  • Das Steuerprogramm ist vorzugsweise eingerichtet, die Bewegung des Bondkopfs 1 zu stoppen und den Bondkopf 1 in umgekehrter Richtung wegzufahren, sobald die Regelabweichung UDiff bzw. das Ausgangssignal UI einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  • Wenn für die Ermittlung des Zeitpunkts t1 (bzw. t2) die Regelabweichung UDiff benützt wird, ist es vorteilhaft, den Verstärkungsfaktor des Integrators 19 vergleichsweise klein zu halten.
  • Der Körper 10 besteht aus einem Material grosser Härte, damit der Kapillare 5 beim Auftreffen auf die Anschlagsfläche 12 bzw. 13 ein grosser mechanischer Widerstand entgegengesetzt wird, der eine markante Änderung der Regelabweichung UDiff bewirkt.
  • Die 4 zeigt in Aufsicht die beiden Anschlagsflächen 12 und 13 des Körpers 10, die Kapillare 5 und den gemäss dem vorstehend beschriebenen Verfahren ermittelten Referenzvektor R. Die Kapillare 5 berührt die beiden Anschlagsflächen 12 und 13. Der Referenzvektor R zeigt von der optischen Markierung 11 auf einen Punkt innerhalb der Kapillare 5, der auf der Symmetrieachse des kreisförmigen Schafts der Kapillare 5 liegt.
  • Nun kann der Betrieb des Wire Bonders aufgenommen werden, wobei das Steuerprogramm des Wire Bonders den Kamera-Kapillaren-Offset mittels des Vektors D0 berücksichtigt, der der vektoriellen Distanz unmittelbar nach dem Kapillarenwechsel entspricht. Eine allfällige, durch Temperaturänderungen oder anderweitig bewirkte Änderung der vektoriellen Distanz kann während des Betriebs des Wire Bonders jederzeit durch eine Nacheichung mit grosser Genauigkeit gemessen und berücksichtigt werden. Die Nacheichung erfolgt gemäss den folgenden Schritten:
    • 1. Es wird ein Vektor K bestimmt auf die gleiche Weise wie der Referenzvektor R bestimmt wurde. Der Vektor K wird also ermittelt zu K =( kX, kY) = (xC, yC) – (xA, yA), d.h. kX = xC – xA und kY = yC – yA ,wobei die Koordinaten xC, yC, xA und yA gemäss den bei der Bestimmung des Referenzvektors R angewandten Schritten 1 bis 3 ermittelt werden.
    • 2. Der Vektor D wird um die Differenz der Vektoren R und K aktualisiert auf D = D0 + K – R. Der aktualisierte Vektor D entspricht nun der nachgeführten aktuellen vektoriellen Distanz von der Kapillare 5 zur optischen Achse 8 des Bilderkennungssystems.
  • Der Körper 10 muss so auf dem Wire Bonder befestigt sein, dass er sich nicht drehen kann, da eine Drehung des Körpers 10 zu einem Fehler bei der Nacheichung führen würde. Der Körper 10 muss weiter aus einem Material bestehen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient möglichst gering ist. Ein solches Material ist beispielsweise Invar. Um allfällige Fehler möglichst gering zu halten, wird die optische Markierung 11 bevorzugt möglichst nahe bei den Anschlagsflächen 12, 13 angebracht.
  • Die Erfindung lässt sich auch auf einem Wire Bonder mit einem rotativen Bondkopf wie er in der EP 1 098 356 beschrieben ist, anwenden. Bei einem solchen Wire Bonder wird die Position des Bondkopfs 1 durch eine lineare Koordinate und eine Winkelkoordinate definiert. Die Vektoren D0, R und K sind dann definiert durch Koordinaten der Form (x = lineare Koordinate, y = Winkelkoordinate). Ein erster Motor bewegt den Bondkopf 1 in einer bevorstimmten horizontalen Richtung und ein zweiter Motor dreht das auf dem Bondkopf 1 befestigte Horn 4 mit der Kapillare 5 um eine vertikale Achse, die sich mit dem Bondkopf 1 verschiebt. Ein erster Regler regelt den ersten Motor und ein zweiter Regler regelt den zweiten Motor. Wenn der erste Motor den Bondkopf 1 mit vorbestimmter Geschwindigkeit bewegt und damit die Kapillare 5 gegen die erste Anschlagsfläche 12 zubewegt, dann hält der Regler für den zweiten Motor das Horn 4 auf einer vorbestimmten Winkelposition. Sobald die Kapillare 5 die erste Anschlagsfläche 12 berührt, ändert sich auch die Winkelkoordinate des Horns 4. Infolgedessen kann auch ein Signal des zweiten Reglers (z.B. die Regelabweichung UDiff oder das Ausgangssignal UI des Integrators 19) benützt werden, um den Zeitpunkt der Berührung der Kapillare 5 an der ersten Anschlagsfläche 12 zu detektieren.
  • Es ist auch möglich, eine dritte und vierte Anschlagsfläche vorzusehen und die dritte und vierte Anschlagsfläche zur Bestimmung eines zweiten Referenzvektors R2 zu benützen. Im Produktionsbetrieb werden dann mittels der ersten und zweiten Anschlagsfläche der Vektor K und mittels der dritten und vierten Anschlagsfläche ein zweiter Vektor K2 bestimmt. Der Differenzvektor K2 – K der beiden Vektoren K2 und K muss immer gleich der Differenz R2 – R der beiden Referenzvektoren R und R2 sein. Falls dies nicht der Fall ist, weist dies auf einen Fehler in der Messung oder einen anderen Fehler hin.
  • Des Weiteren ist es möglich, die optische Markierung 11 so weit entfernt von den beiden Anschlagsflächen 12 und 13 entfernt anzuordnen, dass sich die optische Markierung 11 in der in der 4 gezeigten Lage der Kapillare 5 im Blickfeld der Kamera 7 befindet. Der Vorteil ist, dass die Fahrwege des Bondkopfs 1 für die Bestimmung der Vektoren R bzw. K sehr gering sind. Der Nachteil ist, dass eine Längenänderung des Körpers 10 einen grösseren Fehler ergibt, als wenn die optische Markierung 11 so nahe wie möglich bei den Anschlagsflächen 12 und 13 angeordnet ist.

Claims (3)

  1. Wire Bonder mit einem in einer horizontalen Ebene beweglichen Bondkopf (1), der eine an einem Horn (4) eingespannte Kapillare (5) und Teile eines Bilderkennungssystems aufweist, mit einem Messsystem für die Erfassung der Lage des Bondkopfs (1), mit einem Steuerprogramm für die Steuerung der Lage des Bondkopfs (1) und mit einer Einrichtung für die Bestimmung und Aktualisierung einer vektoriellen Distanz zwischen der Spitze der Kapillare (5) und einer optischen Achse (8) des Bilderkennungssystems des Wire Bonders, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Körper (10) mit einer optischen Markierung (11) und mit zwei Anschlagsflächen (12, 13) aufweist und dass das Steuerprogramm des Wire Bonders eingerichtet ist, die Kapillare (5) auf die erste Anschlagsfläche (12) zuzubewegen und eine erste Koordinate der Lage des Bondkopfs (1) zu bestimmen, sobald die Kapillare (5) die erste Anschlagsfläche (12) berührt, und die Kapillare (5) auf die zweite Anschlagsfläche (13) zuzubewegen und eine zweite Koordinate der Lage des Bondkopfs (1) zu bestimmen, sobald die Kapillare (5) die zweite Anschlagsfläche (13) berührt, und dass das Steuerprogramm eingerichtet ist, die Koordinaten des Bondkopfs (1) zu bestimmen, bei denen die optische Achse (8) des Bilderkennungssystems die optische Markierung (11) in einem vorbestimmten Punkt durchstösst.
  2. Verfahren für die Aktualisierung einer vektoriellen Distanz D zwischen der Spitze einer Kapillare (5) und einer optischen Achse (8) eines Bilderkennungssystems (7) eines Wire Bonders, wobei die Kapillare (5) und die optische Achse (8) des Bilderkennungssystems (7) mittels eines Bondkopfs (1) gemeinsam in einer Ebene bewegbar sind und wobei die Lage des Bondkopfs (1) durch Koordinaten (x, y) definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Wechsel der Kapillare (5) folgende Schritte durchgeführt werden: – Bestimmung der vektoriellen Distanz D, – Definition eines Vektors D0 = D, – Bestimmung derjenigen Koordinaten (xA, yA) des Bondkopfs 1, die der Bondkopf 1 einnehmen muss, damit die optische Achse (8) des Bilderkennungssystems einen vorbestimmten Punkt einer an einem ortsfest angeordneten Körper (10) angebrachten optischen Markierung (11) durchstösst, – Bestimmung derjenigen Koordinaten (xC, yC) des Bondkopfs 1, die der Bondkopf 1 einnehmen muss, damit die Kapillare (5) zwei Anschlagsflächen (12, 13) des Körpers (10) berührt, und – Berechnung eines Referenzvektors R zu R = (rX, rY) = (xC, yC) – (xA, yA), und dass für die Aktualisierung der vektoriellen Distanz D folgende Schritte durchgeführt werden: – Bestimmung derjenigen Koordinaten (xA, yA) des Bondkopfs (1), die der Bondkopf (1) einnehmen muss, daimit die optische Achse (8) des Bilderkennungssystems den vorbestimmten Punkt der optischen Markierung (11) durchstösst, – Bestimmung derjenigen Koordinaten (xC, yC) des Bondkopfs (1), die der Bondkopf (1) einnehmen muss, damit die Kapillare (5) die beiden Anschlagsflächen (12, 13) des Körpers (10) berührt, – Berechung eines Vektors K zu K = (kX, kY) = xC, yC) – (xA, yA), und – Aktualisierung der vektoriellen Distanz D unter Berücksichtigung des Vektors D0 und der Differenz der Vektoren K und R.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vektor D aktualisiert wird zu D = D0 + K – R.
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