WO2017217385A1 - ワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法及びワイヤボンディング装置 - Google Patents

ワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法及びワイヤボンディング装置 Download PDF

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昇 藤野
尚 上田
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Definitions

  • the present invention relates to a calibration method for a wire clamp device and a wire bonding device.
  • Patent Literature 1 discloses a wire clamp device including a pair of arm portions having tip portions for clamping a wire and a drive portion provided with a piezoelectric element that opens and closes the pair of arm portions. .
  • the distance between the tip portions of the pair of arm portions is controlled according to the voltage value applied to the piezoelectric element. With such control, the wire can be restrained by closing the arm portion, or the wire can be released by opening the arm portion.
  • the absolute value of the opening amount of the arm portion corresponding to the voltage applied to the piezoelectric element could not be confirmed.
  • the opening amount of the arm portion may vary from wire clamp device to wire clamp device.
  • the wire clamp device has a problem that the absolute value of the opening amount of the arm part is likely to fluctuate due to various factors such as changes in components such as piezoelectric elements over time and attachment to the body of the wire bonding device. It is important to improve the reliability of wire bonding.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a calibration method and a wire bonding apparatus for a wire clamp apparatus capable of performing accurate and stable wire bonding.
  • the calibration method of the wire clamp apparatus which concerns on 1 aspect of this invention is a calibration method of a wire clamp apparatus, Comprising: It has a front-end
  • Preparing a wire clamp device comprising a pair of arm portions and a drive portion provided with a drive piezo element coupled to the base end portions of the pair of arm portions to open and close the distal end portions of the pair of arm portions; This includes detecting the timing when the pair of arm portions are closed by driving the piezo element, and setting an applied voltage to the drive piezo element based on the detection result.
  • the timing at which the pair of arm portions are closed is detected by the electrical continuity between the tip portions of the pair of arm portions, and the drive is performed based on the reference voltage at which the pair of arm portions are closed. Calibrate the drive voltage applied to the piezo element. Thereby, the opening amount of an arm part can be adjusted correctly. Therefore, accurate and stable wire bonding can be performed.
  • a calibration method for a wire clamp device includes a pair of arm portions each having a distal end portion for clamping a wire and extending from the distal end portion toward a proximal end portion, and a driving voltage.
  • a driving piezo element that opens and closes the distal ends of the pair of arm parts, and a detection piezo element that detects a stress generated when the pair of arm parts is opened and closed by the driving piezo element, and the base ends of the pair of arm parts
  • the timing at which the pair of arm portions are closed is detected based on the change in the stress of the detecting piezoelectric element, and the driving piezoelectric element is based on the reference voltage at which the pair of arm portions is closed. Calibrate the drive voltage applied to. Thereby, the opening amount of an arm part can be adjusted correctly. Therefore, accurate and stable wire bonding can be performed.
  • the detection piezo element may be provided between the drive piezo element and the base end portions of the pair of arm portions.
  • the drive unit of the wire clamp device is provided with a strain sensor that comes into contact with the driving piezo element.
  • the driving is performed in the wire bonding process.
  • the method may further include a step of detecting an output value of the strain sensor accompanying the driving of the piezoelectric element for controlling and controlling a driving voltage applied to the driving piezoelectric element based on the output value of the strain sensor.
  • a wire bonding apparatus includes a pair of arm portions having a distal end portion for clamping a wire and extending from the distal end portion toward the proximal end portion, and a base of the pair of arm portions.
  • a wire clamp device provided with a driving unit provided with a driving piezo element that is coupled to the end part and opens and closes the tip of the pair of arm parts by a driving voltage, and when the driving piezo element is driven by the driving voltage,
  • a reference voltage acquisition unit that detects a timing at which the pair of arm portions are closed by detecting electrical continuity between the tip portions of the pair of arm portions, and acquires a reference voltage at which the pair of arm portions are in a closed state; and a reference voltage
  • a voltage calibration unit that calibrates the drive voltage applied to the drive piezoelectric element based on the reference voltage acquired by the acquisition unit.
  • the timing at which the pair of arm portions are closed is detected by the electrical continuity between the tip portions of the pair of arm portions, and the drive is performed based on the reference voltage at which the pair of arm portions are closed. Calibrate the drive voltage applied to the piezo element. Thereby, the opening amount of an arm part can be adjusted correctly. Therefore, accurate and stable wire bonding can be performed.
  • a wire bonding apparatus includes a pair of arms having a distal end portion for clamping a wire and extending from the distal end portion toward a proximal end portion, and a pair of arms by a driving voltage.
  • a driving piezo element that opens and closes the front end of the unit, and a detection piezo element that detects a stress caused by opening and closing of the pair of arm parts by the driving piezo element, and is coupled to the base end of the pair of arm parts
  • a driving piezo element is driven by a driving voltage and a wire clamper provided with a driving unit, the timing at which the pair of arms are closed is detected based on the change in stress, and the pair of arms is in the closed state.
  • a reference voltage acquisition unit that acquires a reference voltage, and a voltage calibration that calibrates the drive voltage applied to the driving piezo element based on the reference voltage acquired by the reference voltage acquisition unit And a Shon part.
  • the timing at which the pair of arm portions are closed is detected based on the change in the stress of the detecting piezoelectric element, and the driving piezoelectric element is based on the reference voltage at which the pair of arm portions is closed. Calibrate the drive voltage applied to. Thereby, the opening amount of an arm part can be adjusted correctly. Therefore, accurate and stable wire bonding can be performed.
  • the detection piezo element may be provided between the drive piezo element and the base ends of the pair of arm portions.
  • the drive unit of the wire clamp device is provided with a strain sensor in contact with the drive piezo element that contacts the drive piezo element, and detects an output value of the strain sensor accompanying the drive of the drive piezo element, You may further provide the voltage control part which controls the drive voltage applied to the piezoelectric element for a drive based on the output value of a distortion sensor.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall outline of a wire bonding apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • 2A and 2B are a top view and a bottom view of a bonding arm in the wire bonding apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view of the wire clamp device of FIG.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a calibration method of the wire clamp device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a wire clamp device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph for explaining a calibration method of the wire clamp device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing an overall outline of a wire bonding apparatus according to the present embodiment.
  • 2A and 2B are partially enlarged views of the bonding arm in the wire bonding apparatus, FIG. 2A shows a top view of the bonding arm, and FIG. 2B shows a bottom view of the bonding arm.
  • FIG. 3 is a perspective view of the wire clamp device of FIG.
  • the wire bonding apparatus 1 includes an XY drive mechanism 10, a Z drive mechanism 12, a bonding arm 20, an ultrasonic horn 30, a bonding tool 40, a load sensor 50, an ultrasonic transducer 60, and a wire clamp apparatus 70. And a wire bonding control unit 90.
  • the XY drive mechanism 10 is configured to be slidable in the XY axis direction (direction parallel to the bonding surface), and the XY drive mechanism (linear motor) 10 has a bonding arm 20 disposed in the Z axis direction (perpendicular to the bonding surface).
  • Z drive mechanism (linear motor) 12 that can swing in the direction) is provided.
  • the bonding arm 20 is supported by the support shaft 14 and is configured to be swingable with respect to the XY drive mechanism 10.
  • the bonding arm 20 is formed in a substantially rectangular parallelepiped so as to extend from the XY drive mechanism 10 to a bonding stage 16 on which a workpiece (for example, a semiconductor die or substrate) 18 to be bonded is placed.
  • the bonding arm 20 includes an arm base end 22 attached to the XY drive mechanism 10, an arm front end 24 to which an ultrasonic horn 30 is attached located on the tip side of the arm base end 22, and an arm base end 22.
  • a connecting portion 23 having flexibility by connecting the arm tip 24 is provided.
  • the connecting portion 23 includes slits 25a and 25b having a predetermined width extending from the top surface 21a of the bonding arm 20 toward the bottom surface 21b, and a predetermined width extending from the bottom surface 21b of the bonding arm 20 toward the top surface 21a.
  • the slit 25c As described above, since the connecting portion 23 is locally configured as a thin portion by the slits 25 a, 25 b, and 25 c, the arm distal end portion 24 is configured to bend with respect to the arm base end portion 22.
  • a concave portion 26 that accommodates the ultrasonic horn 30 is formed on the bottom surface 21 b side of the bonding arm 20.
  • the ultrasonic horn 30 is attached to the arm distal end portion 24 by a horn fixing screw 32 while being accommodated in the recess 26 of the bonding arm 20.
  • the ultrasonic horn 30 holds the bonding tool 40 at the tip protruding from the recess 26, and an ultrasonic transducer 60 that generates ultrasonic vibrations is provided in the recess 26.
  • Ultrasonic vibration is generated by the ultrasonic vibrator 60, and this is transmitted to the bonding tool 40 by the ultrasonic horn 30, and the ultrasonic vibration can be applied to the bonding target via the bonding tool 40.
  • the ultrasonic transducer 60 is, for example, a piezo transducer.
  • slits 25a and 25b are formed on the top surface 21a side of the bonding arm 20 in order from the top surface 21a to the bottom surface 21b.
  • the upper slit 25a is formed wider than the lower slit 25b.
  • a load sensor 50 is provided in the upper slit 25a formed to be wide.
  • the load sensor 50 is fixed to the arm distal end portion 24 by a preload screw 52.
  • the load sensor 50 is disposed so as to be sandwiched between the arm base end portion 22 and the arm tip end portion 24.
  • the load sensor 50 is offset from the central axis in the longitudinal direction of the ultrasonic horn 30 in the contact / separation direction with respect to the bonding target, and the mounting surface of the ultrasonic horn 30 at the rotation center of the bonding arm 20 and the arm tip 24 (that is, And the tip end surface of the arm tip 24 on the bonding tool 40 side). Since the ultrasonic horn 30 that holds the bonding tool 40 is attached to the arm tip 24 as described above, when a load is applied to the tip of the bonding tool 40 due to a reaction force from the bonding target, the arm base end The arm tip 24 is bent with respect to the portion 22, and the load can be detected by the load sensor 50.
  • the load sensor 50 is, for example, a piezo element load sensor.
  • the bonding tool 40 is for inserting the wire 42, and is, for example, a capillary provided with an insertion hole 41.
  • the wire 42 used for bonding is inserted into the insertion hole 41 of the bonding tool 40, and a part of the wire 42 can be fed out from the tip.
  • a pressing portion for pressing the wire 42 is provided at the tip of the bonding tool 40.
  • the pressing portion has a rotationally symmetric shape around the axial direction of the insertion hole 41 of the bonding tool 40, and has a pressing surface on the lower surface around the insertion hole 41.
  • the bonding tool 40 is attached to the ultrasonic horn 30 so as to be replaceable by a spring force or the like. Further, a wire clamp device 70 is provided above the bonding tool 40, and the wire clamp device 70 is configured to restrain or release the wire 42 at a predetermined timing. A wire tensioner 46 is provided further above the wire clamp device 70, and the wire tensioner 46 is configured to insert the wire 42 and apply an appropriate tension to the wire 42 during bonding.
  • the material of the wire 42 is appropriately selected from the ease of processing and the low electrical resistance, and for example, gold (Au), copper (Cu), silver (Ag), or the like is used.
  • the wire 42 is bonded to the first bond point of the work 18 by a free air ball 43 extending from the tip of the bonding tool 40.
  • the wire clamp device 70 includes a pair of arm portions 72 a and 72 b and a drive unit 76 attached to the main body of the wire bonding device 1.
  • the pair of arm portions 72a and 72b have distal end portions 73a and 73b for clamping the wire 42, and proximal end portions 74a and 74b, and the wires extend from the distal end portions 73a and 73b toward the proximal end portions 74a and 74b. It extends in a direction substantially orthogonal to the axial direction.
  • Clamp pieces 71a and 71b with which the wire 42 is brought into contact are provided on the surfaces of the tip portions 73a and 73b facing each other.
  • the drive unit 76 is provided with a drive piezo element 80 that opens and closes the distal end portions 73a and 73b of the pair of arm portions 72a and 72b.
  • a control power supply (not shown) is connected to the driving piezo element 80, and the opening / closing operation of the pair of arm portions 72a and 72b is controlled by a voltage supplied from the control power supply.
  • Ends of the drive unit 76 opposite to the pair of arm units 72 a and 72 b are fixed to the main body of the wire bonding apparatus 1.
  • the wire clamp device 70 is shown in a state where the extending direction of the pair of arm portions 72 a and 72 b is viewed from the distal end portions 73 a and 73 b side.
  • the pair of arm portions 72a and 72b are connected to the drive portion 76 via a plurality of connecting portions 77a, 77b, 78a, and 78b at base end portions 74a and 74b.
  • the pair of connecting portions 78a and 78b are provided on both outer sides of the pair of arm portions 72a and 72b,
  • the connecting portions 77a and 77b are provided at positions sandwiched between the pair of connecting portions 78a and 78b.
  • These connecting portions are configured as constricted portions that can be elastically deformed.
  • the pair of connecting portions 77 a and 77 b are connected to each other by the action portion 79.
  • the driving piezo element 80 is provided between the drive unit 76 and the action unit 79 in a state where both ends thereof are fixed.
  • the driving piezo element 80 expands and contracts in the extending direction of the pair of arm portions 72a and 72b, so that the connecting portions 77a, 77b, 78a, and 78b are connected to the tips of the pair of arm portions 72a and 72b.
  • the portions 73a and 73b are elastically deformed so as to open and close.
  • each connection part 77a, 77b, 78a, 78b has spring property in the direction where the front-end
  • the driving piezo element 80 is, for example, a stacked piezoelectric actuator in which a plurality of piezo elements are stacked in a direction connecting the drive unit 76 and the action unit 79.
  • a strain sensor 82 is provided in contact with the driving piezo element 80.
  • the strain sensor 82 detects strain generated by driving the driving piezo element 80.
  • the strain sensor 82 may be bonded to each surface around the driving piezo element 80.
  • the strain sensor 82 is electrically connected to the wire bonding control unit 90 via the wiring 84.
  • the pair of arm portions 72a and 72b (clamp pieces 71a and 71b, distal end portions 73a and 73b, and proximal end portions 74a and 74b) are made of a conductive material.
  • at least one of the base end portions 74a and 74b (the base end portion 74b in FIG. 3). Is provided with an insulating layer 75.
  • the insulating layer 75 prevents an electrical short-circuit at a portion other than the tip portions 73a and 73b when the pair of arm portions 72a and 72b are closed. Thereby, it can be detected that only the clamp pieces 71a and 71b of the tip end portions 73a and 73b are electrically connected to each other, for example, that the pair of arm portions 72a and 72b is closed.
  • the operation of the wire clamp device 70 will be described.
  • a predetermined load is applied in the closing direction of the distal end portions 73a and 73b of the pair of arm portions 72a and 72b.
  • the driving piezo element 80 is caused to extend in the direction in which the pair of arm portions 72a and 72b extend (in other words, between the driving portion 76 and the action portion 79).
  • the action portion 79 is moved in the direction of the pair of arm portions 72a and 72b, and thus the connecting portions 77a, 77b, 78a, and 78b bend outward, and the tip portions 73a and 73b are opened.
  • the amount of movement of the tip portions 73a and 73b (that is, the opening amount of the arm portion) at this time is driven according to the ratio of the length from the action portion 79 to the connecting portion and the length from the connecting portion to the tip portions 73a and 73b. This corresponds to an expansion of the piezoelectric element 80 for use.
  • the wire clamp load by the tip portions 73a and 73b becomes smaller in proportion to the applied voltage of the driving piezo element 80.
  • the clamp pieces 71a and 71b of the tip end portions 73a and 73b come into contact with each other with the wire clamp load being zero (closed state).
  • the tip portions 73a and 73b are opened in a direction away from each other. It should be noted that the relationship between the opening amounts of the pair of arm portions 72a and 72b accompanying the variation in the applied voltage of the driving piezo element 80 may be measured in advance.
  • the wire bonding control unit 90 can transmit and receive signals to and from the components such as the XY drive mechanism 10, the Z drive mechanism 12, the ultrasonic horn 30 (ultrasonic transducer 60), the load sensor 50, and the wire clamp device 70.
  • the wire bonding control unit 90 controls the operation of these components so that necessary processing for wire bonding can be performed.
  • the wire bonding control unit 90 is connected to an operation unit 92 for inputting control information and a display unit 94 for outputting control information. Thus, the operator can input necessary control information through the operation unit 92 while recognizing the screen by the display unit 94.
  • the wire bonding control unit 90 is a computer device including a CPU, a memory, and the like, and the memory stores a bonding program for performing processes necessary for wire bonding in advance.
  • the wire bonding control unit 90 is configured to control operations necessary for calibrating the wire clamp device described later (for example, a program for causing a computer to execute each operation).
  • the wire bonding control unit 90 includes a reference voltage acquisition unit 90a, a voltage calibration unit 90b, a strain detection unit 90c, and a voltage control unit 90d.
  • the reference voltage acquisition unit 90a acquires a reference voltage at which the pair of arm units 72a and 72b are closed when the driving piezo element 80 is driven by the drive voltage. Specifically, the timing when the pair of arm portions 72a and 72b are closed when the driving piezo element 80 is driven, that is, the clamp pieces 71a and 71b of the distal end portions 73a and 73b are subjected to the wire clamp load. A state of contact with each other in a zero state (a load zero point) is detected, and a voltage applied to the driving piezo element 80 at this time is acquired as a reference voltage.
  • the reference voltage is acquired by the reference voltage acquisition unit 90a depending on whether or not the pair of arm portions 72a and 72b are electrically connected to each other.
  • the electrical detection can be performed by detecting whether or not a current flows between the clamp pieces 71a and 71b of the distal end portions 73a and 73b by applying a voltage to the arm portions 72a and 72b.
  • the voltage calibration unit 90b calibrates the drive voltage applied to the drive piezo element 80 based on the detection result of the reference voltage acquisition unit 90a.
  • a desired opening amount of the pair of arm portions 72a and 72b required for each step of the wire bonding process is calculated in advance, and the opening amount of the pair of arm portions 72a and 72b corresponding to the driving voltage of the driving piezo element 80 is calculated. If the change in is calculated in advance, the drive voltage of the drive piezo element 80 required in each step of the wire bonding process can be accurately calibrated by specifying the load zero point reference voltage.
  • the strain detector 90c detects the output value of the strain sensor 82 that accompanies the driving of the driving piezo element 80. Since the strain sensor 82 is disposed in contact with the driving piezo element 80, the output value of the strain sensor 82 changes as the driving piezo element 80 is driven. Therefore, the drive voltage of the driving piezo element 80 is calculated in advance by calculating the relationship between the output value of the strain sensor 82 and the change in the opening amount of the pair of arm portions 72a and 72b due to the drive of the drive piezo element 80. Can be controlled accurately. In particular, in the present embodiment, the strain sensor 82 is disposed in contact with the driving piezo element 80, and changes due to driving of the driving piezo element 80 can be directly detected. The driving voltage can be controlled more accurately.
  • the voltage controller 90d controls the driving voltage of the driving piezo element 80 based on the detection result of the strain detector 90c.
  • the strain detection unit 90c monitors the operating state of the driving piezo element 80 via the strain sensor 82, and feedback-controls the monitoring result to the driving voltage of the driving piezo element 80, thereby enabling more accurate wire clamping.
  • the device can be controlled.
  • FIG. 4 shows a flowchart of this method. This method can be performed using the wire bonding apparatus 1 described above.
  • the calibration method of the wire clamp device can be performed at the end of wire bonding (that is, before the start of the next wire bonding) or at the time of teaching for wire bonding.
  • the wire clamp device 70 is prepared (S10). Specifically, the wire clamp device 70 is incorporated in the bonding head 1 by being mounted on the bonding head.
  • a reference voltage at which the arm portions 72a and 72b are closed (for example, the state of the above-described load zero point) is acquired (S12).
  • the driving voltage is supplied to the driving piezo element 80 via the wire bonding control unit 90, the arms 72a and 72b are opened and closed, and the load zero point corresponding to the load zero point is obtained by the reference voltage acquisition unit 90a.
  • Get the reference voltage the reference voltage is acquired by detecting whether or not a current flows between the clamp pieces 71a and 71b of the tip portions 73a and 73b.
  • the timing of the load zero point can be detected by gradually increasing the drive voltage from the state where the drive voltage of the drive piezo element 80 is zero.
  • the arms 72a and 72b are kept open, and the driving voltage is gradually decreased from this state, whereby the load zero point reference voltage is set. May be obtained. It is more preferable to detect the load zero point timing by repeatedly increasing or decreasing the drive voltage and obtaining the load zero point reference voltage based on this.
  • the reference voltage acquired by the reference voltage acquisition unit 90a may be displayed on the display unit 94.
  • the drive voltage applied to the drive piezo element 80 is calibrated based on the reference voltage (S12).
  • the operator may identify the reference voltage by the reference voltage acquisition unit 90a displayed on the display unit 94, and calibrate the drive voltage by the voltage calibration unit 90b via the operation unit 92 based on the reference voltage.
  • the voltage calibration unit 90b that has received the signal indicating the reference voltage acquired by the reference voltage acquisition unit 90a may automatically calibrate the drive voltage. If the opening amount of the arm portion corresponding to the driving voltage is calculated, the opening amount of the wire clamp device in the wire bonding process can be accurately controlled by specifying the reference voltage at the zero point of load. .
  • the wire bonding process is started using the wire clamp device 70 in which the drive voltage is calibrated (S13).
  • the output value of the strain sensor 82 is detected via the strain detector 90c (S14), and applied to the driving piezo element 80 via the voltage controller 90d based on the output result of the strain sensor 82.
  • the drive voltage to be controlled is controlled (S15).
  • the driving voltage is controlled on the spot according to the driving state of the driving piezo element 80, and thereby the opening / closing operation (opening amount) of the pair of arm portions 72a and 72b can be controlled with high accuracy.
  • step S16 it is determined whether or not the wire bonding is finished (S16).
  • the process returns to the step S11.
  • the wire bonding is finished (S16 YES)
  • this method is finished.
  • each process of step S11 to S15 can be performed with the completion of the wire bonding with respect to one or several workpiece
  • the timing at which the pair of arm portions 72a and 72b are closed is detected by the electrical continuity between the distal end portions 73a and 73b of the pair of arm portions 72a and 72b.
  • the drive voltage applied to the drive piezo element 80 is calibrated based on the reference voltage at which the arm portions 72a and 72b are closed. Thereby, the opening amount of a pair of arm part 72a, 72b can be adjusted correctly. Therefore, accurate and stable wire bonding can be performed.
  • the strain sensor 82 disposed in contact with the driving piezo element 80 is provided, it is possible to directly detect a change accompanying the driving of the driving piezo element 80. Therefore, the driving voltage of the driving piezo element 80 can be controlled more accurately.
  • FIG. 5 is a perspective view of the wire clamp device according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a graph for explaining a calibration method of the wire clamp device of FIG.
  • the form in which the timing at which the pair of arm portions 72a and 72b are in the closed state is electrically detected has been described.
  • the detection is performed by the detecting piezo element 186. ing.
  • FIG. 5 the description of the components denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3 is omitted.
  • the wire clamp device 170 includes a pair of arm portions 72a and 72b and a drive unit 76 attached to the main body of the wire bonding apparatus 1.
  • the drive unit 76 includes a drive piezo element 180 and a detection device.
  • a piezo element 186 is provided.
  • the driving piezo element 180 may be arranged in contact with a strain sensor, similar to the content described in the first embodiment.
  • the detecting piezo element 186 detects a stress generated when the pair of arm portions 72a and 72b are opened and closed by the driving piezo element 180.
  • the detection piezo element 186 is provided adjacent to the drive piezo element 180 in the moving direction (that is, the expansion / contraction direction) of the drive piezo element 180. In other words, the detection piezo element 186 is arranged in series with the drive piezo element 180 between the drive unit 76 and the action unit 79.
  • the detecting piezo element 186 is disposed between the driving piezo element 180 and the base end portions 74a and 74b of the pair of arm portions 72a and 72b in the extending direction of the pair of arm portions 72a and 72b. Is provided. As a result, the detection piezo element 186 can receive stress from the driving piezo element 180 at one end thereof, and can receive stress from the action portion 79 at the other end thereof. It is possible to accurately detect the stress caused by the opening and closing of 72a and 72b.
  • the detection piezo element 186 can detect an inflection point at a timing when the pair of arm portions 72a and 72b are closed. This point will be described in detail with reference to FIG.
  • the vertical axis indicates the output value of the detection piezoelectric element
  • the horizontal axis indicates the opening / closing amount of the pair of arm portions.
  • a positive value is a value in the opening direction
  • a negative value is a value in the closing direction
  • zero indicates a closed state.
  • a predetermined value of voltage is applied to the driving piezo element 180 to open the pair of arm portions 72a and 72b (for example, the state of 0.8 in FIG. 6).
  • the voltage applied to the driving piezo element 180 is gradually decreased to gradually bring the pair of arm portions 72a and 72b closer to the closed state.
  • the applied voltage to the driving piezo element 180 continues to decrease and the clamp pieces 71a and 71b of the distal end portions 73a and 73b come into contact with each other (the zero state on the horizontal axis in FIG.
  • the driving piezo The stress is released in the direction in which the element 180 contracts, and this becomes an inflection point and appears in the output of the detecting piezo element 186. In this way, the zero point of load is detected by the detecting piezo element 186, and the voltage applied to the driving piezo element 80 at this time can be acquired as the reference voltage.
  • the arrangement of the detection piezo element 186 is not limited to the above, and as a modification, the detection piezo element 186 may be arranged on the side opposite to the action portion 79 in the drive piezo element 180. Even in this case, the inflection point described above can be detected by the detecting piezo element 186.
  • the material of the pair of arm portions 72a and 72b is not particularly limited, whether it is a conductive material or an insulating material. Further, the insulating layer 75 described in the first embodiment may not be provided.
  • the form in which the clamp pieces 71a and 71b of the distal end portions 73a and 73b are in contact with each other at the timing when the pair of arm portions 72a and 72b are closed has been described. It is not limited to this.
  • the detection by the reference voltage acquisition unit 90a may detect a state in which the clamp pieces 71a and 71b are in contact with the wire 42 in a state where the wire 42 is inserted.
  • the relationship between the direction of the voltage applied to the driving piezo element and the opening / closing operation of the arm portion is not limited to the example of each of the above embodiments, and the relationship can be set as appropriate.
  • the components of the wire clamp device are not limited to the above embodiments, and are not particularly limited as long as the arm portion can be opened and closed by driving the driving piezo element. Absent.
  • Embodiments described through the embodiments of the present invention can be used in appropriate combination according to the application, or can be used with modifications or improvements, and the present invention is not limited to the description of the above-described embodiments. Absent. It is apparent from the description of the scope of claims that the embodiments added with such combinations or changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

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Abstract

ワイヤクランプ装置（７０）のキャリブレーション方法は、ワイヤ（４２）をクランプするための先端部（７３ａ，７３ｂ）を有し先端部（７３ａ，７３ｂ）から基端部（７４ａ，７４ｂ）に向かって延在する一対のアーム部（７２ａ，７２ｂ）と、一対のアーム部（７２ａ，７２ｂ）の基端部（７４ａ，７４ｂ）に結合され一対のアーム部（７２ａ，７２ｂ）の先端部（７３ａ，７３ｂ）を開閉させる駆動用ピエゾ素子（８０）が設けられた駆動部（７６）とを備えるワイヤクランプ装置（７０）を用意すること、駆動用ピエゾ素子（８０）を駆動させたとき、一対のアーム部（７２ａ，７２ｂ）が閉状態となったタイミングを先端部同士の電気的導通により検出し、基準電圧を取得する工程と、基準電圧に基づいて駆動用ピエゾ素子（８０）に印加する印加電圧をキャリブレーションする工程とを含む。これにより、正確かつ安定したワイヤボンディングを行うことができる。

Description

ワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法及びワイヤボンディング装置
　本発明は、ワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法及びワイヤボンディング装置に関する。
　半導体ダイを基板などにワイヤボンディングするワイヤボンディング装置では、ワイヤを挿通するボンディングツールの上方にワイヤクランプ装置が設けられている。例えば特許文献１には、ワイヤをクランプするための先端部を有する一対のアーム部と、当該一対のアーム部を開閉させる圧電素子が設けられた駆動部とを備えるワイヤクランプ装置が開示されている。このワイヤクランプ装置によれば、圧電素子に印加する電圧値に応じて一対のアーム部の先端部の間の距離が制御される。かかる制御によって、アーム部を閉じることによってワイヤを拘束し、又は、アーム部を開くことによってワイヤを解放することができる。
特許第２９８１９４８号公報
　しかしながら、従来においては、圧電素子への印加電圧に対応するアーム部の開き量の絶対値を確認することができなかった。そのため、圧電素子への印加電圧の値が一定であっても、ワイヤクランプ装置毎にアーム部の開き量がばらつく場合があった。とりわけ、ワイヤクランプ装置は、圧電素子などの構成要素の経時的変化や、ワイヤボンディング装置本体への取り付けなどの様々な要因によって、アーム部の開き量の絶対値が変動しやすいことから、かかる問題を解消することはワイヤボンディングの信頼性向上にとって重要である。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、正確かつ安定したワイヤボンディングを行うことができるワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法及びワイヤボンディング装置を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係るワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法は、ワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法であって、ワイヤをクランプするための先端部を有し先端部から基端部に向かって延在する一対のアーム部と、一対のアーム部の基端部に結合され一対のアーム部の先端部を開閉させる駆動用ピエゾ素子が設けられた駆動部とを備えるワイヤクランプ装置を用意すること、駆動用ピエゾ素子の駆動によって一対のアーム部が閉状態となったタイミングを検出すること、及び、検出結果に基づいて駆動用ピエゾ素子への印加電圧を設定することを含む。
　上記構成によれば、一対のアーム部が閉状態となったタイミングを一対のアーム部の先端部同士の電気的導通により検出し、一対のアーム部が閉状態となる基準電圧に基づいて駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする。これにより、アーム部の開き量を正確に調整することができる。よって、正確かつ安定したワイヤボンディングを行うことができる。
　本発明の他の一態様に係るワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法は、ワイヤをクランプするための先端部を有し当該先端部から基端部に向かって延在する一対のアーム部と、駆動電圧により一対のアーム部の先端部を開閉させる駆動用ピエゾ素子及び駆動用ピエゾ素子による一対のアーム部の開閉に伴って生じる応力を検出する検出用ピエゾ素子を有し、一対のアーム部の基端部に結合される駆動部とを備えるワイヤクランプ装置を用意する工程と、駆動電圧により駆動用ピエゾ素子を駆動させたとき、一対のアームが閉状態となったタイミングを応力の変化に基づいて検出し、一対のアームが閉状態となる基準電圧を取得する工程と、基準電圧に基づいて、駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする工程とを含む。
　上記構成によれば、一対のアーム部が閉状態となったタイミングを検出用ピエゾ素子の応力の変化に基づいて検出し、一対のアーム部が閉状態となる基準電圧に基づいて駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする。これにより、アーム部の開き量を正確に調整することができる。よって、正確かつ安定したワイヤボンディングを行うことができる。
　上記方法において、検出用ピエゾ素子は、駆動用ピエゾ素子と一対のアーム部の基端部との間に設けられてもよい。
　上記方法において、ワイヤクランプ装置の駆動部には、駆動用ピエゾ素子に接触するひずみセンサが設けられ、方法は、駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションした後、ワイヤボンディング処理において、駆動用ピエゾ素子の駆動に伴うひずみセンサの出力値を検出し、ひずみセンサの出力値に基づいて駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧を制御する工程をさらに含んでもよい。
　本発明の他の一態様に係るワイヤボンディング装置は、ワイヤをクランプするための先端部を有し当該先端部から基端部に向かって延在する一対のアーム部と、一対のアーム部の基端部に結合され、駆動電圧により一対のアーム部の先端部を開閉させる駆動用ピエゾ素子が設けられた駆動部とを備えるワイヤクランプ装置と、駆動電圧により駆動用ピエゾ素子を駆動させたとき、一対のアーム部が閉状態となったタイミングを一対のアーム部の先端部同士の電気的導通により検出し、一対のアーム部が閉状態となる基準電圧を取得する基準電圧取得部と、基準電圧取得部が取得した基準電圧に基づいて駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする電圧キャリブレーション部とを備えた。
　上記構成によれば、一対のアーム部が閉状態となったタイミングを一対のアーム部の先端部同士の電気的導通により検出し、一対のアーム部が閉状態となる基準電圧に基づいて駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする。これにより、アーム部の開き量を正確に調整することができる。よって、正確かつ安定したワイヤボンディングを行うことができる。
　本発明の他の一態様に係るワイヤボンディング装置は、ワイヤをクランプするための先端部を有し当該先端部から基端部に向かって延在する一対のアーム部と、駆動電圧により一対のアーム部の先端部を開閉させる駆動用ピエゾ素子及び駆動用ピエゾ素子による一対のアーム部の開閉に伴って生じる応力を検出する検出用ピエゾ素子を有し、一対のアーム部の基端部に結合される駆動部とを備えるワイヤクランパと、駆動電圧により駆動用ピエゾ素子を駆動させたとき、一対のアームが閉状態となったタイミングを応力の変化に基づいて検出し、一対のアームが閉状態となる基準電圧を取得する基準電圧取得部と、基準電圧取得部が取得した基準電圧に基づいて駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする電圧キャリブレーション部とを備えた。
　上記構成によれば、一対のアーム部が閉状態となったタイミングを検出用ピエゾ素子の応力の変化に基づいて検出し、一対のアーム部が閉状態となる基準電圧に基づいて駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする。これにより、アーム部の開き量を正確に調整することができる。よって、正確かつ安定したワイヤボンディングを行うことができる。
　上記装置において、検出用ピエゾ素子は、駆動用ピエゾ素子と一対のアーム部の基端部との間に設けられてもよい。
　上記装置において、ワイヤクランプ装置の駆動部には、駆動用ピエゾ素子に接触する駆動用ピエゾ素子に接触するひずみセンサが設けられ、駆動用ピエゾ素子の駆動に伴うひずみセンサの出力値を検出し、ひずみセンサの出力値に基づいて駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧を制御する電圧制御部をさらに備えていてもよい。
　本発明によれば、正確かつ安定したワイヤボンディングを行うことができるワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法及びワイヤボンディング装置を提供することができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係るワイヤボンディング装置の全体概要を示す図である。 図２Ａ及び図２Ｂは、図１のワイヤボンディング装置のうちボンディングアームの頂面図及び底面図である。 図３は、図１のワイヤクランプ装置の斜視図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係るワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第２実施形態に係るワイヤクランプ装置の斜視図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係るワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法を説明するためのグラフである。
　以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
　＜第１の実施形態＞
　図１は、本実施形態に係るワイヤボンディング装置の全体概略を示した図である。また、図２Ａ及び図２Ｂは、ワイヤボンディング装置におけるボンディングアームの一部拡大図であり、図２Ａがボンディングアームの頂面図を示し、図２Ｂがボンディングアームの底面図を示すものである。図３は図１のワイヤクランプ装置の斜視図である。
　図１に示すように、ワイヤボンディング装置１は、ＸＹ駆動機構１０、Ｚ駆動機構１２、ボンディングアーム２０、超音波ホーン３０、ボンディングツール４０、荷重センサ５０、超音波振動子６０、ワイヤクランプ装置７０及びワイヤボンディング制御部９０を備える。
　ＸＹ駆動機構１０はＸＹ軸方向（ボンディング面に平行な方向）に摺動可能に構成されており、ＸＹ駆動機構（リニアモータ）１０には、ボンディングアーム２０をＺ軸方向（ボンディング面に垂直な方向）に揺動可能なＺ駆動機構（リニアモータ）１２が設けられている。
　ボンディングアーム２０は、支軸１４に支持され、ＸＹ駆動機構１０に対して揺動自在に構成されている。ボンディングアーム２０は、ＸＹ駆動機構１０から、ボンディング対象であるワーク（例えば半導体ダイ又は基板）１８が置かれたボンディングステージ１６に延出するように略直方体に形成されている。ボンディングアーム２０は、ＸＹ駆動機構１０に取り付けられるアーム基端部２２と、アーム基端部２２の先端側に位置して超音波ホーン３０が取り付けられるアーム先端部２４と、アーム基端部２２とアーム先端部２４とを連結して可撓性を有する連結部２３とを備える。この連結部２３は、ボンディングアーム２０の頂面２１ａから底面２１ｂの方向へ延出した所定幅のスリット２５ａ、２５ｂ、及び、ボンディングアーム２０の底面２１ｂから頂面２１ａの方向へ延出した所定幅のスリット２５ｃによって構成されている。このように、連結部２３が各スリット２５ａ、２５ｂ、２５ｃによって局部的に薄肉部として構成されているため、アーム先端部２４はアーム基端部２２に対して撓むように構成されている。
　図１及び図２Ｂに示すように、ボンディングアーム２０の底面２１ｂ側には、超音波ホーン３０が収容される凹部２６が形成されている。超音波ホーン３０は、ボンディングアーム２０の凹部２６に収容された状態で、アーム先端部２４にホーン固定ネジ３２によって取り付けられている。この超音波ホーン３０は、凹部２６から突出した先端部においてボンディングツール４０を保持しており、凹部２６には超音波振動を発生する超音波振動子６０が設けられている。超音波振動子６０によって超音波振動が発生し、これが超音波ホーン３０によってボンディングツール４０に伝達され、ボンディングツール４０を介してボンディング対象に超音波振動を付与することができる。超音波振動子６０は、例えば、ピエゾ振動子である。
　また、図１及び図２Ａに示すように、ボンディングアーム２０の頂面２１ａ側には、頂面２１ａから底面２１ｂに向かって順番にスリット２５ａ及び２５ｂが形成されている。上部のスリット２５ａは、下部のスリット２５ｂよりも幅広に形成されている。そして、この幅広に形成された上部のスリット２５ａに、荷重センサ５０が設けられている。荷重センサ５０は、予圧用ネジ５２によってアーム先端部２４に固定されている。荷重センサ５０は、アーム基端部２２とアーム先端部２４との間に挟みこまれるように配置されている。すなわち、荷重センサ５０は、超音波ホーン３０の長手方向の中心軸からボンディング対象に対する接離方向にオフセットして、ボンディングアーム２０の回転中心とアーム先端部２４における超音波ホーン３０の取付面（すなわち、アーム先端部２４におけるボンディングツール４０側の先端面）との間に取り付けられている。そして、上記のように、ボンディングツール４０を保持する超音波ホーン３０がアーム先端部２４に取り付けられているため、ボンディング対象からの反力によりボンディングツール４０の先端に荷重が加わると、アーム基端部２２に対してアーム先端部２４が撓み、荷重センサ５０において荷重を検出することが可能となっている。荷重センサ５０は、例えば、ピエゾ素子荷重センサである。
　ボンディングツール４０は、ワイヤ４２を挿通するためのものであり、例えば挿通穴４１が設けられたキャピラリである。この場合、ボンディングツール４０の挿通穴４１にボンディングに使用するワイヤ４２が挿通され、その先端からワイヤ４２の一部を繰り出し可能に構成されている。また、ボンディングツール４０の先端には、ワイヤ４２を押圧するための押圧部が設けられている。押圧部は、ボンディングツール４０の挿通穴４１の軸方向の周りに回転対称の形状を有しており、挿通穴４１の周囲の下面に押圧面を有している。
　ボンディングツール４０は、バネ力等によって交換可能に超音波ホーン３０に取り付けられている。また、ボンディングツール４０の上方には、ワイヤクランプ装置７０が設けられ、ワイヤクランプ装置７０は所定のタイミングでワイヤ４２を拘束又は解放するよう構成されている。ワイヤクランプ装置７０のさらに上方には、ワイヤテンショナ４６が設けられ、ワイヤテンショナ４６はワイヤ４２を挿通し、ボンディング中のワイヤ４２に適度なテンションを付与するよう構成されている。
　ワイヤ４２の材料は、加工の容易さと電気抵抗の低さなどから適宜選択され、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）等が用いられる。なお、ワイヤ４２は、ボンディングツール４０の先端から延出したフリーエアーボール４３がワーク１８の第１ボンド点にボンディングされる。
　ここで、図３を参照して、本実施形態に係るワイヤクランプ装置７０の詳細について説明する。ワイヤクランプ装置７０は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂと、ワイヤボンディング装置１の本体に取り付けられる駆動部７６とを備える。一対のアーム部７２ａ，７２ｂは、ワイヤ４２をクランプするための先端部７３ａ，７３ｂと、基端部７４ａ，７４ｂとを有し、先端部７３ａ，７３ｂから基端部７４ａ，７４ｂに向かってワイヤ軸方向と略直交する方向に延在している。先端部７３ａ，７３ｂにおける互いに対向する面には、ワイヤ４２が接触されるクランプ片７１ａ，７１ｂが設けられている。また、駆動部７６には、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの先端部７３ａ，７３ｂを開閉させる駆動用ピエゾ素子８０が設けられている。駆動用ピエゾ素子８０には図示しない制御電源が接続されており、制御電源から供給される電圧によって一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉動作が制御される。駆動部７６における一対のアーム部７２ａ，７２ｂとは反対側の端部は、ワイヤボンディング装置１の本体に固定されている。なお、図１において、ワイヤクランプ装置７０は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの延在方向を先端部７３ａ，７３ｂ側から見た状態が示されている。
　一対のアーム部７２ａ，７２ｂは、その基端部７４ａ，７４ｂにおいて、複数の連結部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂを介して駆動部７６に連結されている。具体的には、一対のアーム部７２ａ，７２ｂをワイヤ軸方向の上方から見たとき、一対の連結部７８ａ，７８ｂは、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの両外側に設けられ、また、一対の連結部７７ａ，７７ｂは、一対の連結部７８ａ，７８ｂに挟まれた位置に設けられている。これらの連結部は、弾性変形可能なくびれ部として構成されている。また、一対の連結部７７ａ，７７ｂは作用部７９によって互いに連結されている。このような構成において、駆動用ピエゾ素子８０が駆動部７６と作用部７９との間にその両端部が固定された状態で設けられている。電圧を印加することにより駆動用ピエゾ素子８０が一対のアーム部７２ａ，７２ｂの延在方向に伸縮することによって、各連結部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂが、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの先端部７３ａ，７３ｂを開閉させるように弾性変形する。なお、各連結部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂは先端部７３ａ，７３ｂが閉じる方向にばね性を有している。
　駆動用ピエゾ素子８０は、例えば、駆動部７６と作用部７９との間を結ぶ方向に複数層のピエゾ素子が積層された積層型圧電アクチュエータである。図３に示す例では、駆動用ピエゾ素子８０に接触してひずみセンサ８２が設けられている。ひずみセンサ８２は、駆動用ピエゾ素子８０の駆動によって生じるひずみを検出するものである。ひずみセンサ８２は、駆動用ピエゾ素子８０の周囲の各面に接着されていてもよい。ひずみセンサ８２は、配線８４を介してワイヤボンディング制御部９０に電気的に接続されている。
　一対のアーム部７２ａ，７２ｂ（クランプ片７１ａ，７１ｂ、先端部７３ａ，７３ｂ及び基端部７４ａ，７４ｂ）は導電性材料によって構成されている。なお、本実施形態においては、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となったことを電気的に検出するために、例えば基端部７４ａ，７４ｂの少なくとも一方（図３では基端部７４ｂ）に絶縁層７５を設けている。絶縁層７５は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となったときに、先端部７３ａ，７３ｂ以外の部分において電気的にショートすることを防止するものである。これにより、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となることを、例えば、先端部７３ａ，７３ｂのクランプ片７１ａ，７１ｂのみが互いに電気的に導通したことをもって検出することができる。
　次にワイヤクランプ装置７０の動作について説明する。駆動用ピエゾ素子８０に電圧を印加しない状態では、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの先端部７３ａ，７３ｂは閉じる方向に所定の荷重が加わっている。そして、駆動用ピエゾ素子８０に電圧を印加すると、電歪又は磁歪効果により駆動用ピエゾ素子８０は一対のアーム部７２ａ，７２ｂの延在方向（言い換えれば、駆動部７６と作用部７９との間を結ぶ方向）に伸び、これにより作用部７９が一対のアーム部７２ａ，７２ｂの方向へ移動させられ、こうして連結部７７ａ，７７ｂ，７８ａ，７８ｂが外側方向にたわみ、先端部７３ａ，７３ｂは開いた状態となる。このときの先端部７３ａ，７３ｂの移動量（すなわちアーム部の開き量）は、作用部７９から連結部までの長さと連結部から先端部７３ａ，７３ｂまでの長さの比に応じて、駆動用ピエゾ素子８０の伸び量が拡大されたものに相当する。
　さらに詳述すると、駆動用ピエゾ素子８０に印加される電圧がゼロの状態から電圧を加えると、先端部７３ａ，７３ｂによるワイヤクランプ荷重は、駆動用ピエゾ素子８０の印加電圧に比例して小さくなり、電圧値が所定値となったとき先端部７３ａ，７３ｂのクランプ片７１ａ，７１ｂが、ワイヤクランプ荷重がゼロの状態で互いに接触した状態（閉状態）となる。さらに印加電圧を増加させると、先端部７３ａ，７３ｂは互いに離れる方向に開いた状態となる。なお、駆動用ピエゾ素子８０の印加電圧の変動に伴う一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開き量の関係は予め測定しておいてもよい。
　図１に戻り、本実施形態に係るワイヤボンディング装置１についてさらに説明する。ワイヤボンディング制御部９０は、ＸＹ駆動機構１０、Ｚ駆動機構１２、超音波ホーン３０（超音波振動子６０）、荷重センサ５０及びワイヤクランプ装置７０などの各構成との間で信号の送受信が可能なように接続されており、ワイヤボンディング制御部９０によってこれらの構成の動作を制御することにより、ワイヤボンディングのための必要な処理を行うことができるようになっている。
　また、ワイヤボンディング制御部９０には、制御情報を入力するための操作部９２と、制御情報を出力するための表示部９４が接続されている。これにより作業者が表示部９４によって画面を認識しながら操作部９２によって必要な制御情報を入力することができるようになっている。なお、ワイヤボンディング制御部９０は、ＣＰＵ及びメモリなどを備えるコンピュータ装置であり、メモリには予めワイヤボンディングに必要な処理を行うためのボンディングプログラムなどが格納される。ワイヤボンディング制御部９０は、後述するワイヤクランプ装置のキャリブレーションを行うにあたって必要な動作を制御するように構成されている（例えば各動作をコンピュータに実行させるためのプログラムを備える）。
　本実施形態に係るワイヤボンディング制御部９０は、基準電圧取得部９０ａと、電圧キャリブレーション部９０ｂと、ひずみ検出部９０ｃと、電圧制御部９０ｄとを備える。
　基準電圧取得部９０ａは、駆動電圧によって駆動用ピエゾ素子８０を駆動させたとき、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となる基準電圧を取得する。具体的には、駆動用ピエゾ素子８０を駆動させたときの一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となったタイミング、すなわち、先端部７３ａ，７３ｂのクランプ片７１ａ，７１ｂが、ワイヤクランプ荷重がゼロの状態で互いに接触した状態（荷重ゼロポイント）を検出し、このときの駆動用ピエゾ素子８０に印加した電圧を基準電圧として取得する。
　本実施形態では、基準電圧取得部９０ａによる基準電圧の取得は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが互いに電気的に導通するか否かによって行われる。この場合、ワイヤ４２を挿通しない状態においてクランプ片７１ａ，７１ｂが互いに接触した状態を電気的に検出することが好ましい。これによって正確に荷重ゼロポイントとなるタイミングを検出することができる。電気的検出は、各アーム部７２ａ，７２ｂに電圧を印加することによって、先端部７３ａ，７３ｂのクランプ片７１ａ，７１ｂの間に電流が流れたか否かを検出することによって行うことができる。
　電圧キャリブレーション部９０ｂは、基準電圧取得部９０ａの検出結果に基づいて、駆動用ピエゾ素子８０に印加する駆動電圧をキャリブレーションする。ワイヤボンディング処理の各工程に要求される一対のアーム部７２ａ，７２ｂの所望の開き量を予め算出し、また、駆動用ピエゾ素子８０の駆動電圧に対応する一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開き量の変化を予め算出しておけば、荷重ゼロポイント基準電圧を特定することによって、ワイヤボンディング処理の各工程において要求される駆動用ピエゾ素子８０の駆動電圧を正確にキャリブレーションすることができる。
　ひずみ検出部９０ｃは、駆動用ピエゾ素子８０の駆動に伴うひずみセンサ８２の出力値を検出する。ひずみセンサ８２は駆動用ピエゾ素子８０に接触して配置されているので、駆動用ピエゾ素子８０の駆動に伴ってひずみセンサ８２の出力値が変化する。そこで、ひずみセンサ８２の出力値と、駆動用ピエゾ素子８０の駆動による一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開き量の変化との関係を予め算出しておくことによって、駆動用ピエゾ素子８０の駆動電圧を正確に制御することができる。特に、本実施形態では、ひずみセンサ８２が駆動用ピエゾ素子８０に接触して配置されており、駆動用ピエゾ素子８０の駆動に伴う変化をダイレクトに検出することができるので、駆動用ピエゾ素子８０の駆動電圧をより正確に制御することができる。
　電圧制御部９０ｄは、ひずみ検出部９０ｃの検出結果に基づいて駆動用ピエゾ素子８０の駆動電圧を制御する。このようにひずみ検出部９０ｃによってひずみセンサ８２を介して駆動用ピエゾ素子８０の動作状態を監視し、かかる監視結果を駆動用ピエゾ素子８０の駆動電圧にフィードバック制御することによって、より正確にワイヤクランプ装置を制御することができる。
　次に、図４を参照して、本実施形態に係るワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法を説明する。図４は、この方法のフローチャートを示すものである。この方法は、上記ワイヤボンディング装置１を用いて行うことができる。ワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法は、ワイヤボンディング終了時（すなわち次のワイヤボンディング開始前）や、ワイヤボンディングのためのティーチング時等に行うことができる。
　まず、ワイヤクランプ装置７０を用意する（Ｓ１０）。具体的には、ワイヤクランプ装置７０をボンディングヘッドに搭載することによってワイヤボンディング装置１の構成要素として組み入れる。
　次に、アーム部７２ａ，７２ｂが閉状態（例えば上述した荷重ゼロポイントの状態）となる基準電圧を取得する（Ｓ１２）。具体的には、ワイヤボンディング制御部９０を介して駆動用ピエゾ素子８０に駆動電圧を供給し、アーム部７２ａ，７２ｂを開閉動作させ、基準電圧取得部９０ａによって荷重ゼロポイントに対応する荷重ゼロポイント基準電圧を取得する。本実施形態では、先端部７３ａ，７３ｂのクランプ片７１ａ，７１ｂの間に電流が流れたか否かを検出することによって基準電圧を取得する。この場合、駆動用ピエゾ素子８０の駆動電圧がゼロの状態から、駆動電圧を徐々に増加させることによって、荷重ゼロポイントのタイミングを検出することができる。あるいは、逆に、駆動用ピエゾ素子８０の駆動電圧を所定値とすることによってアーム部７２ａ，７２ｂを開いた状態としておき、この状態から駆動電圧を徐々に減少させることによって、荷重ゼロポイント基準電圧を取得してもよい。また、駆動電圧を増加又は減少を繰り返すことによって荷重ゼロポイントのタイミングを検出し、これに基づいて荷重ゼロポイント基準電圧を取得すればより好ましい。なお、基準電圧取得部９０ａによって取得した基準電圧は表示部９４に表示してもよい。
　次に、基準電圧に基づいて、駆動用ピエゾ素子８０に印加する駆動電圧をキャリブレーションする（Ｓ１２）。例えば、作業者が表示部９４に表示された基準電圧取得部９０ａによる基準電圧を識別し、これに基づいて操作部９２を介して電圧キャリブレーション部９０ｂによって駆動電圧をキャリブレーションしてもよい。あるいは、基準電圧取得部９０ａによって取得した基準電圧を示す信号を受け取った電圧キャリブレーション部９０ｂが自動的に駆動電圧をキャリブレーションするようにしてもよい。駆動電圧に対応するアーム部の開き量を算出しておけば、あとは荷重ゼロポイントの基準電圧が特定することによってワイヤボンディング処理におけるワイヤクランプ装置の開き量を正確に制御することが可能となる。
　こうして駆動電圧がキャリブレーションされたワイヤクランプ装置７０を用いて、ワイヤボンディング処理を開始する（Ｓ１３）。ワイヤボンディング処理中は、ひずみ検出部９０ｃを介してひずみセンサ８２の出力値を検出し（Ｓ１４）、ひずみセンサ８２の出力結果に基づいて、電圧制御部９０ｄを介して駆動用ピエゾ素子８０に印加する駆動電圧を制御する（Ｓ１５）。こうして、駆動用ピエゾ素子８０の駆動状態に応じて、その場で、駆動電圧を制御し、これによって一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉動作（開き量）を高精度に制御することができる。
　その後、ワイヤボンディングを終了するか否かを判断し（Ｓ１６）、終了せずにさらにワイヤボンディングを継続する場合（Ｓ１６　ＮＯ）、ステップＳ１１に戻る。他方、ワイヤボンディングを終了する場合（Ｓ１６　ＹＥＳ）、本方法を終了する。なお、ステップＳ１１からＳ１５の各工程は、１つ又は複数のワークに対するワイヤボンディングが終わったことを契機として行うことができる。
　以上のとおり、本実施形態によれば、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となったタイミングを一対のアーム部７２ａ，７２ｂの先端部７３ａ，７３ｂ同士の電気的導通により検出し、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となる基準電圧に基づいて駆動用ピエゾ素子８０に印加する駆動電圧をキャリブレーションする。これにより、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開き量を正確に調整することができる。よって、正確かつ安定したワイヤボンディングを行うことができる。
　また、本実施形態によれば、駆動用ピエゾ素子８０に接触して配置されたひずみセンサ８２が設けられているため、駆動用ピエゾ素子８０の駆動に伴う変化をダイレクトに検出することができる。したがって、駆動用ピエゾ素子８０の駆動電圧をより正確に制御することができる。
　＜第２の実施形態＞
　次に、図５及び図６を参照しつつ、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係るワイヤクランプ装置の斜視図である。また、図６は図５のワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法を説明するためのグラフである。
　第１実施形態においては、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となったタイミングを電気的に検出する形態を説明したが、本実施形態においては、検出用ピエゾ素子１８６によって検出する点が異なっている。以下、第１実施形態の内容と異なる点を説明する。なお、図５において図３と同じ符号を付した構成要素の説明は省略する。
　本実施形態に係るワイヤクランプ装置１７０は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂと、ワイヤボンディング装置１の本体に取り付けられる駆動部７６とを備え、駆動部７６には、駆動用ピエゾ素子１８０及び検出用ピエゾ素子１８６が設けられている。駆動用ピエゾ素子１８０は、第１実施形態で説明した内容と同様にひずみセンサが接触して配置されていてもよい。
　検出用ピエゾ素子１８６は、駆動用ピエゾ素子１８０による一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉に伴って生じる応力を検出する。検出用ピエゾ素子１８６は、駆動用ピエゾ素子１８０の移動方向（すなわち伸縮方向）に駆動用ピエゾ素子１８０に隣接して設けられている。言い換えれば、検出用ピエゾ素子１８６は、駆動部７６と作用部７９との間に駆動用ピエゾ素子１８０と直列に配置されている。
　図５に示す例では、検出用ピエゾ素子１８６は、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの延在方向において、駆動用ピエゾ素子１８０と一対のアーム部７２ａ，７２ｂの基端部７４ａ，７４ｂとの間に設けられている。これにより、検出用ピエゾ素子１８６が、その一方の端部において駆動用ピエゾ素子１８０からの応力を受け、その他方の端部において作用部７９からの応力を受けることができるので、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの開閉に伴って生じる応力を正確に検出することができる。
　このようなクランプ装置１７０では、検出用ピエゾ素子１８６によって、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となったタイミングの変曲点を検出することができる。この点について図６を用いて詳述する。図６において縦軸は検出用ピエゾ素子の出力値を示し、横軸は一対のアーム部の開閉量を示している。なお、横軸の開閉量については、正の値が開く方向の値であり、負の値が閉じる方向の値であり、ゼロが閉状態を示している。
　この検出方法の一例について説明すると、まず、駆動用ピエゾ素子１８０に所定値の電圧を印加して一対のアーム部７２ａ，７２ｂを開状態（例えば図６の０．８の状態）とし、その状態から駆動用ピエゾ素子１８０への印加電圧を徐々に減少させて、一対のアーム部７２ａ，７２ｂを徐々に閉状態に近づける。そして、駆動用ピエゾ素子１８０への印加電圧を減少させ続け、先端部７３ａ，７３ｂのクランプ片７１ａ，７１ｂが互いに接触した閉状態（図６の横軸のゼロの状態）となると、駆動用ピエゾ素子１８０が縮む方向に応力が解放されてこれが変曲点となって検出用ピエゾ素子１８６の出力に現れる。こうして検出用ピエゾ素子１８６によって荷重ゼロポイントを検出し、このときの駆動用ピエゾ素子８０に印加した電圧を基準電圧として取得することができる。
　なお、検出用ピエゾ素子１８６の配置は上述に限定されるものではなく、変形例として、検出用ピエゾ素子１８６を駆動用ピエゾ素子１８０における作用部７９とは反対側に配置してもよい。この場合においても、検出用ピエゾ素子１８６によって上述した変曲点を検出することができる。
　本実施形態では、一対のアーム部７２ａ，７２ｂの材料は導電性材料であっても、絶縁性材料であっても特に限定されるものではない。また、第１実施形態で説明した絶縁層７５は備えていなくてもよい。
　本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。
　上記各実施形態では、一対のアーム部７２ａ，７２ｂが閉状態となったタイミングについて、先端部７３ａ，７３ｂのクランプ片７１ａ，７１ｂが互いに接触した状態を検出する形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基準電圧取得部９０ａによる検出は、ワイヤ４２を挿通した状態においてクランプ片７１ａ，７１ｂがそれぞれワイヤ４２に接触した状態を検出してもよい。
　また、上記各実施形態では、荷重ゼロポイントの状態を検出する構成、及び、駆動用ピエゾ素子の駆動に伴うひずみセンサの出力値を検出する構成の両方を採用した形態を説明したが、変形例として、いずれか一方の構成のみを採用してもよい。
　また、本発明において、駆動用ピエゾ素子への印加電圧の向きとアーム部の開閉動作との関係は、上記各実施形態の例に限るものではなく、それらの関係は適宜設定することができる。
　また、本発明において、ワイヤクランプ装置の構成要素は、上記各実施形態に限定されるものではなく、駆動用ピエゾ素子の駆動によってアーム部の開閉動作が可能であれば、特に限定されるものではない。
　上記発明の実施形態を通じて説明された実施の態様は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
　　１…ワイヤボンディング装置
　７０…ワイヤクランプ装置
　７２ａ，７２ｂ…アーム部
　７３ａ，７３ｂ…先端部
　７４ａ，７４ｂ…基端部
　７６…駆動部
　８０…駆動用ピエゾ素子
　８２…ひずみセンサ
　９０…ワイヤボンディング制御部
　９０ａ…基準電圧取得部
　９０ｂ…電圧キャリブレーション部
　９０ｃ…ひずみ検出部
　９０ｄ…電圧制御部
　１８０…駆動用ピエゾ素子
　１８６…検出用ピエゾ素子

Claims (8)

  1. 　ワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法であって、
    　ワイヤをクランプするための先端部を有し当該先端部から基端部に向かって延在する一対のアーム部と、前記一対のアーム部の基端部に結合され、駆動電圧により前記一対のアーム部の先端部を開閉させる駆動用ピエゾ素子が設けられた駆動部とを備えるワイヤクランプ装置を用意する工程と、
    　駆動電圧により前記駆動用ピエゾ素子を駆動させたとき、前記一対のアーム部が閉状態となったタイミングを前記一対のアーム部の先端部同士の電気的導通により検出し、前記一対のアーム部が閉状態となる基準電圧を取得する工程と、
    　前記基準電圧に基づいて、前記駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする工程と
    を含む、キャリブレーション方法。
  2. 　ワイヤクランプ装置のキャリブレーション方法であって、
    　ワイヤをクランプするための先端部を有し当該先端部から基端部に向かって延在する一対のアーム部と、駆動電圧により前記一対のアーム部の先端部を開閉させる駆動用ピエゾ素子及び前記駆動用ピエゾ素子による前記一対のアーム部の開閉に伴って生じる応力を検出する検出用ピエゾ素子を有し、前記一対のアーム部の基端部に結合される駆動部とを備えるワイヤクランプ装置を用意する工程と、
    　駆動電圧により前記駆動用ピエゾ素子を駆動させたとき、前記一対のアームが閉状態となったタイミングを前記応力の変化に基づいて検出し、前記一対のアームが前記閉状態となる基準電圧を取得する工程と、
    　前記基準電圧に基づいて、前記駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする工程と
    を含む、キャリブレーション方法。
  3. 　前記検出用ピエゾ素子は、前記駆動用ピエゾ素子と前記一対のアーム部の基端部との間に設けられた、請求項２記載の方法。
  4. 　前記ワイヤクランプ装置の前記駆動部には、前記駆動用ピエゾ素子に接触するひずみセンサが設けられ、
    　前記方法は、前記駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションした後、ワイヤボンディング処理において、
    　前記駆動用ピエゾ素子の駆動に伴う前記ひずみセンサの出力値を検出し、前記ひずみセンサの出力値に基づいて前記駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧を制御する工程をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のキャリブレーション方法。
  5. 　ワイヤをクランプするための先端部を有し当該先端部から基端部に向かって延在する一対のアーム部と、前記一対のアーム部の基端部に結合され、駆動電圧により前記一対のアーム部の先端部を開閉させる駆動用ピエゾ素子が設けられた駆動部とを備えるワイヤクランプ装置と、
    　駆動電圧により前記駆動用ピエゾ素子を駆動させたとき、前記一対のアーム部が閉状態となったタイミングを前記一対のアーム部の先端部同士の電気的導通により検出し、前記一対のアーム部が閉状態となる基準電圧を取得する基準電圧取得部と、
    　前記基準電圧取得部が取得した前記基準電圧に基づいて前記駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする電圧キャリブレーション部と
    を備えた、ワイヤボンディング装置。
  6. 　ワイヤをクランプするための先端部を有し当該先端部から基端部に向かって延在する一対のアーム部と、駆動電圧により前記一対のアーム部の先端部を開閉させる駆動用ピエゾ素子及び前記駆動用ピエゾ素子による前記一対のアーム部の開閉に伴って生じる応力を検出する検出用ピエゾ素子を有し、前記一対のアーム部の基端部に結合される駆動部とを備えるワイヤクランパと、
    　駆動電圧により前記駆動用ピエゾ素子を駆動させたとき、前記一対のアームが閉状態となったタイミングを前記応力の変化に基づいて検出し、前記一対のアームが閉状態となる基準電圧を取得する基準電圧取得部と、
    　前記基準電圧取得部が取得した前記基準電圧に基づいて前記駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧をキャリブレーションする電圧キャリブレーション部と
    を備えた、ワイヤボンディング装置。
  7. 　前記検出用ピエゾ素子は、前記駆動用ピエゾ素子と前記一対のアーム部の基端部との間に設けられた、請求項６記載のワイヤボンディング装置。
  8. 　ワイヤクランプ装置の前記駆動部には、前記駆動用ピエゾ素子に接触する駆動用ピエゾ素子に接触するひずみセンサが設けられ、
    　前記駆動用ピエゾ素子の駆動に伴う前記ひずみセンサの出力値を検出し、前記ひずみセンサの出力値に基づいて前記駆動用ピエゾ素子に印加する駆動電圧を制御する電圧制御部をさらに備えた、請求項５から７のいずれか一項に記載のワイヤボンディング装置。
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