CN101505904A - 用于引线接合机的改进的z轴运动系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种线圈组件(160，164)，其构造成提供引线接合机的接合工具(130)沿着基本竖直轴线的运动。所述线圈组件包括：第一线圈部分(160)，具有第一力常数，第一线圈部分(160)构造成接收能量从而为接合工具提供第一运动。线圈组件还包括第二线圈部分(164)，具有第二力常数，第二线圈部分(164)构造成接收能量从而为接合工具提供第二运动，第二力常数与第一力常数不同。

Description

用于引线接合机的改进的Z轴运动系统
技术领域
本发明涉及一种半导体装置的引线接合，并且更特别的是提供一种用于引线接合机的改进的Z轴运动系统。
背景技术
引线接合机通常包括竖直的或者基本竖直的运动轴，该运动轴支撑着部件，例如接合工具(例如毛细管工具)、超声换能器(如果使用的话)、引线夹等。这个运动轴通常称为“Z轴”，并且被用于定位接合工具用于接合、成环、形成球(例如通过电子火焰熄灭等)，并且还用于在接合过程中施加受控的力(“接合力”)。
通常，用于沿着Z轴运动的力以及接合力通过电动机被施加。例如，在一些电动机中，电流穿过线圈以产生力从而沿着Z轴移动。在这种结构中，电动机中包括的线圈或者永久磁体组件可以是沿着Z轴移动的部件。
图1A-1B分别是引线接合机的通常的接合头组件的透视图和侧视图。现有技术中，术语“接合头”有时用于表示与图1A-1B类似的结构；然而，有时，该术语用于表示具有另外的或者较少部件的结构。本申请中，术语“接合头”和“接合头组件”用于表示任何这样的结构，该结构支撑着接合机(例如引线接合机，接线柱球焊机等)中的接合工具(直接地或者通过其它部件)。
支撑结构10(例如接合头连杆10)承载着超声换能器20，换能器20依次承载接合工具30(例如毛细管30)。接合头连杆10还承载着引线夹组件40。图1A-1B中，用于提供沿着Z轴线的运动的电动机50的静止部分是永久磁体组件52。永久磁体组件52包括左磁体部分52a和右磁体部分52b(为了清楚起见，右磁体部分52b从图1B中去掉)。永久磁体组件52刚性安装到引线接合机(未示出)的较大的支撑结构，其中，引线接合机(以及可能同一个较大的支撑结构)还支撑围绕旋转轴线80的旋转运动。通过围绕旋转轴线80枢转来提供Z运动，从而提供接合工具30的基本竖直的运动。线圈60(例如包括多个导电匝的线圈)刚性连接到接合头连杆10。导线62a和62b电连接到线圈60。控制系统(未示出)使电流穿过线圈60(通过导线62a和62b)，从而产生沿着Z轴线的力。穿过线圈60的电流的控制提供了运动控制和接合力的施加。位置测量装置70(例如编码器70)例如与伺服控制系统结合使用，以实现位置控制。
对于Z轴来说适合的是构造用于例如在接合位置和球形成(例如EFO)位置之间快速运动，并且在接合过程中提供精确的力。在接合过程中使用的力基本低于在高速运动过程中沿着Z轴线加速使用的力，并且适合地基本更加精确。引线接合机的操作将适合地提供：(1)在加速和减速过程中高的电动机力，和(2)用于接合力施加的显著较小的力的精确控制。不幸的是，普通的电动机不能适合地提供这些所需要的特征。
例如，相对于总的电流范围，所施加的电流的小的误差会是接合力控制过程中的适合的电流的大部分。另外，下面的情况是不实际的：利用同样适合于高速运动的电动机，将这种固定的电流误差(例如由于电动机放大器中热漂移引起的误差)减小到显著低的水平以实现适合的接合力精度。另外，功率更大的电动机(例如适用于高的加速和减速性能的电动机)由于固定的电流误差容易具有相对应较大的力的误差。
因此，适合的是提供用于引线接合机的Z轴线的改进的运动系统。
发明内容
根据本发明的典型实施例，提供一种线圈组件，构造用于提供引线接合机的接合工具沿着基本竖直轴线的运动。线圈组件包括第一线圈部分，其具有第一力常数。第一线圈部分构造成接收能量从而将第一力提供给接合工具。线圈组件还包括第二线圈部分，具有第二力常数。第二线圈部分构造成接收能量以将第二力提供给接合工具。第二力常数不同于第一力常数。
根据本发明的另一个典型实施例，提供用于引线接合机的接合头组件。接合头组件包括接合工具和线圈组件。线圈组件包括第一线圈部分，具有第一力常数。第一线圈部分构造成接收能量从而将第一力提供给接合工具。线圈组件还包括第二线圈部分，具有第二力常数。第二线圈部分构造成接收能量从而将第二力提供给接合工具。第二力常数不同于第一力常数。
根据本发明的另一个典型实施例，提供一种引线接合机。引线接合机包括支撑结构和接合头组件。接合头组件包括接合工具和线圈组件。线圈组件包括第一线圈部分，具有第一力常数。第一线圈部分构造成接收能量从而将第一力提供给接合工具。线圈组件还包括第二线圈部分，具有第二力常数。第二线圈部分构造成接收能量从而将第二力提供给接合工具。第二力常数不同于第一力常数。接合头组件由支撑结构可旋转地支撑，以提供接合工具的基本竖直的运动。
附图说明
当参考附图阅读时，根据下面的描述，本发明将容易理解。需要强调，根据普通的实践，附图的各个特征并不是成比例的。相反，各个特征的尺寸可以随意扩大或缩小以更加清楚。附图中包括：
图1A是引线接合机的现有接合头组件的透视图；
图1B是图1A的接合头组件的侧视图，具有连接到接合头组件的线圈的导线；
图2A是根据本发明典型实施例的引线接合机的接合头组件的透视图；
图2B是图2A的接合头组件的侧视图，具有连接到接合头组件的线圈组件的导线；
图3A是根据本发明典型实施例的线圈组件的透视图；
图3B是根据本发明另一个典型实施例的另一个线圈组件的透视图；
图3C是根据本发明另一个典型实施例的另一个线圈组件的透视图；
图3D是根据本发明另一个典型实施例的另一个线圈组件的透视图；
图4A是现有的线圈组件的示意图；
图4B是根据本发明典型实施例的线圈组件的示意图；
图4C是根据本发明另一个典型实施例的线圈组件的示意图；
图4D是根据本发明另一个典型实施例的线圈组件的示意图；和
图5是根据本发明典型实施例的引线接合机的一部分的透视图。
具体实施方式
根据本发明，提供一种用于引线接合机的Z轴线的改进的线圈组件。
本申请中，提供一种系统，用于使接合工具沿着基本竖直的轴线(例如Z轴)移动。通常，通过接合头组件等(支撑着接合工具)的枢转运动来提供沿着基本竖直轴线的运动，其中，接合头组件相对于引线接合机的支撑结构的枢转运动导致接合工具的基本竖直的运动；然而，本申请还考虑到接合头组件的枢转运动之外的其它运动(例如直线运动)来提供接合工具的基本竖直的运动。
根据本发明的典型实施例，改进了Z轴电动机的力的精度，同时控制电气装置提供的电流的动态范围或者精度不会相对应增加。根据本发明，这通过下面的方式实现：将Z轴线电动机线圈分成第一段(例如较大的段)和第二段(例如较小的段)，当需要相对高的力时，使用第一段，并且当需要精细的力控制时，使用第二段，所述第二段具有基本较小的力常数。在这样的典型实施例中，第一段可以具有与第二段不同的(例如较高的)力常数。本领域技术人员知道，力常数可以至少部分通过线圈部分中导体(例如导线)的匝数来控制，并且这样，从而提供第一线圈部分，其具有比第二线圈部分更高的力常数，第一线圈部分可比第二线圈部分具有更多的匝数。
这两个段例如可以是：(1)两个单独的电动机(例如，其中一个的力常数基本小于另一个)，(2)单个线圈组件的段/部分，与单个外部磁场组件相结合而操作，其中每个段具有单独的输入/输出导线，或(3)单个线圈组件的段/部分，与单个外部磁场组件相结合操作，其中，所述段共用至少一个输入/输出导线(例如设置有第三导线，其位于线圈组件的绕组内，从而允许电流仅经过绕组的一部分)。
例如，电流可利用电控制器在软件的控制下以多种方式穿过线圈组件。根据一个实例，这可以通过下面的方式实现：使电流通过线圈组件的所有绕组，用于高速运动和/或高的加速/减速运动，并且使电流穿过线圈组件的绕组的一部分(例如较小的线圈段)，用于精密的力控制。根据另一个实例，这可以通过使用两个不同的线圈段来实现：线圈组件的较大的段用于高速和/或高的加速/减速运动，并且线圈组件的较小的段用于精密的力控制。在一些操作阶段中，电流可以以受控的方式穿过两个段，例如在从一个操作模式向另一个过渡过程中。
图2A-2B示出了根据本发明典型实施例的接合头组件100(例如构造用于引线接合机)的透视图和侧视图。如图2A所示，接合头连杆(link)(用于接合头的支撑元件)110承载着超声换能器120，换能器120依次承载着接合工具130(例如毛细管130)。接合头连杆110还承载着引线夹组件140。在图2A-2B所示的本发明的典型实施例中，电动机150的静止部分是永久磁体组件152，包括左磁体部分152a和右磁体部分152b(为了清楚起见，右磁体部分152b从图2B中去掉)。永久磁体组件152刚性安装到引线接合机(图2A-2B中未示出)的较大的支撑结构，其中引线接合机(例如通过引线接合机的较大支撑结构)枢转地围绕旋转轴180支撑接合头连杆110，其中Z运动通过围绕旋转轴180的枢转运动而提供，从而实现接合工具130的基本竖直的运动。图2A-2B还示出了位置测量装置170(例如编码器170)，其例如与伺服控制系统结合使用，以实现位置控制。
在图2A-2B所示的本发明的典型实施例中，主电动机线圈部分160(例如包括多匝导线)刚性连接到接合头连杆110，并且特征是导线162a和162b，所述导线连接到控制电子设备以允许电流穿过主线圈部分160的线圈绕组，从而在Z轴上产生力。副电动机线圈部分164(例如包括较少的匝数，少于主电动机线圈部分160)，特征是导线166a和166b，所述导线也连接到控制电子设备，但是被单独控制。主和副线圈部分160、164中的每一个经过由磁体组件150产生的基本相同的外部磁场，并且这样，对于相同的输入电流，副线圈部分164(具有较少匝的导线，少于主线圈部分160)将具有较小的力输出(与主线圈部分160相比)。给定控制电子设备中恒定的电流误差，这允许副线圈部分164能够提供接合力的更精确的控制。
在图2A-2B所示的本发明的典型实施例中，单个线圈组件(包括第一(主)线圈部分160和第二(副)线圈部分164)设置在单个磁场中(由永久磁体组件152产生)；然而，可使用多个不同的电动机/线圈结构。图3A-3C示出了三个不同的可能的结构；然而，也可以考虑其它结构。
下面参考图3A，线圈组件300包括绕组302和导线304a、304b和304c。例如，导线304a和304b可以是用于整个绕组302的输入/输出导线(例如第一线圈部分用于接合工具的高速和/或高加速/减速运动)，而导线304a和304c可以是用于绕组302的一部分的输入/输出导线(例如，第二线圈部分用于接合力运动)。有效的，导线304c连接在绕组302中的中间绕组处，从而导线304a和304c(或者304b和304c之间)之间经过的电流将使电流穿过较少的匝(即少于整个绕组的所有匝数)，有效地作为副线圈工作，用于更加精密的力控制。
图3B示出了线圈组件310，包括第一线圈部分312和第二线圈部分316。线圈部分312和316构造成同心布置接合(类似于线圈部分160和164的同心设置，如图2B所示)。如图3B所示，第一线圈部分312(例如用于接合工具的高速运动的第一线圈部分)，包括导线314a和314b，其是输入/输出导线，用于将电流供应给第一线圈部分312。第二线圈部分316(例如用于接合力运动的第二线圈部分)，包括导线318a和318b，其是输入/输出导线，用于将电流供应给第二线圈部分316。
图3C示出了线圈组件320，包括第一线圈部分322和第二线圈部分326。线圈部分322和326构造成并排(或堆叠)设置接合。如图3C所示，第一线圈部分322(例如用于接合工具的高速运动的第一线圈部分)，包括导线324a和324b，其是输入/输出导线，用于将电流提供给第一线圈部分322。第二线圈部分326(例如用于接合力运动的第二线圈部分)，包括导线328a和328b，其是输入/输出导线，用于将电流提供给第二线圈部分326。
图3D示出了线圈组件330，包括绕组332和导线334a、334b、334c和334d。例如，导线334a和334b可以是用于整个绕组332的输入/输出导线(例如用于接合工具的高速和/或高加速/减速运动的第一线圈部分)，而导线334c和334d可以是用于绕组332的一部分的输入/输出导线(例如用于接合力运动的第二线圈部分)。有效的，导线334c和334d连接在绕组332中的中间绕组处，从而导线334c和334d之间穿过的电流将使电流穿过较少的匝数(即少于整个绕组的所有匝)，有效地用作副线圈，用于更精密的力控制。在某些应用中，这种结构可能优选于图3A所示的典型实施例，例如因为可能的力常数的线性优点等。
图4A-4D是多个线圈组件的简化的示意图。图4A是现有线圈的示意图，其中，控制器将电流提供给单个线圈，用于所有沿着Z轴的运动，例如包括：高速Z轴运动，以及接合力运动。图4B(包括输入导线A、B和C)，包括中间导线C(其可以固定地连接到线圈的绕组，或者可以是可变的连接，用于改变导线C的绕组位置)，从而提供两个电流路径(例如从导线A到导线B的完整绕组电流路径，和从导线C到B的部分绕组电流路径)。因此，图4B类似于图3A所示的结构。图4C示出了两个不同的线圈部分，其中，第一线圈部分包括导线+A和-A，并且第二线圈部分包括导线(lead)+B和-B。图4C类似于图3B-3C中任一个所示的结构。图4D类似于图3D所示的结构，其中导线A和B是输入/输出导线，用于完整的绕组电流路径，而导线C和D是用于部分绕组电流路径的输入/输出导线。
图5是引线接合机500的一部分的图形，其中一些部件被去掉从而更加清楚。引线接合机500包括接合头组件502，组件502包括接合头连杆504。接合头连杆504支撑换能器506，换能器506支撑接合工具508。接合工具508用于在接合位置512产生引线接合。接合位置512示为处于加热块(heat block)插入件514附近。同样，Z轴电动机组件510包括在接合头组件502中，其例如可以是上面参考图2A-2B和3A-3C描述和所示的电动机。
通过根据本发明的某些典型实施例来分开不同线圈部分之间的Z轴线力控制，实现了多个优点。例如，提供了较高的最大Z电动机力(具有对于高速运动的增大的加速)，而同时，还提供了更精密的Z电动机力的控制，用于接合力的精度等。更具体的，相比于现有的Z轴线圈，较大线圈部分的力常数(或者一些实施例中，完整的线圈)可以提高，同时不会不利地影响对于相对静态的力的力精度，例如接合力，这是因为包括了较小的线圈部分。
通常，根据本发明施加到Z轴电动机的功率是直流；然而，可以考虑，本发明的教导还可用于基于交流电的系统。
虽然主要在具有不同力常数的线圈组件的线圈部分的方面描述了本发明，但是可以考虑，线圈部分可具有相同(或基本相同)的力常数，但是根据接合系统中所需要的，通过控制系统被保持以提供不同的力输出。
虽然主要在具有两个线圈部分的线圈组件的方面描述了本发明，但是可以考虑，可包括三个或多个线圈部分，从而提供接合工具的另外的单独控制。
虽然参考具体的实施例示出和描述了本发明，但是本发明不限于所示的详细结构。相反，在不脱离权利要求的等效物的范围并且不脱离本发明的情况下，可以对所述详细结构作出各种变化。

Claims (37)

1.一种线圈组件，构造成提供引线接合机的接合工具沿着基本竖直轴线的运动，所述线圈组件包括：
第一线圈部分，具有第一力常数，第一线圈部分构造成接收能量从而为接合工具提供第一力；和
第二线圈部分，具有第二力常数，第二线圈部分构造成接收能量从而为接合工具提供第二力，第二力常数与第一力常数不同。
2.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于，第一力提供了接合工具沿着基本竖直轴线的高的加速运动。
3.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于，第一线圈部分包括第一输入导线和第一输出导线，第二线圈部分包括第二输入导线和第二输出导线，其中第一输入导线和第一输出导线中的一个与第二输入导线和第二输出导线中的一个基本电等效。
4.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于，第一线圈部分和第二线圈部分同心设置。
5.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于，第一线圈部分和第二线圈部分以并排结构设置。
6.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于，第一力提供了接合工具的高的加速运动，第二力提供了接合工具的接合力。
7.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于，所述基本竖直的轴线是引线接合机的Z轴线。
8.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于，第一线圈部分和第二线圈部分中的每一个构造成穿过单个磁场。
9.如权利要求8所述的线圈组件，其特征在于，第一线圈部分大于第二线圈部分，从而当相同大小的电流施加到第一线圈部分和第二线圈部分中的每一个时，第一线圈部分产生的力输出大于第二线圈部分。
10.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于，第二线圈部分是第一线圈部分的一部分。
11.如权利要求1所述的线圈组件，其特征在于，第一线圈部分与第二线圈部分是分开的。
12.一种接合头组件，构造成包括在引线接合机中，所述接合头组件包括：
接合工具；和
线圈组件，所述线圈组件包括具有第一力常数的第一线圈部分，第一线圈部分构造成接收能量从而为接合工具提供第一力，线圈组件还包括具有第二力常数的第二线圈部分，第二线圈部分构造成接收能量从而为接合工具提供第二力，第二力常数不同于第一力常数。
13.如权利要求12所述的接合头组件，其特征在于，还包括接合工具和线圈组件之间的接合头连杆，接合头连杆支撑着接合工具。
14.如权利要求12所述的接合头组件，其特征在于，接合头连杆通过连接在其间的换能器支撑所述接合工具。
15.如权利要求12所述的接合头组件，其特征在于，第一力提供接合工具沿着基本竖直轴线的高的加速运动。
16.如权利要求12所述的接合头组件，其特征在于，第一线圈部分包括第一输入导线和第一输出导线，第二线圈部分包括第二输入导线和第二输出导线，其中第一输入导线和第一输出导线中的一个与第二输入导线和第二输出导线中的一个基本电等效。
17.如权利要求12所述的接合头组件，其特征在于，第一线圈部分和第二线圈部分同心设置。
18.如权利要求12所述的接合头组件，其特征在于，第一线圈部分和第二线圈部分以并排结构设置。
19.如权利要求12所述的接合头组件，其特征在于，第一力提供了接合工具的高的加速运动，第二力提供了接合工具的接合力。
20.如权利要求12所述的接合头组件，其特征在于，所述基本竖直的轴线是引线接合机的Z轴线。
21.如权利要求12所述的接合头组件，其特征在于，还包括提供磁场的磁体组件，第一线圈部分和第二线圈部分中的每一个构造成穿过所述磁场。
22.如权利要求21所述的接合头组件，其特征在于，第一线圈部分大于第二线圈部分，从而当相同大小的电流施加到第一线圈部分和第二线圈部分中的每一个时，第一线圈部分产生的力输出大于第二线圈部分。
23.如权利要求12所述的接合头组件，其特征在于，第二线圈部分是第一线圈部分的一部分。
24.如权利要求12所述的接合头组件，其特征在于，第一线圈部分与第二线圈部分是分开的。
25.一种引线接合机，包括：
支撑结构；和
接合头组件，接合头组件包括接合工具和线圈组件，所述线圈组件包括具有第一力常数的第一线圈部分，第一线圈部分构造成接收能量从而为接合工具提供第一力，线圈组件还包括具有第二力常数的第二线圈部分，第二线圈部分构造成接收能量从而为接合工具提供第二力，第二力常数不同于第一力常数，
接合头组件由支撑结构可旋转地支撑，以提供接合工具的基本竖直的运动。
26.如权利要求25所述的引线接合机，其特征在于，还包括接合工具和线圈组件之间的接合头连杆，接合头连杆支撑着接合工具。
27.如权利要求25所述的引线接合机，其特征在于，接合头连杆通过连接在其间的换能器支撑所述接合工具。
28.如权利要求25所述的引线接合机，其特征在于，第一力提供接合工具沿着基本竖直轴线的高的加速运动。
29.如权利要求25所述的引线接合机，其特征在于，第一线圈部分包括第一输入导线和第一输出导线，第二线圈部分包括第二输入导线和第二输出导线，其中第一输入导线和第一输出导线中的一个与第二输入导线和第二输出导线中的一个基本电等效。
30.如权利要求25所述的引线接合机，其特征在于，第一线圈部分和第二线圈部分同心设置。
31.如权利要求25所述的引线接合机，其特征在于，第一线圈部分和第二线圈部分以并排结构设置。
32.如权利要求25所述的引线接合机，其特征在于，第一力提供了接合工具的高的加速运动，第二力提供了接合工具的接合力。
33.如权利要求25所述的引线接合机，其特征在于，所述基本竖直的轴线是引线接合机的Z轴线。
34.如权利要求25所述的引线接合机，其特征在于，接合头组件还包括提供磁场的磁体组件，第一线圈部分和第二线圈部分中的每一个构造成穿过所述磁场。
35.如权利要求34所述的引线接合机，其特征在于，第一线圈部分大于第二线圈部分，从而当相同大小的电流施加到第一线圈部分和第二线圈部分中的每一个时，第一线圈部分产生的力输出大于第二线圈部分。
36.如权利要求25所述的引线接合机，其特征在于，第二线圈部分是第一线圈部分的一部分。
37.如权利要求25所述的引线接合机，其特征在于，第一线圈部分与第二线圈部分是分开的。
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