CN101712097A - 带静电吸附的劈刀结构、超声波焊接设备及键合方法 - Google Patents

带静电吸附的劈刀结构、超声波焊接设备及键合方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种劈刀结构及超声波焊接设备以及其键合方法。该劈刀结构包括绝缘劈刀，所述劈刀设有供焊丝穿过的过线通孔，在所述劈刀的外围设有静电发生装置，所述静电发生装置产生静电并吸住所述劈刀的过线通孔内的一段焊丝。在进行键合加工时，通过劈刀外围设置的静电发生装置发生的静电对焊丝产生吸附，使焊丝与劈刀内壁的摩擦力增大，可避免键合过程中的拱形运动时焊丝在劈刀内滑动而造成拱形不稳定的情况，使拱丝的成型稳定，一致性好。

Description

带静电吸附的劈刀结构、超声波焊接设备及键合方法
技术领域
本发明涉及超声波焊接设备以及键合方法，更具体地说，涉及一种带静电吸附的劈刀结构、具有该劈刀结构的超声波焊接设备以及使用该焊接设备进行超声波键合的方法。
背景技术
目前，在半导体器件的生产过程中，需要从芯片中引线到管脚，也就是将引线的两端焊接到引出电极和管脚上。
现有的芯片一般是采用铝丝、金线等作为焊丝，通过超声波进行焊接。来自超声波发生器的超声波(一般为40-140KHZ)经过换能器产生高频振动，通过变幅杆传送到劈刀，当劈刀与焊丝及被焊接件接触时，在压力和振动的作用下，待焊金属表面相互磨擦，氧化膜被破坏，并发生塑性变形，致使两个纯净的金属表面紧密接触，达到离子距离的结合，最终形成牢固的机械连接。
目前的超声波焊接设备包括底座、设在所述底座上的机架、通过驱动机构安装在机架上的焊头、与焊头对应设置的工作平台、以及安装在所述底座内的控制整个机器工作的控制机构。在进行焊接工作时，首先将工件放置在工作平台上；然后触发控制机构来驱动焊头移动到工件需要焊接的位置；然后驱动焊头下降，在焊接位置上产生一定的压力，并产生超声波，经过换能器产生高频振动，通过变幅杆传送到劈刀，从而实现焊丝与工件的电极进行紧密连接；在完成一个工位的键合后，松开线夹，并驱动焊头向上移动，拉出一段焊丝，再夹紧线夹，移动焊头到达下一焊接工位，驱动焊头向下运动，完成该工位的焊接键合，将焊丝扯断或切断，实现两个焊点的连接；并且在两个焊点之间形成拱丝。
现有的焊接设备的绝缘劈刀的一种结构形式为：在绝缘劈刀中间开设有过线通孔，焊丝从过线通孔中穿出。由于焊丝在劈刀内始终是活动的，在劈刀移动的过程中，焊丝很容易在劈刀内滑动，而影响到拱丝的成型质量，从而影响到焊接质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种能够对焊丝进行吸附固定的劈刀结构以及使用该劈刀结构的超声波焊接设备。
本发明所要解决的另一技术问题在于，提供一种能够对焊丝进行吸附固定的超声波键合方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种带静电吸附的劈刀结构，包括绝缘劈刀，所述劈刀设有供焊丝穿过的过线通孔，在所述劈刀的外围设有静电发生装置，所述静电发生装置产生静电并吸住所述劈刀的过线通孔内的一段焊丝。
在本发明所述的带静电吸附的劈刀结构中，所述静电发生装置包括设置在所述劈刀的外表面上的电极、以及与所述电极电连接的可控静电发生电路板。
在本发明所述的带静电吸附的劈刀结构中，所述电极为覆盖在所述劈刀的外表面上的导电涂层。
在本发明所述的带静电吸附的劈刀结构中，所述导电涂层在所述劈刀的外表面的局部形成。
在本发明所述的带静电吸附的劈刀结构中，所述劈刀包括劈刀安装部、在所述劈刀安装部下方设置的电极安装部、以及在所述电极安装部的下方设置的键合部；所述导电涂层设置在所述电极安装部上。
本发明解决其另一技术问题的技术方案是，提供一种超声波焊接设备，包括超声波发生装置、以及安装在所述超声波发生装置上的变幅杆，在所述变幅杆末端安装上述任一种带静电吸附的劈刀结构。
本发明解决其另一技术问题的技术方案是，提供一种超声波键合方法，包括以下步骤：
S1：劈刀下压，在设定的压力和超声波频率下将穿出所述劈刀的焊丝与第一焊电极点键合，形成第一键合点；
S2：在完成所述步骤S1后，所述劈刀上升，并松开所述焊丝，在所述劈刀的下端与所述第一键合点之间拉出一段焊丝；
S3：由静电发生装置在所述劈刀的外围产生静电，将所述劈刀内的焊丝吸附固定在所述劈刀内，然后移动所述劈刀到达第二焊电极点，所述劈刀下压，在设定的压力和超声波频率下将穿出所述劈刀的焊丝与第二焊电极点键合，形成第二键合点。
在本发明所述的方法的所述步骤S2中，所述劈刀先上升一段距离，然后由静电发生装置在所述劈刀的外围产生静电，将所述劈刀内的焊丝吸附固定在所述劈刀上，然后，所述劈刀向下向外移动一小段距离，然后断开所述静电发生装置，所述劈刀继续上升到位。
在本发明所述的方法的所述步骤S3中，在所述劈刀移动到所述第二焊电极点的过程中，其运动轨迹为横向以及纵向的复合运动轨迹。
实施本发明具有以下有益效果：在进行键合加工时，通过劈刀外围设置的静电发生装置发生的静电，对焊丝产生吸附，使焊丝与劈刀内壁的摩擦力增大，避免了现有技术引焊丝与劈刀之间相对活动所带来的缺陷，可有效地避免在键合过程中的拱丝运动时，焊丝在劈刀内滑动而造成的不稳定情况，使拱丝的成型稳定、一致性好。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明带静电吸附的劈刀结构的横截面剖视示意图；
图2是本发明带静电吸附的劈刀结构的纵向截面剖视示意图；
图3是本发明采用带静电吸附的劈刀结构进行键合加工的流程示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，是本发明的带静电吸附的劈刀结构的一个实施例，包括绝缘劈刀10。该劈刀10大致呈圆柱状，包括在上步设置的劈刀安装部11、在劈刀安装部11下方设置的电极安装部12、以及在电极安装部12下方设置的键合部13。整个劈刀10通过劈刀安装部11安装到超声波焊接设备的变幅杆20上。而键合部13呈倒锥形，以便于工作时对焊丝40(例如金丝、铝丝等)进行键合操作。在劈刀10的中间位置开设有过线通孔14，用于供焊丝40的穿出。该过线通孔14可以做成倒锥形，以便于焊丝40的通过。该焊丝40可以由超声波焊接设备的线夹(图未示)夹持。
在劈刀10的外围还设有静电发生装置，该静电发生装置可以产生静电，从而吸住劈刀10的过线通孔14内的一段焊丝40，使得焊丝40与劈刀10相对固定，而便于拱丝43的形成。
该静电发生装置包括设置在劈刀10的外表面上的电极31、以及与该电极31电连接的可控静电发生电路板32。通过可控静电发生电路板32的电压输出端与电极31连接，在电极31上形成高压，从而产生静电吸附作用，对穿过劈刀10的焊丝40进行吸附固定。在本实施例中，该电极31为覆盖在劈刀10的外表面上的导电涂层。导电涂层形成的电极31涂布在劈刀10的电极安装部12上；可以理解的，导电涂层也可以劈刀10的其他位置涂布，例如劈刀安装部11、键合部13等。如图1所示，该导电涂层涂布在劈刀10的外表面的局部，也就是说在截面上看，并未形成闭环，从而产生较好的静电吸附效果；当然，导电涂层也可以完全涂布在劈刀10的圆周上。该可控静电发生电路板32的电压输出端通过导线33连接到电极31上，而另一接地。可以理解的，可控静电发生电路板32也可以安装在超声波焊接设备或其他任何位置。
上述劈刀10结构可以安装到超声波焊接设备中。劈刀安装部11安装到变幅杆20上，并由超声波发生装置产生超声波，传达到变幅杆20，在传递到劈刀10上，由劈刀10的键合部13进行键合操作。
如图3所示，在对工件进行超声波键合时，首先，通过超声波焊接设备的驱动机构带动劈刀10到达工件的第一焊电极点41，对准；驱动劈刀10下压，在设定的压力和超声波频率下，利用劈刀10的键合部13将穿出劈刀10的焊丝40与第一焊电极点41键合，形成第一键合点44。
然后，驱动劈刀10上升，松开焊丝40，在劈刀10的下端与第一键合点44之间拉出一段焊丝40。在此拉丝过程中，在劈刀10上升一段距离后，静电发生装置的可控静电发生电路板32工作，在劈刀10外围形成高压静电，产生静电吸附作用，将劈刀10内的焊丝40吸附固定在劈刀10上；然后，劈刀10向下向外移动一小段距离，用以产生一个弯折，便于后续的拱丝43的成型。当然，也可以多次重复上述动作，以便形成更好的拱丝43。然后，可控静电发生电路板32停止工作，消除劈刀10外围的高压静电，消除静电吸附力，劈刀10继续上升到位，完成拉丝操作。
然后，可控静电发生电路板32再次工作，在劈刀10外围形成高压静电，将劈刀10内的焊丝40吸附固定在劈刀10内，从而可以有效地保证了劈刀10与第一键合点44之间的焊丝40的长度，从而保证了拱丝43成型的质量。然后驱动劈刀10到达第二焊电极点42，劈刀10进一步的下压，在设定的压力和超声波频率下将穿出劈刀10的焊丝40与第二焊电极点42键合，形成第二键合点45。劈刀10从第一焊电极点41移动到第二焊电极点42的轨迹是横向运动和纵向运动的复合运动轨迹。

Claims (9)

1.一种带静电吸附的劈刀结构，包括绝缘劈刀，所述劈刀设有供焊丝穿过的过线通孔，其特征在于，在所述劈刀的外围设有静电发生装置，所述静电发生装置产生静电并吸住所述劈刀的过线通孔内的一段焊丝。
2.根据权利要求1所述的带静电吸附的劈刀结构，其特征在于，所述静电发生装置包括设置在所述劈刀的外表面上的电极、以及与所述电极电连接的可控静电发生电路板。
3.根据权利要求2所述的带静电吸附的劈刀结构，其特征在于，所述电极为覆盖在所述劈刀的外表面上的导电涂层。
4.根据权利要求3所述的带静电吸附的劈刀结构，其特征在于，所述导电涂层在所述劈刀的外表面的局部形成。
5.根据权利要求2-4任一项所述的带静电吸附的劈刀结构，其特征在于，所述劈刀包括劈刀安装部、在所述劈刀安装部下方设置的电极安装部、以及在所述电极安装部的下方设置的键合部；所述导电涂层设置在所述电极安装部上。
6.一种超声波焊接设备，包括超声波发生装置、以及安装在所述超声波发生装置上的变幅杆，其特征在于，在所述变幅杆末端安装有权利要求1-5任一项所述的带静电吸附的劈刀结构。
7.一种超声波键合方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：劈刀下压，在设定的压力和超声波频率下将穿出所述劈刀的焊丝与第一焊电极点键合，形成第一键合点；
S2：在完成所述步骤S1后，所述劈刀上升，并松开所述焊丝，在所述劈刀的下端与所述第一键合点之间拉出一段焊丝；
S3：由静电发生装置在所述劈刀的外围产生静电，将所述劈刀内的焊丝吸附固定在所述劈刀内，然后移动所述劈刀到达第二焊电极点，所述劈刀下压，在设定的压力和超声波频率下将穿出所述劈刀的焊丝与第二焊电极点键合，形成第二键合点。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述劈刀先上升一段距离，然后由静电发生装置在所述劈刀的外围产生静电，将所述劈刀内的焊丝吸附固定在所述劈刀上，然后，所述劈刀向下向外移动一小段距离，然后断开所述静电发生装置，所述劈刀继续上升到位。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，在所述劈刀移动到所述第二焊电极点的过程中，其运动轨迹为横向以及纵向的复合运动轨迹。
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