CN101777505A - 旋转引线键合头装置 - Google Patents

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王福军
张大卫
赵兴玉
武一民
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Abstract

本发明公开了一种由音圈电机驱动，适用于引线键合机使用的引线键合头装置。连架为矩形箱体结构，超声换能器固定于连架的最前端，电压信号发生器输出线接于超声换能器。音圈电机置于连架的尾端，音圈电机上的线圈动子相嵌于连架箱体上的电机线圈安装孔内。连架与支架通过旋转轴组成活动链接，支架左侧的后壁面装有光栅编码器和光栅尺。与传统键合头连接结构不同，本发明采用滚针轴承代替弹簧片结构，减小了旋转运动过程中的阻力。运动部件采用高强度硬铝和钛合金制成，提高了系统刚度，减轻了键合头质量。本发明还可用于与引线键合工艺相似的半导体加工制造设备和其他精密机电设备。

Description

旋转引线键合头装置
技术领域
本发明属于半导体器件加工制造领域，具体涉及一种由旋转音圈电机驱动，适用于引线键合机使用的引线键合头装置。
背景技术
引线键合作为半导体器件封装的重要互连技术，其封装形式占IC封装的90％以上。随着芯片的微型化，其I/O密度大幅度提高，引线间距越来越小；面对更高生产效率的需求，对封装速度和可靠性也提出了苛刻要求。因此，高速、高精密、高可靠性已成为引线键合设备的重要发展趋势。在传统引线键合机中，作为运动部件的键合头多采用金属弹簧片与其他部件进行连接，该种连接方式可以减小键合头惯量，但缺点是旋转运动的阻力大，高加减速度、频繁启动、停止运动过程中的阻力将导致弹簧片变形和磨损，从而减小其使用寿命。
鉴于此本发明提出了一种引线键合头装置，这种装置的结构特点是选用旋转音圈电机直接驱动运动部件，采用滚针轴承代替传统的弹簧片结构实现传动，旋转运动过程中以高精度的光栅传感器作为反馈元件，整个系统具有结构紧凑、体积小、质量轻、控制方便等特点，可以更好地保证系统的高加速和高精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种由旋转音圈电机直接驱动，采用滚针轴承实现运动部件与其他部件进行连接，适用于引线键合机使用的旋转键合头装置。
本发明的技术原理如下所述。本发明的整体是作为半导体器件封装引线键合使用的旋转键合头装置(如图1)。连架为矩形箱体结构(如图2)，支架为龙门框架结构(如图3)。超声换能器本身带有法兰，固定在连架箱体的最前端。电压信号发生器输出线接于超声换能器，可驱动其做高频的伸缩振动。音圈电机置于连架箱体的尾端，音圈电机的线圈动子相嵌于连架箱体两个(上下)电机线圈安装孔内(如图4)，以此方式将音圈电机与连架固定为一体。当音圈电机接通电压信号时，在磁场的作用下，线圈动子产生力矩传递给连架，因为连架与支架通过旋转轴组成转动副，从而形成高速或高频摆动运动。为减少运动阻力，旋转轴的外套装有滚针轴承，或者说支架的轴孔内嵌有轴承。为了实时监测连架的摆幅运动，在支架左侧的后壁面装有光栅编码器读数头和光栅尺。连架可绕旋转轴在支架的框架内作最大正负角度为15°的上下高速摆动。
由音圈电机提供动力，其输出力矩驱动电机动子线圈转动，线圈带动连架作高速摆动。当连架摆动到水平位置时，超声换能器亦为水平位置，信号发生器输出电压信号驱动超声换能器做高频伸缩振动。光栅编码器读书头和光栅尺在线实时测试连架摆动的位移和速度。
附图说明
图1为本发明立体组装结构图。
图2为连架的立体结构图。
图3为支架的立体结构图。
图4为示出线圈动子的音圈电机简图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明的结构做进一步的说明。如图1所示，旋转引线键合头装置具有：连架、超声换能器、电压信号发生器、音圈电机、支架、旋转轴、光栅编码器读数头、光栅尺和滚针轴承等。其中连架1为矩形箱体结构(如图2)，超声换能器2固定于连架1箱体的最前端，电压信号发生器3输出线接于超声换能器2。音圈电机4置于连架1箱体的尾端，音圈电机4上的线圈动子5相嵌于连架1箱体上的电机线圈安装孔6内(如图2)。支架7为龙门框架结构(如图3)，连架1与支架7通过旋转轴8组成活动链接。支架7左侧的后壁面装有光栅编码器9和光栅尺10。连架1绕旋转轴8在支架7的框架内作最大正负角度为15°的上下高速摆动。旋转轴8套装滚针轴承11(如图1)。
为保证系统实现高速高精度运动，采用圆光栅编码器作为对连架的末端位置反馈元件进行伺服控制。音圈电机得到运动指令，线圈动子带动连架作高速摆动，摆动最大角度为15°。当摆动到连架(超声换能器)处于水平位置时，音圈电机停止运动，电压信号发生器发出正弦信号给超声换能器，驱动超声换能器沿其轴向作高频伸缩振动。本发明是引线键合机Z向运动装置，同时配合XY定位平台，不断重复上述过程，完成引线键合过程。在连架绕轴高速摆动和换能器高频伸缩振动过程中，光栅编码器一直处于工作状态，在连架摆动过程中，光栅编码器读数头对光栅尺的刻度进行记录，通过信号处理，完成摆动位移和速度的测量。
本发明的有益效果在于：采用旋转音圈电机直接驱动，无中间的传动环节，而且音圈电机具有无限分辨率，更具有无滞后、高响应、高速度及高加速度、体积小、力特性好、控制方便等特点，有效地提高了该装置的性能。采用滚针轴承代替传统的弹簧片结构实现传动，旋转运动过程中以高精度的圆光栅传感器作为反馈元件，整个系统具有结构紧凑、体积小、质量轻、控制方便等特点，保证系统的高加速度和高精度。本发明除适用于IC芯片封装外还可用于MEMS器件的微连接和微组装。

Claims (3)

1.旋转引线键合头装置，具有超声换能器、电压信号发生器、连架、旋转轴、支架、光栅编码器、旋转音圈电机和滚针轴承，其特征是连架(1)为矩形箱体结构，超声换能器(2)固定于连架(1)箱体的最前端，电压信号发生器(3)输出线接于超声换能器(2)，音圈电机(4)置于连架(1)箱体的尾端，音圈电机(4)上的线圈动子(5)相嵌于连架(1)箱体上的电机线圈安装孔(6)内，连架(1)与支架(7)通过旋转轴(8)组成活动链接，支架(7)左侧的后壁面装有光栅编码器读数头(9)和光栅尺(10)。
2.按照权利要求1所述的旋转引线键合头装置，其特征是所述连架(1)绕旋转轴(8)在所述支架(7)的框架内作最大正负角度为15°的上下高速摆动。
3.按照权利要求1或2所述的旋转引线键合头装置，其特征是所述旋转轴(8)套装滚针轴承(11)。
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20100714