CN102945813B - 一种用于全自动引线键合设备上的键合头装置 - Google Patents

一种用于全自动引线键合设备上的键合头装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种用于全自动引线键合设备上的键合头装置。包括用于安装各组件的键合头基座、用于完成键合功能的键合组件、用于增加或控制键合体的阻尼以减少键合时的振动的电磁阻尼组件、用于完成引线烧球的打火组件、用于引线的夹持和送线功能的线夹组件，键合组件装设在键合头基座的底部，电磁阻尼组件包括有电磁阻尼板及电磁铁，电磁阻尼组件中的电磁阻尼板装设在键合组件上，电磁阻尼组件中的电磁铁固定在键合头基座上，打火组件装设在键合头基座的一侧，随键合组件一起运动的线夹组件装设在键合组件上。本发明在键合组件停在键合位置时，控制电磁阻尼组件产生合适的阻尼力，抑制超声换能器与键合组件由于快速停止而引起的振动，提高引线键合质量和速度。

Description

一种用于 全自动引线键合设备上的键合头装置
技术领域
本发明是一种用于全自动引线键合设备上的键合头装置，属于用于全自动引线键合设备上的键合头装置的改造技术。
背景技术
引线键合机是IC元器件和LED灯封装过程中芯片与引线框架内部电气互连工艺的专用设备，是微电子封装行业的关键设备。随着微电子与LED行业的快速发展，元器件的封装质量与封装生产速度变得越来越重要，对引线键合机的运行精度和速度的要求越来越高。
键合头是全自动引线键合机的核心部件，对键合质量和键合速度起着至关重要的作用。然而，随着键合头运行速度的提高，急起急停而带来的键合工具振动问题影响巨大，影响键合速度与质量。
中国专利申请号200510200633.8中公开了一种轻质高刚度XY工作台及键合头，中国专利申请号200610058852.1中公开了一种超声波键合头及采用超声波键合头的装置，中国专利申请号200610140824.4中公开了一种重量轻的键合头组件，中国专利申请号200620201098.8中公开了一种键合头装置，中国专利申请号200910245181.3中公开了一种旋转引线键合头装置，中国专利申请号201010243239.3中公开了一种键合头装置，中国专利申请号201010243441.4中公开了一种键合头装置等，这些专利申请文件中都没有提到怎样解决高速运动的键合头急起急停时怎样减少振动。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种提高引线键合的质量和速度的用于全自动引线键合设备上的键合头装置。本发明设计合理，方便实用。
本发明的技术方案是：本发明的用于全自动引线键合设备上的键合头装置，包括有用于安装各个组件的键合头基座、用于完成键合功能的键合组件、用于增加或控制键合体的阻尼以减少键合时的振动的电磁阻尼组件、用于完成引线烧球的打火组件、用于引线的夹持和送线功能的线夹组件，其中键合组件装设在键合头基座的底部，电磁阻尼组件包括有电磁阻尼板及电磁铁，电磁阻尼组件中的电磁阻尼板装设在键合组件上，电磁阻尼组件中的电磁铁固定在键合头基座上，打火组件装设在键合头基座的一侧，随键合组件一起运动的线夹组件装设在键合组件上。
上述键合组件包括有超声换能器、键合工具、超声换能器夹持件、音圈电机动圈、音圈电机定子、柔性弹片、键合组件安装件及光栅尺，其中键合组件通过键合组件安装件与键合头基座相连；成直角配对安装的柔性弹片分别与键合组件安装件与超声换能器夹持件连接，并形成旋转轴线θ；键合工具安装在超声换能器上，超声换能器装设在超声换能器夹持件上，音圈电机动圈安装在两组音圈电机定子之间，音圈电机动圈在两组音圈电机定子之间运动，音圈电机定子固定于键合头基座上，驱动安装在超声换能器上的键合工具进行上下运动及Z向位移的音圈电机动圈连接在超声换能器夹持件上，并驱动键合组件绕旋转轴线θ旋转。
上述执行引线键合任务的键合工具安装在超声换能器的端部。
上述键合工具的上下运动及转动的运动的距离及转角由光栅尺组件测量取得。
上述电磁阻尼组件中的电磁铁包括有电磁阻尼线圈、电磁铁芯，其中电磁阻尼线圈缠绕在电磁铁芯上形成一个电磁铁，跟随键合组件运动的电磁阻尼板安装在键合组件上，电磁阻尼线圈缠绕在电磁铁芯上形成的电磁铁固定于键合头基座上。
上述电磁铁与电磁铁驱动器电连接，电磁铁由电磁铁驱动器控制。
上述打火组件包括有打火杆、打火杆调节转轴、打火组件安装件、打火线，其中起接通电流作用的打火线与打火杆连接，打火杆夹持固定在能调节打火杆的顶端位置的打火杆调节转轴上，打火杆调节转轴夹持固定在打火组件安装件上，打火组件安装件与键合头基座相连。
上述线夹组件包括有线夹固定臂、线夹旋转臂、线夹螺线管、引线导向孔、宝石片、线夹弹片，其中线夹旋转臂通过尾部线夹弹片与线夹旋转臂相连，线夹螺线管和引线导向孔装设在线夹固定臂上，两片宝石片分别装设在线夹固定臂与线夹旋转臂上；上述线夹组件通过线夹固定臂与键合组件相连，与键合组件一起运动。
上述线夹组件的线夹旋转臂上还设有能调节线夹固定臂与线夹旋转臂之间的夹紧力的线夹调节弹簧。
本发明由于采用包括有键合头基座、键合组件、电磁阻尼组件、打火组件、线夹组件的结构，键合头组件主要由音圈电机驱动，从而带动超声换能器与键合工具上下运动。运动的距离从光栅尺读数头反馈得到。键合时键合力的精确控制由音圈电机驱动电流控制；在键合工具停在键合位置时，控制电磁阻尼器，产生合适的阻尼力，抑制超声换能器与键合工具由于快速停止而引起的振动，提高引线键合的质量和速度。本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的用于全自动引线键合设备上的键合头装置。
附图说明
图1为本发明实施例的整体结构组件安装关系示意图；
图2为本发明实施例的引线键合头装置所包括的键合组件结构示意图；
图3为本发明实施例的引线键合头装置所包括的电磁阻尼组件示意图；
图4为本发明实施例的引线键合头装置所包括的打火组件结构示意图；
图5为本发明实施例的引线键合头装置所包括的线夹组件结构示意图；
图6为本发明实施例的整体结构示意图。
其中，101-超声换能器，102-键合工具，103-换能器夹持件，104-音圈电机动圈，105音圈电机定子，106-柔性弹片，107-键合组件安装件，108-光栅读数头，θ-键合头旋转轴线，201-电磁阻尼板，202-电磁阻尼线圈，203-电磁铁芯，204-电磁铁驱动器，301-打火杆，302-打火杆调节转轴，303-打火组件安装件，304-打火线，401-线夹固定臂，402线夹旋转臂，403-线夹螺线管，404-线夹调节弹簧，405-引线导向孔，406-宝石片，407-线夹弹片，5-键合头基座。
具体实施方式
实施例：
本发明的结构示意图如图1、2、3、4、5、6所示，本发明的用于全自动引线键合设备上的键合头装置，包括有用于安装各个组件的键合头基座5、用于完成键合功能的键合组件1、用于增加或控制键合体的阻尼以减少键合时的振动的电磁阻尼组件2、用于完成引线烧球的打火组件3、用于引线的夹持和送线功能的线夹组件4，其中键合组件1装设在键合头基座5的底部，电磁阻尼组件2包括有电磁阻尼板201及电磁铁，电磁阻尼组件2中的阻尼板201装设在键合组件1上，其电磁铁固定在键合头基座5上，打火组件3装设在键合头基座5的一侧，线夹组件4装设在键合组件3上，随键合组件1一起运动, 上述键合头基座5，主要用于安装各个组件的基础零件，并与XY工作台（未画出）连接，以此完成键合工具的XY方向的位移。
上述键合组件1包括有超声换能器101、键合工具102、超声换能器夹持件103、音圈电机动圈104、两组音圈电机定子105、柔性弹片106、键合组件安装件107及光栅尺，其中键合组件2通过键合组件安装件107与键合头基座5相连；成直角配对安装的柔性弹片106连接键合组件安装件107与超声换能器夹持件103，并形成旋转轴线θ，如图2所示，旋转轴线θ与超声换能器夹持件103的几何轴线垂直，与键合组件安装件107平行，键合工具102安装在超声换能器101上，超声换能器101装设在超声换能器夹持件103上，音圈电机动圈104安装在两组音圈电机定子105之间，音圈电机动圈104在两组音圈电机定子105之间运动，音圈电机定子105固定于键合头基座5上，音圈电机动圈104连接在超声换能器夹持件103上，驱动安装在超声换能器101上的键合工具102进行上下运动及Z向位移，并驱动键合组件2绕旋转轴线θ旋转。键合时键合力的大小可控制音圈电机的驱动电流来精确控制。键合工具102进行上下运动及Z向位移与XY平台的位移组合成整个引线键合所需的XYZ三位空间运动。上述超声换能器101通过超声发生器（未画出）产生超声振动，带动键合工具102完成引线键合。键合力的大小由音圈电机控制。
上述执行引线键合任务的键合工具102安装在超声换能器101的端部。
上述键合工具102的上下运动及转动的运动的距离及转角由光栅尺组件测量取得。
上述电磁阻尼组件2中的电磁铁包括有电磁阻尼线圈202、电磁铁芯203，电磁阻尼组件2中还包括有电磁铁驱动器204，电磁阻尼线圈202缠绕在电磁铁芯203上形成电磁铁，电磁铁固定于键合头基座5上，电磁铁由电磁铁驱动器204控制，磁阻尼组件2中的电磁阻尼板201安装在键合组件1上，跟随键合组件）运动，通过阻尼板运动时产生阻力，达到降低键合组件振动的作用。电磁铁驱动器204驱动电磁阻尼线圈202，在电磁铁芯203两端产生磁场，当电磁阻尼板201随着键合头组件运动或振动时，切割磁力线，从而在电磁阻尼板201上产生阻止运动的阻尼力。可以控制电磁驱动器204的驱动电流大小及通断，在键合头快速停止时产生合适的阻尼力，使键合头快速的停止下来，而有效的抑制振动，提高键合的质量和速度。
上述打火组件3包括有打火杆301、打火杆调节转轴302、打火组件安装件303、打火线304，其中打火线304连接打火杆301，起接通电流作用，打火杆301被打火杆调节转轴302夹持固定，打火杆调节转轴302被打火组件安装件303夹持固定，打火组件安装件303与键合头基座5相连；通过调节打火杆调节转轴302调节打火杆（301）尖端的左右，上下的位置，以适应打火烧球的功能。
通过旋转或X向移动打火杆调节转轴302可以调节打火杆端部在空间中Z和X向的位置，前后移动打火杆301可以调节打火杆端部在空间Y向的位置。高压电流通过打火线304传递到打火杆301尖端，完成对引线尾丝端部放电烧球功能。
上述线夹组件4包括有线夹固定臂401、线夹旋转臂402、线夹螺线管403、引线导向孔405、宝石片406，线夹弹片407，其中线夹旋转臂402通过尾部线夹弹片407与线夹固定臂相连，线夹螺线管403和引线导向孔405装设在线夹固定臂401上，线夹调节弹簧404装设在线夹旋转臂401上，两片宝石片406分别装设在线夹固定臂401与线夹旋转臂401上；上述线夹组件通过线夹固定臂401与键合组件相连，与键合组件一起运动。
上述线夹组件通过线夹固定臂401与键合组件相连，键合过程中与键合组件一起运动。引线（未画出）经过引线导向孔405，通过两片宝石片406的中间，到达键合工具102。线夹旋转臂402在线夹螺线管的驱动下，根据需要及时张开或闭合宝石片406，完成对引线的夹紧或松开。本实施例中，上述线夹组件4的线夹旋转臂401上还设有能调节线夹固定臂401与线夹旋转臂402之间的夹紧力的线夹调节弹簧404。对引线夹紧力大小的控制通过调节线夹调节弹簧404来实现。
本发明控制键合头振动的方法，在焊接过程中需要键合工具稳定的时刻，如键合或引线成弧时刻，控制电磁铁线圈电流的大小来控制键合组件运动或振动的阻尼大小，从而实现快速的抑制振动。
本发明的工作原理如下：键合组件1停留在打火位置，此时线夹闭合；打火杆301对键合工具（如劈刀）留出的尾丝（露出的一小段的引线-金线、银线或合金线）放电，致尾丝烧成球状；线夹打开，键合组件1在由音圈电机动圈104及音圈电机定子105组成的音圈电机的驱动下快速下行；当碰到焊接点时（如IC上的焊盘），键合组件1停止；此时电磁阻尼组件2起作用，抑制键合组件1高速停止时产生的振动；然后进行引线第一焊点的超声焊接（超声由超声换能器驱动）；焊完后，键合头起来，在空间上引导引线进行拉弧，至第二焊点（位于IC或LED支架上）停止；电磁阻尼组件2抑制键合组件1振动，焊接第二焊点，完成后键合组件上行至留出合适长度的尾丝，线夹闭合，扯断引线；然后回到打火位置，进行下一循环。

Claims (7)

1.一种用于全自动引线键合设备上的键合头装置，特征在于包括有用于安装各个组件的键合头基座（5）、用于完成键合功能的键合组件(1)、用于增加或控制键合体的阻尼以减少键合时的振动的电磁阻尼组件(2)、用于完成引线烧球的打火组件(3)、用于引线的夹持和送线功能的线夹组件(4)，其中键合组件(1)装设在键合头基座（5）的底部，电磁阻尼组件（2）包括有电磁阻尼板（201）及电磁铁，电磁阻尼组件(2) 中的电磁阻尼板（201）装设在键合组件(1)上，电磁阻尼组件(2) 中的电磁铁固定在键合头基座（5）上，打火组件(3)装设在键合头基座（5）的一侧，随键合组件(1)一起运动的线夹组件（4)装设在键合组件(1)上；上述键合组件（1）包括有超声换能器（101）、键合工具（102）、超声换能器夹持件（103）、音圈电机动圈（104）、音圈电机定子（105）、柔性弹片（106）、键合组件安装件（107）及光栅尺，其中键合组件（2）通过键合组件安装件（107）与键合头基座（5）相连；成直角配对安装的柔性弹片（106）分别与键合组件安装件（107）与超声换能器夹持件（103）连接，并形成旋转轴线θ；键合工具（102）安装在超声换能器（101）上，超声换能器（101）装设在超声换能器夹持件（103）上，音圈电机动圈（104）安装在两组音圈电机定子（105）之间，音圈电机动圈（104）在两组音圈电机定子（105）之间运动，音圈电机定子（105）固定于键合头基座（5）上，驱动安装在超声换能器（101）上的键合工具（102）进行上下运动及Z向位移的音圈电机动圈（104）连接在超声换能器夹持件（103）上，并驱动键合组件（2）绕旋转轴线θ旋转，其中执行引线键合任务的上述键合工具（102）安装在超声换能器（101）的端部。
2.根据权利要求1所述的用于全自动引线键合设备上的键合头装置，其特征在于上述键合工具（102）的上下运动及转动的运动的距离及转角由光栅尺组件测量取得。
3.根据权利要求1所述的用于全自动引线键合设备上的键合头装置，其特征在于上述电磁阻尼组件（2）中的电磁铁包括有电磁阻尼线圈（202）、电磁铁芯（203），其中电磁阻尼线圈（202）缠绕在电磁铁芯（203）上形成一个电磁铁，跟随键合组件（1）运动的电磁阻尼板（201）安装在键合组件（1）上，电磁阻尼线圈（202）缠绕在电磁铁芯（203）上形成的电磁铁固定于键合头基座（5）上。
4.根据权利要求3所述的用于全自动引线键合设备上的键合头装置，其特征在于上述电磁铁与电磁铁驱动器（204）电连接，电磁铁由电磁铁驱动器（204）控制。
5.根据权利要求1所述的用于全自动引线键合设备上的键合头装置，其特征在于上述打火组件（3）包括有打火杆（301）、打火杆调节转轴（302）、打火组件安装件（303）、打火线（304），其中起接通电流作用的打火线（304）与打火杆（301）连接，打火杆（301）夹持固定在能调节打火杆（301）的顶端位置的打火杆调节转轴（302）上，打火杆调节转轴（302）夹持固定在打火组件安装件（303）上，打火组件安装件（303）与键合头基座（5）相连。
6.根据权利要求1所述的用于全自动引线键合设备上的键合头装置，其特征在于上述线夹组件（4）包括有线夹固定臂（401）、线夹旋转臂（402）、线夹螺线管（403）、引线导向孔（405）、宝石片（406）、线夹弹片（407），其中线夹旋转臂（402）通过尾部线夹弹片（407）与线夹旋转臂（402）相连，线夹螺线管（403）和引线导向孔（405）装设在线夹固定臂（401）上，两片宝石片（406）分别装设在线夹固定臂（401）与线夹旋转臂（402）上；上述线夹组件通过线夹固定臂（401）与键合组件（1）相连，与键合组件（1）一起运动。
7.根据权利要求6所述的用于全自动引线键合设备上的键合头装置，其特征在于上述线夹组件（4）的线夹旋转臂（401）上还设有能调节线夹固定臂（401）与线夹旋转臂（402）之间的夹紧力的线夹调节弹簧（404）。
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