CN104966687B - 一种键合头装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种键合头装置，该装置包括：装置本体，用于与外界驱动相连的直线滑块，用于连接装置本体、直线滑块的固定支架；装置本体包括：气缸结构、接受外界驱动控制的伺服电机、传动结构、花键轴结构以及用于吸附芯片的真空吸杆；花键轴结构包括：套筒、滚珠以及与套筒相配合的花键轴；伺服电机的输出端与传动结构的主动轮连接；传动结构的从动轮与花键轴连接；气缸结构固定在花键轴结构的上方并与花键轴结构相配合形成一封闭结构。本发明减少了键合头装置的Z向尺寸以及安装空间，对各个部件的尺寸优化有重要意义；且本发明采用花键轴结构作为导向系统，可以保证真空吸杆高精度的直线运动，从而可以提高对芯片操作时的精度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，特别涉及一种键合头装置。
背景技术
随着全球电子信息技术的迅速发展，集成电路芯片不断向高密度、高性能和轻、薄、短、小的方向发展，传统的引线键合技术已经不能够满足现需的要求，而倒装芯片技术的发展为高密度封装带来了希望。倒装芯片技术是半导体芯片以凸点阵列结构与基板直接键合互连的一种封装工艺方法，与传统的引线键合技术相比具有许多明显的优点，包括：优越的电学及热学性能，高I/O引脚数，封装尺寸小等，因而其近年来正逐步成为高端器件及高密度封装领域中经常采用的封装形式。
倒装芯片工艺中的键合头是芯片封装的关键部件，键合头的设计直接影响到芯片封装的可靠性和精度。键合头在键合的过程中需要具有调整芯片角度的功能，以便使芯片与基板对准和定位。因此，一般键合头装置都具有一个旋转电机，用来带动键合头旋转，调节芯片的位置。然而现有的键合头装置中，旋转电机多安装在整个装置的上方，该结构造成了键合头的Z向尺寸过大，从而也增加了整个倒装设备的尺寸。因此，为了减小整个装置的总尺寸，对各个部件的尺寸优化也具有重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种键合头装置，其目的是为了解决现有的键合头装置旋转电机多安装在整个装置的上方，造成键合头装置Z向尺寸过大的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种键合头装置，该装置包括：装置本体，用于与外界驱动相连的直线滑块，用于连接装置本体、直线滑块的固定支架；
装置本体包括：气缸结构、接受外界驱动控制的伺服电机、传动结构、花键轴结构以及用于吸附芯片的真空吸杆；其中，
传动结构包括主动轮与从动轮；
花键轴结构包括：套筒、滚珠以及与套筒相配合的花键轴；花键轴包括外轴与内轴，外轴套设在内轴上，内轴两端均穿出外轴；内轴的一端与气缸结构固定连接；
伺服电机的输出端与传动结构的主动轮连接；传动结构的从动轮与花键轴连接；内轴的另一端穿出从动轮与真空吸杆连接；
气缸结构固定在花键轴结构的上方并与花键轴结构相配合形成一封闭结构。
进一步地，气缸结构包括：气缸本体以及位于气缸本体内部的活塞；
气缸本体上设有用于驱动活塞的第一通气孔活塞、内轴、真空吸杆均设有相通的真空通道，气缸本体上设有与真空通道相通的第二通气孔。
进一步地，内轴的一端与活塞固定连接，并随活塞做Z向运动。
进一步地，直线滑块与外界直线电机驱动相连或丝杠驱动相连。
进一步地，第一通气孔外设有用于调节气缸结构内部压力的比例电气阀。
进一步地，传动结构为带轮结构或齿轮结构。
进一步地，外轴内侧设有用于卡合内轴的Z向的卡槽，卡槽贯穿外轴。
进一步地，卡槽设有四个。
进一步地，内轴与真空吸杆通过吸杆联轴器固定连接。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
本发明提供的键合头装置采用合理的设计，将作为旋转电机的伺服电机安装于主体的一侧，减少了键合头装置的Z向尺寸以及安装空间，对各个部件的尺寸优化有重要意义；且本发明采用花键轴结构作为导向系统，可以保证真空吸杆高精度的直线运动，从而可以提高对芯片操作时的精度。
附图说明
图1为本发明实施例所述的键合头装置的装置本体的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的键合头装置的结构示意图；
图3为图1的A-A向视图。
附图标记说明：
1、装置本体；2、直线滑块；3、支架；4、气缸结构；5、伺服电机；6、传动结构；7、花键轴结构；8、真空吸杆；9、气缸本体；10、活塞；11、第一通气孔；12、主动轮；13、从动轮；14、套筒；15、滚珠；16、花键轴；17、外轴；18、内轴；19、真空通道；20、第二通气孔；21、吸杆联轴器；22、芯片。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
参见图1至图3，本发明针对现有的问题，提供了一种键合头装置，该装置包括：装置本体1，用于与外界驱动相连的直线滑块2，用于连接装置本体1、直线滑块2的固定支架3；进一步地，直线滑块2与外界直线电机驱动相连或丝杠驱动相连，进而带动键合头装置做直线运动；优选的，可以利用三套直线驱动，分别设置X、Y、Z三个方向的直线导轨，实现键合头装置在三个方向上的运动，且直线导轨上可以安装位置传感器和光栅尺，用于提高键合头装置的位置精度，从而提高键合质量。
装置本体1包括：气缸结构4、接受外界驱动控制的伺服电机5、传动结构6、花键轴结构7以及用于吸附芯片22的真空吸杆8；其中，
传动结构6包括主动轮12与从动轮13；进一步地，传动结构6为带轮结构或齿轮结构。
花键轴结构7包括：套筒14、滚珠15以及与套筒14相配合的花键轴16；花键轴16包括外轴17与内轴18，外轴17套设在内轴18上，内轴18两端均穿出外轴17；内轴18的一端与气缸结构4固定连接。
进一步地，外轴17内侧设有用于卡合内轴18的Z向的卡槽，卡槽贯穿外轴17，卡槽设有四个，这种配合结构的设置实现了内轴18可在Z向上与外轴17相对滑动，而在水平面上随外轴17转动。
进一步地，内轴18与真空吸杆8通过吸杆联轴器21固定连接；不同尺寸的芯片22需匹配不同尺寸的真空吸杆8，吸杆联轴器21的设置是为了适用不同尺寸的真空吸杆8，且吸杆联轴器21可以实现内轴18与真空吸杆8的快速装配。在键合头装置操作的过程中，真空吸杆8需要吸附芯片22进行直线运动，真空吸杆8与花键轴16相连，因此花键轴16运动的直线精度决定了芯片22是否能够实现准确键合，本发明采用滚珠15与花键轴16相配合，可以实现较高的直线运动精度，避免芯片22键合时发生倾斜，造成芯片22破碎，键合失败。
伺服电机5的输出端与传动结构6的主动轮12连接；传动结构6的从动轮13与花键轴16连接；内轴18的另一端穿出从动轮13与真空吸杆8连接；伺服电机5主要用于调节芯片22的角度，以实现芯片22的准确键合；伺服电机5驱动主动轮12旋转，进而带动从动轮13旋转，最终实现真空吸杆8的旋转。
气缸结构4固定在花键轴结构7的上方并与花键轴结构7相配合形成一封闭结构。
进一步地，气缸结构4包括：气缸本体9以及位于气缸本体9内部的活塞10；气缸本体9上设有用于驱动活塞10的第一通气孔11；活塞10、内轴18、真空吸杆8均设有相通的真空通道19，气缸本体9上设有与真空通道19相通的第二通气孔20。进一步地，内轴18的一端与活塞10固定连接，并随活塞10做Z向运动；键合过程中，通过向第一通气孔11内注入气体，气体推动活塞10运动，提供键合所需操作力；第二通气孔20内通入真空，使真空吸杆8吸住芯片22，进行键合。
进一步地，第一通气孔11外设有用于调节气缸结构4内部压力的比例电气阀，用于调节气缸结构4内部的压力，从而使气缸结构4提供合适的键合力，对芯片22起到保护作用，避免因芯片22本身的厚度差异或键合力过大造成芯片22破损。
在进行键合的过程中，首先对芯片22进行拾取；将第二通气孔20内通入真空，使真空吸杆8吸住芯片22；通过伺服电机5带动键合头装置在水平面内旋转至合适的位置时，停止驱动伺服电机5，若需要调整位置及角度，则通过伺服电机5来实现即可；在外界直线电机驱动或丝杠驱动下，直线滑块2带动键合头装置实现Z向运动，到达合适位置时，停止驱动；通过第一通气孔11向气缸内通气，气体压力驱动活塞10运动，活塞10带动真空吸杆8向下运动对芯片22进行键合。
本发明提供的键合头装置采用合理的设计，将作为旋转电机的伺服电机5安装于主体的一侧，减少了键合头装置的Z向尺寸以及安装空间，对各个部件的尺寸优化有重要意义；且本发明采用花键轴结构7作为导向系统，可以保证真空吸杆8高精度的直线运动，从而可以提高对芯片22操作时的精度。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种键合头装置，其特征在于，包括：装置本体(1)，用于与外界驱动相连的直线滑块(2)，用于连接所述装置本体(1)、直线滑块(2)的固定支架(3)；
所述装置本体(1)包括：气缸结构(4)、接受外界驱动控制的伺服电机(5)、传动结构(6)、花键轴结构(7)以及用于吸附芯片(22)的真空吸杆(8)；其中，
所述传动结构(6)包括主动轮(12)与从动轮(13)；
所述花键轴结构(7)包括：套筒(14)、滚珠(15)以及与所述套筒(14)相配合的花键轴(16)；所述花键轴(16)包括外轴(17)与内轴(18)，所述外轴(17)套设在所述内轴(18)上，所述内轴(18)两端均穿出所述外轴(17)；所述内轴(18)的一端与所述气缸结构(4)固定连接；
所述伺服电机(5)的输出端与所述传动结构(6)的主动轮(12)连接；所述传动结构(6)的从动轮(13)与所述花键轴(16)连接；所述内轴(18)的另一端穿出所述从动轮(13)与所述真空吸杆(8)连接；
所述气缸结构(4)固定在所述花键轴结构(7)的上方并与所述花键轴结构(7)相配合形成一封闭结构。
2.如权利要求1所述的键合头装置，其特征在于，所述气缸结构(4)包括：气缸本体(9)以及位于所述气缸本体(9)内部的活塞(10)；
所述气缸本体(9)上设有用于驱动所述活塞(10)的第一通气孔(11)所述活塞(10)、内轴(18)、真空吸杆(8)均设有相通的真空通道(19)，所述气缸本体(9)上设有与所述真空通道(19)相通的第二通气孔(20)。
3.如权利要求2所述的键合头装置，其特征在于，所述内轴(18)的一端与所述活塞(10)固定连接，并随所述活塞(10)做Z向运动。
4.如权利要求1所述的键合头装置，其特征在于，所述直线滑块(2)与外界直线电机驱动相连或丝杠驱动相连。
5.如权利要求2所述的键合头装置，其特征在于，所述第一通气孔(11)外设有用于调节气缸结构(4)内部压力的比例电气阀。
6.如权利要求1所述的键合头装置，其特征在于，所述传动结构(6)为带轮结构或齿轮结构。
7.如权利要求1所述的键合头装置，其特征在于，所述外轴(17)内侧设有用于卡合所述内轴(18)的Z向的卡槽，所述卡槽贯穿所述外轴(17)。
8.如权利要求7所述的键合头装置，其特征在于，所述卡槽设有四个。
9.如权利要求1所述的键合头装置，其特征在于，所述内轴(18)与所述真空吸杆(8)通过吸杆联轴器(21)固定连接。
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