CN108213687A - 全自动引线键合机焊头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动引线键合机焊头，解决了在引线楔焊中存在的微小力输出稳定性差和控制调节难的问题。包括电机固定架（19）、音圈电机、工业控制机和引线键合超声换能器，在引线键合超声换能器的右端设置有压电陶瓷（10），在引线键合超声换能器的左端连接有劈刀（11），音圈电机定子（6）是倒置地固定吊接在微小力执行机构安装板（1）的下端面上的，弹性变形矩形块（2）连接在微小力执行机构安装板与换能器安装套（9）之间，音圈电机动子（7）的顶端面与换能器安装套的顶端面顶接，压电陶瓷、音圈电机和位置传感器（8）分别与工业控制机电连接在一起。本发明在整个压力行程内，压力控制稳定可靠，重复性好。

Description

全自动引线键合机焊头

技术领域

本发明涉及一种引线键合机，特别涉及一种引线键合机的焊头。

背景技术

全自动引线键合机通过完成芯片和基板的吸附定位，劈刀与基板焊盘的精确对位，能同时实现引线键合、基板加热、自动送丝、压力控制等功能，以实现芯片间的引线互联。目前大多是手动设备，采用的是气缸和弹簧调节，手动加压的方式，在自动楔焊键合使用上，手动加压已不可用，气缸调节反应偏慢，不能满足高速的自动楔焊键合的需求，而且采用的普通弹簧加压方式，输出压力变化大，导致键合焊点不稳定。

发明内容

本发明提供了一种全自动引线键合机焊头，解决了在引线楔焊中存在的微小力输出稳定性差和控制调节难的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种全自动引线键合机焊头，包括电机固定架、音圈电机、工业控制机和引线键合超声换能器，在电机固定架上分别设置有电机和轴承，在轴承中设置有旋转轴，在旋转轴上设置有带轮，在带轮与电机的输出轴之间设置有传动皮带，在旋转轴的下端连接有固定圈，在引线键合超声换能器的右端设置有压电陶瓷，在引线键合超声换能器的左端连接有劈刀，在弹性变形矩形块上设置有上下垂直方向上的音圈电机通过孔，在弹性变形矩形块的左端设置有左螺纹孔，在弹性变形矩形块的右端设置有右螺纹孔，音圈电机定子是倒置地固定吊接在固定圈的下端面上的，左连接螺栓通过弹性变形矩形块的左端设置的左螺纹孔将弹性变形矩形块的左端与固定圈连接在一起，弹性变形矩形块的右端通过右螺纹孔中的右连接螺栓与换能器安装套固定连接在一起，在换能器安装套中设置有引线键合超声换能器，在弹性变形矩形块上设置的音圈电机通过孔中设置有音圈电机定子，音圈电机动子的顶端面与换能器安装套的顶端面顶接在一起，在换能器安装套的右端设置有位置测量龙门架，位置测量龙门架是通过龙门架连接螺栓与换能器安装套固定连接在一起的，在位置测量龙门架的顶梁下方的固定圈上设置有位置传感器，压电陶瓷、音圈电机和位置传感器分别与工业控制机电连接在一起。

在由铍青铜材料制成的弹性变形矩形块中设置有前后水平方向上的工字型凹槽通孔。

本发明使用铍青铜材料的弹性变形矩形块即板簧，提高了全自动引线键合机焊头劈刀的弹性性能和稳定性，采用的具有无限分辨率的音圈电机使引线楔焊微小力输出范围控制在5-150克力，压力控制分辨率±3克力，并且在整个压力行程内，压力控制稳定可靠，重复性好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；图2是本发明弹性变形矩形块2的结构示意图；

图3是本发明在弹性变形矩形块2变形前的结构原理示意图；图4 是本发明在弹性变形矩形块2变形后的结构原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种全自动引线键合机焊头，包括电机固定架19、音圈电机、工业控制机和引线键合超声换能器，在电机固定架19上分别设置有电机18和轴承20，在轴承20中设置有旋转轴15，在旋转轴15上设置有带轮16，在带轮16与电机18的输出轴之间设置有传动皮带17，在旋转轴15的下端连接有固定圈1，在引线键合超声换能器的右端设置有压电陶瓷10，在引线键合超声换能器的左端连接有劈刀11，在弹性变形矩形块2上设置有上下垂直方向上的音圈电机通过孔3，在弹性变形矩形块2的左端设置有左螺纹孔4，在弹性变形矩形块2的右端设置有右螺纹孔5，音圈电机定子6是倒置地固定吊接在固定圈1的下端面上的，左连接螺栓通过弹性变形矩形块2的左端设置的左螺纹孔4将弹性变形矩形块2的左端与固定圈1连接在一起，弹性变形矩形块2的右端通过右螺纹孔5中的右连接螺栓与换能器安装套9固定连接在一起，在换能器安装套9中设置有引线键合超声换能器，在弹性变形矩形块2上设置的音圈电机通过孔3中设置有音圈电机定子6，音圈电机动子7的顶端面与换能器安装套9的顶端面顶接在一起，在换能器安装套9的右端设置有位置测量龙门架13，位置测量龙门架13是通过龙门架连接螺栓12与换能器安装套9固定连接在一起的，在位置测量龙门架13的顶梁下方的固定圈1上设置有位置传感器8，压电陶瓷10、音圈电机和位置传感器8分别与工业控制机电连接在一起。

在由铍青铜材料制成的弹性变形矩形块2中设置有前后水平方向上的工字型凹槽通孔14。

本发明的音圈电机在工控机的控制下，音圈电机的动子向下运动，通过顶接换能器安装套9，带动引线键合超声换能器向下运动，使劈刀11完成焊接动作。在换能器安装套9向下运动过程中，换能器安装套9牵引弹性变形矩形块2的右端向下运动，使弹性变形矩形块2中的工字型槽14产生变形，导致弹性变形矩形块2对换能器安装套9产生向上的牵引力，实现了微小压力的稳定输出；同时换能器安装套9向下运动带动位置测量龙门架13向下运动，位置传感器8测得位置测量龙门架13向下的位移量并传送给工控机，工控机通过判断位移量的大小以实现控制和报警，采用弹性变形矩形块2加音圈电机的设计方案，把音圈电机设计在测力的最前端，减少力的传递环节。

所述的弹性变形矩形块2的内部开“工”字型槽，有效的增强了其上下方向上的弹性性能。其材料是铍青铜，铍青铜是沉淀硬化性合金，固溶时效处理后具有很高的强度、硬度、弹性极限和疲劳极限，弹性滞后小，并具有耐蚀特性。这些特性很好的提高了板簧的弹性性能、可恢复性能以及稳定性，有效的延长了其工作寿命。

所述的音圈电机是一种直接驱动电机，除了和直线电机一样避免了传动环节存在间隙等不足外，在理论上具有无限分辨率，还有无滞后、高响应、高速度、高加速度、力特性稳定和控制方便等优点，更适于驱动频繁启停的微小力输出机构。所述音圈电机满足引线楔焊键合微小力输出范围控制在5-150gf（克力），压力控制分辨率±3gf的要求，并且在整个压力行程内，压力控制稳定可靠，重复性好。

一种全自动引线键合机焊头中的引线楔焊微小力输出机构的工作方法，包括以下步骤：

第一步、在由铍青铜材料制成的弹性变形矩形块2中设置水平方向的工字型凹槽通孔14，在弹性变形矩形块2上设置沿上下垂直方向的音圈电机通过孔3，在弹性变形矩形块2的左端设置左螺纹孔4，在弹性变形矩形块2的右端设置右螺纹孔5，音圈电机定子6倒置固定吊接在固定圈1的下端面上，左连接螺栓通过弹性变形矩形块2 的左端设置的左螺纹孔4将弹性变形矩形块2 的左端与固定圈1的下端面连接，弹性变形矩形块2的右端通过右螺纹孔5中的螺栓与换能器安装套9固定连接，在换能器安装套9中设置有引线键合超声换能器，在弹性变形矩形块2上设置的沿上下垂直方向的音圈电机通过孔3中设置有音圈电机定子6，音圈电机动子7的顶端面与换能器安装套9的顶端面顶接在一起，在换能器安装套9的右侧设置有位置测量龙门架13，位置测量龙门架13是通过龙门架连接螺栓12与换能器安装套9固定连接在一起，在位置测量龙门架13的顶梁下方的固定圈1上设置有位置传感器8，压电陶瓷10、音圈电机和位置传感器8分别与工控机电连接；

第二步、工控机向音圈电机发出启动指令，音圈电机动子7向下伸出，带动换能器安装套9向下运动，动换能器安装套9带动弹性变形矩形块2的右端向下运动，使弹性变形矩形块2中的工字型槽14产生变形，弹性变形矩形块2对换能器安装套9产生一个向上的牵引力，与换能器安装套9受到音圈电机动子7向下的压力达到平衡，实现了微小力的精确稳定输出；第三步、在换能器安装套9向下运动同时，位置传感器8测得位置测量龙门架13的向下

位移量并传送给工控机，若该位移量超过预先设定的阈值，则工控机发出报警信号。

本发明引线键合压力的施加措施主要通过控制音圈电机的力矩来完成。其具体过程为，首先利用测高机制使垂直方向接触到需要施加压力的物体，然后通过控制音圈电机的力矩增加或减小来实现引线楔焊微小力输出的控制。在焊接过程中，劈刀11通过向下微小的位移来实现微小压力的输出，在这个过程中位置传感器8的值从H1变化为H2。ΔH=H1-H2不仅显示了劈刀垂直方向的微小位移，同时也反映了每个焊点塑性变形量的大小。所述位置传感器8是一种具有集成温度补偿的高分辨率的传感器，实现了键合压力的灵敏反馈。同时采用压力输出闭环控制方式，有效提高键合压力的稳定性和精确性。确保焊接质量以及每个焊点的塑形变形量一致性。

所述的音圈电机具有无滞后、高响应、高速度、高加速度、力特性稳定和控制方便等优点，音圈电机采用较大的电常数，可以很大电流控制很小力（5-150gf）输出，适于驱动频繁启停的微小力输出机构。使引线楔焊微小力输出范围控制在5-150gf，压力控制分辨率±3gf，并且在整个压力行程内，压力控制稳定可靠，重复性好。

Claims (2)

1.一种全自动引线键合机焊头，包括电机固定架（19）、音圈电机、工业控制机和引线键合超声换能器，在电机固定架（19）上分别设置有电机（18）和轴承（20），在轴承（20）中设置有旋转轴（15），在旋转轴（15）上设置有带轮（16），在带轮（16）与电机（18）的输出轴之间设置有传动皮带（17），在旋转轴（15）的下端连接有固定圈（1），在引线键合超声换能器的右端设置有压电陶瓷（10），在引线键合超声换能器的左端连接有劈刀（11），其特征在于，在弹性变形矩形块（2）上设置有上下垂直方向上的音圈电机通过孔（3），在弹性变形矩形块（2）的左端设置有左螺纹孔（4），在弹性变形矩形块（2）的右端设置有右螺纹孔（5），音圈电机定子（6）是倒置地固定吊接在固定圈（1）的下端面上的，左连接螺栓通过弹性变形矩形块（2）的左端设置的左螺纹孔（4）将弹性变形矩形块（2）的左端与固定圈（1）连接在一起，弹性变形矩形块（2）的右端通过右螺纹孔（5）中的右连接螺栓与换能器安装套（9）固定连接在一起，在换能器安装套（9）中设置有引线键合超声换能器，在弹性变形矩形块（2）上设置的音圈电机通过孔（3）中设置有音圈电机定子（6），音圈电机动子（7）的顶端面与换能器安装套（9）的顶端面顶接在一起，在换能器安装套（9）的右端设置有位置测量龙门架（13），位置测量龙门架（13）是通过龙门架连接螺栓（12）与换能器安装套（9）固定连接在一起的，在位置测量龙门架（13）的顶梁下方的固定圈（1）上设置有位置传感器（8），压电陶瓷（10）、音圈电机和位置传感器（8）分别与工业控制机电连接在一起。

2.根据权利要求1所述的一种全自动引线键合机焊头，其特征在于，在由铍青铜材料制成的弹性变形矩形块（2）中设置有前后水平方向上的工字型凹槽通孔（14）。