CN110335836A - 焊线控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种焊线控制装置，包括：第一PCB板，打火模块，设置在第一PCB板上；打火模块包括第一打火电极和第二打火电极，第一打火电极用于连接金线，第二打火电极用于连接打火杆，打火模块用于在焊接前输出高压打火信号，以使金线的焊接端和打火杆之间击穿放电并在焊接端形成金球。焊线检测模块，设置在第一PCB板上，用于在焊接后向金线输出检测信号，检测信号用于检测金线的焊接效果。控制模块，设置在第一PCB上，用于控制打火模块输出高压打火信号，以及控制焊线检测模块输出检测信号。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种焊线控制装置。
背景技术
随着半导体产业的飞速发展，市场对半导体封装设备的需求也越来越大。其中，焊线机是半导体封装领域中的重要设备，其功能是采用金线将晶圆内部电路与芯片管脚进行焊接。焊线机包括EFO(Electronic Fire Off，电子打火)打火烧球控制箱，和NSB/BSD(NonStick Bond/Bon Stick Detection，不粘键/粘键检测)检测箱。其中EFO打火烧球控制箱用于将金线烧球，使得金线易于焊接到晶圆电极上，NSB/BSD检测箱用于对焊点进行检测，判断金线是否焊接到晶圆上。
在实践中，发明人发现，EFO打火烧球控制箱和NSB/BSD检测箱电气配线多，连接复杂，不利于焊线机的生产和维护。
发明内容
基于此，有必要针对上述
本发明实施例提供一种焊线控制装置，其特征在于，包括：
第一PCB板，
打火模块，设置在第一PCB板上；打火模块包括第一打火电极和第二打火电极，第一打火电极用于连接金线，第二打火电极用于连接打火杆，打火模块用于在焊接前输出高压交流打火信号，以使金线的焊接端和打火杆之间击穿放电并在焊接端形成金球；
焊线检测模块，设置在第一PCB板上，用于在焊接后向金线输出检测信号，检测信号用于检测金线的焊接效果；
控制模块，设置在第一PCB上，用于控制打火模块输出高压打火信号，以及控制焊线检测模块输出检测信号。
在其中一个实施例中，焊线控制装置还包括第二PCB板，第一PCB板设有第一安装部，第二PCB板安装在第一安装部上，控制模块和焊线检测模块均设置在第二PCB板上。
在其中一个实施例中，第一PCB板上还设有变压模块，用于对电源电压进行转换，并分别向打火模块、焊线检测模块以及控制模块提供对应的工作电压。
在其中一个实施例中，变压模块包括工频变压器和整流滤波电路；工频变压器用于对工频电源进行电压转换，整流滤波电路用于对工频变压器转换后的电压进行整流和滤波并分别输出至打火模块、焊线检测模块以及控制模块。
在其中一个实施例中，焊线控制装置还包括继电器，继电器的第一开关端用于连接金线，第二开关端连接第一打火电极，第三开关端连接焊线检测模块的输出端，控制端连接控制模块；继电器用于在控制模块的控制下选择导通第一开关端和第二开关端，或者选择导通第一开关端和第三开关端。
在其中一个实施例中，焊线控制装置还包括第三PCB板，第一PCB板上还设有第二安装部；第三PCB板安装在第二安装部上，打火模块设置在第三PCB板上。
在其中一个实施例中，焊线控制装置还设有屏蔽盒，屏蔽盒固定在第一PCB板上；第三PCB板和打火模块均设置在屏蔽盒内。
在其中一个实施例中，第一PCB板上设有指示灯，指示灯与控制模块电连接。
在其中一个实施例中，第一安装部设有双排弯插排母，第二PCB板通过双排弯插排母与第一PCB板连接。
在其中一个实施例中，控制模块还用于与上位机连接，用于根据上位机的控制信号控制打火模块以及焊线检测模块工作。
上述焊线控制装置，通过将打火模块和焊线检测模块均设置在第一PCB板上，实现了EFO打火烧球以及NSD/BSD检测功能的集成，即一个控制装置实现打火烧球控制以及不粘检测控制，降低了分立装置的硬件成本，也节省了分立装置之间复杂的连线，提高了生产效率，便于维护和管理。
附图说明
图1为本发明一个实施例焊线控制装置的模块示意图；
图2为本发明另一个实施例焊线控制装置的模块示意图；
图3为本发明一个实施例焊线控制装置的模块示意图；
图4为本发明一个实施例焊线控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供一种焊线控制装置，包括第一PCB(PrintedCircuitBoard,印制电路板)板1、打火模块2、焊线检测模块3以及控制模块4。
其中，第一PCB板1用于为电子元件提供布设空间。第一PCB板1上设有印刷电路布线，印刷电路布线用于连接设置在第一PCB板1上的各个电子元器件。可选地，第一PCB板1可以采用单层板，即第一PCB板1只布设一层印刷电路布线，电子元器件集中设置在第一PCB板1的其中一面。可选地，第一PCB板1也可以采用双层板，即第一PCB板1上布设两层印刷电路布线，电子元器件可以集中设置在第一PCB板1的其中一面，也可以依实际情况在第一PCB板1的两面都设置电子元器件。当然，第一PCB板1也可以采用多层板，即第一PCB板1布设有两层以上的印刷电路布线，这样可以增加布线面积，提高装置的集成度。
打火模块2设置在第一PCB板1上，用于将金线6打火，使金线6的焊接端形成金球，便于焊接。其中，打火模块2包括第一打火电极和第二打火电极。第一打火电极用于连接金线6，第二打火电极用于连接打火杆5。打火模块2通过对第一打火电极和第二打火电极之间施加高压，使得打火杆5和金线6之间击穿空气形成放电回路，放电产生的高温使金线6的末端，也就是金线6的焊接端熔化形成金球，即自由空气焊球(Free Air Ball,FAB)。金球的作用是增加金线6与焊接件之间的接触面积，以提高焊接成功率以及降低焊接的接触电阻，因此，金球的好坏将影响焊线的质量。可选地，第一打火电极用于连接金线6，可以是直接连接，即第一打火电极直接接触金线6实现导电连接；也可以间接连接，即第一打火电极和金线6分别连接到共同的电位或者共同的导体，比如，第一打火电极和金线6共同接地，或者第一打火电极和金线6共同连接到外部公共电极。同样地，第二打火电极用于连接打火杆5，也可以是直接连接或者间接连接，再次不再赘述。
可选地，可以设置打火模块2进行正电压电子打火，即第二打火电极输出高电压，第一打火电极输出低电压，使得打火杆5相对于金线6为正电压，击穿打火时正电荷气体离子轰击金线6形成导电回路，产生高温使金线6末端形成金球。也可以设置打火模块2进行负电压电子打火，即第二打火电极输出低电压，第一打火电极输出高电压，使得打火杆5相对于金线6为负电压，击穿打火时，正电荷气体离子轰击打火杆5形成导电回路，产生高温使金线6形成金球。可选地，在设置负电压电子打火时，可以设置金线6接地，即第一打火电极接地，第二打火电极输出负高压，使得打火杆5相对金线6为负电压进行打火。负电压电子打火能够降低金线6被离子轰击产生的融金溅射，避免溅射的融金破坏金线6传输机构；另外，负电压电子打火还能使金球大小更容易控制，从而提高金球大小的一致性。
焊线检测模块3设置在第一PCB板1上，用于向金线6输出检测信号，检测信号用于检测金线6是否焊接到焊接件上。可选地，可设置反馈端对检测信号进行反馈，根据反馈结果，可以判断金线6的焊接效果。当金线6焊接上焊接件后，其金线6与焊接件的等效电阻和等效电容均与金线6未焊接到焊接件上的等效电阻和等效电容不同，这使得检测信号在金线6焊接到焊接件之前和之后发生变化，可选地，可以对金线6接收的检测信号进行采样检测，根据检测信号的变化判断金线6是否已经焊接到焊接件上。可选地，也可以在焊线检测模块3内部对焊接检测模块的输出端进行采样反馈，根据相同的原理从检测信号的变化判断金线6是否已经焊接到焊接件上。可选地，对检测信号采样后，可以通过人工判断焊接是否成功，也可以通过预设的程序结合控制芯片进行自动判断。
控制模块4是任意能够控制打火模块2和焊线检测模块3工作的装置。比如，可以将控制模块4配置为控制芯片或者微处理器，对打火模块2和焊线检测模块3进行控制；再比如，也可以将控制模块4配置为能够独立控制打火模块2和焊线检测模块3工作的控制开关，人工控制打火模块2和焊线检测模块3工作。当然，当将控制模块4配置为控制芯片或者微处理时，为提硬件高集成度，也可以将控制芯片或者微处理器配置为对焊线检测模块3检测信号的反馈结果进行处理，判断金线6是否焊接到焊接件上，从而节省硬件成本。
本发明实施例提供的焊线控制装置，将打火模块2和焊线检测模块3集成设置于同一个PCB板上，实现了EFO打火烧球以及焊线检测功能的集成。相对于传统将打火模块2和焊线检测模块3分立设置的方案，还节省了分立的打火模块2和焊线检测模块3的外部连线，节省硬件成本，提高了生产效率，而且便于维护和管理。
参考图2所示，在其中一个实施例中，焊线控制装置还包括第二PCB板7。第一PCB板1设有第一安装部，第二PCB板7通第一安装部安装在第一PCB板1上。其中，控制模块4和焊线检测模块3均设置在第二PCB板7上。其中，第一安装部可以是第一PCB板1上的固定结构，比如在第一PCB板1上开设用于与其他PCB板配合连接的螺孔或者焊接孔。第一安装部还可以是设置在第一PCB板1上用于固定其他PCB板的连接器，比如可以在第一PCB板1上设置母座连接器，与母座连接器对应的公座连接器设置在第二PCB板7上，母座连接器和公座连接器相互配合将第一PCB板1和第二PCB板7固定连接；也可以在第一PCB板1上设置母座插槽，第二PCB板7对应母座插槽设置匹配的金手指插拔端，以插拔方式安装在第一PCB板1上。可选地，第二PCB板7通过连接器垂固定安装于第一PCB板1上，并与第一PCB板1垂直。通过将控制模块4和焊线检测模块3设置在第二PCB板7上，充分利用了空间布局，节省了单个PCB板的占用面积，也降低了PCB制板难度，节省制作成本。同时，由于打火模块2产生高压放电进行打火，是高压模块，通过将焊线检测模块3和控制模块4设置在第二PCB板7上，能够将低电压模块与高电压模块进行分离，降低高低电压模块之间的影响。
参考图3所示，在其中一个实施例中，第一PCB板1上还设有变压模块。变压模块用于对电源91电压进行转换，并分别向打火模块2、焊线检测模块3以及控制模块4提供对应的工作电压。可选地，变压模块可以包括多个变压单元，比如包括第一变压单元、第二变压单元以及第三变压单元，第一变压单元向打火模块2提供对应的工作电压，第二变压单元向焊线检测模块3提供对应的工作电压，第三变压单元向控制模块4提供对应的工作电压。可选地，变压模块也可以包括一个可以多路输出的变压单元，比如，变压模块可配置为多路输出的变压芯片，变压芯片的第一路输出向打火模块2提供对应的工作电压，第二路输出向焊线检测模块3提供对应的工作电压，第三路输出向控制模块4提供对应的工作电压。本发明实施例在第一PCB板1上设置变压模块，对外部电源91进行统一管理，从而不需额外接入多个电源91分别向打火模块2、焊线检测模块3以及控制模块4供电，简化了外部连接，提高了焊线操作效率。
在其中一个实施例中，变压模块包括工频变压器11和整流滤波电路12。其中，工频变压器11是能够对工频电源进行电压转换的变压器，用于对工频电源进行电压转换，从而提供分别与打火模块2、焊线检测模块3以及控制模块4相匹配的电源电压。其中，工频电源包括50Hz电源和60Hz电源。整流滤波电路12用于对工频变压器11转换后的电压进行整流和滤波，并将整流和滤波后的电压分别输出至打火模块2、焊线检测模块3以及控制模块4。可选地，工频变压器11将工频电源转换为向打火模块2供电的第一电压、向焊线检测模块3供电的第二电压以及向控制模块4供电的第三电压，整流滤波电路12对工频变压器11转换后的电压进行整流和滤波，即将整流和滤波后的第一电压输出至打火模块2，将整流和滤波后的第二电压输出至焊线检测模块3，将整理和滤波后的第三电压输出至控制模块4。
在其中一个实施例中，焊线控制装置还包括继电器14。继电器14用于选择切换至打火模块2工作或者选择切换至焊线检测模块3工作，即打火模块2和焊线检测模块3均通过继电器14连接金线6。其中，继电器14的第一开关端用于连接金线6，继电器14的第二开关端连接第一打火电极，继电器14的第三开关端连接焊线检测模块3的输出端，继电器14的控制端连接控制模块4。在控制模块4的控制下，继电器14选择导通第一开关端和第二开关端，以使第一打火电极向金线6打火，实现金线6烧球；或者选择导通第一开关端和第三开关端，以使焊线检测模块3向金线6发出检测信号，实现焊线检测。
在其中一个实施例中，焊线控制装置还包括第三PCB板8。第一PCB板1上还设有第二安装部，第三PCB板8安装在第二安装部上，打火模块2设置在第三PCB板8上。其中，第二安装部可以是第一PCB板1上的固定结构，比如在第一PCB板1上开设用于与其他PCB板配合连接的螺孔或者焊接孔。第二安装部还可以是设置在第一PCB板1上用于固定其他PCB板的连接器，比如可以在第一PCB板1上设置母座连接器，与母座连接器对应的公座连接器设置在第三PCB板8上，母座连接器和公座连接器相互配合将第一PCB板1和第三PCB板8固定连接；也可以在第一PCB板1上设置母座插槽，第三PCB板8对应母座插槽设置匹配的金手指插拔端，以插拔方式安装在第一PCB板1上。可选地，第一PCB板1设有安装孔，第三PCB板8通过固定柱安装在安装孔上，实现第一PCB板1与第三PCB板8之间的固定连接,并且第一PCB板1与第三PCB板8平行。第三PCB板8安装在第一PCB板1上，充分利用立体空间，节省了单个PCB板的占用面积，降低了PCB板制板难度，节省制作成本。同时，将打火模块2设置在第三PCB板8上，实现了高电压模块和低电压模块之间的分离，降低高低压模块之间的影响。
在其中一个实施例中，打火模块2还设有屏蔽盒21。屏蔽盒21固定在第一PCB板1上，第三PCB板8和打火模块2均设置在屏蔽盒21内。其中，屏蔽盒21通过固定柱安装在第一PCB的安装孔上。可选地，打火模块2通过连接器与第一PCB板1电连接，控制模块4、焊线检测模块3均通过对应的连接器与第一PCB板1电连接，打火模块2、控制模块4以及焊线检测模块3通过第一PCB板1间接电连接，以实现三者之间的通信。本发明实施例通过将打火模块2和第三PCB板8设置于屏蔽盒内，将高低压信号进行分离，屏蔽盒将打火模块2高压产生的电磁干扰进行屏蔽，从而提高了焊线控制装置各模块之间的电磁兼容特性。
在其中一个实施例中，第一PCB板1上还设有指示灯，指示灯于控制模块4电连接。指示灯用于根据控制模块4的命令指示焊线控制装置各模块的工作状态。
在其中一个实施例中，第一安装部设有双排弯插排母，第二PCB板7通过双排弯插排母于第一PCB板1连接。其中，双排弯插排母为2×25PIN弯插排母。
在其中一个实施例中，控制模块4还用于与上位机92连接，控制模块4用于根据上位机92的控制信号控制打火模块2和焊线检测模块3工作。
在其中一个实施例中，第一PCB板1的大小尺寸为长200mm，宽192mm。可选地，第二PCB板7的大小尺寸为长202.5mm，宽80mm。可选地，第三PCB板8的大小尺寸为长125mm，宽96mm。可选地，屏蔽盒的大小尺寸为长138.5mm，宽104.5mm，高63mm。
在其中一个实施例中，焊线控制装置还包括外壳，第一PCB板1、第二PCB板7、第三PCB板8、控制模块4、打火模块2以及焊线检测模块3等各组成部分均设置于外壳内。可选地，外壳的大小尺寸为长282mm，宽213mm，高97mm。外壳包括底板和前板，第一PCB板1通过固定孔固定于底板上。底板还设有PCB固定柱，PCB固定柱从底板向外壳内部延伸并穿过第一PCB板1。PCB固定柱末端设有固定孔，第二PCB通过螺柱与固定孔固定连接。第二PCB板7上还设有DB25连接器13，控制模块4通过DB25连接器13与上位机92通信连接，同时，DB25连接器13上设有插头螺丝，第二PCB板7通过DB25连接器13的插头螺丝固定于外壳前板上。可选地，工频变压器11的通过minifit连接器连接到第一PCB板1上，并通过第一PCB板1的布线分别向打火模块2、焊线检测模块3以及控制模块4提供对应的电压。可选地，打火模块2通过双排指针连接到第一PCB板1上，并通过第一PCB板1的布线接收来自控制模块4的控制信号，以及接收来自工频变压器11的供电电压。可选地，第二PCB板7上设置的指示灯采用八灯座的LED指示灯，指示灯的外形尺寸为4.4mm×6.3mm×7.5mm。可选地，第二PCB板7上还设有双排直插排母，双排直插排母用于连接第二PCB板7和焊线检测模块3，并使焊线检测模块3固定于第二PCB板7上。可选地，双排直插排母规格为2×18PIN排母，针孔间距2.54mm。
可选地，第一PCB板1上还设有可控恒流源电路，用于在打火杆5和金线6放电击穿后维持打火杆5和金线6之间的导通，输出恒定的导通电流以使金线6形成烧球。第一PCB板1还设有采样反馈电路，用于在打火杆5和金线6放电击穿后的导通电流进行采样并反馈至控制模块4，以使控制模块4维持导通电流为预设的电流值。可选地，工频变压器11将输入的工频220V电源转换为445V、60V和13V交流电源，其中，13V交流电源经整流滤波电路12的整流滤波和稳压后，输出12V直流电压至可控恒流源电路和采样反馈电路，为可控恒流源电路和采样反馈电路供电。445V和60V电压经整流滤波之后输出至打火模块2向打火模块2供电。
可选地，第一PCB板1上还设有脉宽调制电路(Pulse Width Modulation，PWM)。打火模块2包括推挽逆变电路。控制模块4包括dsPIC33F芯片及其外围电路。控制模块4通过DB25接口与上位机92进行通信，当收到上位机92的打火控制信号后，控制模块4控制脉宽调制电路向推挽逆变电路输出双路互补调制脉冲驱动信号，控制推挽逆变电路输出高频高压交流电，经整流滤波后向第一打火电极和第二打火电极输出高压打火电压，以实现打火杆5和金线6之间的击穿放电。同时，控制模块4还根据预设的打火电压、烧球电流等打火参数控制对应的外围电路进行数模转换，将转换后的模拟信号输出至可控恒流源电路和反馈采样电路，在打火杆5和金线6击穿放电时起动可控恒流源控制打火杆5和金线6之间以预设的烧球电流维持导通，进行金线6烧球。当持续预设的烧球时间后停止输出烧球电流，即完成金线6烧球。在金线6焊接过程中，第一焊焊接完成后，控制模块4启动焊线检测模块3对金线6焊接进行检测。可选的，若第一焊焊接正常，金线6与焊接件会形成回路，使得焊线检测模块3输出的检测信号发生变化。比如，可采用焊接件接地，如果金线6与焊接件焊接正常，那么金线6与地之间等效与接入一个电阻，形成回路，从而将输出的检测信号电压拉低，此时检测模块采样检测信号的电压，如果检测信号的电压低于预设的电压阈值，则判定第一焊焊接正常，若检测信号的电压高于预设电压阈值，则判定第一焊焊接异常。可选地，可以通过指示灯指示焊接状态。可选地，脉宽调制电路为TL494脉宽调制电路。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种焊线控制装置，其特征在于，包括：
第一PCB板，
打火模块，设置在所述第一PCB板上；所述打火模块包括第一打火电极和第二打火电极，所述第一打火电极用于连接金线，所述第二打火电极用于连接打火杆，所述打火模块用于在焊接前输出高压交流打火信号，以使所述金线的焊接端和所述打火杆之间击穿放电并在所述焊接端形成金球；
焊线检测模块，设置在所述第一PCB板上，用于在焊接后向所述金线输出检测信号，所述检测信号用于检测所述金线的焊接效果；
控制模块，设置在所述第一PCB上，用于控制所述打火模块输出所述高压打火信号，以及控制所述焊线检测模块输出所述检测信号。
2.根据权利要求1所述的焊线控制装置，其特征在于，还包括第二PCB板，所述第一PCB板设有第一安装部，所述第二PCB板安装在所述第一安装部上，所述控制模块和所述焊线检测模块均设置在所述第二PCB板上。
3.根据权利要求2所述的焊线控制装置，其特征在于，所述第一PCB板上还设有变压模块，用于对电源电压进行转换，并分别向所述打火模块、所述焊线检测模块以及所述控制模块提供对应的工作电压。
4.根据权利要求3所述的焊线控制装置，其特征在于，所述变压模块包括工频变压器和整流滤波电路；所述工频变压器用于对工频电源进行电压转换，所述整流滤波电路用于对所述工频变压器转换后的电压进行整流和滤波并分别输出至所述打火模块、所述焊线检测模块以及所述控制模块。
5.根据权利要求3所述的焊线控制装置，其特征在于，还包括继电器，所述继电器的第一开关端用于连接所述金线，第二开关端连接所述第一打火电极，第三开关端连接所述焊线检测模块的输出端，控制端连接所述控制模块；所述继电器用于在所述控制模块的控制下选择导通所述第一开关端和所述第二开关端，或者选择导通所述第一开关端和第三开关端。
6.根据权利要求1-5任一项所述的焊线控制装置，其特征在于，还包括第三PCB板，所述第一PCB板上还设有第二安装部；所述第三PCB板安装在所述第二安装部上，所述打火模块设置在所述第三PCB板上。
7.根据权利要求6所述的焊线控制装置，其特征在于，还设有屏蔽盒，所述屏蔽盒固定在所述第一PCB板上；所述第三PCB板和所述打火模块均设置在所述屏蔽盒内。
8.根据权利要求7所述的焊线控制装置，其特征在于，所述第一PCB板上设有指示灯，所述指示灯与所述控制模块电连接。
9.根据权利要求8所述的焊线控制装置，其特征在于，所述第一安装部设有双排弯插排母，所述第二PCB板通过所述双排弯插排母与所述第一PCB板连接。
10.根据权利要求9所述的焊线控制装置，其特征在于，所述控制模块还用于与上位机连接，用于根据上位机的控制信号控制所述打火模块以及所述焊线检测模块工作。
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