CN110650817A - 用于制造焊机组件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造焊接组件(14)的方法，焊接组件(14)包括接触基底(10)的第一接触配对件(11)和放置单元的第二接触配对件(13)之间的多个焊接连接部，放置单元优选为半导体组件(12)，其中，接触配对件(11，13)布置在重叠位置处，以在焊接位置相对于彼此定位第一接触配对件(11)和第二接触配对件(13)，并且通过定位装置(17)将超声焊极(15)移动至与第二接触配对件(13)重合的位置，从而将超声焊极(15)定位在各个焊接位置，超声焊极(15)在焊接接触位置被降低到第二接触配对件(13)上，并经受超声波振动以制造焊接连接部，超声焊极(15)通过设有图像处理装置的摄像装置(29)相对于第二接触配对件(13)以这样的方式定位：基于对超声焊极(15)的超声焊极工作表面通过焊接工艺在参考压印载体上产生的超声焊极压印的位置偏差ΔxSA，ΔySA的确定，将超声焊极(15)相对于第二接触配对件(13)定位。

Description

用于制造焊机组件的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种制造焊接组件的方法，焊接组件包括在接触基底的第一接触配对件和放置单元的第二接触配对件之间的多个焊接连接部，放置单元优选为半导体组件，其中，接触配对件布置在重叠位置处，以在焊接位置将第一接触配对件和第二接触配对件相对于彼此定位。通过定位装置将超声焊极布置在与第二接触配对件重叠的位置，从而将超声焊极定位在各个焊接位置处。在焊接接触位置处，将超声焊极降低到第二接触配对件上，在超声波振动作用下制造焊接连接部。通过设有图像处理装置的摄像装置，超声焊极相对于第二接触配对件以这样的方式定位：基于对超声焊极的超声焊极工作表面通过焊接工艺在参考压印载体上产生的超声焊极压印的位置偏差的确定，将超声焊极相对于第二接触配对件定位。此外，本发明涉及一种用于实现该方法的装置。
背景技术
为了制造电源模组，特别是，其中半导体组件的多个终端与电路基底的相对应数量的终端面电接触，在超声波焊接技术中也进行了连接点的大量自动化生产，通过超声焊极将终端焊接到终端面上，超声焊极依次地朝着以规律的间隔布置在轴上的焊接位置移动，并从各个焊接位置移动抵靠在焊接接触位置布置在终端面上的终端。
这就导致需要尽可能可靠地建立超声焊极与第二接触配对件(即终端)的接触，从而处于用于执行焊接工艺的正确相对位置。由于终端面之间的距离通常与终端之间的距离相同，并且定位装置执行对应于这些距离的分度进给运动，所以只要终端没有错位，例如由于外力而弯曲，超声焊极就可以毫无问题地到达相对于第二接触配对件(即终端)的正确位置。
在目前应用于将半导体组件的终端焊接到基底终端面的自动超声波焊接的方法中，设有图像处理装置的摄像装置用于将超声焊极相对于终端定位，当确定超声焊极相对于第二接触配对件的位置偏差时，允许确定位置偏差的范围，并在超声焊极相对于终端的定位期间进行相应的校正，如有必要。
超声焊极相对于定位装置的定位在更换超声焊极之后变得必要。例如，使用轴测量系统进行超声焊极相对于定位装置的定位，其中，限定接触配对件之间焊接连接部区域的超声焊极工作表面的位置通过在超声焊极上限定的参考边缘距定位装置的相应参考边缘的轴向距离而间接地设置。超声焊极的超声焊极工作表面的任何位置错位通过改变超声焊极相对于定位装置的布置来补偿，例如，通过改变超声焊极如何在超声焊极保持件中夹紧。这涉及到相应的工作量，特别是在更换超声焊极之后。
发明内容
本发明的目的是提供一种方法和装置，允许以较低的工作量来校正超声焊极的错位。
为了达到所述目的，根据本发明的方法具有权利要求1的特征。
根据本发明，超声焊极通过设有图像处理装置的摄像装置以这样方式相对于第二接触配对件定位：基于对超声焊极的超声焊极工作表面通过焊接工艺在参考压印载体上产生的超声焊极压印的位置偏差的确定，将超声焊极相对于第二接触配对件定位。
因此，当将超声焊极定位在焊接位置时，能够补偿错位的超声焊极，无需更换超声焊极或改变超声焊极在超声焊极保持件中的夹紧方式，其中，错位的超声焊极显示出超声焊极工作表面的位置偏差，例如超声焊极工作表面不是居中布置，而是在超声焊极表面中布置在侧向偏移处。相反，使用定位装置能够补偿超声焊极错位，所需补偿的程度取决于超声焊极压印距超声焊极压印在参考压印载体上限定的目标位置的位置偏差的程度。
参考压印载体可以是对应于第二接触配对件的材料条，尤其是就其设计和材料而言。当然，第二个接触配对件也可以作为参考压印载体。
优选地，基于超声焊极相对于第二接触配对件的位置偏差以及基于超声焊极的超声焊极工作表面通过焊接工艺在参考压印载体上产生的超声焊极压印的位置偏差，将超声焊极相对于第二接触配对件定位，使用设有图像处理装置的摄像装置来确定这两个位置偏差。因此，两个位置偏差可由同一装置检测。
如果由所述位置偏差组成的总位置偏差叠加在定位装置的进给路径上，定位装置的进给路径对应于接触基底的第一接触配对件之间的距离，则位置偏差的补偿和用于将超声焊极从一个焊接位置转移到下一个焊接位置的进给运动能够作为单个进给运动来执行。
优选地，在超声焊极相对于定位装置的位置发生变化之后，例如在更换超声焊极之后，确定超声焊极压印的位置偏差，当接近后续的焊接位置时，允许将所确定的位置偏差作为恒定值考虑，以用于后续将超声焊极定位到不同的焊接位置。如果需要，当然也可以在每次焊接工艺之后确定超声焊极压印的位置偏差，并在接近后续焊接位置时将其考虑在内。
根据本发明的装置具有权利要求5的特征。
根据本发明，设有图像处理装置的摄像装置以这样的方式设置在定位装置上：在定位装置依次接近的每个焊接位置中，接触配对件位于由摄像装置限定的图像平面内。
优选地，摄像装置相对于设置在定位装置上的超声焊极保持件的位置是固定的。
附图说明
下面将参照附图更详细地说明本发明的优选实施例。
图1示出了设置在接触基底保持件上的接触基底，接触基底具有两个超声焊极，两个超声焊极通过定位装置相对于接触基底可移位；
图2示出了设置在超声焊极保持件中的超声焊极的侧视图；
图3示出了在初始位置的图2中的超声焊极；
图4示出了在焊接接触位置的图2中的超声焊极；
图5示出了在正确对准的焊接连接部的情况下的超声焊极压印；
图6示出了在错位接触配对件的情况下的超声焊极压印；
图7示出了将超声焊极位置调整到错位的接触配对件后的超声焊极压印；
图8示出了错位的超声焊极的超声焊极压印；
图9示出了错位的超声焊极的超声焊极压印。
具体实施方式
图1是示出接触基底10的俯视图的示意图，接触基底10包括布置在接触行20中且实现为接触表面的多个第一接触配对件11，以及设有形成第二接触配对件13的多个终端13的半导体组件12。为了由接触基底10和半导体组件12制造焊接组件，从半导体组件12的第二接触配对件13在接触基底10的第一接触配对件11上的如图1所示的相对位置开始，将均设有超声焊极15且布置在接触基底10的纵向侧上的超声波焊接单元16依次地移动到第二接触配对件13上方的初始位置，如图1和图3所示，然后通过定位装置17降低到图4所示的焊接接触位置。为此，定位装置17允许超声焊极15沿三个空间轴在x、y和z方向上移动。
图1示出了布置在接触基底10的每个纵向侧上的超声焊极15，在完成第一焊接连接部后，将所述超声焊极15移动到由虚线表示的后续的焊接位置。
图1中的图示出了超声焊极15的初始位置由在X/Y平面内的超声焊极工作表面22的相应位置限定(图2到图4)。从图3和图4的组合视图中可以明显看出，从初始位置开始，在限定的接触压力下，超声焊极15的超声焊极工作表面22被降低到上第二接触配对件13上，进入焊接位置，并且超声焊极15受到超声波振动以执行焊接工艺。
如图5所示，特别地，一旦焊接工艺完成，由于第二接触配对件13借助超声焊极工作表面22而受到超声波振动，在第二接触配对件13上形成超声焊极压印24，超声焊极压印24由超声焊极工作表面22的成型表面在第二接触配对件13的接触表面23上压印造成，导致成型超声焊极工作表面的凹痕(negative)在接触表面23上可见。
在图5中，示出了正确对准的焊接连接部，其中，在第一接触配对件11和第二接触配对件13之间建立了完全重叠，并且在第二接触配对件13的接触表面23上压印了完整的超声焊极压印24。
与图5相比，图6示出了带有位于第二接触配对件13的接触表面23上的不完整的超声焊极压印27的错位焊接连接部，这是由于第二接触配对件13没有如图5所示相对于第一接触配对件11位于其目标位置，如图5所示。例如，这可能是因为第二接触配对件13被弯曲。
当超声焊极15沿着接触行20依次地转移到各个初始位置时，配备有超声焊极15的超声焊极保持件25进行与第一接触配对件11的距离t相对应分度向前运动。半导体组件12的同样布置在行20中的第二接触配对件13的距离t通常与第一接触配对件11的距离相同，因此第二接触配对件13和第一接触配对件11之间的用于执行正确对准的超声波焊接工艺所必需的重叠通常自动地发生。
然而，在实践中，发现第二接触配对件13的偶然错位位置很容易发生，如图1所示，以上接触行20中的中间接触配对件21为例，其中，第二接触配对件13展示了相对于第二接触配对件13的参考边缘26的目标位置(如图5所示)的偏移量ΔxKP(如图6所示)。所述偏移量ΔxKP仅在本示例中在x方向上呈现，并且使得沿着接触行20在x方向上向前移动第一接触配对件11的距离t的超声焊极15现在位于初始位置。在初始位置，超声焊极15没有相对于第二接触配对件13位于允许用于产生图5所示的超声焊极压印24的焊接接触的位置。相反，从超声焊极工作表面22的相对于第二接触配对件13的如图1所示的相对位置开始的焊接接触，导致超声焊极27例如以这样的方式形成如图6所示的超声焊极压印27：对应于超声焊极压印27，仅在接触配对件13的狭窄边缘部分28中形成第一接触配对件11和第二接触配对件13之间的焊接连接部。
如上文参考图1所解释的，超声焊极15被保持在超声焊极保持件25内，超声焊极保持件25通过超声焊极定位装置17在X轴方向上，即沿着接触基底10的接触行20，可移位。超声焊极定位装置17优选地还允许超声焊极15相对于超声焊极保持件25被移位，从而允许超声焊极15和超声焊极工作表面22沿y方向从如图2所示的缩回位置移位到如图3所示的位于接触配对件21上方的初始位置，然后，再利用超声焊极定位装置17，通过Z轴方向的移动，移位至焊接接触位置以实现焊接连接部。
摄像装置29位于超声焊极保持件25上，优选地在超声焊极15上方，摄像装置29的光轴30以这样方式指向接触配对件21：基于第二接触配对件13的参考边缘26的已知目标位置，与摄像装置29相关联的图像处理装置能够确定位置偏差ΔxKP，ΔyKP，并且位置偏差ΔxKP，ΔyKP能够转化为相应的定位信号并被传送至定位装置17，定位装置17将所述定位参数传送至超声焊极保持件25，以使超声焊极15行进定位路径xSK，ySK。为了简化，图6和图7仅显示方向x上的位置偏差。因此，超声焊极15然后位于校正的初始位置，该位置允许超声焊极工作表面22与第二接触配对件13形成焊接接触，产生图7所示的超声焊极压印24。
图5示出了理想焊接接触的形成，其在第二接触配对件13上具有基本上居中的超声焊极压印24。超声焊极压印24的这种相对定位取决于超声焊极15以及特别是产生超声焊极压印24的超声焊极工作表面22的相对于第一接触配对件11的合适相对定位，第一接触配对件由接触基底10的接触表面形成。
因此，在超声焊极更换后，特别是迄今为止，超声焊极15在超声焊极保持件25中的定位需要调整，以补偿超声焊极工作表面22在形成在超声焊极头33上的接触表面31中的布置的任何偏差。特别地，超声焊极工作表面22可以展示出位置偏差，例如超声焊极工作表面22不平行于接触表面31，而是相对于接触表面31倾斜错位角α。如图8所示，这种位置偏差的影响是，例如，即使超声焊极15相对于第一接触配对件11和参考压印载体32准确定位，或者第二接触配对件13相对于第一接触配对件11准确定位，在超声焊极工作表面22与参考压印载体32或第二接触配对件13之间的焊接接触之后，超声焊极压印27以及焊接接触因此也不完整。
如图9所示，如果超声焊极工作表面22没有位于超声焊极头33的接触表面31的中间，而是位于偏移量v处，也会导致不完整的焊接接触，从而导致在这种情况下也形成不完整的超声焊极压印27。
在图8所示的不完整的超声焊极压印27的情况下，其指出如果超声焊极15在超声焊极保持件25中准确对准，超声焊极工作表面22与接触表面不平行，则超声焊极15通常必须更换，因为这是无法通过定位装置17进行补偿的超声焊极错位。
在图9所示的侧向偏移v的情况下，通过超声焊极定位装置17能够补偿偏移v。为此，可以使用设有图像处理装置30的上述摄像装置29来确定位置偏差ΔxSA，位置偏差ΔxSA仅在目前情况下呈现在x方向上，并且通过使定位装置17行进相应的定位路径xSA，能够将位置偏差ΔxSA传送至超声焊极15以用于校准。
当执行后续焊接工艺时，除了定位路径xKP，定位装置17行进定位路径xSA，用于补偿超声焊极15的错位偏差。在接近每个初始位置时，针对每个第二接触配对件13单独确定定位路径xKP。

Claims (6)

1.一种制造焊接组件(14)的方法，焊接组件(14)包括接触基底(10)的第一接触配对件(11)和放置单元的第二接触配对件(13)之间的多个焊接连接部，放置单元优选为半导体组件(12)，其中，接触配对件(11，13)布置在重叠位置处，以在焊接位置相对于彼此定位第一接触配对件(11)和第二接触配对件(13)，并且通过定位装置(17)将超声焊极(15)移动至与第二接触配对件(13)重合的位置，从而将超声焊极(15)定位在各个焊接位置，超声焊极(15)在焊接接触位置被降低到第二接触配对件(13)上，并经受超声波振动以制造焊接连接部，超声焊极(15)通过设有图像处理装置的摄像装置(29)相对于第二接触配对件(13)以这样的方式定位：基于对超声焊极(15)的超声焊极工作表面(22)通过焊接工艺在参考压印载体(32)上产生的超声焊极压印(27)的位置偏差ΔxSA，ΔySA的确定，将超声焊极(15)相对于第二接触配对件(13)定位。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
基于超声焊极(15)相对于第二接触配对件(13)的位置偏差ΔxKP，ΔyKP以及超声焊极(15)的超声焊极工作表面(22)通过焊接工艺在参考压印载体(32)上产生的超声焊极压印(27)的位置偏差ΔxSA，ΔySA，将超声焊极(15)相对于第二接触配对件(13)定位，位置偏差ΔxKP，ΔyKP和ΔxSA，ΔySA使用设有图像处理装置的摄像装置(29)确定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
由位置偏差ΔxKP，ΔyKP和ΔxSA，ΔySA组成的总位置偏差叠加在定位装置(17)的进给路径上，定位装置(17)的进给路径与接触基底(10)的第一接触配对件(11)之间的距离t相对应。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，
超声焊极压印(27)的位置偏差ΔxSA，ΔySA是在超声焊极(15)相对于定位装置(17)的位置发生变化之后确定的。
5.用于实施根据权利要求1至4中任一项所述的方法的装置，其特征在于，
设有图像处理装置的摄像装置(29)以这样的方式设置在定位装置(17)上：在定位装置(17)依次接近的每个焊接位置中，接触配对件(11，13)位于由摄像装置(29)限定的图像平面内。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：
摄像装置(29)相对于设置在定位装置(17)上的超声焊极保持件(25)的位置是固定的。
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