CN115938996B - 气动式压合方法及压合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气动式压合方法及压合装置。压合方法包括如下步骤：S1、电气比例阀将气缸中的气压调节为第一预设气压，气缸的活塞杆下方设有压力传感器；S2、顶升机构将第一工件逐渐抬升，压力传感器检测气缸与工件之间的压合力，当压合力等于第一预设气压时，顶升机构停止上升；S3、顶升机构在同一高度保持预设时间后，顶升机构下降，完成压合。压合装置包括工作台、压合机构与顶升机构，压合机构包括气缸、电气比例阀及压力传感器，电气比例阀用于调节气缸中的气压，压力传感器的下方连接有压合头；顶升台能够沿上下方向相对运动地设置在压合头的下方。本发明的压力传感器能够与电气比例阀相互配合，实现气缸压力灵活可调，确保压合质量。

Description

气动式压合方法及压合装置

技术领域

本发明涉及压合设备技术领域，尤其涉及一种气动式压合方法及压合装置。

背景技术

在芯片等半导体元件的生产制作过程中，芯片本身非常容易脆断，因此通常需要将芯片封装在具有一定强度的材料中加以保护，尤其对于一些性能强大的芯片，需要使用金属外壳进行保护，金属保护盖可以同时起到散热的功能。现有的芯片植盖工艺中，首先在芯片上涂布热熔胶，然后将保护盖放植到芯片上，最后使用压合装置将保护盖与芯片进行压合封装，确保两者牢固结合。

对于芯片这样的高精密产品而言，压合力的准确控制十分重要，若压力过小，则保护盖与芯片结合不紧密，容易脱落；若压合力过大，则可能损坏芯片，产生不良品。现有技术中，不同型号的芯片对压力的需求各有不同，为了适应于不同芯片，压合装置中在压合头上安放具有不同标准重量的砝码，当顶升机构将芯片与保护盖组成的工件抬升时，工件抵接在压合头下方，并继续将压合头及其上的砝码顶起一定高度，此时工件所承受的压力就等于上方砝码的总重量。上述压合方法中，针对不同的芯片，操作人员每次都需要更换不同重量配置的砝码，还需要预先在校验平台上对各砝码的重量进行检验校准，步骤繁琐、耗费时间精力。此外，每台压合装置所能够摆放的砝码数量较为有限，对于一些具有高压力需求的芯片，传统的砝码难以满足其所需的高压力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种操作简单、压合力控制精准的气动式压合方法及压合装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种气动式压合方法，所述压合方法包括如下步骤：

S1、使用电气比例阀将气缸中的气压调节为第一预设气压，所述气缸的活塞杆沿上下方向延伸，所述活塞杆的下方设有压力传感器，所述压力传感器的下方连接有压合头；

S2、顶升机构将待压合的第一工件逐渐抬升，直至所述第一工件抵靠在所述压合头的下表面，所述压力传感器检测所述气缸与所述第一工件之间的压合力，当所述压合力等于所述第一预设气压时，所述顶升机构停止抬升；

S3、所述顶升机构将所述第一工件在同一高度保持预设时间后，所述顶升机构驱动所述第一工件下降，所述第一工件与所述压合头脱离接触，所述第一工件完成压合。

在一些实施方式中，在所述S1中，所述压力传感器与所述活塞杆的下端部间隙配合；在所述S2中，所述压力传感器在所述第一工件的推动下与所述活塞杆的下端部相抵接。

在一些实施方式中，在所述压合方法中，所述气缸的活塞杆始终不相对于所述气缸的缸体伸缩运动。

在一些实施方式中，所述压合方法还包括如下步骤：

S4、使用所述电气比例阀将所述气缸中的气压调节为第二预设气压；

S5、所述顶升机构将待压合的第二工件逐渐抬升，直至所述第二工件抵靠在所述压合头的下表面，所述压力传感器检测所述气缸与所述第二工件之间的压合力，当所述压合力等于所述第二预设气压时，所述顶升机构停止抬升；

S6、所述顶升机构将所述第二工件在同一高度保持预设时间后，所述顶升机构驱动所述第二工件下降，所述第二工件与所述压合头脱离接触，所述第二工件完成压合。

在一些实施方式中，在所述S2中，所述第一工件被抬升至第一高度；在所述S5中，所述第二工件同样被抬升至所述第一高度。

在一些实施方式中，在所述S2中，若所述压力传感器检测到所述气缸与所述第一工件之间的压合力大于所述第一预设气压，则使用所述电气比例阀降低所述气缸中的气压；若所述压力传感器检测到所述压合力小于所述第一预设气压，则使用所述电气比例阀增大所述气缸中的气压。

在一些实施方式中，在所述S2中，所述顶升机构同时抬升多个所述第一工件，多个所述第一工件的上表面始终位于同一水平面内，每个所述第一工件均由一个所述气缸进行压合，每个所述第一工件与所述气缸之间均设有一个所述压力传感器。

一种气动式压合装置，所述压合装置包括工作台、压合机构与顶升机构，其中，所述压合机构包括气缸、电气比例阀及压力传感器，所述气缸的活塞杆沿上下方向延伸，所述气缸及其活塞杆均固设于所述工作台的上方，所述电气比例阀用于调节所述气缸中的气压，所述压力传感器设于所述活塞杆的下方，所述压力传感器的下方连接有压合头，所述压力传感器与所述压合头能够沿上下方向相对运动地设置；所述顶升机构包括顶升台，所述顶升台能够沿上下方向相对运动地设置在所述压合头的下方；所述压合装置还包括控制系统，所述控制系统与所述电气比例阀、所述压力传感器、所述顶升机构分别信号连接。

在一些实施方式中，所述压力传感器具有第一位置与第二位置，当所述压力传感器位于第一位置时，所述压力传感器与所述活塞杆的下端部间隙配合；当所述压力传感器位于第二位置时，所述压力传感器抵靠在所述活塞杆的下端部；待压合的工件位于所述工作台与所述压合头之间，所述顶升台能够沿上下方向穿过工作台运动。

在一些实施方式中，所述压合机构包括多组压合组件，每组所述压合组件用于压合一个工件，每组所述压合组件均包括所述气缸、所述电气比例阀及所述压力传感器，其中所述电气比例阀设于所述气缸上方；所述顶升台能够同时抬升多个所述工件，多个所述工件与多个所述压合组件的位置一一对应。

由于以上技术方案的运用，本发明提供的气动式压合方法及压合装置中，采用可调气压的气缸来代替传统砝码，免去了更换、校验砝码的繁琐，也节省了制作砝码的成本。本发明中的气缸及其活塞杆均无需运动，仅通过顶升机构上顶工件来实现压合。工件与气缸之间的压力传感器能够实时监测压合力是否满足需求，并与电气比例阀相关联，实现气缸压力灵活可调。该电气比例阀在压合前能够针对不同的芯片，调节好预设压力，使得顶升机构在顶升不同芯片时都只需要重复相同的升降动作，简化工序；电气比例阀在压合过程中能够灵活应对可能出现的机械误差，迅速将气缸压力调整到合适范围，确保压合质量，显著提升了压合效率与精度，减少不良品产率。此外，该气缸能够提供远大于传统砝码重量的压合力，因而能够在更大的范围内进行压力调节，满足部分芯片的高压力需求，适用范围更广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。

附图1为本发明一具体实施例中压合装置的主视示意图；

附图2为本实施例中压合机构的立体示意图；

附图3为本实施例中压合机构的主视示意图；

附图4为本实施例中顶升机构与传输机构的立体示意图；

其中：100、工作台；200、压合机构；210、压合支架；220、压合组件；230、气缸；231、活塞杆；240、电气比例阀；250、压力传感器；260、压合头；300、顶升机构；310、顶升支架；320、顶升台；330、顶升驱动装置；400、传输机构；410、载具；411、穿孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。

参见图1所示，本实施例中提供一种气动式压合装置，用于在芯片植盖工艺中，对植盖后的芯片及其上方的保护盖进行压合，确保芯片与保护盖（图中均未示出）牢固结合。本实施例中，压合装置包括工作台100、压合机构200与顶升机构300，还包括用于传输芯片与保护盖的传输机构400。

具体地，参见图1至图4所示，每个芯片与其上方的保护盖构成一个工件，传输机构400能够沿水平方向传输该工件，图1中显示为从左向右传输。本实施例中，传输机构400设于工作台100上方，传输机构400实际用于传输载具410，每个载具410能够同步传输多个工件。具体地，每个载具410上间隔开设有多个穿孔411，每个穿孔411上可以放置一个工件，图4中具体示出的载具410上阵列排布有八个穿孔411，因此该载具410最多可同时摆放和传输八个工件。

参见图1至图3所示，本实施例中，压合机构200包括压合支架210及多组压合组件220，压合支架210与工作台100固定连接，多组压合组件220均与压合支架210连接，每组压合组件220用于压合一个工件。每组压合组件220均包括气缸230、电气比例阀240及压力传感器250等。每组压合组件220中，气缸230及电气比例阀240分别与压合支架210固定连接，电气比例阀240设于气缸230的上方，电气比例阀240与气缸230的进气管道连接，从而电气比例阀240可用于调节气缸230中的气压。气缸230的活塞杆231沿上下方向延伸，气缸230及其活塞杆231均固设于工作台100的上方，活塞杆231被限定位置而无法相对于气缸230的缸体伸缩运动。压力传感器250设于活塞杆231的下方，压力传感器250的下方连接有压合头260，压力传感器250与压合头260均能够沿上下方向相对运动地设置，此处压力传感器250与压合头260固定连接，从而能够同步升降运动。本实施例中，压力传感器250相对于压合支架210具有第一位置与第二位置，当压力传感器250位于第一位置时，压力传感器250与活塞杆231的下端部间隙配合，两者脱离接触；当压力传感器250位于第二位置时，压力传感器250抵靠在活塞杆231的下端部，从而压力传感器250能够测量上方活塞杆231与下方工件之间的压合力；当压合头260不受外力顶推时，压力传感器250自然回复到第一位置。

参见图1至图4所示，本实施例中，待压合的工件设于工作台100与压合头260之间，具体是位于传输机构400上的载具410中。顶升机构300包括顶升支架310、顶升台320及顶升驱动装置330，其中，顶升支架310与工作台100相对固定地设置，顶升台320能够沿上下方向相对运动地与顶升支架310连接，顶升驱动装置330与顶升支架310连接并用于驱动顶升台320升降，此处顶升驱动装置330具体采用伺服电机，从而能够精准控制顶升台320的升降高度。本实施例中，工作台100上开设有通道口（图中未示出），顶升台320能够沿上下方向相对运动地设置在压合头260的下方，具体为顶升台320能够沿上下方向穿过工作台100的通道口运动，从而顶升台320能够从下方穿过载具410的多个穿孔411，将载具410上的多个工件同时顶起。本实施例中，顶升台320能够为工件提供标准的刚性支撑平面，确保不同工件的上表面始终位于同一水平面内，从而能够均匀接受压合力。

参见图1至图4所示，本实施例中，载具410中的多个工件与压合机构200中的多个压合组件220的位置一一对应，此处压合支架210中阵列排布有八组压合组件220，当顶升台320将八个工件同时顶起时，八个工件能够同时接触抵靠到其上方对应的压合头260。在其他实施例中，载具410上的穿孔411也可以具有与本实施例不同的数量和排布方式，而多个压合组件220可以设置为对应的排布方式。

本实施例中，该压合装置还包括控制系统（图中未示出），控制系统与上述压合机构200、顶升机构300及传输机构400等分别信号连接，具体与每组压合组件220中的电气比例阀240、压力传感器250及顶升机构300中的顶升驱动装置330等信号连接，从而控制系统既能够在压合开始前预先通过电气比例阀240设置每个气缸230中的气压，又能够在压合过程中实时接收压力传感器250的检测信号，进而控制顶升驱动装置330和/或电气比例阀240调整动作。

本实施例中，该气动式压合装置可采用一种气动式压合方法对不同工件进行精准压合。例如当该压合装置需要压合多个第一工件时，已知每个第一工件的最佳压合力等于第一预设气压，则每组压合组件220中，该压合方法包括如下步骤：

S1、使用电气比例阀240将气缸230中的气压调节为第一预设气压，此时压力传感器250位于第一位置，压力传感器250与活塞杆231的下端部间隙配合；

S2、顶升机构300将待压合的第一工件逐渐抬升，直至第一工件抵靠在对应压合头260的下表面；随着第一工件继续抬升，压力传感器250移动至第二位置，压力传感器250在第一工件的推动下与活塞杆231的下端部相抵接，从而压力传感器250开始检测气缸230与第一工件之间的压合力，当压合力等于第一预设气压时，顶升机构300停止抬升；

S3、顶升机构300将第一工件在同一高度保持预设时间后，第一工件完成保压，顶升机构300驱动第一工件下降，第一工件与压合头260脱离接触，第一工件完成压合。

上述压合方法中，气缸230的活塞杆231始终保持不动，不会相对于气缸230的缸体伸缩运动，由顶升机构300向上顶推来实现压合，压合力的控制由电气比例阀240与压力传感器250联合实现，能够确保压力准确。

此外，在S2之前，传输机构400将承载有第一工件的载具410传输至压合机构200的正下方；在S2中，顶升机构300将多个第一工件同时抬升，使得第一工件脱离载具410；在S3中，顶升机构300驱动多个第一工件同时下降，使得第一工件重新回到载具410中。随后，顶升台320继续下降并与载具410相脱离，从而传输机构400能够继续将载具410传输至下游装置（图中未示出）。

进一步地，当该压合装置还需要压合多个第二工件时，已知第二工件的最佳压合力等于第二预设气压，且第二预设气压与第一预设气压不相等，则每组压合组件220中，压合方法还包括如下步骤：

S4、使用电气比例阀240将气缸230中的气压调节为第二预设气压；

S5、顶升机构300将待压合的第二工件逐渐抬升，直至第二工件抵靠在压合头260的下表面，压力传感器250检测气缸230与第二工件之间的压合力，当压合力等于第二预设气压时，顶升机构300停止抬升；

S6、顶升机构300将第二工件在同一高度保持预设时间后，顶升机构300驱动第二工件下降，第二工件与压合头260脱离接触，第二工件完成压合。

在上述S2中，第一工件被抬升至第一高度；在S5中，第二工件同样被抬升至第一高度。

同理，当该压合装置还需要压合不同压力需求的第三工件、第四工件等时，也只需要预先使用电气比例阀240调节气缸230中的气压至对应的预设气压即可。也就是说，对于不同的待压合工件，该压合装置每次均只需要使用电气比例阀240调节气缸230中的气压参数，就能够改变工件被顶升后与气缸230之间的压合力，而无需改变顶升机构300的动作方式和抬升高度。固定的气缸230能够完全替代现有技术中不同重量的砝码，大大简化了操作方法，且气缸230的可调压力范围远大于有限的砝码重量，使得该压合装置及压合方法对于高压力需求的工件同样适用。

进一步地，在S2中，若压力传感器250检测到气缸230与第一工件之间的压合力大于第一预设气压，则控制系统立即使用电气比例阀240降低气缸230中的气压，直至压合力等于第一预设气压；反之，若顶升机构300将第一工件顶升至第一高度后，压力传感器250仍然检测到压合力小于第一预设气压，则控制系统可使用电气比例阀240增大气缸230中的气压，直至压合力等于第一预设气压。也就是说，该压合装置及压合方法能够灵活应对可能出现的机械误差，当顶升机构300将待压合的工件抬升后，若工件所承受的实际压力与预期压力存在差异时，压力传感器250能够实时监测到，并立即反馈给控制系统，并由控制系统发出指令，控制电气比例阀240进行精准压力补偿。

本实施例中，在S2中，顶升机构300同时抬升多个第一工件，多个第一工件的上表面始终位于同一水平面内，每个第一工件均由一个气缸230进行压合，每个第一工件与气缸230之间均设有一个压力传感器250。与此同时，压合机构200中的多个压合头260也能够保持一致的平面度，整体平面度控制在10μm以内，从而顶升机构300抬升的多个工件能够同时接触到对应的压合头260，进而多个压力传感器250能够同时抵接到对应的活塞杆231，八个工件实现精准同步压合。

综上所述，本实施例提供的气动式压合装置与压合方法，改变了传统的砝码式压力调节方法，使用更高精度、更大压力范围且自动可调的气缸230与电气比例阀240、压力传感器250等进行配合，实现了压合力的精准控制，有利于高精密芯片产品的制作。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气动式压合方法，其特征在于，所述压合方法包括如下步骤：

S1、使用电气比例阀将气缸中的气压调节为第一预设气压，所述气缸的活塞杆沿上下方向延伸，所述活塞杆的下方设有压力传感器，所述压力传感器的下方连接有压合头；

S2、顶升机构将待压合的第一工件逐渐抬升，直至所述第一工件抵靠在所述压合头的下表面，所述压力传感器检测所述气缸与所述第一工件之间的压合力，当所述压合力等于所述第一预设气压时，所述顶升机构停止抬升；

S3、所述顶升机构将所述第一工件在同一高度保持预设时间后，所述顶升机构驱动所述第一工件下降，所述第一工件与所述压合头脱离接触，所述第一工件完成压合；

在所述压合方法中，所述气缸的活塞杆始终不相对于所述气缸的缸体伸缩运动。

2.根据权利要求1所述的气动式压合方法，其特征在于：在所述S1中，所述压力传感器与所述活塞杆的下端部间隙配合；

在所述S2中，所述压力传感器在所述第一工件的推动下与所述活塞杆的下端部相抵接。

3.根据权利要求1所述的气动式压合方法，其特征在于，所述压合方法还包括如下步骤：

S4、使用所述电气比例阀将所述气缸中的气压调节为第二预设气压；

S5、所述顶升机构将待压合的第二工件逐渐抬升，直至所述第二工件抵靠在所述压合头的下表面，所述压力传感器检测所述气缸与所述第二工件之间的压合力，当所述压合力等于所述第二预设气压时，所述顶升机构停止抬升；

S6、所述顶升机构将所述第二工件在同一高度保持预设时间后，所述顶升机构驱动所述第二工件下降，所述第二工件与所述压合头脱离接触，所述第二工件完成压合。

4.根据权利要求3所述的气动式压合方法，其特征在于，在所述S2中，所述第一工件被抬升至第一高度；在所述S5中，所述第二工件同样被抬升至所述第一高度。

5.根据权利要求1所述的气动式压合方法，其特征在于，在所述S2中，若所述压力传感器检测到所述气缸与所述第一工件之间的压合力大于所述第一预设气压，则使用所述电气比例阀降低所述气缸中的气压；若所述压力传感器检测到所述压合力小于所述第一预设气压，则使用所述电气比例阀增大所述气缸中的气压。

6.根据权利要求1所述的气动式压合方法，其特征在于，在所述S2中，所述顶升机构同时抬升多个所述第一工件，多个所述第一工件的上表面始终位于同一水平面内，每个所述第一工件均由一个所述气缸进行压合，每个所述第一工件与所述气缸之间均设有一个所述压力传感器。

7.一种气动式压合装置，其特征在于：所述压合装置包括工作台、压合机构与顶升机构，其中，所述压合机构包括气缸、电气比例阀及压力传感器，所述气缸的活塞杆沿上下方向延伸，所述气缸及其活塞杆均固设于所述工作台的上方，所述气缸的活塞杆始终不相对于所述气缸的缸体伸缩运动，所述电气比例阀用于调节所述气缸中的气压，所述压力传感器设于所述活塞杆的下方，所述压力传感器的下方连接有压合头，所述压力传感器与所述压合头能够沿上下方向相对运动地设置；所述顶升机构包括顶升台，所述顶升台能够沿上下方向相对运动地设置在所述压合头的下方；所述压合装置还包括控制系统，所述控制系统与所述电气比例阀、所述压力传感器、所述顶升机构分别信号连接。

8.根据权利要求7所述的气动式压合装置，其特征在于：所述压力传感器具有第一位置与第二位置，当所述压力传感器位于第一位置时，所述压力传感器与所述活塞杆的下端部间隙配合；当所述压力传感器位于第二位置时，所述压力传感器抵靠在所述活塞杆的下端部；待压合的工件位于所述工作台与所述压合头之间，所述顶升台能够沿上下方向穿过工作台运动。

9.根据权利要求7所述的气动式压合装置，其特征在于：所述压合机构包括多组压合组件，每组所述压合组件用于压合一个工件，每组所述压合组件均包括所述气缸、所述电气比例阀及所述压力传感器，其中，所述电气比例阀设于所述气缸上方；所述顶升台能够同时抬升多个所述工件，多个所述工件与多个所述压合组件的位置一一对应。

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