CN1907628A - 热压焊模块及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热压焊模块(10)，包括安装在板部件(16)上的热电极组件(12)。热电极组件包括加热组件(32)，其用来在压焊操作过程中施加压焊力到部件上，以及控制装置(34)，其与加热组件相连，用来调节由加热组件施加给部件的压焊力。力反馈装置(104)相对于加热组件定位，以测定由加热组件施加的压焊力。控制装置基于力反馈装置测定的压焊力调节压焊力。

Description

热压焊模块及其使用方法

技术领域

本发明通常涉及热压焊，尤其是，涉及用于热压焊的装置和方法。

背景技术

用于制造多种类型部件，例如，柔性电路，的机器和制造工艺已众所周知。柔性电路的实例是无线电频率识别(RFID)标记。RFID标记可以制成标签并应用于大批量的产品，以使产品能够快速且容易地识别。其它类型的柔性电路以类似于RFID标记的方法制造。

柔性电路通常包括柔性基板，例如，聚酯薄膜。在制造过程中，在基板上涂铺粘结剂，并且将半导体芯片安放到所述粘结剂上。基板和芯片被输送到压焊工作站，并且芯片被焊接(bond)到该基板上。通常，可同时制造多个电路。例如，提供一种其上安放了多个芯片的薄膜，且所述芯片利用单一加热元件同时焊接。一种传统的压焊法利用热压焊装置以便捷焊接。因而，利用热量和压力将芯片焊接到基板上。传统的压焊法在热压焊接过程中，利用气动执行机构将加热元件传送到基板上。

本发明所要解决的问题是，当利用压焊装置焊接多个芯片时，加热元件不可能均匀地与各个芯片啮合。其结果是，至少一些芯片无法被完全或正确地焊接。此外，由于超载和施加太大的压力，在压焊过程中至少一些芯片可能被损坏。所述焊接力可被测量和显示，这样操作者可以手动调节该力。通常，该力可通过调节气动调压器改变，但是，该力的均匀调节是沿着整个装置进行的。

发明内容

本发明的解决方法是提供一种文中公开的热压焊模块，其包括安装到板部件的热电极组件。热电极组件包括在压焊操作过程中施加压焊力到部件上的加热组件，以及连接到加热组件用来调节由加热组件施加到部件的压焊力的控制装置。力反馈装置相对于加热组件定位以测定由加热组件施加的压焊力。控制装置基于力反馈装置测定的压焊力来调节压焊力。

附图说明

图1为按照本发明示范性实施例形成且具有多个热压焊模块的热压焊工作站的等轴视图。

图2为图1所示的其中一个热压焊模块的上部热电极组件的分解图。

图3为图2所示的上部热电极组件的横截面视图。

图4为图2和3所示的上部热电极组件的组装视图。

图5为图1所示的其中一个热压焊模块的下部热电极组件的分解图。

图6为图4所示的下部热电极组件的组装图。

具体实施方式

图1为按照本发明示范性实施例形成且具有多个热压焊模块10的热压焊工作站或系统8的等轴视图。在一示范性实施例中，热压焊工作站8用于制造部件(如，像例如无线电频率识别(“RFID”)标记等的柔性电路)。但是，所述工作站8也可以用来制造其他类型的电路或元件。工作站8表示的是在一系列制造步骤中的一个步骤。其他制造步骤可以在压焊步骤之前进行，如，为压焊步骤布置电路或元件。此外，其他制造步骤也可以在压焊步骤之后进行，如，准备最后的成品。工作站8包括一组定位于矩阵中且用于同时制造多个部件的热压焊模块10。

每个热压焊模块10包括上部热电极组件12和下部热电极组件14。上部和下部热电极组件12和14各自可取出地安装到上部和下部板部件16和18上。为了维修或更换，上部和下部热电极组件12和14可以从板部件16和18上取出。每块板部件16和18是固定的，且以一定距离相互间隔，以致在其间形成间隙20以限定压焊区域。板部件16和18如图所示为矩形。可选择地，板部件16和18也可以具有其它形状，例如，三角形、正方形、圆形、不规则形状等等。板部件16和18每一个都包括延伸穿过其的孔22矩阵。孔22朝向板部件16和18之间形成的间隙20开放。每个上部热电极组件12的一部分延伸通过上部板部件16中的相应孔22。同样地，下部热电极组件14的一部分延伸通过下部板部件18中的相应孔22。每个孔22，以及因而上部及下部热电极组件12和14，基本上彼此对准。板部件16和18包括以预定的行列模式定向的多个孔22。这样，多个部件可同时制成。另外，在一个实施例中，所述热电极组件12和14可以从板部件16和18上取出，随后可以连接到具有不同尺寸和模式的孔的板部件16和18上。这样，可利用同样的热电极组件12和14制造不同模式的电路。

在示范性实施例中，上部和下部热电极组件12和14合作以施加热量和压力用来将部件24，例如，半导体芯片，连接到柔性基板或膜26上，形成柔性电路。柔性基板26可作为连续的材料卷供应到位于上部和下部板部件16和18之间的间隙20处。柔性基板26可以是聚酯薄膜，但是，也可以利用其它类型的基板26。在制造过程中，基板26位于热电极组件12和14之间，且利用热电极组件12和14将部件24连接到基板26。在一个实施例中，部件24在定位于热电极组件12和14之间之前，先定位于基板26上。例如，可以将粘结剂或其它结合剂涂铺到基板26上，使部件24定位在粘结剂上。基板26和部件24随后被传输到压焊工作站8处，在此处，热电极组件12和14将热量和压力施加到部件24上，以将部件24固定到基板26上。基板26沿着传输方向(A)移动通过压焊工作站8。上部和下部热电极组件12和14沿着垂直于传输方向A延伸的纵轴70确定方向。

图2为热压焊模块10的上部热电极组件12的分解图。图3为上部热电极组件12的横截面视图。图4为上部热电极组件12的组装图。

上部热电极组件12包括壳体30，所述壳体30沿着轴70延伸且用来接纳加热组件32及控制装置34。壳体30包括用来容纳加热组件32的空腔36。空腔36包括开口端38，所述开口端38面对压焊区域，以致加热组件32的加热端40通过壳体30向间隙20暴露。此外，所述加热端40通过上部板部件16(如图1所示)暴露，以致加热端40可以热接合所述部件24(如图1所示)。

如图3所示，示意性的加热组件32包括由绝缘罩44包围的加热元件42。引线46从加热元件42通过绝缘罩44的一部分延伸。加热元件42为电阻加热器，这样经由引线46供给到加热元件42的电可被用于增加加热元件42的温度，尤其是加热元件42的加热端40处的温度。可选择地，在本发明的范畴内，也可以利用其它类型的加热器42。加热元件42与控制单元48例如电路板相连，以控制加热元件42的操作状态和/或控制加热元件42的温度。控制单元48连接到加热组件32，且可沿着壳体30的外部暴露。

在操作时，在制造过程中，加热组件32被用来施加热量和压力，例如，压焊力，到部件24上。这样，加热组件32便捷了部件24到柔性基板26的压焊。通过加热元件42与部件24的接合施加压力。施加到部件24的压力值由控制装置34控制。在一个实施例中，控制装置34控制加热组件32的位置，以控制部件24上的压力值。可选择地，控制装置34可以是伺服电机，用于控制加热组件32相对于壳体30的线性位置，随后将在下面进行更加详细地描述。伺服电机便捷了施加在部件24上的压力值的精确和立刻的变化。此外，所述伺服电机可以在压焊工艺过程中连续调节以在压焊和/或固化工艺过程中向所述部件施加适当的压力值。

控制装置34与壳体30相连，且大致与加热组件32对准。可选择地，控制装置34可容纳于一般与空腔36的开口端38对面的开口50中。定位环52可在开口50内在控制装置34和壳体的壁之间延伸，以将控制装置34对准和/或固定在开口50内。

在控制装置34，例如，伺服电机，和加热组件32之间可以操作连接一系列元件，以便捷加热组件32在壳体30内的移动或定位。例如，丝杠54可以连接到控制装置34的轴56。箝位环58可用来将丝杠54夹紧到轴56上。丝杠54容纳在套筒62的第一端60内。螺纹衬垫64定位在套筒62内，且丝杠54容纳在螺纹衬垫64内。备选地，套筒62本身可带有螺纹。导轴66连接到套筒62的第二端68。导轴66也连接到加热组件32。导轴66延伸通过加热组件32的绝缘罩44。这样，所述控制装置34经由多个元件操作连接到加热组件32。可选择地，可以使用少于所有上述元件的元件来连接控制装置34和加热组件32，或者备选地，可使用额外的或不同的元件。可选择地，控制装置34可以直接连接到加热组件32。

通过参考图3很明显地看出，在操作中，控制装置34便捷了对加热组件32位置的控制。例如，连接控制装置34和加热组件32的各种元件将控制装置34的轴56的旋转运动转换为加热组件32沿着纵轴70的直线运动。纵轴70基本上垂直于加热元件42的加热端40延伸。加热组件32、导轴66、套筒62、丝杠54以及轴56中的每一个都沿着且基本上平行于纵轴延伸。在操作中，轴56的旋转运动传递到丝杠54。丝杠54螺纹连接到螺纹衬垫64。当丝杠54旋转时，螺纹衬垫64沿着丝杠54在沿纵轴70的轴向上平移。螺纹衬垫64的这种平移运动直接传递到套筒62、导轴66，且最终到达加热组件32。例如，轴56在第一方向比如顺时针方向的旋转运动使得加热组件32通常移动得远离控制装置34。同理，轴56在第二方向比如逆时针方向的旋转运动使得加热组件32通常移动得靠近控制装置34。可选择地，套筒62可以包括基本上平行于纵轴70延伸的长槽72。定位螺钉74容纳在槽72中，用来抵抗套筒62的旋转运动。备选地，定位螺钉74可以在槽72内移动，使得套筒62可在轴向上移动。

为了降低部件24被损坏的风险，第一和第二弹簧部件76和78围绕着导轴66。第一弹簧部件76定位在绝缘罩44和套筒62之间。第二弹簧部件78定位在绝缘罩44和保持环80之间的加热组件32内。弹簧部件76和78便捷了加热组件32传递给部件24的压焊力和压力的控制。此外，当加热组件32首次和部件24接合时，弹簧部件76和78减小了从加热组件32传递到部件24的初始冲击力。这样，可以降低部件24被损坏的风险。

上部热电极组件12还包括用来控制加热元件42和控制装置34的控制系统。控制系统包括安装在上部热电极组件12内部的电路板84。电路板84被配置得与机器(如图1所示)外部连通，以控制制造工艺。电路板84经由连接器86，例如，RJ11连接器连通。另外，电路板84可以与控制装置34连通。这样，控制装置34可通过例如机器控制。电路板84也可以和加热元件42连通。结果是，加热元件42可以通过例如机器控制。柔性带状电缆88在电路板84和加热组件32更具体的是控制单元48之间延伸。

上部热电极组件12包括围绕着一部分壳体30和控制装置34的盖90。盖90包括连接到其的垫板92。盖90和垫板92可以利用多个紧固部件94，例如，螺钉，彼此连接和连接到壳体30。上部热电极组件12包括细长的指拧螺钉96。指拧螺钉96将盖90连接到壳体30。指拧螺钉96用来将上部热电极组件12安装到上部板部件16。

图5为热压焊模块10的下部热电极组件14的分解图。图6为下部热电极组件14的组装图。下部热电极组件14沿与相应的上部热电极组件12(如图1-4所示)相同的纵轴70对齐。

下部热电极组件14包括壳体100(如图6的虚影所示)，其用来容纳加热组件102和力反馈装置104，例如，测力计、测力传感器等等。壳体100包括用来容纳加热组件102的空腔106。空腔106包括开口端108，这样加热组件102的加热端110通过壳体100而暴露。加热端110通过下部板部件18(如图1所示)暴露，这样所述加热端110可以热接合部件24(如图1所示)。

加热组件102便捷了对基板26(如图1所示)下侧的加热。这样，由上部加热元件42(如图2-4所示)提供给部件24和基板26的热量可得到保持，否则就会散逸或消失。其结果是，上部加热元件42可以在较低的操作温度下执行功能将部件24压焊到基板26上。同使用单个加热源的情况相比，压焊时间可以通过施加额外热量到基板26的下侧通过更快地加热基板而缩短。备选地，下部热电极组件14不包括加热组件，例如，加热组件102。相反，下部热电极组件14包括当上部加热组件32(如图2-4所示)接合和施加力到部件24时用来支撑部件24的平面。

加热组件102与图2-4所示的加热组件32相似。加热组件102包括被绝缘罩114包围的加热元件112。引线116从加热元件112通过绝缘罩114的一部分伸出。加热元件112与控制单元118例如电路板连通，以控制加热元件112的操作状态和/或控制加热元件112的温度。在一个实施例中，可以在低于上部加热元件42的温度下操作加热元件112。因此，可以低成本操作加热元件112或使用低成本的加热元件112。

在操作中，加热组件102是固定的，这样可通过上部加热组件32将压力施加到基板26和部件24。当上部加热组件32压在基板26上时，施加的力的量可通过力反馈装置104测定。力反馈装置104与加热组件102相接，以致力可直接从加热组件102传输到力反馈装置104。在一个实施例中，力反馈装置104连接到基座120。基座120可以连接到壳体100的一端。

下部热电极组件14还包括用来控制加热元件112和/或力反馈装置104的控制系统。所述控制系统包括安装在下部热电极组件14内的电路板122。电路板122被配置得与机器外部连通以控制制造过程。在一个实施例中，电路板122经由连接器124例如RJ11连接器连通。此外，电路板122可以与力反馈装置104连通。例如，力反馈装置104可将关于探测到的力的量的信号经由连接器124传输到机器。随后，所述信号可通过机器用于将相应信号传输到上部热电极组件12，例如，关于力的预期变化的信号。例如，信号可传输到控制装置34(如图2所示)，以增加或减少施加到部件24和基板26的压力。因此，上部热电极组件12中的控制装置34的操作可基于下部热电极组件14中的力反馈装置104测定的力的量进行控制。

此外，如参考图1所示的内容，压焊工作站8包括作为单个单元操作的多个上部及下部热电极组件12和14。每个单元，即，单个上部热电极组件12和单个下部热电极组件14，可在压焊工作站8内单独控制。换句话说，根据制造的特定的部件24和基板26，各个单元可在不同的温度或压力下操作。因此，可以更均匀和精确地生产产品。

下部热电极组件14包括盖126，盖126围绕着一部分壳体100和电路板122。盖126包括连接到其的垫板128。盖126和垫板128通过多个紧固部件130例如螺钉彼此连接和连接到壳体100。此外，所述下部热电极组件14包括细长的指拧螺钉132。指拧螺钉132将盖126连接到壳体100。此外，所述指拧螺钉132用来将下部热电极组件14安装到下部板部件18(如图1所示)。

虽然本发明已经按照各种特定的实施例进行了描述，但是本领域技术人员应认识到，本发明可在权利要求书的主旨和范围内改进实施。

Claims (12)

1、一种热压焊模块，包括：

安装到板部件的热电极组件，所述热电极组件包括在压焊过程中将压焊力施加到部件的加热组件，其特征在于：

控制装置，所述控制装置连接到所述加热组件以调节通过所述加热组件施加到部件的压焊力；和力反馈装置，所述力反馈装置相对于所述加热组件定位以测定由所述加热组件施加的压焊力，所述控制装置基于由所述力反馈装置测定的压焊力调节压焊力。

2、如权利要求1所述的热压焊模块，其中，所述控制装置用来调节所述加热组件相对于板部件的位置。

3、如权利要求1所述的热压焊模块，其中所述控制装置包括伺服电机，所述伺服电机用来沿垂直于部件沿其移动的传输方向延伸的纵轴控制所述加热组件相对于板部件的线性位置。

4、如权利要求1所述的热压焊模块，其中所述加热装置通过所述控制装置在轴向上移动，所述力反馈装置基本上与所述加热组件对齐，这样所述力反馈装置可测定沿所述加热组件运动方向施加的压焊力。

5、如权利要求1所述的热压焊模块，其中所述加热组件包括加热元件和包围所述加热元件的绝缘体，所述加热元件穿过所述绝缘体的一部分暴露在外，这样所述加热元件可接合所述部件。

6、如权利要求1所述的热压焊模块，进一步包括：第二加热组件，所述第二加热组件基本上与所述加热组件在压焊力的方向上对齐，这样所述部件在所述加热组件和所述第二加热组件之间延伸。

7、如权利要求1所述的热压焊模块，其中所述力反馈装置包括测力计。

8、一种热压焊设备，包括：上部板部件和下部板部件，其中，所述上部板部件与所述下部板部件分开一间隙，所述间隙用来容纳待压焊的部件，其特征在于：

一个或多个热压模块，所述热压模块具有用来安装到所述上部板部件的上部热电极组件，以及用来安装到所述下部板部件的下部热电极组件，所述上部热电极组件包括在压焊操作中用来向所述部件施加压焊力的加热组件，和连接到所述加热组件用来调节由所述加热组件施加到所述部件的压焊力的控制装置；所述下部热电极组件包括相对于所述加热组件定位以测定由所述加热组件施加的压焊力的力反馈装置，所述控制装置基于由所述力反馈装置测定的压焊力来调节压焊力。

9、如权利要求8所述的热压焊设备，其中一个或多个热压模块可移动地安装到所述上部板部件和所述下部板部件。

10、如权利要求8所述的热压焊设备，其中所述控制装置用来调节所述加热组件相对于所述上部板部件的位置。

11、如权利要求8所述的热压焊设备，其中所述控制装置包括伺服电机，所述伺服电机用来沿垂直于部件沿其移动的传输方向延伸的纵轴控制所述加热组件相对于上部板部件的线性位置。

12、如权利要求8所述的热压焊设备，其中所述下部热电极组件包括第二加热组件，所述第二加热组件安装到所述下部板部件，以致所述第二加热组件基本上与所述加热组件在压焊力的方向上对齐，这样所述部件在所述加热组件和所述第二加热组件之间延伸。

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