CN201364886Y - 键合力监测、探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种键合力监测、探测装置，它包括主体、超声波换触器、夹持座、劈刀和力传感器，所说超声波换能器装于夹持座上，夹持座与主体固定连接，且力传感器固定连接于夹持座与主体之间，键合机在键合过程中，接触力通过换能器传递到力传感器，这个力有可能是压力，也有可能是拉力，所以本装置的力传感器安装时要施加一定的预载力，力传感器所加预载力的大小是力传感器量程的一半，预载力通过连接主体与夹持座的螺钉来实现。

Description

键合力监测、探测装置

技术领域

本实用新型涉及一种键合力监测、探测装置，特别是一种用于半导体后封装设备——引线键合机的超声波键合过程中的力接触探测装置。

背景技术

键合力监测、探测装置是一种供键合机在键合过程中监测接触力的探测装置，是一种适用于半导体后封装设备——引线键合机控制键合质量与效率的关键技术，以往的设计通常把力传感器直接安装于超声波换能器上，有的通过在换能器表面贴应变片的方式，有的通过直接把应变片置于换能器的超声波发生压电陶瓷之间，也有的采用间接的方法在与换能器连接的零部件上安装传感器等等，这些直接的方式有一定的缺点。

在换能器上直接安装传感器(如：贴应变片)，不能实时的采集信息，同时也会影响对换能器的操作(换能器的外形、夹持方式与超声频率关系密切)。而采用间接的方式结构很有局限，不紧凑。应变片等形式的传感器输出信号有很大的偏差，这给测量带来很大的困难，通常采用安装多个传感器来抑制这些偏差。

发明内容

本实用新型所解决的技术问题是提供一种结构紧凑、监测精度高、工作可靠的键合力监测、探测装置。

本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型包括主体、超声波换触器、夹持座、劈刀和力传感器，其特征是所说超声波换能器装于夹持座上，夹持座与主体固定连接，且力传感器固定连接于夹持座与主体之间。

所说夹持座与主体相对的平面上设有供安装力传感器的嵌槽，且嵌槽设于夹持座上供夹持座与主体固定连接的一个螺钉孔处。

所说力传感器是压电晶体式传感器或应变式传感器。

本实用新型所说夹持座与主体间设有缓冲垫，且缓冲垫穿装在用于夹持座和主体固定连接的螺钉)杆上。

键合机在键合过程中，(劈刀与芯片或者引线框架)接触力通过换能器传递到力传感器，这个力有可能是压力，也有可能是拉力，所以本装置的力传感器安装时要施加一定的预载力。力传感器所加预载力的大小是力传感器量程的一半。预载力通过连接主体与夹持座的螺钉来实现。

本装置进行力监测、探测的方法：

1).对力传感器进行标定，得出力传感器输出值(电压)与实际作用于劈刀尖上力之间的比例关系，得出比例系数K。

2).在监测与探测过程中，在一个时间间隔的开始，读取在力传感器上的输出值，此值作为一个参考值。

3).在此时间段内读取的力传感器的输出值，跟这个参考值相比较，从而得出输出值得相对偏差(大小)。偏差与比例系数的乘积就是施加于接触点(劈刀与芯片或者引线框架)的瞬时作用力的大小。

力传感器上输出的是电压值。时间间隔可以有不同的长短。

力传感器用于监测、探测超声波键合时的接触力的大小。

时间段的开始可以是两次超声波键合之间的任何时刻。

本实用新型所提供的键合力监测、探测装置可以有效的解决信号漂移的问题，同样也便于安装、结构紧凑。由于力传感器返回的是电压值，便于采集与处理，可以用于闭环控制，也可用于静态或者动态的键合质量控制中。从而可明显提高键合机的键合质量与效率。本装置监测精度高，工作可靠。

附图说明

附图1为本实用新型一种实施例的轴测图；

附图2为图1所示实施例的轴测分解图一；

附图3为图1所示实施例的轴测分解图二。

在附图中：1主体、2夹持座、3超声波换触器、4劈刀、5引线框架、6螺钉、7力传感器、8缓冲垫、9嵌槽。

具体实施方式

下面将结合实施例附图对本实用新型作进一步详述：

参见附图，本实用新型所提供的键合力监测、探测装置是安装在半导体后封装设备——引线键合机键合头用于监测、探测键合力大小的装置，对键合机在键合过程中所需的精密、高速、稳定的键合力进行监测与测量。

如图中所示：换能器夹持座2使用四个螺钉6紧固于主体1上，夹持座2除了夹持超声波换能器3外，在夹持座2其中的一个螺钉孔的位置设有一个嵌槽9，用来放置力传感器7.

在本实施例中，力传感器7采用O型环状的压电晶体传感器，其中孔供通过螺钉6用，环外缘与夹持座2的嵌槽9相配合，为了消除夹持座2与主体1配合的面的平面度误差，同时消除力对力传感器7的冲击，在夹持座2与主体1之间放置三个缓冲垫8，在主体1与力传感器7之间放置一个缓冲垫8，四个缓冲垫使用同一材料，都是玻璃纤维与尼龙的复合材料。缓冲垫8还有一个重要的作用就是在使用螺钉6施加预载力的时候起到很好的消除干扰与平衡作用。夹持座2夹持住换能器3，劈刀4通过螺钉紧固于换能器上，均需保证夹持稳定可靠。由于力传感器非常灵敏、易损，所以要求位于夹持座2上放置力传感器7的嵌槽9底部要有很高的平面度与粗糙度，同时也要求主体1与夹持座2之间的配合面同样有很高的平面度、粗糙度、平行度。

换能器3是一种把电能转换为超声波机械能的转换器，金线或者铜线通过劈刀4中心孔引出。主体1在驱动力的作用下产生绕X轴旋转的运动，由于此装置通过紧固件连接为一体，因此在换能器3顶端(如图1)也会产生一个绕X轴旋转的运动，这个旋转运动是在一定角度范围内的，在这个角度范围内保证劈刀4能接触到芯片或引线框架5。

在使用此装置监测、探测键合力之前，需要对力传感器7进行标定。首先，使用标准的测力装置放置在芯片或引线框架5的位置，给驱动器一个电压或者电流，使驱动器驱使主体1产生绕X轴旋转的运动。其次，在劈刀4接触到标准测力装置后，可以得出驱动电压或者电流与劈刀4处力的比例关系K。

在驱动力的作用下，当劈刀4尖接触到芯片或引线框架5时，换能器4产生超声波，传递到劈刀4的尖部，同时驱动力施加一定的力在劈刀4与芯片或引线框架5之间，实现超声波键合过程。这个在劈刀4与芯片或引线框架5之间的作用力传递到力传感器7上，力传感器7就会产生一定的电压，通过比例系数K就能得出在劈刀4与芯片或引线框架5之间真实的的力有多少。达到本装置的目的。

参见图1，力传感器7的安装面平行于XZ平面，力传感器7的安装方向都平行于XZ平面，力传感器7轴线垂直于XZ平面。

Claims (4)

1、一种键合力监测、探测装置，它包括主体、超声波换触器、夹持座、劈刀和力传感器，其特征是所说超声波换能器(3)装于夹持座(2)上，夹持座(2)与主体(1)固定连接，且力传感器(7)固定连接于夹持座(2)与主体(1)之间。

2、根据权利要求1所述的键合力监测、探测装置，其特征是所说夹持座(2)与主体(1)相对的平面上设有供安装力传感器(7)的嵌槽(9)，且嵌槽(9)设于夹持座(2)上供夹持座(2)与主体(1)固定连接的一个螺钉孔处。

3、根据权利要求1或2所述的键合力监测、探测装置，其特征是所说力传感器(7)是压电晶体式传感器或应变式传感器。

4、根据权利要求1或2所述的键合力监测、探测装置，其特征是所说夹持座(2)与主体(1)间设有缓冲垫(8)，且缓冲垫(8)穿装在用于夹持座(2)和主体(1)固定连接的螺钉(6)杆上。

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