CN2815524Y - 定量点胶控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于半导体封装设备用的定量点胶控制装置，包括用管道连接的供气设备、抽气设备、与供气设备和抽气设备相连接的阀门装置、将胶质材料施加到加工对象预定位置上的点胶针筒和传感元件，其中所述传感元件包括设置于点胶针筒前端的压力传感器、视觉传感器，所述的压力传感器和视觉传感器通过接口板卡与计算机或微处理器相连，所述的计算机或微处理器设有标定点胶体积的预测模块和控制阀门的控制器。本实用新型的集成设计可以实时地对每个点胶周期进行控制，从而保证点胶过程中点出胶体体积一致。

Description

定量点胶控制装置

【技术领域】

本实用新型涉及一种点胶控制装置，尤指一种应用于微电子工业制造领域的控制装置，如半导体芯片封装的定量点胶控制装置。

【背景技术】

在高性能的半导体芯片封装过程中需要高精度的点胶系统。准确控制点胶量，既能起到改善封装性能的作用又可节约昂贵的封装材料。在现存为数不多的点胶控制方法中，人们曾尝试利用各种手段去精确地点出设定(期望)的粘性流体的体积，如1993年2月公开的美国专利US5188258、1994年11月公开的美国专利US5277333和1999年11月公开的美国专利US5995909揭示了利用压力传感器来调节压力的装置，2001年1月公开的美国专利US6173864揭示了用温度传感器辅助补偿温度对流体特性的影响。前两个专利的控制方法是在稳定气压的前提下，控制每个点胶周期中压力上升阶段的时间间隔，使其恒定，但由于点胶过程的复杂性，设定的压力上升时间间隔并不能确保压力上升时间为常数。此外，该方法对气压系统的稳定性提出了很高的要求。美国专利5277333揭示的点胶控制装置是通过标定和估计流体的流速，并利用压力传感器来调节压力，在稳定气压的前提下，尽量保持该流速下每个点胶周期间隔恒定。然而，该控制方法引入了其它的环节，各环节中的扰动不能得到及时的控制，这将会导致点胶体积的不一致，并且随着点胶过程中温度的变化，流体粘度等特性会受到温度的影响，这也会使点出的粘性流体的体积受到影响，导致不能精确点出设定的粘性流体的体积。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于克服上述缺点，提供一种基于预测模型，用计算机控制，能精确点出设定的粘性流体体积的点胶控制装置。

为实现上述目的，本实用新型提出的点胶控制装置包括：用管道连接的供气设备、抽气设备、与供气设备和抽气设备相连接的阀门装置、将胶质材料施加到加工对象预定位置上的点胶针筒和传感元件。所述传感元件包括设置于点胶针筒前端的压力传感器和视觉传感器。所述的压力传感器和视觉传感器通过接口板卡与计算机或微处理器相连，所述的计算机或微处理器设有标定点胶体积的预测模块和控制阀门装置的控制器。所述的预测模块包括参数标定模块、实时控制模块和统计过程控制模块。

与现有技术比较，本实用新型提出的点胶控制装置具有下列优点：

1、采用了特有的预测模型来预测点胶体积，本模型充分考虑流体的动态屈服应力，适用面较宽。使用迭代法，在滴胶之前可以很容易地估计出点胶模型中的参数；

2、采用了实时控制和基于统计过程控制(SPC)相结合的控制方式，可以得到更高的点胶精度。实时的单周期控制，用于控制点胶体积的一致，因此可以得到更高的点胶精度。此外，以前点胶控制中还不曾有过集成实时单周期点胶控制与基于监视的批量控制的方法，即集成快速控制与缓慢修正大范围内随时间波动因素的方法；

3、基于工作时间、温度变化以及视觉诊断的过程监视方法。当执行结果超出控制范围，系统将重新标定，更新流体参数进行控制。

【附图说明】

图1为本实用新型定量点胶控制装置的结构图；

图2为本实用新型点胶集成控制示意图；

图3为本实用新型压力控制部分示意图；

图4为本实用新型参数标定控制部分示意图；

图5为点胶流体的流体特性曲线图；

图6为一个点胶周期内近似流量-时间的曲线图；

图7为本实用新型的控制原理图。

图8a为正压控制电路图，图8b为负压控制电路图。

【具体实施方式】

请参照图1、图2，本实用新型提出的定量点胶控制装置包括：供气设备1、抽气设备2、与供气设备和抽气设备相连接的阀门装置、将胶质材料施加到加工对象预定位置上的点胶针筒5、视觉传感器6和压力传感器7组成的传感元件及处理信息的微处理机8。微处理机8中设有标定点胶体积的预测模块和控制器12，预测模块由参数标定模块9、实时控制模块10和统计过程控制模块11组成。

请参照图1及图3，所述供气设备1包括一正压调节比例阀及一供气气罐，正压调节比例阀与供气气罐之间用通气管连接，外部气体通过正压调节比例阀进入供气气罐内；所述抽气设备2包括一负压调节比例阀及一抽气气罐，负压调节比例阀与抽气气罐之间用通气管连接，抽气气罐内部气体可由负压调节比例阀抽出。

如图1所示，阀门装置包括第一电磁阀3和第二电磁阀4，第一电磁阀通过通气管与供气气罐连通；第二电磁阀通过通气管与抽气气罐连通，第一、第二电磁阀之间用通气管连接。第二电磁阀为负压和外界大气压的选择开关，第一电磁阀为第二电磁阀的结果与正压的选择开关。第一电磁阀3还通过通气管与点胶针筒5连接于一起，点胶针筒一端设置有出胶口。

所述压力传感器7设置于第一电磁阀3与点胶针筒5之间，以便将气压变化反馈给实时控制模块10和统计过程控制模块11，控制气压的变化情况，保持点胶量恒定。所述视觉传感器6设置于点胶针筒5的出胶口，随时监视点胶体积并反馈于参数标定模块9，以标定点胶模型参数。

控制系统包括具有预测模块的微处理器8、连接于微处理器与阀门装置间并向阀门装置发出控制信号的控制器12，连接于传感元件与微处理器之间的接口板卡13，接口板卡与正、负压调节比例阀之间还设有D/A、A/D转换器件(如图3所示)，对来自微处理器的信息进行D/A转换后输出到正、负压调节比例阀，以及对正、负压调节比例阀处的信息进行A/D采样传送到微处理器。在本实用新型的一个实施例中，所述微处理器为计算机，所述控制器12可采用GT-400-SG-PCI四轴运动控制器，而所述接口板卡13采用PCI7486多功能综合接口板卡。

本实用新型提出的预测模块控制点胶体积的原理主要基于以下流体动态模型：

图5表示为各种不同特性的流体特性曲线图，它们均可以用广义指数函数描述为：

$\mathrm{\τ}={\mathrm{\τ}}_0+\mathrm{\η}{\stackrel{\·}{\mathrm{\γ}}}^n...\left(1\right)$

其中τ为剪切应力；τ₀为屈服应力； 为剪切率；η为指数系数；n为指数。

假设每个点胶周期中压力-时间(t_c)曲线是相同的。因此，整个周期的点胶体积可用预测模型描述为：

$V=\underset{0}{\overset{t_c}{\∫}}\mathrm{Fdt}...\left(2\right)$

其中F＝K₀P^N+K₁P^N-1+K₂P^N-2     (3)

V为流量，P为压力。这里有四个未知参数K0、K1、K2和N需要通过实验来确定(如果式(1)中τ0＝0，则K1＝K2＝0)。

时间-流量曲线可以由图6来描述，它被分为两个区域，第一个时间段为正压阀打开阶段t_d，另一时间段为整个点胶周期t_c。V₁为正压阀打开阶段即时间t_d段内的点胶体积，亦即图6中的左区域部分的面积。V₂代表正压阀关闭后的时间段(t_c-t_d)内的点胶体积，即图6曲线下降阶段与坐标轴之间的面积；总体积V＝V₁+V₂。

本实用新型所做的动态标定(参数估计)是在不同的针管内流体余量水平下，可利用迭代算法等来动态标定预测模型(2)、(3)中的未知参数(K₀，K₁，K₂，N)。

请参照图2所示，应用时，点胶过程控制分为标定阶段和点胶控制阶段，假设理想点胶体积为V*，实际点胶体积为V。控制目的就是保持V恒定，并且使V与V*的差值尽可能地小。

请参照图2所示，本实用新型提出的集成控制主要包括两个控制回路和一个监视回路。

压力传感器7、第一电磁阀3、第二电磁阀4及实时控制模块10和控制器12构成第一实时控制回路。其中实时控制模块10用于在每个点胶周期中根据式(2)实时计算体积V₁，而控制器12用于检查V₁并将其于设定体积V₁*比较，当V₁与V₁*相等时则正压阀关闭，以保持第一电磁阀打开时间与设定值一致，同时第二电磁阀4选通。第一实时控制回路可抑制不可预测的扰动，包括气压ΔP的波动等。

压力传感器7、统计过程控制模块11和控制器12构成第二监视控制回路。其中统计过程控制模块11用于在计算前m个点胶周期内的点胶体积均值V_m，而控制器12根据计算的均值V_m对V*进行更新，此处可以引进简单的PI控制或者其他控制方法用于产生ΔV₁，则第j个监视周期内的设定值将被修正为：V₁*(j)＝V₁*(j-1)+ΔV₁(j)。这就应用了统计过程控制(SPC)，从而保证点胶体积一致。

视觉传感器(探头)6、参数标定模块9和控制器12构成第三监控回路。视觉传感器6用于辅助标定、识别胶体粘度变化以及拖尾效应等。

本实用新型的正、负压控制电路如图8a和8b所示。

综上所述，本实用新型不仅可通过预测模块精确地设定点胶体积，而且可以在滴胶过程中准确地将压力传感器以及视觉传感器集合于一起，实时监视气压、流体特性以及点胶体积的变化，并反馈给处理信息的控制系统，调整控制点胶体积，从而保证点胶过程中点出流体体积一致。

Claims (9)

1.一种定量点胶控制装置，包括用管道连接的供气设备(1)、抽气设备(2)、与供气设备和抽气设备相连接的阀门装置、将胶质材料施加到加工对象预定位置上的点胶针筒(5)和传感元件，其特征在于：所述传感元件包括设置于点胶针筒前端的压力传感器(7)、视觉传感器(6)，所述的压力传感器和视觉传感器通过接口板卡与计算机或微处理器(8)相连，所述的计算机或微处理器设有标定点胶体积的预测模块和控制阀门的控制器(12)。

2.如权利要求1所述的定量点胶控制装置，其特征在于：所述的计算机或微处理器中的预测模块包括参数标定模块(9)、实时控制模块(10)和统计过程控制模块(11)。

3.如权利要求2所述的定量点胶控制装置，其特征在于：所述供气设备(1)包括正压调节比例阀及供气气罐；所述抽气设备(2)包括负压调节比例阀及抽气气罐；所述阀门装置包括第一电磁阀(3)和第二电磁阀(4)。

4.如权利要求3所述的定量点胶控制装置，其特征在于：所述压力传感器(7)、第一电磁阀(3)、第二电磁阀(4)、设于计算机或微处理器中的实时控制模块(10)和控制器(12)构成实时控制回路。

5.如权利要求1所述的定量点胶控制装置，其特征在于：所述压力传感器(7)、设于计算机或微处理器中的统计过程控制模块(11)和控制器(12)构成监视控制回路。

6.如权利要求1所述的定量点胶控制装置，其特征在于：所述视觉传感器(6)、设于计算机或微处理器中的参数标定模块(9)和控制器(12)构成一实时计算点胶体积以辅助标定流体参数的监视回路。

7.如权利要求3所述的定量点胶控制装置，其特征在于：所述压力传感器(7)设置于第一电磁阀(3)与点胶针筒(5)之间。

8.如权利要求1所述的定量点胶控制装置，其特征在于：所述的接受计算机或微处理器发布的控制信号，决定阀门装置的开关动作的控制器(12)采用GT-400-SG-PCI型四轴运动控制器。

9.如权利要求1所述的定量点胶控制装置，其特征在于：所述的接口板卡(13)采用PCI7486型多功能综合接口板卡。

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