TWI226426B - Device for measuring the amplitude of the tip of an oscillating capillary - Google Patents

Description

1226426 玖、發明說明： (一） 發明所屬之技術領域 本發明涉及如申請專利範圍第1項的前 於測量引線接合器（W i r e B 0 n d e 1*)的自由擺 振幅的裝置。 (二） 先前技術 引線接合器是一種在半導體晶片安裝到 其布線的機器。引線接合器具有一個毛細 臂（horn)的頂端。毛細管用於將電線固定到 接點和基片上的接點並且引導這兩個接點 形成半導體晶片上的接點和基片上的接點 時，首先，將從毛細管突出的電線的端部 後，利用壓力和超音波將線球固定到半導 。爲此目的，超音波從超音波轉換器施加 處理過程稱爲球焊。然後電線被拉至需要 線圈並焊接於基片上的接點。該處理過程 楔焊。在將電線固定到基片上的接點之後 開始下一個接合。 用於測量自由擺動毛細管的振幅的方法 利EP 4 9 8 9 3 6 B 1可獲知。所測量的値用 換器。利用光柵來進行毛細管振幅的測量 從曰本專利1 0-209 1 9 9可獲知一種用 毛細管的振幅的方法和裝置，其中這種方 使用了雷射光束。 序部分所述的用 動毛細管頂端的 基片之後利用其 管，它夾在電極 半導體晶片上的 之間的電線。在 之間的電線連接 熔融成線球。隨 體晶片上的接點 於電極臂。這種 的長度，形成電 的最後邰分稱爲 ，扯斷電線可以 和裝置從歐洲專 於校準超音波轉 〇 於測量自由擺動 法和裝置的光柵 -5- 1226426 實驗表明利用已知技術進行測量當測量自由擺動毛細管 頂端的振幅時不能提供可再現結果° (三）發明內容 本發明的目的在於開發一種用於測量自由擺動毛細管頂 端的振幅的簡單裝置。 根據本發明，所述目的利用申請專利範圍第1項的特徵 得以解決。 本發明基於由本申請人提交的歐洲專利申請EP 1 3 4 0 5 8 2 的用於測量自由擺動毛細管頂端的振幅的方法和裝置。該 專利申請中所述的方法基於毛細管對光束的遮蔽從而毛細 管的振幅調節通過光束的強度。通過光束的強度而由光接 收器測量。通常，毛細管在平面內的擺動方向是未知的。 但是，通常情況下毛細管的擺動主要沿電極臂的縱軸方向 。利用光束遮蔽的測量原理，僅僅測量毛細管振幅的垂直 於光束方向的分量。測量裝置包括一個用於產生光束的光 源，光束具有限定在裝置的工作範圍內的直徑。測量平面 內光束的有效直徑小於現場將被測量的毛細管的直徑。 然而不幸的是存在許多不希望的效果，例如毛細管的污 染、毛細管上的繞射、毛細管的表面逐漸改變、光束的不 對稱等等。這樣’如果不採取一定的措施的話將會妨礙可 再現測量。根據以上引用的專利等所述的方法，進行多次 測量並且對所獲得的測量値進行平均。首先，相對於光束 調整毛細管。隨後’根據以下步驟確定毛細管振幅的垂直 於光束方向的分量Ay: -6- 1226426 a) 將毛細管放置在光束的一側，使得它不遮蔽光束並且 向電極臂施加超音波； b) 沿預定方向w移動毛細管給定數目η的步驟進入光束 $ %完全經過光束，直到它位於光束的另一側，從而對於 1〜1到η的每一個步驟，確定光接收器的輸出信號u p ( y }) 的直流電壓部分UDC(yi)和交流電壓部分UAcbi)以及座標yi 其中座標y i表明毛細管相對於垂直於光束的座標軸y的 k置’並且其中將被測量的分量Ay沿著座標軸y的方向； c) 根據S i (y j) = —-If算作爲直流電壓部分UDC(yi)對座 標軸y的微分的靈敏度S j (y j); d) 選擇至少四個測量點，並且對於這至少四個測量點中 的每一個根據計算Ay，i値； 6/(兄） e )計算作爲A y，i値的平均値的分量A y。 有利地，利用統計方法進行分量Ay的計算。這特別有利 於平滑在步驟c所計算的靈敏度Si(yi)，例如通過在相鄰的 測量點進行平均。這還有利於平滑測量値U D c ( y i )和U a c ( y i) 。而且這有利於考慮到不僅四個測量點而且儘可能多的測 量點。一種可能的選擇測量點的標準例如是靈敏度S i超過 預定的最小値。 本發明在於利用位於光發射器和光接收器之間同軸布置 的開孔光闌產生光束。因此在最簡單的情況下，本發明的 測量裝置僅僅包括三個部件，即光發射器、主體以及光接 收器，其中該主體帶有一個通道，通道的兩側壁的每一個 1226426 具有一個位於同一軸線上的鑽 軸。從光發射器發射的光經由 二個鑽孔到達光接收器。通道 兩個同軸布置的開孔光闌。爲 管根據上述的方法沿通道的縱 孔光闌確定的光束。可以使用 二極體作爲光發射器。在鑽孔 並且隨後向著頂部加寬，從而 器之間的距離儘可能小，並且 壁之間具有空間而不會接觸側 一個電路放大。因爲光接收器 必要保護電路免受電場影響， cage)。 作爲另一種設計形式，測量 置在第二鑽孔和光接收器之間 由塑料或玻璃製成的光導管。 ，即電路不必直接設置在測量 該兩個同軸布置的開孔光闌 的光束的直徑在整個測量區域 形成開孔光闌的鑽孔的直徑。 測量裝置不需要另外的光學元 操作，因此可以廉價地製造。 徑下，可以理解光束的被毛細 收器測量的強度的降低。 孔。該軸線橫向於通道的縱 一個鑽孔到達通道並經由第 的具有鑽孔的兩個側壁形成 了測量毛細管的振幅，毛細 向方向移動經過由這兩個開 現有的發光二極體或雷射光 區域，通道的側壁相互平行 一方面，光發射器和光接收 從而另一方面，毛細管在側 壁。光接收器的輸出信號由 的輸出信號非常弱，因此有 例如利用法拉第籠（F a r a d a y 裝置包括另一個部件，即布 的光導管。可以使用現有的 這種設計形式具有如下優點 裝置附近。 限定了光束，對測量有影響 恒定並且等於開孔光闌或者 本發明的一個重要優點在於 件、特別是不需要透鏡即可 在對測量有影響的光束的直 管遮蓋住的部分影響由光接 1226426 (四）實施方式 下面，根據附圖更加詳細說明本發明的實施例。 第1圖示意性表示夾在電極臂3的頂端的毛細管1和用 於測量毛細管1的頂端的擺動的測量裝置的平面圖，其中 超音波可以從超音波轉換器2施加於電極臂3。笛卡爾座 標系統的座標表示爲X、y和z，其中z座標垂直於投影平 面。電極臂3連接於引線接合器的接合頭4。接合頭4可 以使得毛細管1的頂端沿所有三個座標方向移動。測量裝 置包括用於產生具有限定直徑的光束6的光源5。光源5 包括發光二極體7和用於將由發光二極體7發射的光錐9 傳輸到光束6內的第一開孔光闌8。該裝置還包括一個第 二開孔光闌1 〇以及一個光接收器η。這兩個開孔光闌8 和1 〇限定了光束6的直徑：對測量有影響的光束6的直徑 等於這兩個開孔光闌8、1 0的直徑。根據毛細管的類型， 毛細管1的頂端的直徑在5 Ο μιη到1 5 〇 μιη的範圍內。在被 測點處光束6的直徑優選地小於毛細管1的直徑。在該例 子中，開孔光闌8和1 0的直徑並因而光束6的直徑大約爲 4 Ο μπι。但是，在被測點處光束6的直徑也可以和毛細管1 的直徑一樣大或者稍微大一些，從而在測量過程中不會發 生光束6的完全遮蔽。光接收器Π的輸出信號由一個電路 1 2放大。電路1 2優選地安裝在一個金屬殻體中以便保護 電路1 2免受外部電場的影響。 如第1圖所示，光束6沿X方向’電極臂3的縱軸沿y 方向。爲了單一測量毛細管1的頂端的振幅，原則上毛細 -9- 1226426 管1的頂端定位在光束6內，從而它遮蔽部分光束6。當 打開超音波轉換器2時，毛細管1的頂端在xy平面內擺動 。這些擺動的y分量Ay導致由光接收器1 1檢測的光束6 的遮蔽發生變化，而這些擺動的X分量Ax不會改變遮蔽。 但是優選地，不進行單一測量，而是上述方法用於施加了 超音波的毛細管1經過光束6從一側移動到另一側的情況。

第2圖表示測量裝置的第一實施例的透視圖。測量裝置 包括光發射器、主體1 3以及光接收器1 1，其中該主體1 3 帶有一個通道1 4，通道1 4的兩個側壁1 5和1 6的每一個 具有一個位於同一軸線1 9上的鑽孔1 7和1 8。該軸線1 9 橫向於通道1 4的縱軸。現有的發光二極體或雷射光二極體 7作爲光發射器。從發光二極體7發射的光經由一個鑽孔 1 7進入通道1 4並經由第二個鑽孔1 8到達光接收器1 1。通 道1 4的具有鑽孔1 7和1 8的這兩個側壁1 5和1 6形成兩個 同軸布置的開孔光闌8和1 0。因此開孔光闌8和1 0的直 徑等於鑽孔1 7和1 8的直徑。爲了測量毛細管1的振幅， 毛細管1根據上述的方法沿通道1 4的縱向方向20移動經 過由這兩個開孔光闌8和1 0確定的光束6。在鑽孔1 7和 1 8的區域，通道1 4的側壁1 5和1 6相互平行並且隨後向 著頂部加寬，從而一方面，發光二極體7和光接收器1 1之 間的距離儘可能小，並且從而另一方面，毛細管1在側壁 1 5和1 6之間具有空間而不會接觸側壁1 5和1 6。 第3圖表示測量裝置的第二實施例的透視圖。第二實施 例很大程度上和第一實施例類似，區別在於一個光導管2 1 -10- 1226426 布置在第二開孔光闌1 0和光接收器1 1之間。光導管2 1包 括導光芯和護層22。該實施例具有如下優點，即電路j 2 (第2圖）可以設置在引線接合器中的易於實現電屏蔽的合 適位置。 利用這些實施例，側壁1 5和1 6中的同軸鑽孔1 7和1 8 的並因而開孔光闌8和1 〇的直徑D對應於毛細管1的頂端 的直徑，從而在測量過程中光束6被儘可能地遮蓋。因此 直徑D通常小於1 5 Ο μπι。直徑D例如爲1 Ο Ο μιη，但是對於 非常細小的毛細管1，該直徑D也可以僅僅爲4 Ο μιη。因爲 光束6的直徑在這兩個開孔光闌8和1 0之間恒定，因此測 量的結果獨立於毛細管頂端的X座標的確切値。 本發明的測量裝置既可以永久地安裝在引線接合器上， 也可以設計爲一個獨立的測量裝置，僅僅當用來測量毛細 管振幅時才安裝在引線接合器上。當毛細管1的振動方向 與電極臂3(第1圖）的縱向方向不一致時，那麼可以利用測 量裝置轉過90°的兩次測量來確定毛細管1的振幅。然後相 繼確定毛細管1的振幅的分量Αχ和分量Ay，並且從這些 分量計算振幅A。 (五）圖式簡單說明 第1圖是用於測量毛細管頂端的振幅的測量裝置； 第2圖是測量裝置的第一種設計形式；以及 第3圖是測量裝置的第二種設計形式。 主要部分之代表符號說明 1 毛細管 轉換器 電極臂 接合頭 光源 光束

發光二極體 開孔光闌 光錐 開孔光闌 光接收器 電路 主體 通道 側壁 側壁 鑽孔

鑽孔 軸線 縱向方向 光導管 護層 -12-

Claims (1)

1226426 拾、申請專利範圍： 1 , 一種用於測量一擺動毛細管（1 )之頂端振幅之裝置，其中 毛細管（1 )的頂端的擺動調節通過光束（6)的強度，具有一 個光源（5)和一個光接收器（1 Π ’其特徵在於，光源（5)和 光接收器（11)之間僅僅設置兩個相互同軸對齊的開孔光 闌（8，1 0 )，其中光束（6 )的對測量有影響的直徑與開孔光 闌（8，1 0 )的直徑相等。 · 2 ·如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中利用沿同一軸 - 線（19)設置在位於主體（13)內的通道（14)的側壁（15，16) ^ 中的鑽孔（17，18)形成開孔光闌（8，1〇)。 3 ·如申請專利範圍第1或2項所述的裝置，其中開孔光闌 (8，1 〇 )的直徑小於！ 〇 〇 μ ηι。

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