[發(fā)明專利]四環(huán)精密位置控制和力控制方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010278688.1
• 申請(qǐng)日: 2010-09-03
• 公開（公告）號(hào): CN101969034A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜海蓉;閔建君;禹新路;程煒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 比銳精密設(shè)備(深圳)有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/60
• 分類號(hào): H01L21/60;H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

[技術(shù)領(lǐng)域]

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于LED金線焊線機(jī)的四環(huán)精密位置控制和力控制方法。

[背景技術(shù)]

金線焊線機(jī)是是完成微電子封裝中引線鍵合環(huán)節(jié)的設(shè)備。隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的逐漸發(fā)展壯大，市場(chǎng)對(duì)于各類芯片的需求也越來越多，對(duì)焊線的速度和質(zhì)量都提出了更高的要求。在焊線的過程中要求每一步驟都要保證很高的精度，這就要求在控制過程中要保證很高的定位精度，除此之外焊接力的控制也決定了焊線的質(zhì)量。

電子封裝就是把晶圓切割下來的芯片，安裝在引線框架上，并以金屬絲或凸點(diǎn)連接裸芯片及引線框架或基板的電路，接著在晶粒外面包裝絕緣的塑料或陶瓷外殼的過程。引線鍵合是電子封裝中的一道關(guān)鍵工序，它負(fù)責(zé)用細(xì)微的金屬絲將裸芯片及引線框架連接起來，實(shí)現(xiàn)芯片內(nèi)部和外部引腳之間的信號(hào)互連。引線鍵合的基本步驟包括：形成第一焊點(diǎn)，形成線弧，最后形成第二焊點(diǎn)。在鍵合過程中要通過高精度的位置定位保證焊點(diǎn)的準(zhǔn)確性，并且形成理想的線弧。同時(shí)鍵合力的大小必須被精確控制，以滿足鍵合工藝的需要。過小的鍵合力會(huì)導(dǎo)致未成形的鍵合或尾絲翹起；過大的鍵合力會(huì)阻礙鍵合工具的運(yùn)動(dòng)，抑制超聲能量的傳導(dǎo)，導(dǎo)致污染物和氧化物被推到了鍵合區(qū)域的中心，形成中心未鍵合區(qū)域。根據(jù)工藝要求，鍵合力一般處于0.2N到1.2N之間可調(diào)，屬于微小力級(jí)別。鍵合時(shí)間非常短，力的作用時(shí)間只有個(gè)毫秒，要求力的建立非常快。在者，為縮短焊線周期，鍵合前焊接頭的搜索速度比較大，這將導(dǎo)致大的碰撞了產(chǎn)生。這幾方面的特點(diǎn)，對(duì)立的控制系統(tǒng)提出了苛刻的要求，難以實(shí)現(xiàn)。

引線鍵合及的主要部件有三個(gè)軸，一個(gè)XY平臺(tái)運(yùn)載邦頭做平面定位，Z軸負(fù)責(zé)邦頭的垂直焊接，力控制主要由Z軸實(shí)現(xiàn)的。首先，Z軸從成球高度，高速下降到搜索高度，然后以較低的常速度搜索芯片，碰撞后開始焊接。焊接完成之后土里接觸開始拉線弧動(dòng)作，進(jìn)入第二點(diǎn)焊接，其后過程和第一點(diǎn)差不多，最終又回到成球高度，開始下一個(gè)周期。在一個(gè)周期內(nèi)，Z軸有三種控制狀態(tài)，(1)位置控制，在這個(gè)狀態(tài)中，邦頭與芯片沒有接觸，目的是拉出線弧或者運(yùn)動(dòng)到焊接位置附近；(2)切換控制：也可稱為“切換態(tài)”，這是由位置環(huán)向力環(huán)控制的過渡，這是，邦頭以非常低的速度去接近元件，以避免大的沖擊力而損壞元件；(3)力控制：邦頭和芯片接觸上，以個(gè)穩(wěn)定的接觸力需要保持。由此可見，焊接過程中，力控制和位置控制相輔相成，在時(shí)序上互為基礎(chǔ)，在性能上互相影響。

傳統(tǒng)的焊線機(jī)一般采用位置控制加上開環(huán)力控制的控制方式。位置控制一般包括三環(huán)：位置環(huán)，速度環(huán)和電流環(huán)，而力控制也只是采取開環(huán)加電流的方式。即使隨之科技的發(fā)展，閉環(huán)力控被引入引線鍵合過程，在控制過程中要進(jìn)行位置控制和力控制的切換。在切換的過程中會(huì)使系統(tǒng)在某一時(shí)刻只有電流環(huán)控制器，也就是系統(tǒng)處于開環(huán)不受控階段，在這一階段會(huì)給系統(tǒng)帶來很大的擾動(dòng)或者沖擊，從而影響引線鍵合的質(zhì)量。目前在國內(nèi)外的芯片封裝工業(yè)中還沒有任何將位置控制和力控制融入一套環(huán)路的控制方法。

[發(fā)明內(nèi)容]

本發(fā)明的目的在于提供一種可在引線鍵合過程中使用的四環(huán)精密位置控制和力控制方法。其特征在于：包括：位置控制時(shí)的四環(huán)控制方法，即位置環(huán)，速度環(huán)，力環(huán)和電流環(huán)；力控制時(shí)的雙環(huán)控制方式，即力環(huán)和電流環(huán)，并使用一個(gè)高精度的力傳感器獲得力反饋信號(hào)。在該方法中力環(huán)嵌入位置環(huán)和速度換中，所以力環(huán)的響應(yīng)頻率很高。同時(shí)，將力環(huán)嵌入到位置環(huán)和速度環(huán)中，當(dāng)需要從位置控制切換到力控制時(shí)，只要通過改變速度控制器和位置控制器的參數(shù)即可，不存在開環(huán)控制失控的階段。所以系統(tǒng)從位置控制到力控制的切換可以變得非常平滑。這種方法可以減小切換過程中的沖擊或震動(dòng)，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

根據(jù)本發(fā)明，將力環(huán)嵌入位置環(huán)和速度環(huán)，可以在位置控制是達(dá)到很高的定位精度，同時(shí)，在切換為力控制時(shí)，保證平滑切換，不引入振動(dòng)和沖擊，且設(shè)置力環(huán)控制器為PI控制器加速度阻尼的結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)各控制器的參數(shù)可以達(dá)到很好的力控制效果。

[附圖說明]

圖1是表示LED金線焊線進(jìn)焊線過程圖；

圖2是表示在焊線過程中Z軸的運(yùn)動(dòng)示意圖；

圖3是表示本發(fā)明的四環(huán)控制方法的控制框圖；

圖4是表示本發(fā)明的四環(huán)控制方法中位置環(huán)控制器和速度環(huán)控制器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5是表示本發(fā)明的四環(huán)控制方法的力控制框圖；

圖6是表示本發(fā)明的四環(huán)控制方法的力環(huán)控制器的結(jié)構(gòu)框圖

[具體實(shí)施方法]