專利名稱：帶有用于控制結(jié)合力的傳感器的超聲引線焊結(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1前序部分明確的這類帶有傳感器用于控制結(jié)合力的超聲引線焊結(jié)器(Ultrasonic wire bonder)。
權(quán)利要求1前序部分明確的這類用于產(chǎn)生引線接頭的超聲引線焊結(jié)器可從歐洲專利說(shuō)明書(shū)EP 340506中了解到。這類超聲焊結(jié)器具有可在水平轉(zhuǎn)動(dòng)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)的帶有喇叭件(horn)的振動(dòng)器(rocker)，此喇叭形件的梢部上夾定導(dǎo)引焊結(jié)引線的毛細(xì)管(capillary)。此振動(dòng)器上設(shè)有4個(gè)壓敏元件。當(dāng)此毛細(xì)管的前端碰撞到半導(dǎo)體晶片上時(shí)，由此半導(dǎo)體晶片作用到毛細(xì)管上并傳遞給此喇叭件與振動(dòng)器上的力便導(dǎo)致作用到壓敏元件上的力。此壓敏元件輸出的信號(hào)便用來(lái)控制上述毛細(xì)管作用于半導(dǎo)體晶片上的力。這類壓敏元件較重，對(duì)超聲焊結(jié)器的產(chǎn)率有不利影響。
歐洲專利說(shuō)明書(shū)EP 275877所述的一種超聲引線焊結(jié)器帶有裝附于其喇叭件上的由箔式應(yīng)變計(jì)形成的力傳感器和壓電力傳感器。缺點(diǎn)是這些個(gè)傳感器對(duì)于喇叭件的特性從而對(duì)毛細(xì)管的超聲振蕩特性的影響不能控制。
再有一種超聲引線焊結(jié)器是美國(guó)專利說(shuō)明書(shū)US 5230458中所述的。這種力傳感器是在不利的位置處進(jìn)行傳感，使得在焊結(jié)過(guò)程的快速工序中，由此種力傳感器輸出的信號(hào)在再現(xiàn)由半導(dǎo)體晶片作用到毛細(xì)管上的力的時(shí)間特性時(shí)會(huì)延遲與失真。
還知道可以省除力傳感器，而由流過(guò)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器的馬達(dá)的電流來(lái)導(dǎo)出半導(dǎo)體晶片作用于毛細(xì)管上的力。但是這種動(dòng)態(tài)的馬達(dá)電流將取決于其他一些工藝參數(shù)如基片的剛性等。
此外，歐洲專利申請(qǐng)EP 368533和EP 540189與德國(guó)專利申請(qǐng)DE4337837描述了焊結(jié)好的接頭質(zhì)量的監(jiān)控工藝。為此提出了一種距離傳感器用來(lái)探測(cè)此焊結(jié)好的接頭的變形。
本發(fā)明的目的在于提出用來(lái)控制所述結(jié)合力的更適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳌?br> 上述目的依據(jù)本發(fā)明由權(quán)利要求1的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)。
下面根據(jù)附圖詳述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中

圖1示明超聲引線焊結(jié)器的零部件，它們是理解本發(fā)明時(shí)必須的；圖2～6示明超聲引線焊結(jié)器上的傳感器和其他裝置。
圖1示明了用于制備引線接頭的超聲引線焊結(jié)器1，在水平軸2上設(shè)有可于其上轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)器3。馬達(dá)4用于轉(zhuǎn)動(dòng)此振動(dòng)器3。振動(dòng)器3上裝有喇叭件(喇叭形輻射體)5，它的梢部6夾定一導(dǎo)引引線7的毛細(xì)管8。喇叭件5的梢部6應(yīng)理解為喇叭件5這樣的前部，它在毛細(xì)管8被夾定的位置處的前后。振動(dòng)器3有一設(shè)于毛細(xì)管8之上的線夾9。傳感器10設(shè)于振動(dòng)器3之上，用來(lái)無(wú)接觸式地測(cè)量喇叭件5的梢部6相對(duì)于振動(dòng)器3的梢部的偏轉(zhuǎn)。傳感器10例如可以按光學(xué)式、電感式或電容式工作。振動(dòng)器3按周知方式構(gòu)造，最好將線性馬達(dá)用作馬達(dá)4，以使毛細(xì)管可沿垂向有大的加速度。位置測(cè)量系統(tǒng)11用來(lái)取得振動(dòng)器3相對(duì)于軸2的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)位置。傳感器10輸出一信號(hào)US給控制馬達(dá)4的控制單元18。
信號(hào)US特別適合于在焊結(jié)時(shí)用來(lái)控制作用于半導(dǎo)體晶片或基片上的力。下面用將絲7接附到半導(dǎo)體晶片12上的例子較詳細(xì)地說(shuō)明有關(guān)的工作方法。為了形成所謂的球形焊結(jié)，引線從毛細(xì)管8梢部突出的端部首先形成球狀。然后，轉(zhuǎn)動(dòng)軸2上的振動(dòng)器3以降低毛細(xì)管8。當(dāng)毛細(xì)管8的梢部接觸到半導(dǎo)體晶片12的表面，便蓄集著力即所謂的結(jié)合力。由于振動(dòng)器3繼續(xù)為馬達(dá)4轉(zhuǎn)動(dòng)，而毛細(xì)管8則座定于半導(dǎo)體晶片12上，喇叭件5便彎曲喇叭件5的梢部6相對(duì)于振動(dòng)器3的梢部在傳感器10的位置且沒(méi)有力作用于其上處偏轉(zhuǎn)。
傳感器10輸出的信號(hào)US依賴于喇叭件5的梢部6相對(duì)于引線夾9的偏轉(zhuǎn)，但是將被用于控制所述的結(jié)合力。通過(guò)校正處理則可確定傳感器10的信號(hào)US與結(jié)合力之間的關(guān)系。這種校正處理按兩步進(jìn)行。
步驟1使喇叭件5的梢部6以校準(zhǔn)部件的預(yù)定重量加載，即使加以預(yù)定的力F1，然后測(cè)量馬達(dá)4必須輸出的使振動(dòng)器3不轉(zhuǎn)動(dòng)的電流IM1。為此，控制通過(guò)馬達(dá)4的電流，直至位置測(cè)量系統(tǒng)11指明振動(dòng)器3不再轉(zhuǎn)動(dòng)。而得以由此計(jì)算變量KM=F1／IM1。然后撤除此校準(zhǔn)部件。
步驟2對(duì)馬達(dá)4施加電流，使得毛細(xì)管8此時(shí)以力F1壓迫支承體而測(cè)定傳感器10輸出的信號(hào)US1。然后計(jì)算變量 現(xiàn)在完成了校正處理。在操作此超聲焊結(jié)器時(shí)，實(shí)際的結(jié)合力F(t)可據(jù)傳感器信號(hào)US(t)據(jù)下述方程求得F(t)=KS*US(t)(1)借助此動(dòng)態(tài)傳感器信號(hào)US(t)，于是可將馬達(dá)4的電流I(t)控制成使得結(jié)合力遵循預(yù)定的時(shí)間分布。
喇叭件5的梢部6的偏轉(zhuǎn)不僅依賴于結(jié)合力還取決于其他的影響變量，特別是環(huán)境溫度。因此，最好在此超聲焊結(jié)器工作時(shí)重新校正喇叭件5的梢部6與此結(jié)合力之間的關(guān)系。必要時(shí)可在每次焊結(jié)過(guò)程中進(jìn)行重校并按下述方式進(jìn)行在焊結(jié)過(guò)程中，當(dāng)調(diào)節(jié)到所需的結(jié)合力時(shí)，即實(shí)際信號(hào)US2與通過(guò)馬達(dá)4的實(shí)際電流IM2已達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)，變量Ksn可計(jì)算如下 變量Ksn是變量KS的現(xiàn)下有效值。但建議不要根據(jù)Ksn的一次而是要根據(jù)它的例如10或20次相繼的測(cè)量結(jié)果來(lái)重校變量Ksn。變量Ks最好作為Ksn的預(yù)定次數(shù)測(cè)量結(jié)果的浮動(dòng)平均值校正，而得以繼續(xù)將此結(jié)合力據(jù)方程(1)控制到實(shí)際名義條件。
校正與重校也可按不同的方式進(jìn)行。
本發(fā)明提供了以下優(yōu)點(diǎn)結(jié)合力是直接在其發(fā)生處即在毛細(xì)管8上測(cè)量的。此測(cè)量不會(huì)有時(shí)延。
測(cè)量是非接觸式的。喇叭件5中的超聲波傳播不受影響。
能夠由傳感器10實(shí)際上無(wú)延時(shí)地識(shí)別毛細(xì)管8碰觸到半導(dǎo)體晶片12上的時(shí)刻，從而就能在有太多的結(jié)合力蓄積之前使振動(dòng)器3快速地制動(dòng)。此外，能在毛細(xì)管8碰撞之后立即而完全有效地控制此結(jié)合力，這是由于振動(dòng)器3能有很高的加速度。這樣，可使毛細(xì)管8的碰撞速度和所需的沖擊力相互最佳地同步。
結(jié)合力將很快地達(dá)到其設(shè)定值，同時(shí)超聲波可以相應(yīng)地很早地施加到喇叭件5上。由此可以減少用于生產(chǎn)這種焊結(jié)的接頭的時(shí)間和提高此超聲焊結(jié)器的生產(chǎn)率。
圖2示明傳感器10的第1實(shí)施例及其在振動(dòng)器3上的布置。傳感器10具有光發(fā)送器13和光接收器14，它們構(gòu)成光障15并設(shè)于U形室16中。室16裝設(shè)在緊接振動(dòng)器3上喇叭件5的梢部6的線夾9鄰近。光發(fā)送器13和光接收器14分別在喇叭件5的不同側(cè)且使得喇叭件5的上邊緣常位于光障15之上。要是喇叭件5此時(shí)相對(duì)于振動(dòng)器3偏轉(zhuǎn)，則光障15的陰影區(qū)會(huì)由于喇叭件5而增大，而傳感器10的信號(hào)US便對(duì)應(yīng)于此陰影區(qū)增大的程度而減弱。
圖3是傳感器10的第二實(shí)施例。此傳感器10有兩個(gè)光發(fā)送器13a、13b與兩個(gè)光接收器14a、14b形成了兩個(gè)光障15a和15b。第1光障15a的布置與第一實(shí)施例同，第2光障15b則與第1光障15a平行但與喇叭件5的下邊緣常位于第2光障15b之上。要是喇叭件5這時(shí)相對(duì)于振動(dòng)器3偏轉(zhuǎn)，則第1光障15a的陰影區(qū)會(huì)由于喇叭件5增加而第2光障15b的陰影區(qū)則減小。這兩個(gè)光接收器14a和14b的差信號(hào)用作傳感器10的信號(hào)US。這一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于信號(hào)US有較高的靈敏度和其對(duì)溫度的相關(guān)性較低。
圖4示明的傳感器10的第3實(shí)施例具有反射工作光的光障15，它把光發(fā)送器13發(fā)射的光部分地反射到喇叭件5的上表面而引向光接收器14。
圖5所示傳感器10的第4實(shí)施例具有這樣的反射工作光的光障15，它通過(guò)纖維光纜17將光發(fā)送器13發(fā)射的光導(dǎo)引到喇叭件5的上表面，并在該處部分地反射回并經(jīng)纖維光纜17導(dǎo)引回到光接收器14。
也可以取代上述光學(xué)元件而將線圈或電容器板裝設(shè)于室16中，通過(guò)電感或電容來(lái)測(cè)量喇叭件5的偏轉(zhuǎn)。用電感進(jìn)行測(cè)距的這樣一個(gè)實(shí)施例給出在圖6中。將線圈用作傳感器10，例如采用帶鐵氧體磁心的線圈或扁平線圈，將其設(shè)于喇叭件5梢部上方的振動(dòng)器3之上。將交變電流加于此線圈上，測(cè)量線圈的歐姆電阻和／或電感。當(dāng)喇叭件5的距離改變，線圈的歐姆電阻與電感也改變。
傳感器10還可用來(lái)測(cè)量所焊結(jié)的引線7的結(jié)合質(zhì)量。為此，在生產(chǎn)出引線接頭后，用線夾9夾定引線7(圖1)然后提升振動(dòng)器3。在此情形下，這段引線便張緊在焊結(jié)接頭和線夾9之間，積累地增大了力而可防止線夾9隨振動(dòng)器3轉(zhuǎn)動(dòng)。結(jié)果，線夾9便相對(duì)于上面未受力作用的喇叭件5的梢部6彎曲，而減小了線夾9與喇叭體件5之間的距離。這樣，線夾9相對(duì)于喇叭件5的偏轉(zhuǎn)到引線斷裂的程度可以測(cè)定出。通過(guò)校正處理，線夾9相對(duì)于喇叭件5偏轉(zhuǎn)間的關(guān)系可以作為在線夾9上作功的力的函數(shù)來(lái)測(cè)定。于是能夠高精度地測(cè)定使引線7斷開(kāi)所需的力。
傳感器10還適用于識(shí)別喇叭件5相對(duì)于振動(dòng)器3的振蕩，由此可以指明喇叭件5是否不適當(dāng)?shù)毓潭ㄔ谡駝?dòng)器3之上。
權(quán)利要求
1．用于制備引線接頭的超聲引線焊結(jié)器(1)，它具有可在水平軸(2)上轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)器(3)，上面裝設(shè)喇叭件(5)，在喇叭件(5)的梢部(6)上夾設(shè)著導(dǎo)引引線(7)的毛細(xì)管(8)，還具有傳感器(10)用來(lái)控制焊結(jié)過(guò)程中作用到毛細(xì)管(8)上的力，其特征在于，此傳感器(10)設(shè)置于振動(dòng)器(3)上喇叭件(5)的梢部(6)的所在區(qū)域中，且此傳感器(10)能夠非接觸地測(cè)量喇叭件(5)梢部(6)相對(duì)于振動(dòng)器(3)的偏轉(zhuǎn)。
2．權(quán)利要求1所述的超聲引線焊結(jié)器，特征在于，所述傳感器(10)為光學(xué)式傳感器。
3．權(quán)利要求1所述的超聲引線焊結(jié)器，特征在于，所述傳感器(10)為電感式傳感器。
全文摘要
用于制備引線接頭的超聲引線焊結(jié)器(1)具有可在水平軸(2)上轉(zhuǎn)動(dòng)的振動(dòng)器(3)。振動(dòng)器(3)裝有喇叭件(5),后者的梢部(6)上夾裝著導(dǎo)引引線(7)的毛細(xì)管。振動(dòng)器(3)上于喇叭件(5)的梢部(6)區(qū)域中設(shè)有傳感器(10),用來(lái)控制焊結(jié)過(guò)程中作用于毛細(xì)管(8)上的力。傳感器(10)非接觸式地測(cè)量喇叭件(5)相對(duì)于振動(dòng)器(3)的偏轉(zhuǎn)。喇叭件(5)的梢部(6)的偏轉(zhuǎn)與焊結(jié)力之間存在著可由校正處理測(cè)定和加以存儲(chǔ)的相互關(guān)系。
文檔編號(hào)H01R43/02GK1289662SQ00128809
公開(kāi)日2001年4月4日 申請(qǐng)日期2000年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月23日
發(fā)明者阿明·費(fèi)爾伯 申請(qǐng)人:Esec貿(mào)易公司