一種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置，該裝置包括邦頭組件、換能器組件、壓電片(7)及鍵合工具(2)，換能器組件包括換能器變幅桿(1)、連接部件(3)及換能器凸緣(4)，連接部件(3)將鍵合工具(2)固定在換能器變幅桿(1)上，邦頭組件包括邦頭支架(5)及邦頭固定部件(6)，換能器組件通過(guò)邦頭固定部件(6)鎖緊換能器凸緣(4)，進(jìn)而安裝在邦頭支架(5)上，壓電片(7)設(shè)置在換能器凸緣(4)與邦頭支架(5)之間，作為壓力傳感器來(lái)檢測(cè)鍵合過(guò)程中的鍵合壓力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械性能好，成本低，操作簡(jiǎn)單方便，不僅實(shí)現(xiàn)了鍵合壓力的檢測(cè)，又使系統(tǒng)的機(jī)械性能不受改變和影響。
【專利說(shuō)明】-種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于機(jī)械電子【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在集成電路和光電器件中，引線鍵合是封裝工藝中半導(dǎo)體芯片和外界連接的關(guān)鍵 性工藝，也是最通用最簡(jiǎn)單而有效的一種連接方式。引線鍵合工藝是用非常細(xì)小的線把芯 片上焊盤和引線框架連接起來(lái)的過(guò)程。影響引線鍵合質(zhì)量的因素有很多方面，例如超聲能 量、鍵合壓力、焊接時(shí)間、溫度、引線材料、鍵合工具等。在現(xiàn)代的引線鍵合機(jī)里，超聲能量、 鍵合壓力和溫度是決定鍵合質(zhì)量的最主要的三要素。在引線鍵合過(guò)程中，引線在熱量、鍵合 壓力和超聲能量的共同作用下，與焊盤金屬發(fā)生原子間擴(kuò)散達(dá)到鍵合的目的。
[0003] 引線鍵合機(jī)的主要組成部分是邦頭系統(tǒng)。邦頭系統(tǒng)包括邦頭支架、換能器、線夾、 邦頭馬達(dá)等。邦頭系統(tǒng)的各組成部分通過(guò)邦頭支架聯(lián)系在一起。換能器提供了鍵合所需的 超聲能量。線夾是負(fù)責(zé)鍵合過(guò)程中進(jìn)行夾線和拉線。邦頭馬達(dá)提供了邦頭系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。 隨著前端工藝的發(fā)展正朝著超精細(xì)鍵合和大鍵合面積的趨勢(shì)發(fā)展，短換能器的優(yōu)越性越來(lái) 越明顯，可以提高系統(tǒng)剛度、穩(wěn)定性、鍵合精度和減少熱膨脹的不利影響。通常短換能器通 過(guò)自身的凸緣用螺絲鎖在邦頭支架上。
[0004] 鍵合壓力指的是焊點(diǎn)處的垂直壓力，是僅次于超聲能量影響鍵合質(zhì)量的要素。鍵 合壓力太小會(huì)造成引線鍵合不牢，同時(shí)會(huì)造成引線與鍵合工具端面粘連現(xiàn)象。但鍵合壓力 過(guò)大，會(huì)使引線的變形增大，不僅會(huì)造成鍵合點(diǎn)根部損傷，引起鍵合點(diǎn)根部斷裂失效，而且 還會(huì)損傷鍵合點(diǎn)下的芯片材料，甚至切斷引線破壞金屬層。在其他焊接條件不變的情況下， 不同規(guī)格的引線在焊接時(shí)需要施加的靜壓力也不同，通常粗的引線需要的壓力要大些。因 此，檢測(cè)引線鍵合壓力（bond force)的方法具有重要的意義。通過(guò)檢測(cè)，控制或調(diào)整引線鍵 合機(jī)的參數(shù)，提高鍵合質(zhì)量及半導(dǎo)體器件的可靠性。
[0005] 由于超聲波鍵合階段較為復(fù)雜，很難對(duì)超聲波能量與鍵合壓力進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)值模 擬。已經(jīng)有的方法是用專業(yè)的壓力傳感器再配上復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，極大地影響了系統(tǒng)的機(jī) 械性，提高了成本，限制了應(yīng)用范圍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于檢測(cè) 鍵合壓力的裝置。
[0007] 本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0008] -種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置，該裝置包括邦頭組件、換能器組件、壓電片及鍵合 工具，所述的換能器組件包括換能器變幅桿、連接部件及換能器凸緣，所述的連接部件將鍵 合工具固定在換能器變幅桿上，所述的邦頭組件包括邦頭支架及邦頭固定部件，所述的換 能器組件通過(guò)邦頭固定部件鎖緊換能器凸緣，進(jìn)而安裝在邦頭支架上，所述的壓電片設(shè)置 在換能器凸緣與邦頭支架之間，作為壓力傳感器來(lái)檢測(cè)鍵合過(guò)程中的鍵合壓力。
[0009] 所述的壓電片包括壓電片上部、壓電片中部、壓電片下部及壓電片通孔，所述壓電 片通孔的尺寸與所述邦頭固定部件相匹配。
[0010] 所述的壓電片中部無(wú)極化，所述的壓電片上部和壓電片下部均有極化，而且極化 方向相反。
[0011] 所述的壓電片兩面設(shè)有銅片，用作電極。
[0012] 所述的連接部件為瓷嘴螺絲，所述的邦頭固定部件為邦頭螺絲。所述的邦頭螺絲 將換能器凸緣固定在邦頭支架的同時(shí)，也給壓電片施加了預(yù)緊力。由于壓電片上部和壓電 片下部受力方向相反，致使壓電片中部沒(méi)有極化，壓電片上部和壓電片下部極化方向相反。 當(dāng)壓電片受到壓力時(shí)，壓電片中部由于沒(méi)有極化就不會(huì)產(chǎn)生電荷。壓電片上部和壓電片下 部受到的壓力方向相反，由于極化方向也相反，就會(huì)產(chǎn)生同向的電信號(hào)。
[0013] 所述的壓電片的形狀與換能器凸緣和邦頭支架的形狀相匹配。
[0014] 上述用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置的使用方法，該方法主要是利用壓電片的壓電效應(yīng) 來(lái)檢測(cè)鍵合壓力；工作時(shí)，鍵合工具受到的壓力會(huì)通過(guò)換能器變幅桿和換能器凸緣傳遞到 壓電片上，壓電片把受到的壓力轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并將電信號(hào)傳送至機(jī)器控制系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 對(duì)鍵合壓力的檢測(cè)。
[0015] 本實(shí)用新型利用一片特制的壓電片放在換能器凸緣和邦頭支架中間作為壓力傳 感器去檢測(cè)鍵合過(guò)程中的鍵合壓力，該壓電片可以利用壓電效應(yīng)將接受到的壓力轉(zhuǎn)換成電 信號(hào)輸出給機(jī)器進(jìn)行壓力檢測(cè)。這樣既實(shí)現(xiàn)了鍵合壓力檢測(cè)，又使系統(tǒng)的機(jī)械性能不受改 變和影響。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)：
[0017] 1.成本?。涸摻Y(jié)構(gòu)沒(méi)有應(yīng)用專業(yè)的壓力傳感器，極大地節(jié)省了成本，并且使用本 方法不需要改變?cè)瓉?lái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)加工成本也不受影響；
[0018] 2.使用方便：在引線鍵合機(jī)邦頭部分，有很多組件，可利用空間很小；本實(shí)用新型 沒(méi)有受空間限制，不需要增加額外的機(jī)械部件來(lái)鎖定壓電片；壓電片的形狀可以隨換能器 凸緣和邦頭支架的形狀而調(diào)整；
[0019] 3.機(jī)械性能好：和使用專業(yè)壓力傳感器相比，本實(shí)用新型省去了很多使用專業(yè)壓 力傳感器所需要的機(jī)械部件，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械連接簡(jiǎn)單可靠；由于本實(shí)用新型降低了 系統(tǒng)本身質(zhì)量，并提高了系統(tǒng)剛性，從而增加了邦頭控制系統(tǒng)的帶寬特性，提高了邦頭鍵合 的速度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本實(shí)用新型一種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為圖1的部分放大平面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3為壓電片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖中標(biāo)記說(shuō)明：
[0024] 1-換能器變幅桿、2-鍵合工具、3-瓷嘴螺絲、4-換能器凸緣、5-邦頭支架、6-邦頭 螺絲、7-壓電片、7a-壓電片上部，7b-壓電片中部，7c-壓電片下部，7d-壓電片通孔。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0026] 實(shí)施例
[0027] 如圖1?3所示，一種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置，該裝置包括邦頭組件、換能器組 件、壓電片7及鍵合工具2,所述的換能器組件包括換能器變幅桿1、連接部件及換能器凸緣 4,所述的連接部件3將鍵合工具2固定在換能器變幅桿1上，所述的邦頭組件包括邦頭支 架5及邦頭固定部件6,所述的換能器組件通過(guò)邦頭固定部件鎖緊換能器凸緣4,進(jìn)而安裝 在邦頭支架5上，所述的連接部件3為瓷嘴螺絲，所述的邦頭固定部件6為邦頭螺絲；所述 的壓電片7設(shè)置在換能器凸緣4與邦頭支架5之間，作為壓力傳感器來(lái)檢測(cè)鍵合過(guò)程中的 鍵合壓力。所述的壓電片7包括壓電片上部7a、壓電片中部7b、壓電片下部7c及壓電片通 孔7d，壓電片通孔7d的尺寸與邦頭固定部件相匹配。所述的壓電片中部7b無(wú)極化，所述的 壓電片上部7a和壓電片下部7b均有極化，而且極化方向相反。壓電片7兩面設(shè)有銅片，用 作電極；壓電片7的形狀與換能器凸緣4和邦頭支架5的形狀相匹配。
[0028] -種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置的使用方法，該方法主要是利用壓電片7的壓電效 應(yīng)來(lái)檢測(cè)鍵合壓力；工作時(shí)，鍵合工具2受到的壓力會(huì)通過(guò)換能器變幅桿1和換能器凸緣 4傳遞到壓電片7上，壓電片7把受到的壓力轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并將電信號(hào)傳送至機(jī)器控制系 統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵合壓力的檢測(cè)。
[0029] 具體來(lái)說(shuō)，本裝置利用壓電片的壓電效應(yīng)來(lái)檢測(cè)鍵合壓力，只需要用一個(gè)單獨(dú)的 壓電片，而不需要增加任何器件。邦頭螺絲將換能器凸緣4固定在邦頭支架5的同時(shí)，也給 壓電片7施加了預(yù)緊力。壓電片7包括壓電片上部7a、壓電片中部7b、壓電片下部7c和用 來(lái)穿過(guò)邦頭螺絲的壓電片通孔7d。由于壓電片上部7a和壓電片下部7c受力的方向相反， 該壓電片中部7b沒(méi)有極化，且壓電片上部7a和壓電片下部7c極化方向相反。當(dāng)壓電片7 受到壓力時(shí)，壓電片中部7b沒(méi)有極化就不會(huì)產(chǎn)生電荷。壓電片上部7a和壓電片下部7c受 到的壓力方向相反，使得兩者極化方向也相反，這就會(huì)產(chǎn)生同向的電信號(hào)。鍵合工具2受到 壓力時(shí)，就會(huì)通過(guò)換能器變幅桿1和換能器凸緣4傳遞到壓電片7上，壓電片7把受到的壓 力轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出給機(jī)器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鍵合壓力的檢測(cè)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置，該裝置包括邦頭組件、換能器組件、鍵合工具（2)， 所述的換能器組件包括換能器變幅桿（1)、連接部件（3)及換能器凸緣（4)，所述的連接部 件（3)將鍵合工具（2)固定在換能器變幅桿（1)上，所述的邦頭組件包括邦頭支架（5)及 邦頭固定部件（6)，所述的換能器組件通過(guò)邦頭固定部件（6)鎖緊換能器凸緣（4)，進(jìn)而安 裝在邦頭支架（5)上，其特征在于，還包括壓電片（7)，該壓電片（7)設(shè)置在換能器凸緣（4) 與邦頭支架（5)之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置，其特征在于，所述的壓電片 ⑵包括壓電片上部（7a)、壓電片中部（7b)、壓電片下部（7c)及壓電片通孔（7d)，所述壓 電片通孔（7d)的尺寸與所述邦頭固定部件（6)相匹配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置，其特征在于，所述的壓電片 中部（7b)無(wú)極化，所述的壓電片上部（7a)和壓電片下部（7b)均有極化，而且極化方向相 反。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置，其特征在于，所述的壓電片 (7)兩面設(shè)有銅片，用作電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置，其特征在于，所述的連接部 件（3)為瓷嘴螺絲，所述的邦頭固定部件（6)為邦頭螺絲；邦頭螺絲在鎖緊換能器凸緣（4) 和邦頭支架（5)的時(shí)給壓電片施加預(yù)緊力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于檢測(cè)鍵合壓力的裝置，其特征在于，所述的壓電片 (7)的形狀與換能器凸緣（4)和邦頭支架（5)的形狀相匹配。
【文檔編號(hào)】H01L21/66GK203895415SQ201420232488
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】李相超, 張青松, 高金金 申請(qǐng)人:上海相友超聲科技有限公司