本發(fā)明涉及半導體封裝行業(yè)，特別是功率模塊封裝前段粘片和鍵合工序(diebonder-wirebonder)的生產(chǎn)設備。

背景技術：

半導體封裝芯片粘貼方式一般有共晶、焊接、導電膠、玻璃膠這4種方式，其中各有其特性優(yōu)缺點，功率模塊封裝粘片更適合用焊接和導電膠這兩種方式，并且更適合用焊接方式中的軟焊料(鉛錫銀等合金焊料)以及導電膠粘片中的點錫膏方式，主要是這兩種方式對應功率器件中芯片和框架粘片完成后的應力和熱阻綜合效果比較好。

半導體封裝引線鍵合是當前最重要的電子封裝技術之一，目前90％以上的芯片均采用這種技術封裝。引線鍵合可分為熱壓鍵合，超聲鍵合，熱壓超聲鍵合三種，根據(jù)鍵合點形狀又分為球星鍵合和楔形鍵合。功率器件以及模塊封裝一般采用引線鍵合。大功率igbt模塊一般對igbt芯片和frd芯片采用超聲引線鍵合比較可靠。由于需要承載大電流，故采用楔形劈刀將粗鋁線鍵合到芯片表面及襯板表面，這種方法叫超聲楔鍵合。功率器件封裝工藝中最常用的是引線鍵合法和銅片搭橋方式，鍵合方式工藝簡單，成本低，可靠性高。

目前國內(nèi)還沒有完全掌握大功率igbt模塊和智能功率模塊(ipm)以及技術，相應的模塊封裝工藝技術掌握不足，缺乏工藝技術數(shù)據(jù)積累，所以在封裝設備相應的發(fā)展緩慢。但是智能功率模塊ipm，功率電子模塊pebb,集成功率電子模塊ipem在家用電器(微波爐，空調(diào)，洗衣機等)和工業(yè)電器(伺服機，變頻器等)應用越來越廣泛，市場前景廣闊。

技術實現(xiàn)要素：

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的目的在于提供一種，全自動粘片鍵合設備，采用工業(yè)電腦配運動控制卡，控制伺服電機和步進電機，通過相機識別定位，達到高精度控制的目的，是通過如下技術方案實現(xiàn)的。

全自動粘片鍵合設備，包括:

上料部：上料部位于設備的一側(cè)，包括運送引線到拾取位的載料臺，所述上料部用于拾取引線到上料推送臺；

搬運部：與上料部連接，包括伺服電機驅(qū)動導軌絲杠的夾爪，用于運送引線到供錫整形區(qū)；

供錫整形部：包括用于平整錫層或錫膏層整形頭；

識別定位部：包括采集照片數(shù)據(jù)的相機；

芯片xy平臺部：包括x向伺服電機導軌絲杠和y向伺服電機導軌絲杠，根據(jù)相機識別定位數(shù)據(jù)用于將晶圓上芯片移動到拾取位置；

芯片拾取部：包括由x向伺服電機導軌絲杠和z向伺服電機導軌絲杠帶動的拾取頭，所述拾取頭包括吸取到芯片從所述拾取放置到引線焊接位置的真空吸嘴；

鍵合搬送部：包括引線夾，用于搬送粘完芯片的引線到第一鍵合頭位置；

鍵合相機定位部：讀取焊接模板數(shù)據(jù)，用于超聲焊接定位；

鍵合頭：包括伺服電機帶動鍵合頭z向和r向運動的第一鍵合頭和第二鍵合頭，還包括用于將鋁絲引線分別鍵合到引線腳和芯片焊盤的超聲鍵合裝置；

下料部：位于與所述上料部相對的設備另一側(cè)，包括若干料盒，所述下料部用于將完成鍵合的引線自動搬送到料盒中，自動卸下裝滿后的料盒，并替換上一個空料盒；

其中，所述設備還包括連接上料部和下料部的軌道，顯示所述相機中采集到照片數(shù)據(jù)的第一顯示屏和鍵合相機定位部通信連接的第二顯示屏，及操作識別定位部和鍵合相機定位部的第一操作臺和第二操作臺。

所述上料部是通過真空吸盤吸取或手指氣缸夾取的方式拾取引線到上料推送臺。

識別定位部的相機采集到照片數(shù)據(jù)，并上傳到電腦通訊模塊。

超聲鍵合裝置由超聲發(fā)生器，壓電換能器，變幅桿及鍵合工具組成。

所述芯片拾取部的拾取頭包括吸取芯片的真空吸嘴、檢測拾取狀態(tài)的數(shù)字流量計。

基于本發(fā)明的粘片鍵合設備的粘片鍵合方法包括：

步驟一、圓晶在芯片xy平臺部上自動擴片；

步驟二、供錫整形部給引信框架供軟焊料或點錫膏中的一種，整形頭根據(jù)芯片形狀整形；

步驟三、通過相機定位xy平臺芯片，拾取頭拾取相機定位到的芯片到自動上料的引線框架焊料上；

步驟四、粘片系統(tǒng)和鍵合系統(tǒng)聯(lián)機通信，粘片完成的引線框架運行到鍵合軌道區(qū)；

步驟五、第一鍵合頭鍵合相機識別鍵合定位區(qū)域，第一鍵合頭把鋁線和鋁帶鍵合到芯片和引腳線；

步驟六、第一鍵合頭完成后，移動到第二鍵合頭的鍵合區(qū)域，相機識別鍵盤區(qū)域，第二鍵合頭把鋁線和鋁帶鍵合到芯片和引腳線。

本發(fā)明的有益效果是：能實現(xiàn)高精度控制粘片鍵合的目的，解決模塊封裝量產(chǎn)問題。

附圖說明

圖1是全自動粘片鍵合設備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明具體實施例中粘片鍵合的方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術方案。

如圖1所示，圖1是本發(fā)明的全自動粘片鍵合設備的結(jié)構(gòu)示意圖，設備的結(jié)構(gòu)包括：

位于設備的一側(cè)上料部1，包括運送引線到拾取位的載料臺，所述上料部用于拾取引線到搬運部2，搬運部2包括伺服電機驅(qū)動導軌絲杠的夾爪，用于運送引線到供錫整形區(qū)；供錫整形部3：包括整形頭，根據(jù)芯片尺寸平整錫層或錫膏層。

識別定位部4：包括采集照片數(shù)據(jù)的相機，采集相片數(shù)據(jù)后上傳；

芯片平臺部：包括x向伺服電機導軌絲杠和y向伺服電機導軌絲杠(圖中未顯示)，根據(jù)相機識別定位數(shù)據(jù)用于將晶圓5上芯片移動到拾取位置；

芯片拾取部6：伺服電機凸輪帶動頂針頂起定位好的芯片，x向伺服電機導軌絲杠和z向伺服電機導軌絲杠帶動的拾取頭，用真空吸嘴吸取到芯片放置到引線焊接位置；

鍵合搬送部：包括引線夾，用于搬送粘完芯片的引線到第一鍵合頭頭位置；

鍵合相機定位:由相機和數(shù)據(jù)采集卡采集圖像，給焊接區(qū)定位，讀取焊接模板數(shù)據(jù)；

鍵合頭：包括伺服電機帶動鍵合頭z向和r向運動的第一鍵合頭10和第二鍵合頭11，還包括用于將鋁絲引線分別鍵合到引線腳和芯片焊盤的超聲鍵合裝置12；

下料部13：包括料盒載臺和料盒，所述下料部用于將完成鍵合的引線自動搬送到料盒中，料盒載臺自動卸下裝滿后的料盒，并載上一個空料盒；

其中，所述設備還包括連接上料部和下料部的軌道14，顯示所述相機中采集到照片數(shù)據(jù)的第一顯示屏15和鍵合相機定位部通信連接的第二顯示屏16，及操作識別定位部和鍵合相機定位部的第一操作臺17和第二操作臺18。

本發(fā)明的具體實施例中，是通過如下方案來實現(xiàn)的整套系統(tǒng)采用工業(yè)電腦配運動控制卡，控制伺服電機和步進電機，通過相機識別定位，達到高精度控制，結(jié)合其中一實施例，對每一個部件的說明如下。

上料部1：用步進電機帶動絲杠導軌組成載料臺運送引線到拾取位，用真空吸盤吸取或手指氣缸夾取引線到上料推送臺。步進電機帶推動頭推送引線進軌道加熱，熱機將氫氮氣混合氣保護引線加熱到軟焊料熔化溫度，如采用點錫膏工藝不加熱軌道直接運送到供錫整形(或點錫膏)部。

搬送部2：用伺服電機帶動導軌絲杠，用夾爪運送引線到供錫整形區(qū)供錫整形(或點錫膏)部3，步進電機帶動滾輪送錫絲到引線上，伺服電機絲杠導軌帶動整形頭整形(或者伺服電機絲杠導軌帶動點膠頭，點膠機點膠)，成型和芯片尺寸的平整錫層或錫膏層。

識別定位部4：相機拍照采集照片數(shù)據(jù)，和電腦通訊模板數(shù)據(jù)對比，定位芯片。

芯片xy平臺部5(wfaer臺)：x向伺服電機導軌絲杠和y向伺服電機導軌絲杠根據(jù)相機識別定位數(shù)據(jù)移動晶圓上芯片到拾取位置。

芯片拾取部6：伺服電機凸輪帶動頂針頂起定位好的芯片，x向伺服電機導軌絲杠和z向伺服電機導軌絲杠帶動拾取頭，運動到定位到的芯片位置，用真空吸嘴吸取到芯片放置到引線焊接位置，拾取頭采用真空吸嘴，用數(shù)字流量計檢測拾取狀態(tài)，拾取到芯片后用100g左右壓力把芯片焊接到引線焊盤，芯片焊接完成后的引線通過搬送部繼續(xù)往前搬送，到鍵合軌道區(qū)，聯(lián)機啟動鍵合搬送。

鍵合搬送部：步進電機絲杠導軌帶動引線夾，搬送粘完芯片的引線送到第一鍵合頭頭位置。

鍵合相機定位部9：由相機和數(shù)據(jù)采集卡采集圖像，給焊接區(qū)定位，讀取焊接模板數(shù)據(jù)

第一鍵合頭10：鍵合頭由伺服電機帶動鍵合頭z向和r向運動，鍵合頭上裝超聲鍵合系統(tǒng)，超聲鍵合系統(tǒng)由超聲發(fā)生器，壓電換能器，變幅桿及鍵合工具(劈刀等)組成，其工作原理為壓電陶瓷將超聲電路產(chǎn)生的正弦功率信號轉(zhuǎn)換成機械震動能，震動經(jīng)傳輸放大并匯聚后作用在工作界面，在機械能和dier鍵合力的共同作用下，在常溫下利用超聲機械振動帶動穿過劈刀的鋁線與膜進行摩擦，是氧化膜破碎，純凈的金屬表面互相接觸，通過摩擦產(chǎn)生的熱量，使金屬之間相互擴散，從而將鋁絲引線分別鍵合到引線腳和芯片焊盤。

第二鍵合頭11：與第一鍵合頭結(jié)構(gòu)與原理相同，第一鍵合頭完成鍵合后，由搬送夾搬送引線到第二鍵合為，完成第二鍵合。

下料部12：步進電機導軌絲杠帶動料盒載臺，完成鍵合的引線自動搬送到料盒中，料盒裝滿后自動卸下滿料盒，上下一個空料盒，整體粘片鍵合完成。整個鍵合過程是通過電機帶動的循環(huán)轉(zhuǎn)動的軌道13上軌道依次連接上料部、搬運部、供錫整形部、超聲焊接區(qū)域，下料部，通過操作臺按照屏幕顯示進行操作，并按前述功能結(jié)構(gòu)依次完成整個過程。

基于上述功能的解釋，本發(fā)明的粘片鍵合的方法是：

s1、圓晶在芯片xy平臺部上自動擴片；

s2、供錫整形部給引信框架供軟焊料或點錫膏中的一種，整形頭根據(jù)芯片形狀整形；

s3、通過相機定位xy平臺芯片，拾取頭拾取相機定位到的芯片到自動上料的引線框架焊料上；

s4、粘片系統(tǒng)和鍵合系統(tǒng)聯(lián)機通信，粘片完成的引線框架運行到鍵合軌道區(qū)；

s5、第一鍵合頭鍵合相機識別鍵合定位區(qū)域，第一鍵合頭把鋁線和鋁帶鍵合到芯片和引腳線；

s6、第一鍵合頭完成后，移動到第二鍵合頭的鍵合區(qū)域，相機識別鍵盤區(qū)域，第二鍵合頭把鋁線和鋁帶鍵合到芯片和引腳線。

以上結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明的技術原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉專绢I域的技術人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。