專利名稱：用于大導(dǎo)線鍵合機(jī)的鍵合頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用鍵合工具將導(dǎo)線鍵合到電子元件上的鍵合頭，特別是涉及鍵合直
徑相對大的導(dǎo)線。
背景技術(shù)：
通常，相對大和厚的導(dǎo)線，如鋁導(dǎo)線使用在大功率的電子封裝件的楔形鍵合 (wedge bonding)中。使用這種大直徑的導(dǎo)線進(jìn)行鍵合的鍵合機(jī)器通常包含有鍵合頭，該鍵 合頭能夠相對于電子封裝件在X、Y、Z和e軸上定位自己以進(jìn)行楔形鍵合。在楔形鍵合中，
具有e軸對于在第一次鍵合和第二次鍵合之間對齊定位鍵合的方位和被進(jìn)給的導(dǎo)線是必要的。 不同于細(xì)導(dǎo)線，在第二次鍵合完成導(dǎo)線鍵合之后，僅僅通過使用導(dǎo)線夾具拉拽導(dǎo) 線的方式將大尺寸的導(dǎo)線拉離第二次鍵合是不可能的。在第二次鍵合形成之后，通常使用 切刀(cutter)部分地切割導(dǎo)線，其后通過鍵合頭沿著導(dǎo)線的角度在水平方向上的拉動導(dǎo) 線可能被拉拽掉，以便于切割導(dǎo)線的尾部保留在鍵合工具的下方以進(jìn)行后續(xù)的鍵合。
鍵合和切割大導(dǎo)線的傳統(tǒng)方法使用柔性支撐(flexible support)，如柔性圓盤 (flexural disk)，來支撐鍵合工具。鍵合工具可包括帶有楔針(wedge)和/或?qū)Ь€夾具和 導(dǎo)線引導(dǎo)體(wire guide)的換能器。切刀牢牢地安裝在鍵合頭上。當(dāng)在第二次鍵合完成 之后鍵合頭定位在和導(dǎo)線的方位相同的方向上時，鍵合頭被進(jìn)一步降低以切割導(dǎo)線。楔針 使用不會損壞導(dǎo)線的預(yù)設(shè)力接觸導(dǎo)線。由于通過柔性圓盤所提供的柔性支撐的原因，所以 鍵合頭更多的向下移動以使得切刀能夠切割導(dǎo)線可以得以實現(xiàn)。因此，在楔針保持相對固 定的情形下，切刀連同鍵合頭一起移動以切割導(dǎo)線。專利號為6，439，448、發(fā)明名稱為"大導(dǎo) 線鍵合機(jī)頭"的美國專利公開了這樣一種用于大導(dǎo)線鍵合機(jī)的鍵合頭的實例，其采用了兩 個環(huán)形的柔性圓盤以為鍵合工具提供柔性的垂直移動。對于導(dǎo)線切割而言，柔性圓盤允許 鍵合工具使用程序化的壓力輕柔地接觸導(dǎo)線，該程序化的壓力是由線圈和磁組系統(tǒng)所驅(qū)使 的。鍵合之后切刀被推向楔針以切割導(dǎo)線，并在切割導(dǎo)線之后回復(fù)移動到其起始位置。這 個裝置的缺點(diǎn)是在導(dǎo)線鍵合操作過程中柔性圓盤引起鍵合工具沒有足夠的硬度，這會導(dǎo)致 所形成的鍵合不穩(wěn)定。 當(dāng)鍵合頭的切刀切割導(dǎo)線時保護(hù)切刀避免沖擊堅硬的表面，例如其上執(zhí)行導(dǎo)線鍵 合的襯底表面，也是重要的。專利號為6，827，248、發(fā)明名稱為"用于鍵合后的導(dǎo)線的切割 設(shè)備"的美國專利公開了一種導(dǎo)線切刀，其有彈性地安裝在鍵合頭上以便于當(dāng)切割力接近 尖峰壓力極限(peak force limit)時該切刀能夠向上移動。當(dāng)該切刀沖擊堅硬的表面時， 它以這種方式避免沖擊力?？墒牵夥鍓毫O限是隨著所選定的用于提供彈性的材料而變 化。在切割過程中，不同類型和尺寸的導(dǎo)線也要求不同的尖峰壓力極限。因此，對于切割不 同類型和尺寸的導(dǎo)線而言，用于這種切刀的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的彈性托架是不可能的。
鍵合之后能夠測試鍵合的強(qiáng)度(或者第一次鍵合和/或第二次鍵合)以檢查所形 成的鍵合是否結(jié)實是更為有益的。專利號為5， 894， 981、發(fā)明名稱為"和超聲波導(dǎo)線鍵合機(jī)相結(jié)合的拉拽測試機(jī)"的美國專利公開了一種和拉拽測試機(jī)相結(jié)合的導(dǎo)線鍵合頭以用于測 試鍵合強(qiáng)度。當(dāng)鍵合頭向上移動時，通過使用閉合的導(dǎo)線夾具或者使用摩擦片(friction disk)牽拉鍵合后的導(dǎo)線的方式完成該測試。導(dǎo)線的進(jìn)給長度通過編碼器得以檢測，這確 定鍵合是否有缺陷。如果鍵合如此離開襯底以致于在拉拽測試過程中沒有導(dǎo)線進(jìn)給被檢測 到，那么這個鍵合是有缺陷的。如果一定數(shù)量的導(dǎo)線進(jìn)給被檢測到，那么由于鍵合已經(jīng)附著 于鍵合盤上所以該鍵合被視為良好。可是，由于即使是同一種材料的導(dǎo)線，導(dǎo)線可以拉長到 不同的程度，所以這種拉拽測試過程中的導(dǎo)線進(jìn)給檢測是不可靠的。事實上，在拉拽測試過 程中導(dǎo)線拉長程度的變化量和對于良好的鍵合而言所檢測到的小量導(dǎo)線進(jìn)給相比是在類 似的規(guī)模上。當(dāng)假定的導(dǎo)線進(jìn)給可能是由于導(dǎo)線拉長引起時，這使得所述的拉拽測試不可罪。 因此，設(shè)計一種用于精確地切割大導(dǎo)線的鍵合頭同時避免對切刀的損壞是令人期 望的。而發(fā)明一種可靠的導(dǎo)線拉拽測試也是大有用處的。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種鍵合頭，該鍵合頭在導(dǎo)線鍵合和導(dǎo)線切割過程 中，增強(qiáng)了鍵合頭的導(dǎo)線鍵合和導(dǎo)線切割的部件的定位控制。 于是，一方面本發(fā)明提供一種用于鍵合一段導(dǎo)線的鍵合裝置，該鍵合裝置包含有 第一模塊，其沿著線性軸線朝向和背離鍵合點(diǎn)被驅(qū)動；第二模塊，其可滑動地安裝在第一模 塊上；導(dǎo)線切刀，其安裝在第一模塊上；鍵合工具，其安裝在第二模塊上；聯(lián)接機(jī)構(gòu)，其用于 將第二模塊鎖固在相對于第一模塊固定的位置，和用于將第二模塊從相對于第一模塊固定 的位置處解鎖，以便于第二模塊在平行于線性軸線的方向上相對于第一模塊滑動。
另一方面，本發(fā)明提供一種使用鍵合裝置鍵合一段導(dǎo)線的方法，該鍵合裝置包含 有第一模塊和第二模塊，該第二模塊可滑動地安裝在第一模塊上；該方法還包含有以下步 驟使用聯(lián)接機(jī)構(gòu)將第二模塊鎖固在相對于第一模塊固定的位置；將第一模塊和第二模塊 沿著線性軸線朝向鍵合點(diǎn)驅(qū)動，并使用裝配在第二模塊上的鍵合工具在鍵合點(diǎn)處形成鍵合 后的導(dǎo)線；將第二模塊從相對于第一模塊固定的位置處解鎖，以允許第二模塊平行于線性 軸線相對于第一模塊滑動；將第一模塊朝向?qū)Ь€驅(qū)動，以使用裝配在第一模塊上的導(dǎo)線切 刀切割導(dǎo)線；其后提升導(dǎo)線切刀離開鍵合后的導(dǎo)線。 參閱后附的描述本發(fā)明實施例的附圖，隨后來詳細(xì)描述本發(fā)明是很方便的。附圖 和相關(guān)的描述不能理解成是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的特點(diǎn)限定在權(quán)利要求書中。
在考慮附圖的同時，參考本發(fā)明較佳實施例的具體實施方式
很容易地理解本發(fā) 明，其中 圖1所示為本發(fā)明較佳實施例所述的旋轉(zhuǎn)鍵合頭的立體示意圖。
圖2所示為圖1中的旋轉(zhuǎn)鍵合頭的局部立體示意圖，其表明了鍵合頭的主要Z模
塊和輔助Z模塊。 圖3所示為圖1中移除PR(pattern recognition)定位光學(xué)器件(alignment optics)后的旋轉(zhuǎn)鍵合頭的立體示意圖，以表明用于鍵合力控制和切割力控制的壓力傳感
5器。 圖4所示為從圖2的方向A所視時旋轉(zhuǎn)鍵合頭的側(cè)視示意圖。 圖5所示為旋轉(zhuǎn)鍵合頭沿著圖4的B-B'剖面線的剖視示意圖，其表明了聯(lián)接機(jī)構(gòu)
(coupling mechanism)。 圖6A和圖6B所示分別為當(dāng)聯(lián)接機(jī)構(gòu)激活和去激活時鍵合工具的端部的放大剖視 示意圖。 圖7A-圖7J所示表明了使用本發(fā)明較佳實施例所述的旋轉(zhuǎn)鍵合頭的鍵合順序。
圖8A和圖8B所示為包含于圖1旋轉(zhuǎn)鍵合頭中的導(dǎo)線切刀組件的側(cè)視示意圖，其 分別表示了處于靜止?fàn)顟B(tài)的線性切刀驅(qū)動器(linearcutter actuator)和處于延伸狀態(tài)的 線性切刀驅(qū)動器。 圖9是安裝在圖1中旋轉(zhuǎn)鍵合頭上的導(dǎo)線夾具組件(wire clampassembly)的剖 視示意圖。 圖10A和圖10B表明了使用圖1中的旋轉(zhuǎn)鍵合頭時集成的拉拽測試(pull test) 的作業(yè)流程。 圖11所示為帶有多行封裝件的矩陣類型的引線框的平面示意圖。 圖12所示為表明當(dāng)PR定位光學(xué)器件的光學(xué)中心沿著X軸和鍵合端部中心或鍵合
頭的旋轉(zhuǎn)中心對齊定位時的有效鍵合區(qū)域的示意圖。 圖13所示為帶有單行封裝件的引線框的平面示意圖。 圖14所示為表明當(dāng)PR定位光學(xué)器件的光學(xué)中心沿著Y軸和鍵合端部中心或鍵合 頭的旋轉(zhuǎn)中心對齊定位時的有效鍵合區(qū)域的示意圖。
具體實施例方式
圖1所示為本發(fā)明較佳實施例所述的旋轉(zhuǎn)鍵合頭10的立體示意圖。該鍵合頭10 包含有三個基本的模塊，即鍵合頭固定架12(mo皿tingbracket)、第一或主要Z模塊14和第 二或輔助Z模塊16。主要Z模塊14和輔助Z模塊16可沿著線性Z軸朝向和背離鍵合點(diǎn)被 驅(qū)動。 鍵合頭固定架12容納和支撐鍵合頭10的主要Z模塊14，并被裝配在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)組 件18和X-Y平臺(圖中未示)上。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)組件18可以包括直接驅(qū)動馬達(dá)，其被安裝在鍵 合頭固定架12的頂部，和在形成第一次楔形鍵合以前圍繞Z軸在口軸上驅(qū)動和旋轉(zhuǎn)鍵合工 具到達(dá)期望的8方位上。設(shè)置在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)組件18中的中央開口 20允許平行于Z軸的光路 (light path)穿越從鍵合點(diǎn)通過到達(dá)光學(xué)組件，該光學(xué)組件包含有PR定位光學(xué)器件22(PR alignment optics)?？梢赃x擇地，定時傳動帶(timing pulley belt)和馬達(dá)系統(tǒng)也可以 用來將鍵合頭10旋轉(zhuǎn)到期望的e方位上。 PR定位光學(xué)器件22被裝配在主要Z托架24上，主要Z托架24是主要Z模塊14 的一部分。在導(dǎo)線鍵合過程中，主要Z模塊14被旋轉(zhuǎn)以對齊定位鍵合工具的方位和鍵合點(diǎn) 的方位。因此，對于觀察多個鍵合點(diǎn)的方位進(jìn)行鍵合而言，PR定位光學(xué)器件22能夠隨著鍵 合頭固定架12移動以便于完成PR定位是有益的。當(dāng)PR定位光學(xué)器件22隨著主要Z模塊 14移動時，相應(yīng)地其Z或垂直位置能夠得到調(diào)整。所以，聚焦能夠或者手動地或者自動地被 調(diào)整和記錄。
6
主要Z模塊14以一對交叉滾子(cross rollers)的方式滑動安裝在鍵合頭固定 架12上。主要Z模塊14還包括線性編碼器(linear encoder)，該線性編碼器包含有和Z 位置閱讀頭28 —起協(xié)同作業(yè)的Z位置線性編碼器標(biāo)尺26。 換能器30、以鍵合楔針32形式存在的鍵合工具及其支架、導(dǎo)線夾具組件34以及其 他和換能器30 —起移動的部件被安裝在輔助Z模塊16。導(dǎo)線切刀組件36相鄰于導(dǎo)線夾具 組件34和鍵合楔針32貼掛，并被裝配到主要Z模塊14上。在鍵合形成之后這有助于實施 切割導(dǎo)線。 圖2所示為圖1中的旋轉(zhuǎn)鍵合頭10的局部立體示意圖，其表明了鍵合頭的主要Z 模塊14和輔助Z模塊16。為了清楚起見，鍵合頭固定架12已經(jīng)從這幅圖中移除。主要Z 模塊14通過輔助Z托架40和主要Z托架24的方式被耦接到輔助Z模塊16上。輔助Z模 塊16通過輔助Z托架40由鍵合頭固定架12所支撐。 Z位置線性編碼器標(biāo)尺26被安裝到主要Z托架24上，而Z位置閱讀頭28被安裝 到鍵合頭固定架12上。Z位置閱讀頭28檢測到主要Z模塊14的Z位置，該Z位置然后被 回饋到一控制系統(tǒng)中(圖中未示)。 圖3所示為圖1中移除PR定位光學(xué)器件22后的旋轉(zhuǎn)鍵合頭10的立體示意圖，以 表明用于鍵合力控制和切割力控制的壓力傳感器44。同時還表明了線性馬達(dá)42。主要Z 模塊14包括線性馬達(dá)42、主要Z托架24、壓力傳感器44、和Z位置閱讀頭28 —起協(xié)同作 業(yè)的線性編碼器標(biāo)尺26。 線性馬達(dá)42沿著Z軸朝向和背離鍵合點(diǎn)驅(qū)動主要Z模塊14和輔助Z模塊16。線 性馬達(dá)42較合適地是圓形的音圈馬達(dá)以高效地利用鍵合頭的有限空間。主要Z模塊14通 過線性馬達(dá)42的安裝板48直接連接到線性馬達(dá)42的移動線圈上。導(dǎo)線切刀組件36通過 切刀安裝托架裝配到主要Z模塊14上。 壓力傳感器44被放置在安裝板48的安裝螺絲之一處，以致于壓力傳感器耦接在 主要Z模塊14和線性馬達(dá)42之間。這使得作用在主要Z模塊14上的作用力和反作用力 得到測量和反饋回到控制系統(tǒng)成為可能。 圖4所示為從圖2的方向A所視時旋轉(zhuǎn)鍵合頭10的側(cè)視示意圖。輔助Z模塊16 通過輔助Z托架40可滑動地安裝到主要Z托架24上。這個視圖也表明主要Z托架24通 過安裝板48連接到線性馬達(dá)42上，該安裝板48設(shè)置在主要Z托架24和線性馬達(dá)42的下 方。 圖5所示為旋轉(zhuǎn)鍵合頭IO沿著圖4的B-B'剖面線的剖視示意圖，其表明了聯(lián)接機(jī) 構(gòu)38。聯(lián)接機(jī)構(gòu)38包括線性導(dǎo)軌50，其可包含有導(dǎo)桿(guide rods)和直線軸套(linear bushing);驅(qū)動機(jī)構(gòu)52，存在形式為空氣氣缸、螺線管或可提供力以能釋放地鎖固輔助Z模 塊16到主要Z模塊14的其他形式的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。 當(dāng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)52被激活時，聯(lián)接機(jī)構(gòu)38將輔助Z模塊16鎖固在相對主要Z模塊14 固定的位置，以便于它們能夠一起移動。當(dāng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)52去激活時，聯(lián)接機(jī)構(gòu)38從相對主要 Z模塊14固定的位置處將輔助Z模塊16解鎖，以便于輔助Z模塊16在平行于Z軸的方向 上相對于主要Z模塊14滑動。 因此，當(dāng)聯(lián)接機(jī)構(gòu)38去激活和輔助Z模塊16從主要Z模塊14處解鎖時，其允許 主要Z模塊14移動，同時輔助Z模塊16相對靜止，反之亦然。主要Z模塊14和輔助Z模塊16之間的相對滑動是通過線性導(dǎo)軌50引導(dǎo)的。 圖6A和圖6B所示分別為當(dāng)聯(lián)接機(jī)構(gòu)38激活和去激活時鍵合工具的端部的放大 剖視示意圖。在圖6A中，顯示了裝配到輔助Z模塊16的鍵合工具或楔針32。在鍵合期間， 楔針32的端部通常設(shè)置大約等于導(dǎo)線直徑的間距，其低于導(dǎo)線切刀組件36的導(dǎo)線切刀54 的端部。結(jié)果，在鍵合期間，在導(dǎo)線切刀54沒有接觸和損壞導(dǎo)線56的情形下，楔針32的端 部按壓在大直徑的導(dǎo)線上，如鋁導(dǎo)線56。 在圖6B中，在導(dǎo)線切刀54的端部向下移動切割導(dǎo)線56以前，聯(lián)接機(jī)構(gòu)38被去激 活以從主要Z模塊14處解鎖輔助Z模塊16。在完成第二次鍵合之后，導(dǎo)線切刀54被主要 Z模塊14的線性馬達(dá)42驅(qū)動向下以切割導(dǎo)線。楔針32的端部主要用輔助Z模塊16的重 量輕輕地按壓在導(dǎo)線56上。然后，導(dǎo)線切刀54的端部以導(dǎo)線56直徑的0. 6到0. 9倍之間 的距離切割開導(dǎo)線56，從而是部分地而非完全地切割導(dǎo)線56。 圖7A-圖7J所示表明了使用本發(fā)明較佳實施例所述的旋轉(zhuǎn)鍵合頭10的鍵合順 序。在圖7A中，隨著導(dǎo)線夾具組件34的導(dǎo)線夾具60的閉合和聯(lián)接機(jī)構(gòu)38的激活，鍵合頭 10的主要Z模塊14在第一鍵合點(diǎn)開始產(chǎn)生第一次鍵合。 在圖7B中，主要z模塊14在離開第一次鍵合后并在它朝向第二鍵合點(diǎn)移動時，它 隨著導(dǎo)線夾具60的開啟形成一個環(huán)體。 在圖7C中，隨著導(dǎo)線夾具60的閉合和聯(lián)接機(jī)構(gòu)38的激活，主要Z模塊14向下移 動以形成第二次鍵合。 圖7D表示了當(dāng)導(dǎo)線56堆積在楔針32的端部和導(dǎo)線夾具60之間時的可選步驟。 當(dāng)導(dǎo)線夾具60被打開和聯(lián)接機(jī)構(gòu)38被激活時，主要Z模塊14向下移動以形成第二次鍵合。
如圖7E所示，在形成第二次鍵合之后，隨著導(dǎo)線夾具60的打開，主要Z模塊14被 稍微提升，以便于鍵合頭10沿著導(dǎo)線56向上移動，導(dǎo)線切刀54的端部位于導(dǎo)線56將被切 割的點(diǎn)上方的一位置處。 在圖7F中，聯(lián)接機(jī)構(gòu)38被去激活，隨著導(dǎo)線夾具60的閉合，主要Z模塊14朝向 導(dǎo)線56向下被驅(qū)動以進(jìn)行導(dǎo)線切割。 在圖7G中，當(dāng)輔助Z模塊16的楔針32和導(dǎo)線56保持輕微接觸時，主要Z模塊14 驅(qū)動導(dǎo)線切刀54的端部進(jìn)入導(dǎo)線56，以切割導(dǎo)線56。 在圖7H中，在楔針32和導(dǎo)線56保持輕輕接觸和聯(lián)接機(jī)構(gòu)38保持去激活的同時，
導(dǎo)線56幾乎被完全切斷，且主要Z模塊14和導(dǎo)線切刀54的端部一起向上移動。 在圖71中，在聯(lián)接機(jī)構(gòu)38被激活以將輔助Z模塊16鎖固在主要Z模塊14上以
前，主要Z模塊14將導(dǎo)線切刀54的端部提升離開被鍵合的導(dǎo)線到稍微高于楔針32端部的
水平，該楔針現(xiàn)在不再按壓在導(dǎo)線56上。鍵合頭沿著導(dǎo)線進(jìn)給的方向移動離開第二次鍵
合，以便于完全拉掉導(dǎo)線56。然后鍵合頭10移動到下一個鍵合位置以形成另一個第一次鍵
合。其后重復(fù)所描述的鍵合流程。 圖8A和圖8B所示為包含于圖1中旋轉(zhuǎn)鍵合頭10中的導(dǎo)線切刀組件36的側(cè)視示 意圖，其分別表示了處于靜止?fàn)顟B(tài)的線性切刀驅(qū)動器64和處于延伸狀態(tài)的線性切刀驅(qū)動 器64。導(dǎo)線切刀組件36包括導(dǎo)線切刀54、切刀支架62、線性切刀驅(qū)動器64和預(yù)載的拉 伸彈簧66，其中線性切刀驅(qū)動器64較佳地為壓電驅(qū)動器(piezoelectric actuator)。
如圖8A所示，當(dāng)線性切刀驅(qū)動器64去激活時，導(dǎo)線切刀組件36處于休息狀態(tài)。彈簧66的預(yù)載力將會抵靠在線性切刀驅(qū)動器64上偏置導(dǎo)線切刀組件36，以便于切刀支架62 被固定在大體垂直的位置和在其一端被回拉抵靠在線性切刀驅(qū)動器64上。
如圖8B所示，當(dāng)線性切刀驅(qū)動器64被激活延伸至預(yù)定長度時，切刀支架62被向 外推離其垂直位置。切刀支架62傾斜離開線性切刀驅(qū)動器64以便于導(dǎo)線切刀54的端部 向外移動。 一凹槽68設(shè)置在切刀支架62和線性切刀驅(qū)動器64相遇的角落處。當(dāng)線性切 刀驅(qū)動器64推入該凹槽68時，切刀支架62圍繞這個角落相應(yīng)地傾斜。
由于楔針32的端部和凹槽68中心之間的距離與壓電線性切刀驅(qū)動器64的中心 線和凹槽68中心之間的距離相比的比率，導(dǎo)線切刀54端部的移動被放大到一個顯著的程 度。因此，通過調(diào)整導(dǎo)線切刀54的方位，線性切刀驅(qū)動器64根據(jù)需要允許導(dǎo)線切刀54端 部的水平位置可程序化地調(diào)整到接近楔針32端部的位置。在下一個第一次鍵合以前的導(dǎo) 線56的長度也可以相應(yīng)地被調(diào)整。對于不同尺寸的導(dǎo)線和當(dāng)不同的封裝件存在可變的空 間需求的時候，這種調(diào)整是可選的但是是優(yōu)先來執(zhí)行的。 圖9是安裝在圖1中旋轉(zhuǎn)鍵合頭10上的導(dǎo)線夾具組件34的剖視示意圖。導(dǎo)線夾 具組件34被安裝在鍵合頭10的旋轉(zhuǎn)軸附近，其包括移動夾板(jaw)70 ;固定夾板72 ;驅(qū)動 馬達(dá)如音圈74。音圈74和移動夾板70相耦接以提供夾持力和移動移動夾板70的力。磁 性組件76被安裝在輔助Z托架40上且相對于音圈74和移動夾板70是固定的。磁性組件 76為音圈74提供磁場。 固定夾板72被安裝在輔助Z托架40上以便于它相對于楔針32和換能器30處于 固定的位置。移動夾板70是活動耦接在固定夾板72上。通過使用音圈74所提供的夾持 力，移動夾板70相對于固定夾板72開啟或閉合。根據(jù)需要這個夾持力是可程序化的。
隨著音圈74和磁性組件76設(shè)置在移動夾板70和固定夾板72的上方，移動夾板 70和固定夾板72在垂直方向上大大地展開。所以，整個導(dǎo)線夾具組件34大體沿著鍵合頭 10的旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置，以便于鍵合頭10旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)動慣量得以減小。這樣增加了鍵合頭10的 穩(wěn)定性以有助于鍵合頭10的旋轉(zhuǎn)以及主要Z模塊14和輔助Z模塊16的垂直移動。
圖IOA和圖IOB表明了使用圖1中的旋轉(zhuǎn)鍵合頭10時集成拉拽測試的作業(yè)流程。 該拉拽測試可以檢查所形成的第一次鍵合和第二次鍵合的質(zhì)量。在完成第二次鍵合之后， 導(dǎo)線夾具60閉合，主要Z模塊14被驅(qū)動向上逐漸離開鍵合后的導(dǎo)線，以在和鍵合后的導(dǎo)線 56相連的導(dǎo)線上產(chǎn)生拉緊或預(yù)定的拉力。線性馬達(dá)42作用在主要Z模塊14上的力逐漸增 加，并停留在預(yù)定力的數(shù)值上，該預(yù)定力的數(shù)值大約為拉緊力強(qiáng)度的1/3。該拉力被壓力傳 感器44檢測和監(jiān)控。 當(dāng)聯(lián)接機(jī)構(gòu)38被激活和導(dǎo)線夾具60牢牢地固定導(dǎo)線56以避免滑動的時候，導(dǎo)線 夾具60連同主要Z模塊14一起向上移動。當(dāng)在測試過程中或者在拉力加大周期(tension ramping up period)的過程中，通過壓力感測器44所感測的拉力保持在預(yù)定數(shù)值的時候， 這個鍵合被分類為良好。主要Z模塊14的位置同樣也被監(jiān)控以確定所形成的導(dǎo)線鍵合是 否有缺陷。當(dāng)鍵合是良好的時候，主要Z模塊14的位置停留在保護(hù)極限的下方的水平上， 在同一個測試周期內(nèi)該保護(hù)極限通過線性編碼器可檢測出。但是，當(dāng)鍵合是有缺陷的時候， 或者當(dāng)導(dǎo)線56損壞折斷的時候，或者當(dāng)鍵合抬起離開其被鍵合的襯底的時候，拉力將會減 小以及主要Z模塊14的位置也將急劇地上升達(dá)到保護(hù)極限。在鍵合的拉力加大期間或者 在測試周期期間這可能發(fā)生。所以，鍵合頭10的實時拉拽測試通過壓力傳感器44和線性編碼器提供。 圖11所示為帶有多行沿著引線框長度方向設(shè)置的封裝件80的矩陣類型的引線框 78的平面示意圖。這種類型的引線框78的導(dǎo)線鍵合以"分欄"(columnar)的方式被完成。 這意味著對于一次引線框78的排序切換(indexing shift)而言， 一欄或多欄封裝件80被 導(dǎo)線鍵合，然后引線框78被排序以進(jìn)行下一組一欄或多欄的封裝件。因此，有助于一欄或 多欄封裝件80進(jìn)行導(dǎo)線鍵合的鍵合區(qū)域類似于垂直的矩形，如同虛線框(dotted box)M所 示。 圖12所示為當(dāng)PR定位光學(xué)器件22光學(xué)中心82沿著X軸和鍵合端部中心84或鍵 合頭10的旋轉(zhuǎn)中心對齊定位時表示有效鍵合區(qū)域的示意圖。光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)中心82和鍵 合端部中心84(楔針端部)的可訪問區(qū)域的邊界分別由方框PQRS和ABCD所表示。但是， 由于PR定位是必要的以便于準(zhǔn)確地定位鍵合，所以有用的鍵合區(qū)域被限定在方框PQRS和 ABCD的重疊區(qū)域。這是在主要Z模塊14被旋轉(zhuǎn)到一個方位上以便于光學(xué)中心82相鄰于在 X方向上的鍵合端部中心84被定位和對齊的時候，該X方向平行于引線框78的長度方向， 以致于有用的鍵合區(qū)域是矩形框AQRD，具有和Y軸相對齊的更長長度的AD、QR，該鍵合區(qū)域 和圖11中用于矩陣類型引線框78的導(dǎo)線鍵合的成欄的封裝件的方位相一致。所以，主要 Z模塊14的這種定向適合于包括矩陣類型引線框的導(dǎo)線鍵合。 圖13所示為帶有單行沿著引線框長度方向設(shè)置的封裝件80的引線框86的平面 示意圖。為了提高鍵合產(chǎn)能，對于一次引線框86的排序切換，沿著行的方向多個連續(xù)的封 裝件80被夾持和鍵合。因此，所需的鍵合區(qū)域是水平的矩形，類似于這個圖中的虛線框N。
圖14所示為當(dāng)PR定位光學(xué)器件22光學(xué)中心82被設(shè)置并沿著Y軸和鍵合端部中 心84或鍵合頭10的旋轉(zhuǎn)中心對齊定位時的有效鍵合區(qū)域的示意圖。Y軸垂直于引線框的 長度方向。通過將主要Z模塊14從其隨同矩陣類型的引線框一起使用的配置轉(zhuǎn)動90度， 該主要Z模塊14被旋轉(zhuǎn)到這個方位上。有用的鍵合區(qū)域被限制在方框PQRS和ABCD的重 疊區(qū)域。這就是矩形框AQRD，具有和X軸相對齊的更長長度的AD、QR，該矩形框和引線框86 的成行的封裝件的方位相一致。所以，主要Z模塊14的這種定向適合于包括具有沿著其長 度方向設(shè)置的單行封裝件80的引線框的導(dǎo)線鍵合。因此，楔針32的鍵合端部相對于PR定 位光學(xué)器件22的方位確定了可用于不同類型引線框的有效鍵合區(qū)域。
值得欣賞的是，根據(jù)本發(fā)明較佳實施例所述的鍵合頭10提供了導(dǎo)線鍵合和導(dǎo)線 切割期間的位置控制和壓力控制。在導(dǎo)線鍵合期間，線性編碼器提供了主要Z模塊14和鍵 合工具或楔針32的位置的反饋。這實現(xiàn)了鍵合頭10和鍵合工具的精確定位。當(dāng)鍵合工具 靠近鍵合表面和在環(huán)體形成過程中它尤其重要。同時，耦接在線性馬達(dá)42和主要Z模塊14 之間的壓力傳感器44精確地檢測到鍵合工具和鍵合表面之間的接觸，以致于作用在導(dǎo)線 56上的沖擊力能夠被控制并降低到低水平而不致于對導(dǎo)線56引起不必要的損壞。而且，由 于來自壓力傳感器44的反饋，鍵合力能夠得到更加精確的控制。 在導(dǎo)線切割期間，精確的位置控制得到保持以在導(dǎo)線56中實現(xiàn)更加準(zhǔn)確的切割 深度。導(dǎo)線切割的監(jiān)控由壓力傳感器44提供，以便于一旦檢測到多余的切割力，就能夠通 過提升主要Z模塊14和導(dǎo)線切刀54的端部得以避免多余的切割力。這避免了導(dǎo)致?lián)p壞封 裝件80。由于避免了導(dǎo)線切刀54的端部和鍵合表面之間的硬沖擊，導(dǎo)線切刀組件36也能 持續(xù)得更長。導(dǎo)線切刀組件36簡單而又輕巧，其也降低了成本和維護(hù)。
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另外，由于導(dǎo)線夾具組件34是更加靠近于鍵合頭10的旋轉(zhuǎn)中心以便于其轉(zhuǎn)動慣 量得以減小，所以鍵合頭10更加穩(wěn)定。當(dāng)導(dǎo)線56被導(dǎo)線夾具60固定時，使用關(guān)于主要Z 模塊14、輔助Z模塊16和導(dǎo)線夾具60的位置的線性編碼器的反饋以及使用作用在導(dǎo)線56 上的拉力的壓力傳感器44的反饋擁有提供了實時的拉拽測試。所以，在沒有單獨(dú)的拉拽測 試機(jī)的情形下，監(jiān)控已形成鍵合的質(zhì)量是可能的。而且，根據(jù)引線框上封裝件80的排列布 置，通過旋轉(zhuǎn)鍵合頭10以相對于PR定位光學(xué)器件22改變鍵合端部中心84的方位可以實 現(xiàn)更大的有效鍵合區(qū)域。 此處描述的本發(fā)明在所具體描述的內(nèi)容基礎(chǔ)上很容易產(chǎn)生變化、修正和/或補(bǔ) 充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補(bǔ)充都包括在本發(fā)明的上述描述的精神和范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于鍵合一段導(dǎo)線的鍵合裝置，該鍵合裝置包含有第一模塊，其沿著線性軸線朝向和背離鍵合點(diǎn)被驅(qū)動；第二模塊，其可滑動地安裝在第一模塊上；導(dǎo)線切刀，其安裝在第一模塊上；鍵合工具，其安裝在第二模塊上；聯(lián)接機(jī)構(gòu)，其用于將第二模塊鎖固在相對于第一模塊固定的位置，和用于將第二模塊從相對于第一模塊固定的位置處解鎖，以便于第二模塊在平行于線性軸線的方向上相對于第一模塊滑動。
2. 如權(quán)利要求l所述的鍵合裝置，該鍵合裝置還包含有用于支撐第一模塊的安裝托架，其中該安裝托架裝配在旋轉(zhuǎn)馬達(dá)組件上，該旋轉(zhuǎn)馬達(dá)組件可用來圍繞平行于所述線性軸線的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動鍵合工具。
3. 如權(quán)利要求2所述的鍵合裝置，該鍵合裝置還包含有中央開口，其設(shè)置在該旋轉(zhuǎn)馬達(dá)組件中以允許平行于所述線性軸線的光路從鍵合點(diǎn)穿越通過到達(dá)光學(xué)組件。
4. 如權(quán)利要求3所述的鍵合裝置，其中該光學(xué)組件安裝在第一模塊。
5. 如權(quán)利要求1所述的鍵合裝置，該鍵合裝置還包含有安裝在第二模塊上的換能器和導(dǎo)線夾具組件。
6. 如權(quán)利要求5所述的鍵合裝置，其中該導(dǎo)線夾具組件包括固定夾板、活動夾板和驅(qū)動馬達(dá)，該固定夾板、活動夾板和驅(qū)動馬達(dá)大體沿著鍵合裝置的旋轉(zhuǎn)軸線設(shè)置以便于鍵合裝置在旋轉(zhuǎn)期間的轉(zhuǎn)動慣量得以減小。
7. 如權(quán)利要求l所述的鍵合裝置，該鍵合裝置還包含有壓力傳感器，其耦接于第一模塊和用于沿著線性軸線驅(qū)動第一模塊的馬達(dá)之間，該壓力傳感器用來測量施加在第一模塊上的作用力和反作用力。
8. 如權(quán)利要求7所述的鍵合裝置，其中該壓力傳感器還被用于檢測當(dāng)導(dǎo)線連接在已鍵合導(dǎo)線時由鍵合裝置施加在導(dǎo)線上的拉力。
9. 如權(quán)利要求1所述的鍵合裝置，其中聯(lián)接機(jī)構(gòu)還包括驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其用于提供力以能釋放地鎖固第二模塊到第一模塊上；線性導(dǎo)軌，其引導(dǎo)第二模塊和第一模塊之間的相對滑動。
10. 如權(quán)利要求9所述的鍵合裝置，其中當(dāng)來自驅(qū)動機(jī)構(gòu)的力被去激活時第二模塊可相對于第一模塊滑動。
11. 如權(quán)利要求1所述的鍵合裝置，其中在導(dǎo)線鍵合期間，鍵合工具的端部設(shè)置的距離大約等于導(dǎo)線的直徑，其低于導(dǎo)線切刀的端部，以便于在導(dǎo)線切刀不接觸導(dǎo)線的情形下鍵合工具能按壓在導(dǎo)線上。
12. 如權(quán)利要求1所述的鍵合裝置，其中導(dǎo)線切刀還包括線性切刀驅(qū)動器，其用于調(diào)整導(dǎo)線切刀的方位，以進(jìn)行導(dǎo)線切刀端部位置的可程序化調(diào)整；彈簧，其用于抵靠于線性切刀驅(qū)動器偏置導(dǎo)線切刀。
13. —種使用鍵合裝置鍵合一段導(dǎo)線的方法，該鍵合裝置包含有第一模塊和第二模塊，該第二模塊可滑動地安裝在第一模塊上；該方法還包含有以下步驟使用聯(lián)接機(jī)構(gòu)將第二模塊鎖固在相對于第一模塊固定的位置；將第一模塊和第二模塊沿著線性軸線朝向鍵合點(diǎn)驅(qū)動，并使用裝配在第二模塊上的鍵合工具在鍵合點(diǎn)處形成鍵合后的導(dǎo)線；將第二模塊從相對于第一模塊固定的位置處解鎖，以允許第二模塊平行于線性軸線相對于第一模塊滑動；將第一模塊朝向?qū)Ь€驅(qū)動，以使用裝配在第一模塊上的導(dǎo)線切刀切割導(dǎo)線；其后提升導(dǎo)線切刀離開鍵合后的導(dǎo)線。
14. 如權(quán)利要求13所述的鍵合一段導(dǎo)線的方法，其中在鍵合工具按壓在導(dǎo)線上的同時，該導(dǎo)線切刀用于部分且不完全地切割導(dǎo)線。
15. 如權(quán)利要求14所述的鍵合一段導(dǎo)線的方法，其中導(dǎo)線切刀切入導(dǎo)線的距離位于導(dǎo)線直徑的0. 6倍至0. 9倍之間。
16. 如權(quán)利要求13所述的鍵合一段導(dǎo)線的方法，該方法還包含有以下步驟在提升導(dǎo)線切刀離開鍵合后的導(dǎo)線之后，將第二模塊鎖固在第一模塊上，其后從鍵合后的導(dǎo)線上拉掉切割后的導(dǎo)線。
17. 如權(quán)利要求13所述的鍵合一段導(dǎo)線的方法，該方法還包含有以下步驟在鍵合點(diǎn)處形成鍵合后的導(dǎo)線之后，驅(qū)動第一模塊離開鍵合后的導(dǎo)線，并在鍵合后的導(dǎo)線上產(chǎn)生預(yù)定的拉力，然后監(jiān)控該拉力和/或第一模塊的位置，以確定該導(dǎo)線鍵合是否有缺陷。
18. 如權(quán)利要求13所述的鍵合一段導(dǎo)線的方法，該方法還包含有以下步驟使用光學(xué)系統(tǒng)觀察多個鍵合點(diǎn)的方位，以及轉(zhuǎn)動第一模塊以對齊定位該鍵合工具的方位和該鍵合點(diǎn)的方位。
19. 如權(quán)利要求18所述的鍵合一段導(dǎo)線的方法，該方法還包含有以下步驟當(dāng)鍵合帶有多行沿著引線框長度方向設(shè)置的封裝件的矩陣類型的引線框時，旋轉(zhuǎn)第一模塊以便于光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)中心在平行于引線框長度的方向上相鄰于鍵合工具的中心對齊定位。
20. 如權(quán)利要求18所述的鍵合一段導(dǎo)線的方法，該方法還包含有以下步驟當(dāng)鍵合帶有單行沿著引線框長度方向設(shè)置的封裝件的引線框時，旋轉(zhuǎn)第一模塊以便于光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)中心在垂直于引線框長度的方向上相鄰于鍵合工具的中心對齊定位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于鍵合一段導(dǎo)線的鍵合裝置，該鍵合裝置包含有第一模塊，其沿著線性軸線朝向和背離鍵合點(diǎn)被驅(qū)動；第二模塊，其可滑動地安裝在第一模塊上；導(dǎo)線切刀，其安裝在第一模塊上；鍵合工具，其安裝在第二模塊上；聯(lián)接機(jī)構(gòu)，其用于將第二模塊鎖固在相對于第一模塊固定的位置，和用于將第二模塊從相對于第一模塊固定的位置處解鎖，以便于第二模塊在平行于線性軸線的方向上相對于第一模塊滑動。
文檔編號H01L21/60GK101740427SQ20091021108
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者吳漢淦, 鄭志華, 麥添偉 申請人:先進(jìn)自動器材有限公司