專利名稱：輕質(zhì)高剛度xy工作臺(tái)及鍵合頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輕質(zhì)高剛度二維工作臺(tái)及鍵合頭結(jié)構(gòu)，該工作臺(tái)和鍵合頭適用于金屬引線鍵合機(jī)特別適合于半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
金屬引線鍵合機(jī)是以金屬引線連接芯片焊盤(pán)和封裝管腳的半導(dǎo)體生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備。鍵合機(jī)工作過(guò)程的根本特征在于通過(guò)引導(dǎo)金屬引線在三維空間中作復(fù)雜高速的運(yùn)動(dòng)以形成各種滿足不同封裝形式需要的特殊線弧形狀。工作臺(tái)與鍵合頭的設(shè)計(jì)不僅是機(jī)械結(jié)構(gòu)的選擇，而且與所采用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式緊密相連，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。目前常見(jiàn)的工作臺(tái)與鍵合頭的設(shè)計(jì)大多采用由絲杠將旋轉(zhuǎn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的方式，不僅由于機(jī)械傳動(dòng)部分的空回等問(wèn)題造成額外誤差，而且傳動(dòng)鏈中過(guò)多的中間環(huán)節(jié)也導(dǎo)致系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性不理想。這種由于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的設(shè)計(jì)的方式已經(jīng)越來(lái)越不能滿足迅速發(fā)展的引線鍵合設(shè)備在速度和精度兩方面的要求。
在工作臺(tái)和鍵合頭等高速精密機(jī)電設(shè)備關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件的開(kāi)發(fā)中，精度和速度的要求是一對(duì)難以調(diào)和的矛盾。在設(shè)備的高速運(yùn)行條件下，許多機(jī)械結(jié)構(gòu)的高頻共振模態(tài)也會(huì)受到激發(fā)，使得在低速條件下完全剛性的結(jié)構(gòu)顯示出顯著的柔性，極大地影響設(shè)備的性能。引線鍵合設(shè)備典型的密集短促往復(fù)運(yùn)動(dòng)在這一點(diǎn)上十分突出。高精度的要求需要部件具有在高速運(yùn)動(dòng)下抵抗振動(dòng)的極大剛度，通常對(duì)應(yīng)著厚重的機(jī)械結(jié)構(gòu)；而極高的速度要求又必需輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)以便盡量減輕負(fù)載。因此對(duì)高精度和高速度的要求促使機(jī)械結(jié)構(gòu)向兩個(gè)相反的方向發(fā)展，對(duì)工作臺(tái)和鍵合頭的設(shè)計(jì)提出了極大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭，解決現(xiàn)有工作臺(tái)及鍵合頭的缺陷，可同時(shí)提高工作臺(tái)的精度和速度，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工作穩(wěn)定可靠，便于維護(hù)，使用壽命長(zhǎng)。
本發(fā)明輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭采用在底座上固定工作臺(tái)，工作臺(tái)上安裝有橫向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)及縱向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)，橫向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)前裝有橫向滑塊可沿橫向?qū)к夁\(yùn)動(dòng)，縱向前滑塊及縱向前導(dǎo)軌固定在橫向滑塊上，縱向前滑塊通過(guò)解耦機(jī)構(gòu)與縱向后滑塊連接，縱向后滑塊安裝在固定于底座的縱向后導(dǎo)軌上并與縱向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)連接，縱向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)縱向后滑塊可作縱向運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)解耦機(jī)構(gòu)使縱向前滑塊沿縱向前導(dǎo)軌與橫向滑塊一起做橫縱綜合運(yùn)動(dòng)；縱向前滑塊與鍵合頭支架連接，在鍵合頭支架上用兩個(gè)軸承固定有軸、垂直于橫縱向的豎向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)、豎光柵尺讀頭、電子打火桿、打火桿支臂、調(diào)整電子打火桿位置的調(diào)整絕緣塊、冷卻裝置及壓縮空氣入口嘴，軸上裝有在豎向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可繞其上下擺動(dòng)的擺臂，擺臂前端固定超聲波換能器和線夾，線夾包括中間彈性線夾體及驅(qū)動(dòng)螺線管、絕緣夾板、導(dǎo)電夾板，在驅(qū)動(dòng)螺線管的帶動(dòng)下絕緣夾板和導(dǎo)電夾板夾緊和松開(kāi)從他們中間通過(guò)的導(dǎo)線，與鍵合頭的三維運(yùn)動(dòng)配合形成弧線；擺臂上固定有豎向光柵尺，用于不動(dòng)豎光柵尺讀頭讀取豎向運(yùn)動(dòng)位置；引線穿過(guò)陶瓷漏斗、絕緣夾板、導(dǎo)電夾板，從超聲波換能器頂端的劈刀中穿出，在電子打火桿附近，電子打火桿和引線尖端之間的高壓放電使引線熔化而形成鍵合所需的金屬球。
本發(fā)明輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭。橫向滑塊、縱向前滑塊、縱向后滑塊、擺臂、支架勻采用鋁基碳化硅復(fù)合材料制成。
本發(fā)明輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭，固定軸的兩個(gè)軸承是相背的向心推力球軸承。
本發(fā)明輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭，線夾還提供高壓電子打火的放電回路。
本發(fā)明輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭，橫向滑塊、橫向?qū)к?、縱向前滑塊、縱向前導(dǎo)軌安裝時(shí)需在平面內(nèi)垂直于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方上加載100到150公斤的預(yù)載。
本發(fā)明輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭的優(yōu)點(diǎn)是，由于二維工作臺(tái)和鍵合頭采用線性永磁音圈電機(jī)，分別提供鍵合過(guò)程所需的鍵合面內(nèi)和垂直于鍵合面的高速精密綜合弧線運(yùn)動(dòng)，消除了傳動(dòng)過(guò)程總中產(chǎn)生的誤差，并由于使用了大量的鋁基碳化硅復(fù)合材料從而提高了剛行減小了震動(dòng)，使機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)、高速，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于操作，使用壽命長(zhǎng)，成本低。


圖1本發(fā)明輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭總裝三維示意圖；圖2本發(fā)明輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)結(jié)構(gòu)三維示意圖；圖3本發(fā)明鍵合頭結(jié)構(gòu)三維示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是利用安裝在底座上的線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌上的滑塊及鍵合頭綜合運(yùn)動(dòng)完成對(duì)半導(dǎo)體器件的加工。
參照?qǐng)D1、圖2、圖3本發(fā)明是在機(jī)器底座6上用緊固件安工作臺(tái)，工作臺(tái)上安裝有橫向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)2及縱向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)1，橫向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)2前裝有橫向滑塊3可沿緊固在工作臺(tái)上的橫向?qū)к?運(yùn)動(dòng)，縱向前滑塊4及縱向前導(dǎo)軌8固定在橫向滑塊3上，縱向前滑塊4通過(guò)解耦機(jī)構(gòu)10與縱向后滑塊5連接，縱向后滑塊5安裝在固定于底座6的縱向后導(dǎo)軌9上并與縱向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)1連接，縱向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)1驅(qū)動(dòng)縱向后滑塊5可作縱向運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)解耦機(jī)構(gòu)10使縱向前滑塊4沿縱向前導(dǎo)軌8滑動(dòng)使橫向滑塊3可作橫縱綜合運(yùn)動(dòng)?？v向前滑塊4與鍵合頭支架11連接，在鍵合頭支架11上用兩個(gè)相背的向心推力球軸承固定有軸16、垂直于橫縱向的豎向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)13、豎光柵尺讀頭19、電子打火桿15、打火桿支臂21、調(diào)整電子打火桿15位置的調(diào)整絕緣塊22、冷卻裝置17及壓縮空氣入口嘴18，軸16上裝有在豎向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)13驅(qū)動(dòng)下可繞其上下擺動(dòng)的擺臂12，擺臂12前端固定超聲波換能器14和線夾24，線夾24還提供高壓電子打火的放電回路，線夾24包括中間彈性線夾體及驅(qū)動(dòng)螺線管23、絕緣夾板26、導(dǎo)電夾板27，在驅(qū)動(dòng)螺線管23的帶動(dòng)下絕緣夾板26和導(dǎo)電夾板27夾緊和松開(kāi)從他們中間通過(guò)的導(dǎo)線，與鍵合頭的三維運(yùn)動(dòng)配合形成弧線。擺臂12上固定有豎向光柵尺20，用于不動(dòng)豎光柵尺讀頭19讀取豎向運(yùn)動(dòng)位置；引線穿過(guò)陶瓷漏斗25、絕緣夾板26、導(dǎo)電夾板27，從超聲波換能器14頂端的劈刀中穿出，在電子打火桿15附近，電子打火桿15和引線尖端之間的高壓放電使引線熔化而形成鍵合所需的金屬球。
本發(fā)明輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭，橫向滑塊3、縱向前滑塊4、縱向后滑塊5、擺臂12、支架11勻采用鋁基碳化硅復(fù)合ZL101A20SiC材料制成。這種材料含20％的碳化硅顆粒，比剛度(剛度與密度之比)比普通鋁合金高出35％，能夠用有限的材料實(shí)現(xiàn)很高的結(jié)構(gòu)剛度。這種材料的應(yīng)用在很大程度上緩解了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中精度和速度的矛盾，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)具有輕質(zhì)和高剛度的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭，橫向滑塊3、橫向?qū)к?、縱向前滑塊4、縱向前導(dǎo)軌8安裝時(shí)需在平面內(nèi)垂直于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向上加載在100到150公斤的預(yù)載。
權(quán)利要求
1.一種輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭，它由底座(6)、緊固件等構(gòu)成，其特征在于工作臺(tái)上安裝有橫向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)(2)及縱向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)(1)，橫向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)(2)前裝有橫向滑塊(3)可沿橫向?qū)к?7)運(yùn)動(dòng)，縱向前滑塊(4)及縱向前導(dǎo)軌(8)固定在橫向滑塊(3)上，縱向前滑塊(4)通過(guò)解耦機(jī)構(gòu)(10)與縱向后滑塊(5)連接，縱向后滑塊(5)安裝在固定于底座(6)的縱向后導(dǎo)軌(9)上并與縱向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)(1)連接，縱向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)(1)驅(qū)動(dòng)縱向后滑塊(5)可作縱向運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)解耦機(jī)構(gòu)(10)使縱向前滑塊(4)沿縱向前導(dǎo)軌(8)沒(méi)與橫向滑塊(3)一起做橫縱綜合運(yùn)動(dòng)；縱向前滑塊(4)與鍵合頭支架(11)連接，在鍵合頭支架(11)上用兩個(gè)軸承固定有軸(16)、垂直于橫縱向的豎向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)(13)、豎光柵尺讀頭(19)、電子打火桿(15)、打火桿支臂(21)、調(diào)整電子打火桿(15)位置的調(diào)整絕緣塊(22)、冷卻裝置(17)及壓縮空氣入口嘴(18)，軸(16)上裝有在豎向驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)(13)驅(qū)動(dòng)下可繞其上下擺動(dòng)的擺臂(12)，擺臂(12)前端固定超聲波換能器(14)和線夾(24)，線夾(24)包括中間彈性線夾體及驅(qū)動(dòng)螺線管(23)、絕緣夾板(26)、導(dǎo)電夾板(27)，在驅(qū)動(dòng)螺線管(23)的帶動(dòng)下絕緣夾板(26)和導(dǎo)電夾板(27)夾緊和松開(kāi)從他們中間通過(guò)的導(dǎo)線，與鍵合頭的三維運(yùn)動(dòng)配合形成弧線；擺臂(12)上固定有豎向光柵尺(20)，用于不動(dòng)豎光柵尺讀頭(19)讀取豎向運(yùn)動(dòng)位置；引線穿過(guò)陶瓷漏斗(25)、絕緣夾板(26)、導(dǎo)電夾板(27)，從超聲波換能器(14)頂端的劈刀中穿出，在電子打火桿(15)附近，電子打火桿(15)和引線尖端之間的高壓放電使引線熔化而形成鍵合所需的金屬球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭，其特征在于橫向滑塊(3)、縱向前滑塊(4)、縱向后滑塊(5)、擺臂(12)、支架(11)勻采用鋁基碳化硅復(fù)合材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭，其特征在于固定軸(16)的兩個(gè)軸承是相背的向心推力球軸承。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭，其特征在于線夾(24)還提供高壓電子打火的放電回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭，其特征在于橫向滑塊(3)、橫向?qū)к?7)、縱向前滑塊(4)、縱向前導(dǎo)軌(8)安裝時(shí)需在平面內(nèi)垂直于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向上加載100到150公斤的預(yù)載。
全文摘要
本發(fā)明輕質(zhì)高剛度XY工作臺(tái)及鍵合頭提供了一種適用于金屬引線鍵合機(jī)的二維工作臺(tái)及鍵合頭的組合的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的二維工作臺(tái)采用由線性電機(jī)驅(qū)動(dòng)的縱橫向直線導(dǎo)軌及滑塊和豎向垂直上下弧形擺動(dòng)結(jié)構(gòu)，由橫縱方向相互垂直的滑塊、導(dǎo)軌和縱向軸間解耦機(jī)構(gòu)及各自的驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。鍵合頭采用繞軸擺臂擺動(dòng)，使擺臂的末端產(chǎn)生縱橫和垂直上下弧形綜合運(yùn)動(dòng)。由于線性電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)方式消除了機(jī)械誤差，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。采用特殊高比剛度鋁基碳化硅復(fù)合材料加工運(yùn)動(dòng)件來(lái)達(dá)到輕質(zhì)高剛度的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明也適于其它具有與引線鍵合機(jī)相似工藝要求的半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備以及有高速精密三維定位和操作需要的機(jī)電設(shè)備。
文檔編號(hào)B23K3/00GK1773688SQ20051020063
公開(kāi)日2006年5月17日 申請(qǐng)日期2005年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月24日
發(fā)明者何田, 王雙江, 廉軍 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十五研究所