一種自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭的控制系統(tǒng)和控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于半導(dǎo)體封裝設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭的控制系統(tǒng)和控制方法。焊頭運(yùn)動控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、運(yùn)動控制卡、信號輸入/輸出卡、分別驅(qū)動X軸、Y軸、Z軸運(yùn)動平臺進(jìn)行運(yùn)動的伺服電機(jī)以及位置傳感器，各個伺服電機(jī)和位置傳感器與運(yùn)動控制卡電連接，焊頭吸嘴控制系統(tǒng)包括真空控制電磁閥和壓縮空氣控制電磁閥，分別與信號輸入/輸出卡電連接。根據(jù)本發(fā)明的控制步驟和程序，焊頭吸嘴循環(huán)往復(fù)移動進(jìn)行芯片拾取和粘貼。本發(fā)明自動粘片機(jī)的控制系統(tǒng)和控制方法適應(yīng)性強(qiáng)、操作方便、穩(wěn)定可靠，可以實(shí)現(xiàn)高速、精確地進(jìn)行芯片的拾取和粘貼，有效降低成本，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。
【專利說明】一種自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭的控制系統(tǒng)和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體封裝設(shè)備領(lǐng)域，特別是半導(dǎo)體芯片的自動粘片機(jī)，具體涉及一種自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭的控制系統(tǒng)和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體后工序封裝中，一般采用自動粘片機(jī)從晶圓芯片臺拾取芯片，然后將芯片粘貼到引線框架的載芯板上，目前，自動粘片機(jī)的拾取和粘貼芯片的焊頭的結(jié)構(gòu)主要存在三種形式，一是采用雙軸方式，由于X軸方向焊頭的運(yùn)動距離較小，因此X方向運(yùn)動機(jī)構(gòu)不用電機(jī)控制，只保留Y、Z兩個運(yùn)動機(jī)構(gòu)采用電機(jī)控制，由于自動粘片機(jī)的焊頭在X方向是不運(yùn)動的，因此要通過調(diào)整晶圓芯片臺的頂針的位置及在軌道內(nèi)運(yùn)送引線框架的位置來達(dá)到，這種調(diào)整方法復(fù)雜，在一些國產(chǎn)設(shè)備中較常見。二是用旋轉(zhuǎn)臂來取代X、Y軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)，但由于旋轉(zhuǎn)臂長度是固定的，因此拾取芯片和粘貼芯片的位置也必須固定，因而也需要通過調(diào)整晶圓芯片臺的頂針位置及在軌道內(nèi)運(yùn)送框架的位置來實(shí)現(xiàn)，調(diào)整相對復(fù)雜，并且由于在粘貼片式器件時，無法實(shí)現(xiàn)自動改變粘貼芯片的Y方向位置而受到限制，這種焊頭機(jī)構(gòu)在一些香港生產(chǎn)的設(shè)備中較為常見。三是采用可以三維運(yùn)動拾取和粘貼芯片的焊頭，X、Y、Z三個方向的位置獨(dú)立控制，但現(xiàn)有設(shè)備的采用專門的控制電路對機(jī)械運(yùn)動進(jìn)行控制，對電路元件和機(jī)械精度要求高，運(yùn)行穩(wěn)定性差，不便維護(hù)，生產(chǎn)效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種不需要配套專門的控制電路就可以有效實(shí)現(xiàn)自動粘片機(jī)焊頭的三維運(yùn)動的控制系統(tǒng)和控制方法。
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種自動粘片機(jī)的三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)，包括焊頭的運(yùn)動控制系統(tǒng)，焊頭的吸嘴控制系統(tǒng)、焊頭吸嘴的檢測系統(tǒng)，其中焊頭的運(yùn)動控制系統(tǒng)為X軸、Y軸、Z軸三個軸向運(yùn)動的控制系統(tǒng)，所述的X軸向的運(yùn)動機(jī)構(gòu)處于最低層，Y軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)固定在X軸運(yùn)動平臺上，Z軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)固定在Y軸運(yùn)動平臺上，焊頭的吸嘴固定在Z軸運(yùn)動平臺上，所述的焊頭吸嘴在晶圓芯片臺吸取芯片然后將芯片粘貼在引線框架軌道上的引線框架的載芯板上；
[0006]所述的焊頭運(yùn)動控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、運(yùn)動控制卡、信號輸入/輸出卡、分別驅(qū)動X軸、Y軸、Z軸運(yùn)動平臺進(jìn)行運(yùn)動的X軸、Y軸、Z軸伺服電機(jī)以及限定X軸、Y軸、Z軸運(yùn)動平臺的運(yùn)動位置的位置傳感器；所述三維運(yùn)動焊頭的各個伺服電機(jī)、各個位置傳感器與運(yùn)動控制卡電連接，所述的運(yùn)動控制卡插入工控機(jī)的PCI插槽中；
[0007]所述焊頭吸嘴控制系統(tǒng)包括真空控制電磁閥和壓縮空氣控制電磁閥，所述真空控制電磁閥與壓縮空氣控制電磁閥分別與所述的信號輸入/輸出卡電連接；所述的焊頭吸嘴檢測系統(tǒng)包括漏晶傳感器和漏晶檢測燈，所述的漏晶傳感器與所述的信號輸入/輸出卡電連接:所述的信號輸入/輸出卡插入工控機(jī)的PCI插槽中。
[0008]具體地，所述的位置傳感器為光敏傳感器，包括對X軸、Y軸、Z軸運(yùn)動平臺分別設(shè)置的原點(diǎn)位置傳感器、正向極限位置傳感器和負(fù)向極限位置傳感器。
[0009]所述的真空控制電磁閥為兩位三通電磁閥，所述的壓縮空氣控制電磁閥為兩位三通電磁閥，分別設(shè)置在真空/壓縮氣管24上。
[0010]所述的漏晶傳感器為光敏傳感器，設(shè)置在焊頭吸嘴的上方，所述的漏晶檢測燈設(shè)置在焊頭吸嘴的原點(diǎn)位置與晶圓芯片臺的芯片粘貼位置之間焊頭吸嘴移動路徑的下方。
[0011]更好地，所述的焊頭吸嘴的原點(diǎn)位置與晶圓芯片臺的芯片拾取位置的三維距離為:X小于±2.5mm, Z等于45mm至55mm, Y等于8mm至12mm ;焊頭吸嘴的原點(diǎn)位置與引線框架軌道上的引線框架元件的待粘片位置的三維距離為:X小于2.5mm，Z等于15mm至25mm，Y等于35_至45mmη
[0012]本發(fā)明的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟:
[0013]步驟一、焊頭吸嘴從原點(diǎn)位置向前移動到晶圓芯片臺的芯片待拾取位置；
[0014]步驟二、焊頭吸嘴的真空控制電磁閥和壓縮空氣電磁閥接通真空，從芯片待拾取位置吸取芯片；
[0015]步驟三、焊頭吸嘴向后移動，經(jīng)過吸嘴原點(diǎn)位置，到引線框架軌道上引線框架元件的待粘片位直；
[0016]步驟四、焊頭吸嘴的真空控制電磁閥和壓縮空氣電磁閥關(guān)閉真空，將芯片粘貼到引線框架元件的待粘片位置；
[0017]步驟五、焊頭吸嘴返回其原點(diǎn)位置；
[0018]然后，焊頭吸嘴按上述步驟一至五循環(huán)往復(fù)移動進(jìn)行芯片拾取和粘貼。
[0019]焊頭吸嘴從步驟一至步驟五的周期時間小于或等于IOOms (毫秒)。
[0020]焊頭吸嘴循環(huán)往復(fù)移動進(jìn)行芯片拾取和粘貼的運(yùn)動路徑軌跡曲線從I點(diǎn)至9點(diǎn)分成八段，焊頭吸嘴從I點(diǎn)拾取芯片后經(jīng)2至8點(diǎn)運(yùn)行至9點(diǎn)進(jìn)行貼片，然后按原路徑從9點(diǎn)經(jīng)8點(diǎn)至2點(diǎn)返回I點(diǎn)進(jìn)行下一次拾取芯片的過程，其中:
[0021]一段、1-2點(diǎn):焊頭吸嘴在Z軸方向低速運(yùn)動，其中的I點(diǎn)為芯片拾取位置，；
[0022]二段、2-3點(diǎn):為焊頭吸嘴的垂直運(yùn)動段，焊頭吸嘴在Z軸方向高速運(yùn)動；
[0023]三段、3-4點(diǎn):為焊頭吸嘴由垂直運(yùn)動向水平運(yùn)動的圓弧過渡段，焊頭吸嘴做Y、Z軸兩個方向的圓弧插補(bǔ)運(yùn)動，X軸方向不做運(yùn)動；
[0024]四段、4-5點(diǎn):為焊頭吸嘴的水平運(yùn)動段，其中的5點(diǎn)為原點(diǎn)位置，焊頭吸嘴做Χ、Υ、Z軸三個方向的線性插補(bǔ)運(yùn)動；
[0025]五段、5-6點(diǎn):為焊頭吸嘴水平運(yùn)動段，焊頭吸嘴做X、Y、Z軸三個方向的線性插補(bǔ)運(yùn)動；
[0026]六段、6-7點(diǎn):為焊頭吸嘴由水平運(yùn)動向垂直運(yùn)動的圓弧過渡段，焊頭吸嘴做Y、Z軸兩個方向的圓弧插補(bǔ)運(yùn)動，X軸方向不做運(yùn)動；
[0027]七段、7-8點(diǎn):為焊頭吸嘴的垂直運(yùn)動段，焊頭吸嘴在Z軸方向高速運(yùn)動，其中9點(diǎn)為粘貼芯片位置；
[0028]八段、8-9點(diǎn):焊頭吸嘴在Z軸方向低速運(yùn)動。
[0029]在所述的八段運(yùn)動過程中，每段運(yùn)動區(qū)間的終點(diǎn)速度等于其下一段運(yùn)動區(qū)間的起點(diǎn)速度。
[0030]所述的焊頭吸嘴最高移動速度為60000脈沖/秒，最低移動速度為10000脈沖/秒，移動加速度為600000脈沖/秒平方，圓弧插補(bǔ)速度為3000脈沖/秒。
[0031]本發(fā)明的自動粘片機(jī)的控制系統(tǒng)和控制方法，適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡單、穩(wěn)定可靠，可以實(shí)現(xiàn)高速、精確地進(jìn)行芯片的拾取和粘貼，有效降低成本，提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。
[0032]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明的控制系統(tǒng)示意圖；
[0035]圖3為吸嘴真空與壓縮空氣電磁閥控制示意圖；
[0036]圖4為原點(diǎn)與拾取位置、粘片位置之間的相對位置關(guān)系示意圖；
[0037]圖5為焊頭吸嘴三維運(yùn)動曲線規(guī)劃圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭由X、Y、Z三個運(yùn)動方向互相垂直的運(yùn)動機(jī)構(gòu)組成，X軸向的運(yùn)動機(jī)構(gòu)處于最低層，Y軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)固定在X軸向運(yùn)動平臺上，Z軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)固定在Y軸向運(yùn)動平臺上。
[0039]X軸向滑軌6固定在機(jī)座上，滑軌6的上表面與X軸向運(yùn)動平臺7滑動連接，滾珠絲桿2旋入X軸向運(yùn)動平臺7的絲杠螺孔內(nèi)，當(dāng)X軸伺服電機(jī)I帶動滾珠絲桿2轉(zhuǎn)動時，在X軸向滑軌6上面的X軸運(yùn)動平臺7產(chǎn)生X方向的滑動。
[0040]Y軸向滑軌13固定在X軸運(yùn)動平臺7上，滑軌13的上表面與Y軸向運(yùn)動平臺14滑動連接，滾珠絲桿9旋入Y軸向運(yùn)動平臺14的絲杠螺孔內(nèi)，當(dāng)Y軸伺服電機(jī)8帶動滾珠絲桿9轉(zhuǎn)動時，在滑軌13上面的Y軸向運(yùn)動平臺14產(chǎn)生Y軸向的滑動。
[0041 ] Z軸向滑軌20固定在Y軸運(yùn)動平臺14上，滑軌20表面與Z軸向運(yùn)動平臺21滑動連接，滾珠絲桿16旋入Z軸向運(yùn)動平臺21的絲杠螺孔內(nèi)，當(dāng)Z軸伺服電機(jī)15帶動滾珠絲桿16轉(zhuǎn)動時，在滑軌20上面的Z軸向運(yùn)動平臺21產(chǎn)生Z軸向的滑動。
[0042]焊頭的吸嘴22與Z軸向運(yùn)動平臺21固定連接，吸嘴22上端與真空/壓縮氣管24連接。焊頭吸嘴22在上述三軸運(yùn)動機(jī)構(gòu)的帶動下進(jìn)行向前和向后的往復(fù)運(yùn)動，在晶圓芯片臺25拾取芯片后移動到引線框架軌道26，將芯片粘貼在引線框架元件27上。
[0043]圖2為本發(fā)明的控制系統(tǒng)示意圖，如圖2結(jié)合圖1所示，焊頭運(yùn)動控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、運(yùn)動控制卡、信號輸入/輸出卡、分別驅(qū)動X軸、Y軸、Z軸運(yùn)動平臺進(jìn)行運(yùn)動的X軸伺服電機(jī)1、Υ軸伺服電機(jī)8、ζ軸伺服電機(jī)15，以及X軸運(yùn)動平臺的原點(diǎn)位置傳感器4、正向極限位置傳感器5和負(fù)向極限位置傳感器3，Y軸運(yùn)動平臺的原點(diǎn)位置傳感器11、正向極限位置傳感器12和負(fù)向極限位置傳感器10，Ζ軸運(yùn)動平臺的原點(diǎn)位置傳感器18、正向極限位置傳感器19和負(fù)向極限位置傳感器17。其中正向和負(fù)向極限位置傳感器限定運(yùn)動平臺的運(yùn)動區(qū)間，原點(diǎn)位置傳感器決定運(yùn)動平臺所處的初始位置。
[0044]所述的工控機(jī)是通用的工業(yè)用計算機(jī)或PC機(jī)，一般具有多個PCI總線插槽，運(yùn)動控制卡、信號輸入/輸出卡是專業(yè)廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)配置件。
[0045]所述的運(yùn)動控制卡插入工控機(jī)的PCI插槽中，并將三維運(yùn)動焊頭的各個伺服電機(jī)、位置傳感器與運(yùn)動控制卡對應(yīng)的控制信號連接起來。運(yùn)動控制卡是基于工控機(jī)PCI總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)的上位控制單元，它與工控機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu):工控機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)控等方面的工作，運(yùn)動控制卡負(fù)責(zé)控制電機(jī)運(yùn)動。
[0046]運(yùn)動控制卡至少可控制3臺步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)，并支持多卡共用，以實(shí)現(xiàn)至少三個運(yùn)動軸的控制；每軸均可向電機(jī)輸出脈沖和方向信號，以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；同時，可外接原點(diǎn)、減速、限位等開關(guān)信號，以實(shí)現(xiàn)回原點(diǎn)、保護(hù)等功能，具有梯形升降速曲線，即勻加減速度，在速度一時間座標(biāo)軸上，速度從一個起始速度開始，勻加速達(dá)到最高速度，運(yùn)行一段時間后，再勻減速降到一個低速度，因而在座標(biāo)上看形成一個梯形升降速曲線。
[0047]所述的信號輸入/輸出卡插入工控機(jī)的PCI插槽中，并將外部影響三維運(yùn)動焊頭運(yùn)動的信號如漏晶傳感器發(fā)出的信號與信號輸入/輸出卡的輸入信號連接起來，而將在三維運(yùn)動焊頭運(yùn)動時需要控制的開關(guān)信號如聲光報警、壓縮空氣控制電磁閥、真空控制電磁閥的開關(guān)動作與信號輸入/輸出卡的輸出信號連接起來；
[0048]所述焊頭的吸嘴控制系統(tǒng)包括真空控制電磁閥和壓縮空氣控制電磁閥，其與信號輸入/輸出卡電連接，即與信號輸入/輸出卡的輸出信號端連接；
[0049]所述的焊頭吸嘴的檢測系統(tǒng)包括漏晶傳感器和漏晶檢測燈，所述的漏晶傳感器與插接在工控機(jī)的PCI總線插槽中的信號輸入/輸出卡連接，即與信號輸入/輸出卡的輸入信號端連接。
[0050]漏晶傳感器為光敏傳感器23，設(shè)置在焊頭吸嘴22的上方，漏晶檢測燈28設(shè)置在焊頭吸嘴的原點(diǎn)位置與引線框架軌道26上的引線框架元件27的芯片粘貼位置之間焊頭吸嘴移動路徑的下方。
[0051]圖3為吸嘴真空與壓縮空氣電磁閥控制示意圖。如圖所示，真空控制電磁閥29為兩位三通電磁閥，壓縮空氣控制電磁閥31也是兩位三通電磁閥，分別設(shè)置在真空/壓縮氣管24上。該圖表示吸嘴處于常態(tài)，即未接通真空泵和空氣壓縮機(jī)時的狀態(tài)，此時真空控制電磁閥29不通電，吸嘴與真空控制電磁閥29工作出氣口 A相連，出氣口 A與放氣口 R相通，放氣口 R與外界空氣相通，此時吸嘴處于常態(tài)，即吸嘴與外界大氣相通，吸嘴沒有與真空泵連通，也沒有與壓縮空氣機(jī)連通，因此吸嘴拾取不了芯片，也不會進(jìn)行吹氣清潔。
[0052]當(dāng)吸嘴拾取芯片后，真空控制電磁閥29通電，出氣口 A與進(jìn)氣口 P相通，進(jìn)氣口 P與壓縮空氣控制電磁閥31的工作出氣口 a相連，此時壓縮空氣控制電磁閥31不通電，其工作出氣口 a與其放氣口 r相通，而壓縮空氣控制電磁閥31的放氣口 r與真空泵相通，因此吸嘴處于真空狀態(tài)以便吸住芯片。當(dāng)吸嘴到達(dá)貼片位置進(jìn)行貼片時，真空電磁閥29斷電，使吸嘴回到常態(tài)以便釋放芯片。
[0053]當(dāng)對吸嘴進(jìn)行清潔時，壓縮空氣控制電磁閥31通電，其出氣口 a接通壓縮空氣進(jìn)氣口 P，對吸嘴進(jìn)行吹氣清潔。
[0054]圖4為原點(diǎn)與拾取位置、貼片位置之間的相對位置關(guān)系示意圖。圖中橫向距離為Y軸，縱向距離為Z軸，X軸垂直于紙面，如圖所示，焊頭吸嘴的原點(diǎn)位置與晶圓芯片臺的芯片拾取位置的三維距離為:x小于或等于±2.5mm (圖未示出)，Z等于45_55mm，圖3所示為50mm，Y等于8_12mm，圖3所示為10mm。焊頭吸嘴的原點(diǎn)位置與引線框架軌道上的引線框架元件的待粘片位置的三維距離為:X小于或等于±2.5mm, Z等于15_25mm，圖3所示為20mm, Y 等于 35_45mm,圖 3 所不為 40mmη[0055]即在X方向，拾取位置、粘片位置與吸嘴原點(diǎn)的距離要在±2.5mm的范圍內(nèi)，它既能保證當(dāng)拾取位置、吸嘴原點(diǎn)、粘片位置在X方向不在一直線上時，能滿足通過軟件來校正拾取位置和粘片位置的需要，同時滿足焊頭高速運(yùn)動的需要。如果距離大于上述范圍值，焊頭高速運(yùn)動時，會使整個設(shè)備產(chǎn)生晃動。在Y方向，吸嘴到粘片位置在40_左右，吸嘴到取片位置在IOmm左右，拾取位置與粘片位置相距50mm左右。在Z方向，吸嘴到拾取位置為50mm左右，到粘片位置為20mm左右。上述的原點(diǎn)位置與拾取位置、粘片位置之間的相對位置關(guān)系數(shù)據(jù)是三維運(yùn)動焊頭運(yùn)動曲線的規(guī)劃的基礎(chǔ)。
[0056]本發(fā)明的控制方法包括如下步驟:
[0057]步驟一、焊頭吸嘴從原點(diǎn)位置向前移動到晶圓芯片臺的芯片待拾取位置；
[0058]步驟二、焊頭吸嘴的真空控制電磁閥和壓縮空氣電磁閥接通真空，從芯片待拾取位置吸取芯片；
[0059]步驟三、焊頭吸嘴向后移動，經(jīng)過吸嘴原點(diǎn)位置，到引線框架軌道上引線框架元件的待粘片位直；
[0060]步驟四、焊頭吸嘴的真空控制電磁閥和壓縮空氣電磁閥關(guān)閉真空，將芯片粘貼到引線框架元件的待粘片位置；
[0061]步驟五、焊頭吸嘴返回其原點(diǎn)位置；
[0062]然后，焊頭吸嘴按上述步驟一至五循環(huán)往復(fù)移動進(jìn)行芯片吸取和粘貼。
[0063]此外，還包括開機(jī)步驟和停機(jī)步驟，此時焊頭吸嘴回歸原點(diǎn)位置。
[0064]在步驟三進(jìn)行過程中還包括吸取芯片檢測步驟:
[0065]當(dāng)焊頭吸嘴向后移動經(jīng)過漏晶檢測燈時，如果吸嘴上有芯片則檢測燈光束被芯片遮擋，使上方的漏晶傳感器接收不到光束時，則焊頭吸嘴會繼續(xù)向后移動至引線框架待粘片位置進(jìn)行步驟四；如果吸嘴上無芯片，則上方的漏晶傳感器接收到光束時，則焊頭吸嘴停止繼續(xù)向后移動，然后轉(zhuǎn)而向前移動返回原點(diǎn)，再重復(fù)步驟一和二，然后再次經(jīng)過吸取芯片檢測步驟。
[0066]當(dāng)所述的吸取芯片檢測步驟重復(fù)三次仍未檢測到吸嘴上有芯片時，則焊頭吸嘴回到原點(diǎn)位置停止運(yùn)動，發(fā)出報警信號，等候人工處理。所述的重復(fù)次數(shù)也可以在人機(jī)界面上隨意設(shè)置，一般設(shè)置為三次。
[0067]在步驟五進(jìn)行過程中還包括粘貼芯片檢測步驟:
[0068]當(dāng)焊頭吸嘴從芯片粘貼位置向前移動經(jīng)過漏晶檢測燈時，如果吸嘴上無芯片或雜物，則上方的漏晶傳感器接收到檢測燈光束時，則焊頭吸嘴會繼續(xù)向前移動經(jīng)原點(diǎn)位置至芯片待吸取位置；如果吸嘴上有芯片或雜物阻塞，則光束被遮擋，使上方的漏晶傳感器接收不到光束時，則焊頭吸嘴會停止繼續(xù)向前移動，轉(zhuǎn)而向后移動到吹氣位置，然后壓縮空氣控制電磁閥通電打開，使壓縮空氣從吸嘴中吹出，以便將堵塞吸嘴的芯片或雜物吹離，然后再次向前移動經(jīng)漏晶檢測燈上方進(jìn)行檢測步驟。
[0069]所述的吹氣位置位于焊頭吸嘴原點(diǎn)位置與引線框架軌道的貼片位置之間的路徑上，并且偏離漏晶檢測燈上方，是為了避免吹氣時污染引線框架元件和檢測燈。
[0070]當(dāng)所述的粘貼芯片檢測步驟重復(fù)三次仍檢測到吸嘴上有芯片或雜物時，則焊頭吸嘴回到原點(diǎn)位置后停止運(yùn)動，發(fā)出聲光報警，等待人工干預(yù)。
[0071]在三維運(yùn)動焊頭按上述步驟進(jìn)行運(yùn)動的同時，與之相配合的晶圓芯片臺將芯片移動到芯片待拾取位置，同時引線框架軌道將引線框架元件移動到待粘片位置。
[0072]圖5為焊頭吸嘴三維運(yùn)動曲線規(guī)劃圖。
[0073]UPH(每小時產(chǎn)量)對自動粘片機(jī)來說是一個非常重要的參數(shù)，用戶總是要求UPH越大越好，這樣在同樣的時間內(nèi)，生產(chǎn)的產(chǎn)量越多，產(chǎn)品成本就越低。一般來說，自動粘片機(jī)的UPH取決于焊頭的運(yùn)動周期，由于拾取粘片和粘貼芯片受工藝的限制，其拾取和粘貼時間減小幅度有限，因此提高UPH最有效的途徑就是盡量減少焊頭從原點(diǎn)位置運(yùn)動到拾取位置和粘片位置的距離，并且合理地規(guī)劃焊頭運(yùn)動曲線，從而縮短焊頭運(yùn)動周期。
[0074]如圖所示，本發(fā)明的焊頭吸嘴三維運(yùn)動曲線規(guī)劃將焊頭吸嘴循環(huán)往復(fù)移動進(jìn)行芯片拾取和粘貼的運(yùn)動路徑軌跡曲線從I點(diǎn)至9點(diǎn)分成八段，焊頭吸嘴從I點(diǎn)拾取芯片后經(jīng)2至8點(diǎn)運(yùn)行至9點(diǎn)進(jìn)行貼片，然后按原路徑從9點(diǎn)經(jīng)8點(diǎn)至2點(diǎn)返回I點(diǎn)進(jìn)行下一次拾取芯片的過程，其中:
[0075]—段、1-2點(diǎn):焊頭吸嘴在Z軸方向低速運(yùn)動，其中的I點(diǎn)為芯片拾取位置，；
[0076]二段、2-3點(diǎn):為焊頭吸嘴的垂直運(yùn)動段，焊頭吸嘴在Z軸方向高速運(yùn)動；
[0077]三段、3-4點(diǎn):為焊頭吸嘴由垂直運(yùn)動向水平運(yùn)動的圓弧過渡段，焊頭吸嘴做Y、Z軸兩個方向的圓弧插補(bǔ)運(yùn)動，X軸方向不做運(yùn)動；
[0078]四段、4-5點(diǎn):為焊頭吸嘴的水平運(yùn)動段，其中的5點(diǎn)為原點(diǎn)位置，焊頭吸嘴做X、Y、Z軸三個方向的線性插補(bǔ)運(yùn)動；
[0079]五段、5-6點(diǎn):為焊頭吸嘴水平運(yùn)動段，焊頭吸嘴做X、Y、Z軸三個方向的線性插補(bǔ)運(yùn)動；
[0080]六段、6-7點(diǎn):為焊頭吸嘴由水平運(yùn)動向垂直運(yùn)動的圓弧過渡段，焊頭吸嘴做Y、Z軸兩個方向的圓弧插補(bǔ)運(yùn)動，X軸方向不做運(yùn)動；
[0081]七段、7-8點(diǎn):為焊頭吸嘴的垂直運(yùn)動段，焊頭吸嘴在Z軸方向高速運(yùn)動，其中9點(diǎn)為粘貼芯片位置，；
[0082]八段、8-9點(diǎn):焊頭吸嘴在Z軸方向低速運(yùn)動。
[0083]具體運(yùn)動過程是:
[0084]當(dāng)焊頭吸嘴從I點(diǎn)至9點(diǎn)運(yùn)動，即吸取芯片后向后運(yùn)動進(jìn)行粘貼時:
[0085]在1-2點(diǎn)，I點(diǎn)的初始速度為0，吸嘴在Z軸方向作慢加速運(yùn)動至2點(diǎn)，此時吸嘴在X軸和Y軸方向保持不動；
[0086]在2-3點(diǎn)，吸嘴在Z軸方向作高速加速運(yùn)動至3點(diǎn)，此時吸嘴在X軸和Y軸方向保持不動；
[0087]在3-4點(diǎn)，焊頭吸嘴做Y、Z軸兩個方向圓弧插補(bǔ)勻速運(yùn)動，兩軸同時從3點(diǎn)出發(fā)，同時到達(dá)4點(diǎn)；
[0088]在4-5點(diǎn)，焊頭吸嘴做X、Y、Z軸三個方向的線性插補(bǔ)運(yùn)動，三軸同時從4點(diǎn)出發(fā)，同時到達(dá)5點(diǎn)；
[0089]在5-6點(diǎn)，焊頭吸嘴做Χ、Υ、Ζ軸三個方向的線性插補(bǔ)運(yùn)動；三軸同時從5點(diǎn)出發(fā)，同時到達(dá)6點(diǎn)；
[0090]在6-7點(diǎn),焊頭吸嘴做Y、Z軸兩個方向圓弧插補(bǔ)運(yùn)動,兩軸同時從6點(diǎn)出發(fā)，同時到達(dá)7點(diǎn)；
[0091 ] 在7-8點(diǎn)，焊頭吸嘴在Z軸方向作高速加速運(yùn)動至8點(diǎn)，此時吸嘴在X軸和Y軸方向保持不動；
[0092]在8-9點(diǎn)，焊頭吸嘴在Z軸方向作慢減速運(yùn)動至9點(diǎn)，此時吸嘴在X軸和Y軸方向保持不動，其中9點(diǎn)為粘貼芯片位置，因此到9點(diǎn)的瞬時速度為0，以保證穩(wěn)定貼片。
[0093]當(dāng)焊頭吸嘴從9點(diǎn)至I點(diǎn)，即粘貼芯片后向前運(yùn)動進(jìn)行拾取芯片時:
[0094]在9-8點(diǎn)，9點(diǎn)的初始速度為0，吸嘴在Z軸方向作慢加速運(yùn)動至8點(diǎn)，此時吸嘴在X軸和Y軸方向保持不動；
[0095]在8-7點(diǎn)，吸嘴在Z軸方向作高速加速運(yùn)動至7點(diǎn)，此時吸嘴在X軸和Y軸方向保持不動；
[0096]在7-6點(diǎn)，焊頭吸嘴做Y、Z軸兩個方向圓弧插補(bǔ)勻速運(yùn)動，兩軸同時從7點(diǎn)出發(fā)，同時到達(dá)6點(diǎn)；
[0097]在6-5點(diǎn)，焊頭吸嘴做X、Y、Z軸三個方向的線性插補(bǔ)運(yùn)動，三軸同時從6點(diǎn)出發(fā)，同時到達(dá)5點(diǎn)；；
[0098]在5-4點(diǎn)，焊頭吸嘴做X、Y、Z軸三個方向的線性插補(bǔ)運(yùn)動，三軸同時從5點(diǎn)出發(fā)，同時到達(dá)4點(diǎn)；
[0099]在4-3點(diǎn)，焊頭吸嘴做Y、Z軸兩個方向圓弧插補(bǔ)勻速運(yùn)動，兩軸同時從4點(diǎn)出發(fā)，同時到達(dá)3點(diǎn)；
[0100]在3-2點(diǎn)，吸嘴在Z軸方向作高速加速運(yùn)動至2點(diǎn)，此時吸嘴在X軸和Y軸方向保持不動；
[0101]在2-1點(diǎn)，焊頭吸嘴在Z軸方向作慢減速運(yùn)動至I點(diǎn)，此時吸嘴在X軸和Y軸方向保持不動，其中I點(diǎn)為拾取芯片位置，因此到I點(diǎn)的瞬時速度為0，以保證穩(wěn)定地拾取芯片。
[0102]在上述的八段運(yùn)動過程中，每段運(yùn)動區(qū)間的終點(diǎn)速度等于其下一段運(yùn)動區(qū)間的起點(diǎn)速度，以保證焊頭吸嘴平穩(wěn)運(yùn)行。尤其是焊頭從高速運(yùn)行到停止運(yùn)動的過程中，如果急剎車，一方面伺服電機(jī)要承受很大的扭矩，電機(jī)容易壞，控制精度也會下降；另一方面焊頭震動會非常大，也會影響精度，因此必須使Y、Z軸的運(yùn)動保持高速平穩(wěn)過渡，X軸因?yàn)樘幱谌S的最低層，質(zhì)量最大，因此使位移小于〈±2.5mm,
[0103]速度也要取較低值，這樣慣性小，使機(jī)器能夠平穩(wěn)運(yùn)行。
[0104]根據(jù)高速和穩(wěn)定運(yùn)動的要求，本發(fā)明的焊頭吸嘴最高移動速度為60000脈沖/秒，最低移動速度為10000脈沖/秒，移動加速度為600000脈沖/秒平方，圓弧插補(bǔ)速度為3000
脈沖/秒。
[0105]通過采用上述的位置參數(shù)和速度參數(shù)，本發(fā)明焊頭吸嘴從步驟一至步驟五的周期時間小于或等于100毫秒，也即焊頭吸嘴完成一次拾片、貼片的周期小于等于100毫秒。
[0106]將三維運(yùn)動焊頭運(yùn)動曲線規(guī)劃有關(guān)的位置參數(shù)、速度參數(shù)和加速度參數(shù)輸入運(yùn)動控制卡，然后由運(yùn)動控制卡完成焊頭的三維運(yùn)動控制，包括將各軸脈沖和方向信號輸出到步進(jìn)或伺服電機(jī)、各軸的直線和圓弧插補(bǔ)運(yùn)動、升降速的控制、原點(diǎn)和限位等信號的檢測等。點(diǎn)位運(yùn)動是指各軸按各自設(shè)定的速度、加速度和行程運(yùn)動，直到到達(dá)設(shè)定位置。連續(xù)運(yùn)動是指各軸按各自設(shè)定的速度、加速度運(yùn)動，直到有相應(yīng)方向的外部限位、報警信號或停止指令才停止運(yùn)動?；卦c(diǎn)運(yùn)動是指各軸按各自設(shè)定的速度、加速度運(yùn)動，直到有外部原點(diǎn)信號、限位信號、報警信號或停止指令才停止。插補(bǔ)運(yùn)動是多軸按照一定的算法進(jìn)行聯(lián)動，被控軸同時啟動，并同時到達(dá)目標(biāo)位置。[0107]本發(fā)明通過工控機(jī)或PC機(jī)實(shí)現(xiàn)全自動控制，在工控機(jī)中輸入根據(jù)上述的運(yùn)動曲線規(guī)劃編寫的三維運(yùn)動焊頭運(yùn)動控制程序，通過調(diào)用運(yùn)動控制卡和信號輸入/輸出卡的底層軟件(如在工控機(jī)上安裝的Windows2000以上版本、Microsoft Visual Studio6.0、運(yùn)動控制卡驅(qū)動程序、信號輸入/輸出卡驅(qū)動程序等軟件)，從而實(shí)現(xiàn)三維運(yùn)動焊頭按程序要求運(yùn)動。
[0108]本發(fā)明的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭運(yùn)動速度高，準(zhǔn)確可靠，通用性強(qiáng)，能夠有效實(shí)現(xiàn)聞效、優(yōu)質(zhì)生廣。
[0109]最后所應(yīng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下對本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種自動粘片機(jī)的二維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)，包括焊頭的運(yùn)動控制系統(tǒng)，焊頭的吸嘴控制系統(tǒng)、焊頭吸嘴的檢測系統(tǒng)，其中焊頭的運(yùn)動控制系統(tǒng)為X軸、Y軸、Z軸三個軸向運(yùn)動的控制系統(tǒng)，所述的X軸向的運(yùn)動機(jī)構(gòu)處于最低層，Y軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)固定在X軸運(yùn)動平臺上，Z軸向運(yùn)動機(jī)構(gòu)固定在Y軸運(yùn)動平臺上，焊頭的吸嘴固定在Z軸運(yùn)動平臺上，所述的焊頭吸嘴在晶圓芯片臺吸取芯片然后將芯片粘貼在引線框架軌道上的引線框架的載芯板上； 其特征是，所述的焊頭運(yùn)動控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、運(yùn)動控制卡、信號輸入/輸出卡、分別驅(qū)動X軸、Y軸、Z軸運(yùn)動平臺進(jìn)行運(yùn)動的X軸、Y軸、Z軸伺服電機(jī)以及限定X軸、Y軸、Z軸運(yùn)動平臺的運(yùn)動位置的位置傳感器；所述三維運(yùn)動焊頭的各個伺服電機(jī)、各個位置傳感器與運(yùn)動控制卡電連接，所述的運(yùn)動控制卡插入工控機(jī)的PCI插槽中； 所述焊頭吸嘴控制系統(tǒng)包括真空控制電磁閥和壓縮空氣控制電磁閥，所述真空控制電磁閥與壓縮空氣控制電磁閥分別與所述的信號輸入/輸出卡電連接；所述的焊頭吸嘴檢測系統(tǒng)包括漏晶傳感器和漏晶檢測燈，所述的漏晶傳感器與所述的信號輸入/輸出卡電連接:所述的信號輸入/輸出卡插入工控機(jī)的PCI插槽中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動粘片機(jī)的三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)，其特征是所述的位置傳感器為光敏傳感器，包括對X軸、Y軸、Z軸運(yùn)動平臺分別設(shè)置的原點(diǎn)位置傳感器、正向極限位置傳感器和負(fù)向極限位置傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動粘片機(jī)的三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)，其特征是所述的真空控制電磁閥為兩位三通電磁閥，所述的壓縮空氣控制電磁閥為兩位三通電磁閥，分別設(shè)置在真空/壓縮空氣管上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動粘片機(jī)的三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)，其特征是所述的漏晶傳感器為光敏傳感器，設(shè)置在焊頭吸嘴的上方，所述的漏晶檢測燈設(shè)置在焊頭吸嘴的原點(diǎn)位置與晶圓芯片臺的芯片粘貼位置之間焊頭吸嘴移動路徑的下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動粘片機(jī)的三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)，其特征是，所述的焊頭吸嘴的原點(diǎn)位置與晶圓芯片臺的芯片拾取位置的三維距離為:x小于±2.5mm，Z等于45mm至55mm, Y等于8mm至12mm ;焊頭吸嘴的原點(diǎn)位置與引線框架軌道上的引線框架元件的待粘片位置的三維距離為:X小于或等于2.5mm, Z等于15mm至25mm, Y等于35mm至45mm。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是包括如下步驟: 步驟一、焊頭吸嘴從原點(diǎn)位置向前移動到晶圓芯片臺的芯片待拾取位置； 步驟二、焊頭吸嘴的真空控制電磁閥和壓縮空氣電磁閥接通真空，從芯片待拾取位置吸取芯片； 步驟三、焊頭吸嘴向后移動，經(jīng)過吸嘴原點(diǎn)位置，到引線框架軌道上引線框架元件的待粘片位置； 步驟四、焊頭吸嘴的真空控制電磁閥和壓縮空氣電磁閥關(guān)閉真空，將芯片粘貼到引線框架元件的待粘片位置； 步驟五、焊頭吸嘴返回其原點(diǎn)位置； 然后，焊頭吸嘴按上述步驟一至五循環(huán)往復(fù)移動進(jìn)行芯片拾取和粘貼。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭的控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，焊頭吸嘴從步驟一至步驟五的周期時間小于或等于100毫秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動粘片機(jī)焊頭三維運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，還包括開機(jī)步驟和停機(jī)步驟，此時焊頭吸嘴回歸原點(diǎn)位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，在步驟三進(jìn)行過程中還包括吸取芯片檢測步驟: 當(dāng)焊頭吸嘴向后移動經(jīng)過漏晶檢測燈時，如果吸嘴上有芯片則檢測燈光束被芯片遮擋，使上方的漏晶傳感器接收不到光束時，則焊頭吸嘴會繼續(xù)向后移動至引線框架待粘片位置進(jìn)行步驟四；如果吸嘴上無芯片，則上方的漏晶傳感器接收到光束時，則焊頭吸嘴停止繼續(xù)向后移動，然后轉(zhuǎn)而向前移動返回原點(diǎn)，再重復(fù)步驟一和二，然后再次經(jīng)過吸取芯片檢測步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，當(dāng)所述的吸取芯片檢測步驟重復(fù)三次仍未檢測到吸嘴上有芯片時，則焊頭吸嘴回到原點(diǎn)位置停止運(yùn)動，發(fā)出報警信號，等候人工處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，在步驟五進(jìn)行過程中還包括粘貼芯片檢測步驟: 當(dāng)焊頭吸嘴從芯片粘貼位置向前移動經(jīng)過漏晶檢測燈時，如果吸嘴上無芯片或雜物，則上方的漏晶傳感器接收到檢測燈光束時，則焊頭吸嘴會繼續(xù)向前移動經(jīng)原點(diǎn)位置至芯片待吸取位置；如果吸嘴上有芯片或雜物阻塞，則光束被遮擋，使上方的漏晶傳感器接收不到光束時，則焊頭吸嘴會停止繼續(xù)向前移動，轉(zhuǎn)而向后移動到吹氣位置，然后打開壓縮空氣控制電磁閥，使壓縮空氣從吸嘴中吹出，然后再次向前移動經(jīng)漏晶檢測燈上方進(jìn)行檢測步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，所述的吹氣位置位于焊頭吸嘴原點(diǎn)位置與引線框架的貼片位置之間的路徑上，并且偏離漏晶檢測燈上方。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，當(dāng)所述的粘貼芯片檢測步驟重復(fù)三次仍檢測到吸嘴上有芯片或雜物時，則焊頭吸嘴回到原點(diǎn)位置后停止運(yùn)動，發(fā)出聲光報警，等待人工干預(yù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，焊頭吸嘴循環(huán)往復(fù)移動進(jìn)行芯片拾取和粘貼的運(yùn)動路徑軌跡曲線從I點(diǎn)至9點(diǎn)分成八段，焊頭吸嘴從I點(diǎn)拾取芯片后經(jīng)2至8點(diǎn)運(yùn)行至9點(diǎn)進(jìn)行貼片，然后按原路徑從9點(diǎn)經(jīng)8點(diǎn)至2點(diǎn)返回I點(diǎn)進(jìn)行下一次拾取芯片的過程，其中: 一段、1-2點(diǎn):焊頭吸嘴在Z軸方向低速運(yùn)動，其中的I點(diǎn)為芯片拾取位置，； 二段、2-3點(diǎn):為焊頭吸嘴的垂直運(yùn)動段，焊頭吸嘴在Z軸方向高速運(yùn)動； 三段、3-4點(diǎn):為焊頭吸嘴由垂直運(yùn)動向水平運(yùn)動的圓弧過渡段，焊頭吸嘴做Y、Z軸兩個方向的圓弧插補(bǔ)運(yùn)動，X軸方向不做運(yùn)動； 四段、4-5點(diǎn):為焊頭吸嘴的水平運(yùn)動段，其中的5點(diǎn)為原點(diǎn)位置，焊頭吸嘴做X、Y、Z軸三個方向的線性插補(bǔ)運(yùn)動； 五段、5-6點(diǎn):為焊頭吸嘴水平運(yùn)動段，焊頭吸嘴做X、Y、Z軸三個方向的線性插補(bǔ)運(yùn)動； 六段、6-7點(diǎn):為焊頭吸嘴由 水平運(yùn)動向垂直運(yùn)動的圓弧過渡段，焊頭吸嘴做Y、Z軸兩個方向的圓弧插補(bǔ)運(yùn)動，X軸方向不做運(yùn)動；七段、7-8點(diǎn):為焊頭吸嘴的垂直運(yùn)動段，焊頭吸嘴在Z軸方向高速運(yùn)動，其中9點(diǎn)為粘貼芯片位置，； 八段、8-9點(diǎn):焊頭吸嘴在Z軸方向低速運(yùn)動。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭的控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，在所述的八段運(yùn)動過程中，每段運(yùn)動區(qū)間的終點(diǎn)速度等于其下一段運(yùn)動區(qū)間的起點(diǎn)速度。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的自動粘片機(jī)三維運(yùn)動焊頭的控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是，所述的焊頭吸嘴最高移動速度為60000脈沖/秒，最低移動速度為10000脈沖/秒，移動加速度為600000脈沖 /秒平 方，圓弧插補(bǔ)速度為3000脈沖/秒。
【文檔編號】G05B19/414GK103809525SQ201410038858
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月26日
【發(fā)明者】姚劍鋒, 張順, 肖峰, 胡永剛 申請人:佛山市藍(lán)箭電子股份有限公司