專利名稱：輕質高剛度xy工作臺及鍵合頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種輕質高剛度二維工作臺及鍵合頭結構，該工作臺和鍵合頭適用于金屬引線鍵合機特別適合于半導體器件的生產(chǎn)設備。
背景技術：
金屬引線鍵合機是以金屬引線連接芯片焊盤和封裝管腳的半導體生產(chǎn)關鍵設備。鍵合機工作過程的根本特征在于通過引導金屬引線在三維空間中作復雜高速的運動以形成各種滿足不同封裝形式需要的特殊線弧形狀。工作臺與鍵合頭的設計不僅是機械結構的選擇，而且與所采用的電機驅動方式緊密相連，構成一個有機的整體。目前常見的工作臺與鍵合頭的設計大多采用由絲杠將旋轉電機的輸出轉化為直線運動的方式，不僅由于機械傳動部分的空回等問題造成額外誤差，而且傳動鏈中過多的中間環(huán)節(jié)也導致系統(tǒng)的動態(tài)特性不理想。這種由于旋轉電機的設計的方式已經(jīng)越來越不能滿足迅速發(fā)展的引線鍵合設備在速度和精度兩方面的要求。
在工作臺和鍵合頭等高速精密機電設備關鍵運動部件的開發(fā)中，精度和速度的要求是一對難以調和的矛盾。在設備的高速運行條件下，許多機械結構的高頻共振模態(tài)也會受到激發(fā)，使得在低速條件下完全剛性的結構顯示出顯著的柔性，極大地影響設備的性能。引線鍵合設備典型的密集短促往復運動在這一點上十分突出。高精度的要求需要部件具有在高速運動下抵抗振動的極大剛度，通常對應著厚重的機械結構；而極高的速度要求又必需輕質的結構以便盡量減輕負載。因此對高精度和高速度的要求促使機械結構向兩個相反的方向發(fā)展，對工作臺和鍵合頭的設計提出了極大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭，解決現(xiàn)有工作臺及鍵合頭的缺陷，可同時提高工作臺的精度和速度，而且結構簡單工作穩(wěn)定可靠，便于維護，使用壽命長。
本發(fā)明輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭采用在底座上固定工作臺，工作臺上安裝有橫向驅動線性電機及縱向驅動線性電機，橫向驅動線性電機前裝有橫向滑塊可沿橫向導軌運動，縱向前滑塊及縱向前導軌固定在橫向滑塊上，縱向前滑塊通過解耦機構與縱向后滑塊連接，縱向后滑塊安裝在固定于底座的縱向后導軌上并與縱向驅動線性電機連接，縱向驅動線性電機驅動縱向后滑塊可作縱向運動，并通過解耦機構使縱向前滑塊沿縱向前導軌與橫向滑塊一起做橫縱綜合運動；縱向前滑塊與鍵合頭支架連接，在鍵合頭支架上用兩個軸承固定有軸、垂直于橫縱向的豎向驅動線性電機、豎光柵尺讀頭、電子打火桿、打火桿支臂、調整電子打火桿位置的調整絕緣塊、冷卻裝置及壓縮空氣入口嘴，軸上裝有在豎向驅動線性電機驅動下可繞其上下擺動的擺臂，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動螺線管、絕緣夾板、導電夾板，在驅動螺線管的帶動下絕緣夾板和導電夾板夾緊和松開從他們中間通過的導線，與鍵合頭的三維運動配合形成弧線；擺臂上固定有豎向光柵尺，用于不動豎光柵尺讀頭讀取豎向運動位置；引線穿過陶瓷漏斗、絕緣夾板、導電夾板，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)明輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭。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合材料制成。
本發(fā)明輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭，固定軸的兩個軸承是相背的向心推力球軸承。
本發(fā)明輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭，線夾還提供高壓電子打火的放電回路。
本發(fā)明輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭，橫向滑塊、橫向導軌、縱向前滑塊、縱向前導軌安裝時需在平面內垂直于導軌運動方上加載100到150公斤的預載。
本發(fā)明輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭的優(yōu)點是，由于二維工作臺和鍵合頭采用線性永磁音圈電機，分別提供鍵合過程所需的鍵合面內和垂直于鍵合面的高速精密綜合弧線運動，消除了傳動過程總中產(chǎn)生的誤差，并由于使用了大量的鋁基碳化硅復合材料從而提高了剛行減小了震動，使機器運行平穩(wěn)、高速，結構簡單易于操作，使用壽命長，成本低。


圖1本發(fā)明輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭總裝三維示意圖；圖2本發(fā)明輕質高剛度XY工作臺結構三維示意圖；圖3本發(fā)明鍵合頭結構三維示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是利用安裝在底座上的線性電機驅動導軌上的滑塊及鍵合頭綜合運動完成對半導體器件的加工。
參照圖1、圖2、圖3本發(fā)明是在機器底座6上用緊固件安工作臺，工作臺上安裝有橫向驅動線性電機2及縱向驅動線性電機1，橫向驅動線性電機2前裝有橫向滑塊3可沿緊固在工作臺上的橫向導軌7運動，縱向前滑塊4及縱向前導軌8固定在橫向滑塊3上，縱向前滑塊4通過解耦機構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的縱向后導軌9上并與縱向驅動線性電機1連接，縱向驅動線性電機1驅動縱向后滑塊5可作縱向運動，并通過解耦機構10使縱向前滑塊4沿縱向前導軌8滑動使橫向滑塊3可作橫縱綜合運動?？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動線性電機13、豎光柵尺讀頭19、電子打火桿15、打火桿支臂21、調整電子打火桿15位置的調整絕緣塊22、冷卻裝置17及壓縮空氣入口嘴18，軸16上裝有在豎向驅動線性電機13驅動下可繞其上下擺動的擺臂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動螺線管23、絕緣夾板26、導電夾板27，在驅動螺線管23的帶動下絕緣夾板26和導電夾板27夾緊和松開從他們中間通過的導線，與鍵合頭的三維運動配合形成弧線。擺臂12上固定有豎向光柵尺20，用于不動豎光柵尺讀頭19讀取豎向運動位置；引線穿過陶瓷漏斗25、絕緣夾板26、導電夾板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)明輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭，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現(xiàn)很高的結構剛度。這種材料的應用在很大程度上緩解了結構設計中精度和速度的矛盾，實現(xiàn)了同時具有輕質和高剛度的結構。
本發(fā)明輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭，橫向滑塊3、橫向導軌7、縱向前滑塊4、縱向前導軌8安裝時需在平面內垂直于導軌運動方向上加載在100到150公斤的預載。
權利要求
1.一種輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭，它由底座(6)、緊固件等構成，其特征在于工作臺上安裝有橫向驅動線性電機(2)及縱向驅動線性電機(1)，橫向驅動線性電機(2)前裝有橫向滑塊(3)可沿橫向導軌(7)運動，縱向前滑塊(4)及縱向前導軌(8)固定在橫向滑塊(3)上，縱向前滑塊(4)通過解耦機構(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)的縱向后導軌(9)上并與縱向驅動線性電機(1)連接，縱向驅動線性電機(1)驅動縱向后滑塊(5)可作縱向運動，并通過解耦機構(10)使縱向前滑塊(4)沿縱向前導軌(8)沒與橫向滑塊(3)一起做橫縱綜合運動；縱向前滑塊(4)與鍵合頭支架(11)連接，在鍵合頭支架(11)上用兩個軸承固定有軸(16)、垂直于橫縱向的豎向驅動線性電機(13)、豎光柵尺讀頭(19)、電子打火桿(15)、打火桿支臂(21)、調整電子打火桿(15)位置的調整絕緣塊(22)、冷卻裝置(17)及壓縮空氣入口嘴(18)，軸(16)上裝有在豎向驅動線性電機(13)驅動下可繞其上下擺動的擺臂(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動螺線管(23)、絕緣夾板(26)、導電夾板(27)，在驅動螺線管(23)的帶動下絕緣夾板(26)和導電夾板(27)夾緊和松開從他們中間通過的導線，與鍵合頭的三維運動配合形成弧線；擺臂(12)上固定有豎向光柵尺(20)，用于不動豎光柵尺讀頭(19)讀取豎向運動位置；引線穿過陶瓷漏斗(25)、絕緣夾板(26)、導電夾板(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)權利要求1所述的輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭，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合材料制成。
3.根據(jù)權利要求1所述的輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭，其特征在于固定軸(16)的兩個軸承是相背的向心推力球軸承。
4.根據(jù)權利要求1所述的輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭，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)權利要求1所述的輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭，其特征在于橫向滑塊(3)、橫向導軌(7)、縱向前滑塊(4)、縱向前導軌(8)安裝時需在平面內垂直于導軌運動方向上加載100到150公斤的預載。
全文摘要
本發(fā)明輕質高剛度XY工作臺及鍵合頭提供了一種適用于金屬引線鍵合機的二維工作臺及鍵合頭的組合的結構。該結構的二維工作臺采用由線性電機驅動的縱橫向直線導軌及滑塊和豎向垂直上下弧形擺動結構，由橫縱方向相互垂直的滑塊、導軌和縱向軸間解耦機構及各自的驅動電機組成。鍵合頭采用繞軸擺臂擺動，使擺臂的末端產(chǎn)生縱橫和垂直上下弧形綜合運動。由于線性電機的直接驅動方式消除了機械誤差，改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。采用特殊高比剛度鋁基碳化硅復合材料加工運動件來達到輕質高剛度的結構。本發(fā)明也適于其它具有與引線鍵合機相似工藝要求的半導體生產(chǎn)設備以及有高速精密三維定位和操作需要的機電設備。
文檔編號B23K3/00GK1773688SQ20051020063
公開日2006年5月17日 申請日期2005年10月24日 優(yōu)先權日2005年10月24日
發(fā)明者何田, 王雙江, 廉軍 申請人:中國電子科技集團公司第四十五研究所