本申請實(shí)施例涉及半導(dǎo)體芯片加工設(shè)備，尤其是一種多軸運(yùn)動解耦結(jié)構(gòu)、引線鍵合裝置和設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、在半導(dǎo)體器件的加工制造過程中，需要通過引線鍵合設(shè)備將引線框架的引腳與安裝在引線框架上的半導(dǎo)體晶片焊盤進(jìn)行連接，鍵合加工主要通過引線鍵合設(shè)備上的引線鍵合裝置來實(shí)現(xiàn)。

2、現(xiàn)有的引線鍵合設(shè)備整體上基本采用傳統(tǒng)的xyz三軸運(yùn)動結(jié)構(gòu)，該xyz三軸運(yùn)動結(jié)構(gòu)通過xy平臺和引線鍵合裝置組合實(shí)現(xiàn)。其中，引線鍵合裝置裝在xy平臺上，xy平臺負(fù)責(zé)搭載引線鍵合裝置進(jìn)行xy水平運(yùn)動，引線鍵合裝置自身實(shí)現(xiàn)z軸縱向運(yùn)動，而現(xiàn)有的引線鍵合裝置的z軸縱向運(yùn)動是通過垂直方向的往復(fù)旋轉(zhuǎn)動作實(shí)現(xiàn)的。由于z軸縱向運(yùn)動的驅(qū)動力通過旋轉(zhuǎn)方式施加，以及高速加工時(shí)250g以上的高加速度要求，使得對引線鍵合裝置z軸的慣量、旋轉(zhuǎn)中心及旋轉(zhuǎn)至焊接平面的垂直度要求很高。引線鍵合裝置z軸慣量的優(yōu)化已接近瓶頸，而z軸縱向運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)中心和z軸重心難以保證完全重合以及焊頭難以保證與焊接平面完全垂直的情況，同時(shí)縱向方向旋轉(zhuǎn)施加力，必然會導(dǎo)致對其他軸的擾動，這些問題均會導(dǎo)致最終的鍵合封裝效果不良。

3、目前xy平臺是通過直線電機(jī)驅(qū)動，加速度最大可到達(dá)35-40g；而再想提升難度較大，迭代程度比較有限。需要更大推力的有鐵芯直線電機(jī)，而采用大推力有鐵芯直線電機(jī)必然造成推力波動、電氣時(shí)間常數(shù)偏大等控制問題，也會影響封裝精度。所以基于現(xiàn)有的引線鍵合設(shè)備的運(yùn)動結(jié)構(gòu)難以進(jìn)一步大幅提升設(shè)備的鍵合速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、第一方面，本申請的實(shí)施例提供一種解決多軸直線運(yùn)動中消除多軸并行聯(lián)動時(shí)的運(yùn)動干擾的問題，提高多軸運(yùn)動單元高速運(yùn)動穩(wěn)定性的多軸運(yùn)動解耦結(jié)構(gòu)。

2、該多軸運(yùn)動解耦結(jié)構(gòu)設(shè)于多軸運(yùn)動單元中，所述多軸運(yùn)動單元中的至少一個軸向運(yùn)動通過音圈電機(jī)驅(qū)動，所述音圈電機(jī)包括定子和相對于所述定子作直線運(yùn)動的動子，所述定子包括定子磁鐵，所述動子包括動子線圈，所述動子線圈包括長度段，所述動子線圈的長度段在長度方向上的長度大于所述定子磁鐵在長度方向上的覆蓋長度。

3、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述動子線圈與定子磁鐵的氣隙寬度大于標(biāo)準(zhǔn)氣隙寬度。

4、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述多軸運(yùn)動單元中至少兩個軸向之間設(shè)有解耦導(dǎo)軌。

5、由于設(shè)置了多軸解耦結(jié)構(gòu)，多軸運(yùn)動單元中音圈電機(jī)在進(jìn)行所在軸的驅(qū)動時(shí)受到其他軸的運(yùn)動的作用力的情況下，所在軸的動子在受外力產(chǎn)生位移的情況下，仍然可以保證音圈電機(jī)的動子線圈的長度段的磁通量保持恒定，從而使得所在軸的驅(qū)動力不發(fā)生變化，即不受其他軸的運(yùn)動影響，保持了運(yùn)動的穩(wěn)定性。

6、第二方面，本申請的實(shí)施例提供了一種引線鍵合裝置，包括：

7、安裝座，安裝于鍵合設(shè)備的xy平臺上；

8、所述uvz三軸運(yùn)動單元，設(shè)于所述安裝座上，包括進(jìn)行直線運(yùn)動的u軸驅(qū)動組件、v軸驅(qū)動組件和z軸驅(qū)動組件；所述u軸驅(qū)動組件、v軸驅(qū)動組件和z軸驅(qū)動組件中至少一個驅(qū)動組件中包括第一方面的多軸運(yùn)動結(jié)構(gòu)。

9、鍵合機(jī)構(gòu)，設(shè)于所述z軸驅(qū)動組件上，在uvz三軸運(yùn)動單元的驅(qū)動下移動并進(jìn)行芯片鍵合加工。

10、本實(shí)施例的引線鍵合裝置的三個軸驅(qū)動組件均進(jìn)行直線運(yùn)動的驅(qū)動，在采用音圈電機(jī)并結(jié)合上述多軸運(yùn)動解耦的條件下，可以實(shí)現(xiàn)z軸方向200g-400g的加速度，相對于現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)施加驅(qū)動力的情況而言，實(shí)現(xiàn)了加速度的大幅提高，同時(shí)解決了旋轉(zhuǎn)中心和z軸重心重合度要求高和對其他方向的運(yùn)動帶來的偏心擾動的問題，并且再配合u軸驅(qū)動組件和v軸驅(qū)動組件，組成引線鍵合裝置的uvz三軸運(yùn)動單元，使得引線鍵合裝置的uv向運(yùn)動加速度能夠在設(shè)備的xy平臺基礎(chǔ)上進(jìn)行加速度的加成，大幅提升整個鍵合設(shè)備在x軸和y軸方向的運(yùn)動加速度，同時(shí)該裝置結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了鍵合區(qū)域與鍵合精度分離設(shè)計(jì)，xy行程的擴(kuò)大不會影響到uvz鍵合機(jī)構(gòu)的鍵合精度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更大區(qū)域的鍵合，鍵合區(qū)域的范圍可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的拓展。

11、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述u軸驅(qū)動組件包括u軸音圈電機(jī)和u軸主體，所述u軸音圈電機(jī)包括u軸定子和u軸動子，所述u軸主體設(shè)于u軸動子上，所述u軸定子包括u軸定子磁鐵，所述u軸動子包括u軸動子線圈，所述u軸動子線圈包括第一長度段，所述第一長度段的長度大于所述u軸定子磁鐵的覆蓋長度。

12、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式所述z軸驅(qū)動組件包括z軸音圈電機(jī)和z軸主體，所述z軸音圈電機(jī)包括z軸定子和相對于所述z軸定子作直線運(yùn)動的z軸動子，所述z軸主體設(shè)于所述z軸動子上，所述z軸定子上設(shè)有z軸定子磁鐵，所述z軸動子上設(shè)有z軸動子線圈，所述z軸動子線圈包括第二長度段，所述第二長度段的長度大于所述z軸定子磁鐵的覆蓋長度。

13、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述v軸驅(qū)動組件包括v軸音圈電機(jī)和v軸主體，所述v軸音圈電機(jī)包括v軸定子和相對于所述v軸定子作直線運(yùn)動的v軸動子，所述v軸主體設(shè)于所述v軸動子上，所述v軸定子上設(shè)有v軸定子磁鐵，所述v軸動子上設(shè)有v軸動子線圈。

14、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述z軸主體上設(shè)有沿u軸方向延伸的第一導(dǎo)軌，所述z軸音圈電機(jī)的z軸動子上設(shè)有沿u軸方向延伸的第一導(dǎo)軌槽，所述第一導(dǎo)軌和第一導(dǎo)軌槽可滑動地連接為一體。

15、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述z軸動子的上方設(shè)有一水平安裝板，所述水平安裝板固定在所述安裝座上，所述安裝座的下表面設(shè)有沿v軸延伸的第二導(dǎo)軌，所述第二導(dǎo)軌上連接有沿v軸方向延伸的第二導(dǎo)軌槽，所述第二導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌槽可滑動地連接為一體。

16、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第二導(dǎo)軌槽上固定有一轉(zhuǎn)接塊，所述z軸動子上設(shè)有沿z軸方向延伸的第三導(dǎo)軌，所述轉(zhuǎn)接塊上設(shè)有沿z軸方向延伸的第三導(dǎo)軌槽，所述第三導(dǎo)軌和第三導(dǎo)軌槽可滑動地連接為一體。

17、第三方面，本申請的實(shí)施例還提供一種引線鍵合設(shè)備，包括xy平臺，所述xy平臺上設(shè)有如上述第二方面所述的引線鍵合裝置。

技術(shù)特征：

1.多軸運(yùn)動解耦結(jié)構(gòu)，其特征在于，設(shè)于多軸運(yùn)動單元中，所述多軸運(yùn)動單元中的至少一個軸向運(yùn)動通過音圈電機(jī)進(jìn)行直線驅(qū)動，所述音圈電機(jī)包括定子和相對于所述定子作直線運(yùn)動的動子，所述定子包括定子磁鐵，所述動子包括動子線圈，所述動子線圈包括長度段，所述動子線圈的長度段在長度方向上的長度大于所述定子磁鐵在長度方向上的覆蓋長度。

2.如權(quán)利要求1所述的多軸運(yùn)動解耦結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少一個所述音圈電機(jī)的動子線圈與定子磁鐵的氣隙寬度大于標(biāo)準(zhǔn)氣隙寬度。

3.如權(quán)利要求1或2所述的多軸運(yùn)動解耦結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多軸運(yùn)動單元中至少兩個軸向之間設(shè)有解耦導(dǎo)軌。

4.引線鍵合裝置，其特征在于，包括：

5.如權(quán)利要求4所述的引線鍵合裝置，其特征在于，所述u軸驅(qū)動組件包括u軸音圈電機(jī)和u軸主體，所述u軸音圈電機(jī)包括u軸定子和u軸動子，所述u軸主體設(shè)于u軸動子上，所述u軸定子包括u軸定子磁鐵，所述u軸動子包括u軸動子線圈，所述u軸動子線圈包括第一長度段，所述第一長度段的長度大于所述u軸定子磁鐵的覆蓋長度。

6.如權(quán)利要求5所述的引線鍵合裝置，其特征在于，所述z軸驅(qū)動組件包括z軸音圈電機(jī)和z軸主體，所述z軸音圈電機(jī)包括z軸定子和相對于所述z軸定子作直線運(yùn)動的z軸動子，所述z軸主體設(shè)于所述z軸動子上，所述z軸定子上設(shè)有z軸定子磁鐵，所述z軸動子上設(shè)有z軸動子線圈，所述z軸動子線圈包括第二長度段，所述第二長度段的長度大于所述z軸定子磁鐵的覆蓋長度。

7.如權(quán)利要求6所述的引線鍵合裝置，其特征在于，所述v軸驅(qū)動組件包括v軸音圈電機(jī)和v軸主體，所述v軸音圈電機(jī)包括v軸定子和相對于所述v軸定子作直線運(yùn)動的v軸動子，所述v軸主體設(shè)于所述v軸動子上，所述v軸定子上設(shè)有v軸定子磁鐵，所述v軸動子上設(shè)有v軸動子線圈。

8.如權(quán)利要求7所述的引線鍵合裝置，其特征在于，所述z軸主體上設(shè)有沿u軸方向延伸的第一導(dǎo)軌，所述z軸音圈電機(jī)的z軸動子上設(shè)有沿u軸方向延伸的第一導(dǎo)軌槽，所述第一導(dǎo)軌和第一導(dǎo)軌槽可滑動地連接為一體。

9.如權(quán)利要求8所述的引線鍵合裝置，其特征在于，所述z軸動子的上方設(shè)有一水平安裝板，所述水平安裝板固定在所述安裝座上，所述安裝座的下表面設(shè)有沿v軸延伸的第二導(dǎo)軌，所述第二導(dǎo)軌上連接有沿v軸方向延伸的第二導(dǎo)軌槽，所述第二導(dǎo)軌和第二導(dǎo)軌槽可滑動地連接為一體。

10.如權(quán)利要求9所述的引線鍵合裝置，其特征在于，所述第二導(dǎo)軌槽上固定有一轉(zhuǎn)接塊，所述z軸動子上設(shè)有沿z軸方向延伸的第三導(dǎo)軌，所述轉(zhuǎn)接塊上設(shè)有沿z軸方向延伸的第三導(dǎo)軌槽，所述第三導(dǎo)軌和第三導(dǎo)軌槽可滑動地連接為一體。

11.如權(quán)利要求7所述的引線鍵合裝置，其特征在于，所述u軸主體的側(cè)方設(shè)有沿z軸方向延伸的第四導(dǎo)軌，所述z軸主體上設(shè)有沿z軸方向延伸的第四導(dǎo)軌槽，所述第四導(dǎo)軌和第四導(dǎo)軌槽可滑動地連接為一體。

12.如權(quán)利要求11所述的引線鍵合裝置，其特征在于，所述u軸主體上還設(shè)有沿u軸方向延伸的第五導(dǎo)軌，所述v軸主體上設(shè)有沿u軸方向延伸的第五導(dǎo)軌槽，所述第五導(dǎo)軌和第五導(dǎo)軌槽可滑動地連接為一體。

13.如權(quán)利要求12所述的引線鍵合裝置，其特征在于，所述v軸主體上進(jìn)一步設(shè)有沿v軸方向延伸的第六導(dǎo)軌槽，所述單元底座上設(shè)有沿v軸方向延伸的第六導(dǎo)軌，所述第六導(dǎo)軌和第六導(dǎo)軌槽可滑動地連接為一體。

14.如權(quán)利要求7所述的引線鍵合裝置，其特征在于，所述z軸主體上設(shè)有z軸光柵尺，所述u軸驅(qū)動組件還包括u軸主體，所述u軸主體安裝于所述u軸動子上，所述u軸主體上對應(yīng)z軸光柵尺處設(shè)有z軸光柵尺讀頭。

15.如權(quán)利要求14所述的引線鍵合裝置，其特征在于，所述v軸主體上設(shè)有u軸光柵尺和v軸光柵尺，所述u軸主體上對應(yīng)所述u軸光柵尺處設(shè)有u軸光柵尺讀頭，所述安裝座上對應(yīng)所述v軸光柵尺處設(shè)有v軸光柵尺讀頭。

16.引線鍵合設(shè)備，包括xy平臺，所述xy平臺上設(shè)有如權(quán)利要求4-15中所述的任一項(xiàng)所述的引線鍵合裝置。

技術(shù)總結(jié)
本申請實(shí)施例涉及半導(dǎo)體芯片加工設(shè)備，尤其是一種多軸運(yùn)動解耦結(jié)構(gòu)、引線鍵合裝置和設(shè)備。該裝置和設(shè)備包括安裝座，安裝于鍵合設(shè)備的XY平臺上；U軸驅(qū)動組件，包括U軸音圈電機(jī)和U軸主體，U軸音圈電機(jī)包括U軸定子和U軸動子；V軸驅(qū)動組件，包括V軸音圈電機(jī)和V軸主體，V軸音圈電機(jī)包括V軸定子和V軸動子；Z軸驅(qū)動組件，包括Z軸音圈電機(jī)和Z軸主體，Z軸音圈電機(jī)包括Z軸定子和Z軸動子；鍵合機(jī)構(gòu)，設(shè)于所述Z軸主體上。本申請實(shí)施例解決了偏心擾動的問題，并且大幅提升整個鍵合設(shè)備在X軸和Y軸方向的運(yùn)動加速度，同時(shí)XY行程的擴(kuò)大不會影響到UVZ鍵合機(jī)構(gòu)的鍵合精度，從而實(shí)現(xiàn)更大區(qū)域的鍵合，鍵合區(qū)域的范圍可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的拓展。

技術(shù)研發(fā)人員：程煒,劉鑫
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳市德沃先進(jìn)自動化有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6