[发明专利]全自动引线键合机键合头力补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全自动引线键合机键合头力补偿方法。

背景技术

在半导体器件的后封装领域，经过划片、减薄的半导体晶粒通过粘片(固晶)工艺被固定在金属框架上后，需要将芯片上的电极与对应的框架引脚用导电材质相连接，即键合工艺。传统的手动金线(或铝线、铜线等)焊线机在人工操作下手动的完成对半导体器件的硅片及管脚的互连，不但耗时低效，其有限的精度不能满足新型器件对线弧一致性与焊接质量的要求，且人工成本高昂，长期从事此项劳动还会对操作人员的肩肘以及视力产生不利的影响。

全自动引线键合机的自动焊线系统由运动控制器、伺服放大器、工作台直线伺服电机(完成水平X、Y方向运动)，键合头直线电机(完成垂直的Z向运动)，光栅尺，高精度X-Y工作台等部分组成，与全自动上下料机构相配合，理论焊线速度达到14—16线/秒，极大的提高了焊线效率。但是，焊线工作台的直线电机尤其是键合头电机，由于受到重力、摩擦力、导轨预载不均匀以及机械结构的加工与安装误差等因素的影响而产生的非线性合力，一方面降低了执行机构运动中的动态特性并增大了跟随误差，另一方面，引起的过冲还会导致键合头与芯片表面接触探测频繁失败，甚至导致键合头劈刀与芯片表面的冲击过大，造成芯片材质的破损。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够明显改善键合头在焊线运动过程中的动态特性，减小跟随误差与到位后的过冲，提高接触控测功率与焊线质量的全自动引线键合机键合头力补偿方法。

本发明采用如下技术方案：

本方法基于力/位混合运动控制算法，即以光栅尺为反馈元件的位置闭环与压力传感器为反馈元件的力闭环的力/位混合运动控制算法，全自动引线键合机的运动控制系统的运动控制器通过键合头电机的编码器采集光栅尺的位置信息及压力传感器的力/加速度信息，并对其运算得到控制输出值；其特征在于其方法步骤如下：

(1)所述运动控制系统的主机和运动控制器在控制键合头电机匀速运动过程中对所述控制输出值进行记录为离散数据组：

键合头电机拖动键合头完成极限位置搜索动作，获得最大行程；

考虑到键合头电机上下运动过程中所受外力的非对称性，而键合头的搜索运动的探高时进入匀速段的运动方向向下，因此所述运动控制器的控制卡驱动键合头电机以一个较缓慢的恒定速度从上限位开始运动到下限位，在这一过程中，所述控制卡均匀的记录下大于50个采样位置的压力传感器读数和该读数对应的所述控制卡向键合头电机驱动器输出的控制输出值即DA输出值，所述驱动器工作在力矩模式；

所述控制卡将记录的所述DA输出值与压力传感器读数一一对应的传回给所述主机；

(2)利用所述主机记录下的读数值，在二维坐标平面上绘制出其DA/位置散点图；基于最小二乘法，通过最小化误差的平方和找到该DA/位置数据组的最佳函数匹配，即用一个六阶多项式对其进行拟合，反求出多项式各项系数，将该拟合结果与上述DA/位置曲线反映在同一坐标系内；

(3)对拟合后的函数进行离散化，制成位置-力补偿表，所述运动控制器以查表的方式对输出的力控制量即所述控制输出值进行补偿：

利用上述反应在同一坐标系内的所述拟合结果与DA/位置曲线，对所述主机记录下的读数值的DA-位置对应关系细化到4K个点，并将其制成位置—力补偿表的形式下载到所述控制卡，由所述控制卡在控制键合头电机运动过程中对其DA输出值进行修正，从而改善键合头在焊线运动中的动态特性。

本发明的有益效果是能够明显改善键合头电机在焊线运动过程中的动态特性，可以减小键合头的跟随误差与到位后的过冲，明显提高了焊线的线弧一致性与焊接质量，解决了在接触探测过程中由位置模式转换为匀速运动模式时由于过冲造成的探测失败问题，并有效的抑制了键合头劈刀与芯片表面接触后的冲击力，消除了由此带来的对芯片表成造成的破损。

附图说明

图1为全自动引线键合机的运动控制系统框图。

图2为键合头的结构示意图。

图3为电机完成焊线运动的探高动作时的示波器劫图(浅灰色：想位置；黑色：实际位置)，图中显示了到位过冲的发生细节。

图4为电机完成焊线运动的探高动作失败时的示波器劫图(浅灰色：理想位置；黑色：实际位置)，该运动出现异常并提前结束。

图5为应用了本发明所涉及的补偿方法后的运动曲线的示波器劫图(浅灰色：理想位置；黑色：实际位置)，其对过冲的抑制作用明显。

在图2中：1动臂、2换能器、3劈刀、4换能器夹持座、5光栅尺、6键合头电机动子。

具体实施方式