專利名稱：平面雙滑塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)二自由度粘片機(jī)焊頭結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過(guò)程的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件制造中的關(guān)鍵設(shè)備——晶片粘片機(jī)的焊頭機(jī)構(gòu)，本發(fā)明具體涉及平面雙滑塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)二自由度粘片機(jī)焊頭結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過(guò)程。
背景技術(shù)：
焊頭是粘片機(jī)的核心部件，其功能是將晶圓上己切割分離的晶片吸起，傳送并放置于載體上(如引線框架、PCB板等)進(jìn)行粘貼焊接。為此，焊頭機(jī)構(gòu)屬于兩自由度(Y、Z)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，需要精確、平穩(wěn)地往返于拾片點(diǎn)和粘片點(diǎn)兩個(gè)位置，完成拾取晶片、傳送晶片、粘焊晶片等動(dòng)作。拾取和粘焊晶片所必需的直線傳動(dòng)行程很小，僅為1～3mm。傳送晶片的行程卻很大，一般與晶圓的直徑有關(guān)。目前晶圓直徑己達(dá)12英寸，即250mm以上，而且還有不斷增大的趨勢(shì)。市場(chǎng)上常用的多種焊頭機(jī)構(gòu)，均采用傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)形式往返于拾片點(diǎn)和粘片點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，即在Y方向，是通過(guò)導(dǎo)軌、滾珠絲桿螺母、直線軸承等零件制成Y滑塊，由固定在機(jī)架上的電動(dòng)機(jī)通過(guò)滾珠絲桿驅(qū)動(dòng)Y滑塊作直線運(yùn)動(dòng)。安裝固定在Y滑塊上的另一電機(jī)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)形成焊頭Z方向的拾片和焊片動(dòng)作。在Y和Z電機(jī)的配合作用下，焊頭完成預(yù)先設(shè)定的粘焊動(dòng)作。但是由于Z方向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是裝配在Y滑塊上跟隨運(yùn)動(dòng)，該電機(jī)的質(zhì)量占整個(gè)焊頭運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的比例很大，因而焊頭的運(yùn)動(dòng)慣量較大。降低滑塊或焊頭的質(zhì)量以減少運(yùn)動(dòng)慣量受到限制，因此串聯(lián)機(jī)構(gòu)的焊頭速度受運(yùn)動(dòng)沖擊的影響無(wú)法提高。另外，串聯(lián)機(jī)構(gòu)的焊頭末端只能是懸臂結(jié)構(gòu)，剛性不足。解決此問(wèn)題的有效途徑是采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)，即一種平面雙滑塊二自由度焊頭結(jié)構(gòu)，使兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元都安裝在固定不動(dòng)的機(jī)架上，實(shí)現(xiàn)焊頭兩自由度的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有粘片機(jī)直線傳動(dòng)串聯(lián)運(yùn)動(dòng)焊頭機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)慣量大、剛性不足等缺點(diǎn)，達(dá)到多點(diǎn)粘焊的目的；本發(fā)明提供一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)形式的平面雙滑塊二自由度焊頭結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠完成從晶圓拾取晶片，然后高速、高精度地放置在指定的不同位置，實(shí)現(xiàn)粘焊片過(guò)程；而且兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元都安裝固定在機(jī)架上，移動(dòng)質(zhì)量輕，動(dòng)作沖擊小，剛性大。
本發(fā)明提供的平面雙滑塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)二自由度粘片機(jī)焊頭結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是導(dǎo)軌安裝固定在機(jī)架上，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元分別驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)滑塊沿導(dǎo)軌作往復(fù)直線移動(dòng)，通過(guò)三組連桿使兩個(gè)滑塊同焊頭座鉸接起來(lái)，兩滑塊的移動(dòng)合成焊頭座在工作平面的曲線和直線運(yùn)動(dòng)，焊頭座上安裝有焊頭吸嘴，完成焊頭吸嘴在拾片點(diǎn)拾取晶片、傳送晶片和在多個(gè)粘片點(diǎn)粘焊晶片的動(dòng)作。
上述驅(qū)動(dòng)滑塊作直線移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元為直線電機(jī)或滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)裝置。
上述滑塊(2)、連桿(6)、連桿(7)和焊頭座(9)鉸接形成平行四邊形結(jié)構(gòu)，使得與焊頭座垂直安裝的焊頭吸嘴在平面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持垂直狀態(tài)。
上述焊頭吸嘴與焊頭座之間有緩沖裝置。
本發(fā)明平面雙滑塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)二自由度粘片機(jī)焊頭結(jié)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程，包括如下步驟1)左右滑塊移動(dòng)到導(dǎo)軌左端，焊頭來(lái)到拾片點(diǎn)上方，左右滑塊相對(duì)移動(dòng)，焊頭垂直下移，焊頭上的吸嘴與晶圓上的晶片接觸，吸嘴在真空的作用下吸附接觸著的晶片，然后左右滑塊反方向移動(dòng)，吸嘴垂直上移，完成晶片拾取動(dòng)作；2)左右滑塊分別向?qū)к売曳揭苿?dòng)，完成晶片傳送動(dòng)作；在此過(guò)程中，左右滑塊按各自的變速移動(dòng)，形成一條曲線狀的焊頭運(yùn)動(dòng)軌跡；3)在導(dǎo)軌的右端，左右滑塊相對(duì)移動(dòng)，焊頭又垂直下移，吸嘴將吸附著的晶片粘焊在承載基體上，然后左右滑塊又反方向移動(dòng)，焊頭吸嘴頭上移，完成晶片粘焊動(dòng)作；4)左右滑塊分別向左端移動(dòng)，使焊頭吸嘴回到拾片點(diǎn)上方，為下一循環(huán)作準(zhǔn)備。
本發(fā)明采用的方案如附圖所示由左驅(qū)動(dòng)單元(1)驅(qū)動(dòng)左滑塊(2)沿著導(dǎo)軌(4)作往復(fù)直線移動(dòng)。同理，右驅(qū)動(dòng)單元(5)驅(qū)動(dòng)右滑塊(3)沿著導(dǎo)軌(4)作往復(fù)直線移動(dòng)。通過(guò)左滑塊、兩根等長(zhǎng)連桿(6)和(7)焊頭座(9)鉸接成平行四邊形結(jié)構(gòu)，焊頭座(9)同左滑塊(2)的方向始終平行。右滑塊(3)通過(guò)連桿(8)同焊頭座的右端橫軸鉸接起來(lái)。當(dāng)左右兩滑塊以一定速度作相對(duì)移動(dòng)時(shí)，固定在焊頭座上的焊頭吸嘴(10)作垂直方向移動(dòng)，當(dāng)左右兩滑塊以相同速度作同向移動(dòng)時(shí)，焊頭吸嘴作水平方向移動(dòng)。當(dāng)左右兩滑塊的速度和方向按一定的變化規(guī)律移動(dòng)，可以形成粘焊晶片所要求的特定運(yùn)動(dòng)曲線(11)。曲線的左端點(diǎn)為焊頭吸嘴的拾片點(diǎn)，右端點(diǎn)為粘片點(diǎn)。焊頭吸嘴通過(guò)真空可以對(duì)晶片有吸附作用。本方案可以方便地根據(jù)粘焊片的要求，控制左右兩滑塊，使焊頭吸嘴具有在特定的拾片點(diǎn)拾取晶片和在多粘片點(diǎn)焊片的功能。
本發(fā)明的有益效果是，將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元都安裝在機(jī)架上，大大降低焊頭的重量，有利于提高焊頭往返速度和改善動(dòng)態(tài)性能；兩滑塊的移動(dòng)分別由兩驅(qū)動(dòng)單元控制，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律合成焊頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)粘焊片。整個(gè)焊頭結(jié)構(gòu)具有相對(duì)獨(dú)立性，在一定的工作范圍，通過(guò)改變控制策略或改變程序就能適用于不同粘片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中1左驅(qū)動(dòng)單元；2左滑塊；3右滑塊；4導(dǎo)軌；5右驅(qū)動(dòng)單元；6、7、8連桿；9焊頭座；10焊頭；11運(yùn)動(dòng)軌跡；。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，實(shí)線表示焊頭處于拾片點(diǎn)(PICK)，虛線表示粘片點(diǎn)(BOND)。附圖中表示有一個(gè)拾片點(diǎn)和四個(gè)粘片點(diǎn)。在工作范圍內(nèi)，Y方向和Z方向的移動(dòng)距離和粘片點(diǎn)的數(shù)量可根據(jù)要求作調(diào)整。
滑塊(2)可以沿導(dǎo)軌(4)滑動(dòng)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元(1)獲得直線移動(dòng)的動(dòng)力。同理，滑塊(3)從驅(qū)動(dòng)單元(5)獲得動(dòng)力并沿導(dǎo)軌(4)移動(dòng)；滑塊(2)上的兩個(gè)橫軸上分別鉸接著兩根連桿(6)和(7)，可以繞橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)。連桿的另一端同焊頭座鉸結(jié)，形成滑塊(2)、連桿(6)、(7)和焊頭座(9)組成的平行四邊形結(jié)構(gòu)。在平面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，焊頭座始終同滑塊或?qū)к壉３制叫袪顟B(tài)。導(dǎo)軌(4)安裝固定在機(jī)架上，位置狀態(tài)不變，因此在焊頭座上垂直安裝的焊頭吸嘴的位姿狀態(tài)始終保持垂直，以滿足拾片和焊片的要求。焊頭吸嘴同焊頭座之間有垂直緩沖裝置，以確保拾片和焊片的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)需求。
焊頭機(jī)構(gòu)的工作順序主要包括拾取晶片、傳送晶片、粘焊晶片等步驟。第一步，左右滑塊移動(dòng)到導(dǎo)軌左端，焊頭來(lái)到拾片點(diǎn)上方，左右滑塊相對(duì)移動(dòng)，焊頭垂直下移，焊頭上的吸嘴與晶圓上的晶片接觸，吸嘴在真空的作用下吸附接觸著的晶片。然后左右滑塊反方向移動(dòng)，吸嘴垂直上移，完成晶片拾取動(dòng)作；第二步，左右滑塊分別向?qū)к売曳揭苿?dòng)，完成晶片傳送動(dòng)作；在此過(guò)程中，左右滑塊按各自的變速移動(dòng)，形成一條曲線狀的焊頭運(yùn)動(dòng)軌跡。第三步，在導(dǎo)軌的右端，左右滑塊相對(duì)移動(dòng)，焊頭又垂直下移，吸嘴將吸附著的晶片粘焊在承載基體上。然后左右滑塊又反方向移動(dòng)，焊頭吸嘴頭上移，完成晶片粘焊動(dòng)作；第四步，左右滑塊分別向左端移動(dòng)，使焊頭吸嘴回到拾片點(diǎn)上方，為下一循環(huán)作準(zhǔn)備。
權(quán)利要求
1.一種平面雙滑塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)二自由度粘片機(jī)焊頭結(jié)構(gòu)，其特征在于導(dǎo)軌安裝固定在機(jī)架上，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元分別驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)滑塊沿導(dǎo)軌作往復(fù)直線移動(dòng)，通過(guò)三組連桿使兩個(gè)滑塊同焊頭座鉸接起來(lái)，兩滑塊的移動(dòng)合成焊頭座在工作平面的曲線和直線運(yùn)動(dòng)，焊頭座上安裝有焊頭吸嘴，完成焊頭吸嘴在拾片點(diǎn)拾取晶片、傳送晶片和在多個(gè)粘片點(diǎn)粘焊晶片的動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面雙滑塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)二自由度粘片機(jī)焊頭結(jié)構(gòu)，其特征在于上述驅(qū)動(dòng)滑塊作直線移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)單元為直線電機(jī)或滾珠絲杠螺母副結(jié)構(gòu)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面雙滑塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)二自由度粘片機(jī)焊頭結(jié)構(gòu)，其特征在于上述滑塊(2)、連桿(6)、連桿(7)和焊頭座(9)鉸接形成平行四邊形結(jié)構(gòu)，使得與焊頭座垂直安裝的焊頭吸嘴在平面運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持垂直狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面雙滑塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)二自由度粘片機(jī)焊頭結(jié)構(gòu)，其特征在于上述焊頭吸嘴與焊頭座之間有緩沖裝置。
5.一種平面雙滑塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)二自由度粘片機(jī)焊頭結(jié)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程，其特征在于包括如下步驟1)左右滑塊移動(dòng)到導(dǎo)軌左端，焊頭來(lái)到拾片點(diǎn)上方，左右滑塊相對(duì)移動(dòng)，焊頭垂直下移，焊頭上的吸嘴與晶圓上的晶片接觸，吸嘴在真空的作用下吸附接觸著的晶片，然后左右滑塊反方向移動(dòng)，吸嘴垂直上移，完成晶片拾取動(dòng)作；2)左右滑塊分別向?qū)к売曳揭苿?dòng)，完成晶片傳送動(dòng)作，在此過(guò)程中，左右滑塊按各自的變速移動(dòng)，形成一條曲線狀的焊頭運(yùn)動(dòng)軌跡；3)在導(dǎo)軌的右端，左右滑塊相對(duì)移動(dòng)，焊頭又垂直下移，吸嘴將吸附著的晶片粘焊在承載基體上，然后左右滑塊又反方向移動(dòng)，焊頭吸嘴頭上移，完成晶片粘焊動(dòng)作；4)左右滑塊分別向左端移動(dòng)，使焊頭吸嘴回到拾片點(diǎn)上方，為下一循環(huán)作準(zhǔn)備。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種平面雙滑塊并聯(lián)機(jī)構(gòu)二自由度粘片機(jī)焊頭結(jié)構(gòu)及動(dòng)作過(guò)程，該粘片機(jī)焊頭結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌安裝固定在機(jī)架上，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)單元分別驅(qū)動(dòng)左右兩個(gè)滑塊沿導(dǎo)軌作往復(fù)直線移動(dòng)，通過(guò)三組連桿使兩個(gè)滑塊同焊頭座鉸接起來(lái)，兩滑塊的移動(dòng)合成焊頭座在工作平面的曲線和直線運(yùn)動(dòng)，焊頭座上安裝有焊頭吸嘴，完成焊頭吸嘴在拾片點(diǎn)拾取晶片、傳送晶片和在多個(gè)粘片點(diǎn)粘焊晶片的動(dòng)作，并且具有多粘片點(diǎn)的粘焊功能，該焊頭結(jié)構(gòu)具有相對(duì)獨(dú)立性，在一定的工作范圍，通過(guò)改變控制策略或改變程序就能適用于不同粘片機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H05K3/34GK1755909SQ20041005170
公開(kāi)日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者李克天, 陳新, 彭衛(wèi)東 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)