全自动金丝球引线键合机关键部件结构设计

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1、第一章绪论1．1课题来源选题来源：广东省科技攻关项目《LED封装生产线关键技术及设备研制》，项目编号：2008A010300009；广东省中科院全面战略合作项目《全自动芯片引线键合设备研制及产业化》，项目编号：200980913000571．2本课题的研究背景及理论与现实意义1．2．1研究背景全自动金丝球引线键合机是引线键合设备中的核心产品，是典型的光、机、电一体化产品。它是由精密运动机械、智能控制、图像识别、光学、超声波焊接等多领域、跨学科技术组成的现代高技术微电子生产设备。目前国内外的金丝球引线键合机都是由新加坡、日本、美国及台湾设计生产的。国际上芯片引线键合技

2、术的水平己达到：芯片引脚的间距30岬，速度15线／秒，加速度159，键合精度为+5mm⋯。在我国，有关研究单位目前还尚在研制以速度5～8线／秒为目标的键合机，其技术差别是显而易见的，而且从上述先进的技术参数中不难看出键合运动的高速度要求和高精度要求，况且这些要求还在不断升级，现有运动平台的机构设计理论和运动控制技术不能满足引线键合设备对对准和定位精度的更高要求，因此需要研究新的运动机构和控制方法，以实现平稳、快速、精确定位。由于引线键合设备工作在高加速度状态，必然存在非线性摩擦和传动误差等不确定性因素，如何有效地补偿控制系统的不确定因素是获得高速高精运动的关键和难点

3、。此外，封装设备在高速运行下，需要伺服驱动系统快速起停，系统易出现振动，尤其是高频振动。因此，如何消除高频振动就成为封装设备设计中一个重要的课题。随着科技的不断发展，人们已深刻认识到，封装已成为限制微电子技术发展的主要因素之一。电子封装的趋势正朝着小尺寸、高性能、高可靠性和低成本方面发展。微电子封装对IC产品的体积、性能、可靠性质量、成本等都有重要影响。IC成本的40％是用于封装的，而IC失效率中超过25％的失效因素源自封装乜1。实际上，电子封装己成为研发高性能电子系统的关键环节及制约因素口1。全自动金丝球广东工业大学硕士学位论文引线键合机作为微电子封装后道工序中最

4、为重要的设备，如果不适时的加快其研究步伐，势必会造成在整个微电子领域处于整体落后状态，核心技术被他国掌握，对国家经济发展造成严重后果H1。1．2．2理论与现实意义在微电子封装的各个工序中对电信号传输稳定性影响最大的工序即为内部连接工序，在内部链接的三种形式中，由于引线键合技术相当的简易及便利，加上长时间下来与之相配合的机组、设备及相关技术皆已十分完善，其技术也已经普遍的利用自动化或半自动化进行，因此引线键合技术不易被新兴技术淘汰啼1。再加上材料与焊线技术的改善，所以在封装方法中，它仍然是使用最广泛的技术，而全自动金丝球引线键合机作为热压超声焊的代表，其地位更显的尤为

5、重要№3。目前，在我国国内只有少数国外封装公司在国内设置的加工或者安装工厂，核心技术仍然被国外大公司牢牢掌握盯1。近年来，国家和企业对微电子封装技术的研究和开发力度增大，在微电子封装关键技术领域的研究积极、活跃，如华中科技大学、清华大学、上海交通大学，国防科技大学、哈尔滨工业大学、浙江大学、广东工业大学和中国科学院长春光学精密机械研究所等研究机构在微电子、光电子制造的超精密定位、电子封装工艺、检测技术和微机构设计等方面开展了系统的研究，取得了较大进展，并且已开发出了一些半自动和全自动金丝球引线键合设备阳1，但是其与国外机型无论在功能还是稳定性上，仍存在很大差距。因此

6、，发展具有我国自主知识产权的封装制造设备核心技术，是IC制造装备中的重要研究内容之一，对促进IC制造技术的发展进而加快我国IC产业化进程具有重要的意义一1。既可促进微电子设备国产化满足信息产业市场需求，又可出口创汇，打乱国外垄断的局面n们。本文系统的阐述了全自动金丝球引线键合机的整机结构设计思路，对部分关键部件进行适当的仿真分析，并且样机已投入小批量生产阶段，事实证明此设计是实用的，高效的。因此对日后的行业发展有一定的理论与现实指导意义。1．3全自动金丝球引线键合机的关键技术及相关的研究现状全自动金丝球引线键合机是微电子封装后道工序的重要一环，其焊线质量严重影响着封

7、装的好坏。目前国内研究的精力主要在封装设备及相关技术的研究上，针对半导体后封装设备的特点和实现电子制造技术跨越式发展的需要确定了目前急需解决的若干关键技术，主要有高加速度、高精度的精密机械定位系统的建模与设计、2第一章绪论超声引线键合技术、键合参数匹配规律与焊头运动轨迹规划、基于实时机器视觉的精密定位，高精度、快响应力传感和力／位混合控制等n1’12’13·H’15’161。1具有高加速度、高精度的精密机械定位部分精密机械系统是设备完成各项任务的最终执行原件，其设计、制造的精密程度直接影响着设备运行的精确度、速度等综合性能。金丝球引线键合设备作为典型的封装设备要