[发明专利]减少集成电路焊接机焊接程序误差的系统与方法

说明书

本发明一般涉及半导体器件与电子系统领域，尤其涉及应用于集成电路组件的计算机控制型焊接机的减少差错的装置与操作法。

在集成电路(IC)组件中，IC芯片通常装在引线框上并用金属段与之作电气连接。芯片组件一般封装在保护封装件里(如陶瓷封装件或应用模压工艺的塑封件)。通常，IC芯片有多个一般绕芯片周长定位的焊盘，它们具有预定的焊接面积与间距(焊盘片距)。此线框一般有多根窄的“内”引线与封装件里的段与内含物连接，并有多根宽的“外”引线与接至电路板的焊料等其它部分相接。

用于IC芯片与引线框电气连接的金属段包括金属丝与带，通过球焊、针脚焊或楔焊技术连接。丝焊是一种把金属丝从芯片焊盘焊接至引线框内引线顶端的工艺。以丝球焊为例，将焊球附在芯片焊盘上，把针脚附至引线框内引线上。对于规定的装置类型，一组以x与y座标表示的位置规定了芯片上和引线顶端上的焊接位置，这些位置通常集中存贮在有时称为“装置程序”的计算机文件里。除了焊接头能作焊接所需的x-y-z运动外，丝焊接机还具有材料处理子系统与可视子系统。

常规半导体计算机化的丝焊接机用x-y工作台在装置上移动焊接毛细管，以在芯片与引线框之间作焊接。x-y座标工作台由复杂的机电元件驱动，这类元件可将轴驱动电机的旋转与直线运动转换成必需的定位。焊接头还装有若干其它部件，诸如Z轴驱动电机、摄像机与可视功能光学元件以及控制丝焊必需的其它元件。毛细管及其对准的专用件在若干美国专利与专利申请中已作过描述，如1999年8月10日发表的专利NO.5,934,543(Koduri等，“带对准件的丝焊毛细管”)；1997年12月18日提出的申请号为NO.08/993,638的专利申请(Koduri，“具有毛细管重新对准功能的丝焊法”)。毛细管与可视系统的交互作用也作了说明，如1998年11月13日提出的美国专利申请NO.09/191,812(koduri等，“丝焊接机光学偏差测量的自动化”)；1998年7月8日提出的NO.09/111,642(Koduri等，“一种有效的混合照相器”)；1998年7月8日提出的NO.09/111,977(Koduri等，“一种有效的丝焊接机照明系统”)。

材料处理系统移动引线框，使每个器件最终能置于焊接头下面作焊接。一次焊接可将一个或多个器件置于焊接头下面。器件可能以预定方法加热以建立可靠的金属性焊接条件。器件焊接后，引线框逐步移动，以焊接下一单元。

当单元由材料处理系统转换位置作焊接时，由于处理与上一次制造的变化(如与引线框连接时可变的芯片定位)，引线框与芯片的位置不一定相同。不准确地了解目标焊接位置，焊接头就无法如期望的那样放置粘合剂。为了帮助这一处理，应用了机器可视系统。典型的可视系统包括一组对器件作照明与放大所必需的光学元件、捕获光学元件提供的图像的摄像机以及存贮并分析捕获图像的图像处理系统。

在焊接器件前，必须用要求建立的所有焊接座标位置确定器件程序。相对于一组预定的基准位置，这些位置通常称为“总部”。一个典型的器件可以有一个或多个“总部”。通常要求对每个要焊接的器件单独识别这些总部。实践中利用一种三步处理法作这种识别。

*在“教授”步骤中，识别和保留总部与所有要求焊接的座标位置以建立“器件程序”。器件程序一旦生成，可按要求予以存贮、复制和/或在多台机器之间共享。

*在“再生”步骤中，在装入上次保留的器件程序的信息后，操作员帮助寻找该总部。在这一点上，机器在各总部附近捕获并保留一组称为“基准图像”或“基准”的图像。

*在“焊接”步骤中，机器每次将一个或多个单元转换到焊接头下面的工作站。在这一点上，在图案识别系统帮助下，可视系统用保留的基准重新定位匹配位置。在找出新的匹配基准座标后，根据该器件程序数据对该特定单元重新计算总部与焊接位置。基准与总部的重新定位过程通常称为“对准”该器件。现在可利用特定的焊接位置焊接该器件了。转换位置、对准和焊接过程可无须人工介入地重复进行，只要机器不出现异常。

典型的对准步骤可以校正器件在x-y方向的恒定旋转。在这方面，掌握机器照明设定值和利用不同亮度级形成的图像的变化的影响很重要。强度设定值变化大，会降低图像识别系统对基准准确定位的能力。极希望所有机器使用一致的亮度级和像质。