[发明专利]一种基于内置位移传感器音圈电机的粘片机焊头机构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体元件制造中的关键设备——芯片粘片机的焊头机构，特别涉及一种内置位移传感器音圈电机的粘片机焊头机构。属于粘片机焊头机构的改造技术。

背景技术

焊头是粘片机的核心部件，其功能是将晶圆上已切割分离的晶片吸起，传送并放置于载体上（如：引线框架、PCB板等）进行粘贴焊接。为此，焊头机构属于两自由度（Y、Z）的传动机构，需要精确、平稳地往返于拾片点和粘片点两个位置，完成拾取晶片、传送晶片、粘焊晶片等动作。拾取和粘焊晶片所必需的直线传动行程很小，仅为1～3mm。传送晶片的行程却很大，一般与晶圆的直径有关。目前晶圆直径已达12英寸，即250mm以上，而且还有不断增大的趋势。市场上常用的多种焊头机构，均采用传统的串联机构形式:往返于拾片点和粘片点的运动，即在Y方向，是通过导轨、滚珠丝杆螺母、直线轴承等零件制成Y滑块，固定在机架上的电动机由滚珠丝杆驱动Y滑块作直线运动。安装固定在Y滑块上的另一电机经过相应的直线运动机构形成焊头Z方向的拾片和焊片动作。在Y和Z电机的配合作用下，焊头完成预先设定的粘焊动作。但是由于Z方向运动的驱动电机和运动机构是装配在Y滑块上的跟随运动，该电机的质量占整个焊头运动质量的比例很大，因而焊头的运动惯量较大。降低滑块或焊头的质量以减少运动惯量受到限制，因此串联机构的焊头速度受运动冲击的影响无法提高。另外，串联机构的焊头末端只能是悬臂结构，刚性不足。解决此问题的有效途径是：采用音圈电机来直接驱动焊头，通过控制音圈电机来实现焊头的力—位移控制。

现有粘片机焊头机构存在的问题主要是：

1)应用弹簧作为缓冲，残余振动大：由于芯片厚度的偏差、焊头的振动和定位误差，引起吸嘴与芯片的接触力大小变化，通常需要安装缓冲弹簧。由于焊头吸嘴是在作高速的直线运动，加上粘焊晶片所需求的粘片力十分微小，若缓冲装置中的弹簧刚度太大，它会使得焊头吸嘴在粘焊晶片时的起不到缓冲效果；若缓冲装置中的弹簧刚度过小，它又会使得焊头吸嘴在运动到极限位置时残余振动大；二者均使得粘焊晶片质量产生不良影响。

2)直接驱动摆臂跟焊头，负载过大:现有的串联式机构是将整个摆杆系统直接装到直线运动平台上（音圈电机或丝杠滑块机构），会使得整个粘焊惯性太大，影响粘焊精度，同时摆臂在蠕动变形情况下也会影响粘焊质量。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种减少焊头吸嘴的残余振动，易于控制好焊头吸嘴的粘片力，进一步提升单位时间内粘焊晶片的数量，提高粘焊质量的基于内置位移传感器音圈电机的粘片机焊头机构。本发明能够完成从晶圆拾取晶片，然后高速地、高精度地摆转到粘片位置，实现粘片过程，粘焊速度高，冲击力小，粘焊晶片质量高。

本发明的技术方案是：本发明的基于内置位移传感器音圈电机的粘片机焊头机构，包括有伺服电机、摆臂、音圈电机、焊头吸嘴，其中带动摆臂往复旋转、使装设在摆臂上的焊头吸嘴对准取晶或固晶位置的伺服电机的输出轴与摆臂连接，音圈电机固定在摆臂上，完成取晶或固晶动作的焊头吸嘴与音圈电机的输出轴连接。

上述音圈电机包括有音圈电机外壳、音圈电机磁轭、永久磁铁、音圈电机线圈、音圈电机导向轴、圆筒式外电容极板、圆筒式内电容极板、音圈电机线圈支架、焊头吸嘴，音圈电机导向轴的两端支承在音圈电机磁轭的两端，音圈电机线圈支架套装在音圈电机导向轴上，音圈电机线圈装设在音圈电机线圈支架上，永久磁铁装设在音圈电机线圈的外侧，音圈电机磁轭装设在永久磁铁的外侧，且在音圈电机磁轭的中心内孔上嵌有两个圆筒形外电容极板，与音圈电机导向轴上嵌有的圆筒式内电容极板形成差分电容位移传感器，焊头吸嘴装设在音圈电机导向轴的伸出端。

上述音圈电机线圈支架装在音圈电机导向轴上并由卡环紧固。

上述音圈电机导向轴通过滑套支承在音圈电机磁轭上。

上述伺服电机固定在固定架上，音圈电机安装在摆臂上。