[实用新型]一种用于检测键合压力的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于机械电子技术领域，涉及一种用于检测键合压力的装置。

背景技术

在集成电路和光电器件中，引线键合是封装工艺中半导体芯片和外界连接的关键性工艺，也是最通用最简单而有效的一种连接方式。引线键合工艺是用非常细小的线把芯片上焊盘和引线框架连接起来的过程。影响引线键合质量的因素有很多方面，例如超声能量、键合压力、焊接时间、温度、引线材料、键合工具等。在现代的引线键合机里，超声能量、键合压力和温度是决定键合质量的最主要的三要素。在引线键合过程中，引线在热量、键合压力和超声能量的共同作用下，与焊盘金属发生原子间扩散达到键合的目的。

引线键合机的主要组成部分是邦头系统。邦头系统包括邦头支架、换能器、线夹、邦头马达等。邦头系统的各组成部分通过邦头支架联系在一起。换能器提供了键合所需的超声能量。线夹是负责键合过程中进行夹线和拉线。邦头马达提供了邦头系统运动的动力。随着前端工艺的发展正朝着超精细键合和大键合面积的趋势发展，短换能器的优越性越来越明显，可以提高系统刚度、稳定性、键合精度和减少热膨胀的不利影响。通常短换能器通过自身的凸缘用螺丝锁在邦头支架上。

键合压力指的是焊点处的垂直压力，是仅次于超声能量影响键合质量的要素。键合压力太小会造成引线键合不牢，同时会造成引线与键合工具端面粘连现象。但键合压力过大，会使引线的变形增大，不仅会造成键合点根部损伤，引起键合点根部断裂失效，而且还会损伤键合点下的芯片材料，甚至切断引线破坏金属层。在其他焊接条件不变的情况下，不同规格的引线在焊接时需要施加的静压力也不同，通常粗的引线需要的压力要大些。因此，检测引线键合压力(bond force)的方法具有重要的意义。通过检测，控制或调整引线键合机的参数，提高键合质量及半导体器件的可靠性。

由于超声波键合阶段较为复杂，很难对超声波能量与键合压力进行准确的数值模拟。已经有的方法是用专业的压力传感器再配上复杂的机械结构，极大地影响了系统的机械性，提高了成本，限制了应用范围。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于检测键合压力的装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于检测键合压力的装置，该装置包括邦头组件、换能器组件、压电片及键合工具，所述的换能器组件包括换能器变幅杆、连接部件及换能器凸缘，所述的连接部件将键合工具固定在换能器变幅杆上，所述的邦头组件包括邦头支架及邦头固定部件，所述的换能器组件通过邦头固定部件锁紧换能器凸缘，进而安装在邦头支架上，所述的压电片设置在换能器凸缘与邦头支架之间，作为压力传感器来检测键合过程中的键合压力。

所述的压电片包括压电片上部、压电片中部、压电片下部及压电片通孔，所述压电片通孔的尺寸与所述邦头固定部件相匹配。

所述的压电片中部无极化，所述的压电片上部和压电片下部均有极化，而且极化方向相反。

所述的压电片两面设有铜片，用作电极。

所述的连接部件为瓷嘴螺丝，所述的邦头固定部件为邦头螺丝。所述的邦头螺丝将换能器凸缘固定在邦头支架的同时，也给压电片施加了预紧力。由于压电片上部和压电片下部受力方向相反，致使压电片中部没有极化，压电片上部和压电片下部极化方向相反。当压电片受到压力时，压电片中部由于没有极化就不会产生电荷。压电片上部和压电片下部受到的压力方向相反，由于极化方向也相反，就会产生同向的电信号。

所述的压电片的形状与换能器凸缘和邦头支架的形状相匹配。

上述用于检测键合压力的装置的使用方法，该方法主要是利用压电片的压电效应来检测键合压力；工作时，键合工具受到的压力会通过换能器变幅杆和换能器凸缘传递到压电片上，压电片把受到的压力转变成电信号，并将电信号传送至机器控制系统，进而实现对键合压力的检测。

本实用新型利用一片特制的压电片放在换能器凸缘和邦头支架中间作为压力传感器去检测键合过程中的键合压力，该压电片可以利用压电效应将接受到的压力转换成电信号输出给机器进行压力检测。这样既实现了键合压力检测，又使系统的机械性能不受改变和影响。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：

1.成本小：该结构没有应用专业的压力传感器，极大地节省了成本，并且使用本方法不需要改变原来的机械结构，系统加工成本也不受影响；

2.使用方便：在引线键合机邦头部分，有很多组件，可利用空间很小；本实用新型没有受空间限制，不需要增加额外的机械部件来锁定压电片；压电片的形状可以随换能器凸缘和邦头支架的形状而调整；