接合引线进给系统及其方法
【专利摘要】一种具有引线张紧单元的接合引线进给系统，引线张紧单元带有具有进线孔和出线孔的腔室。进线孔和出线孔具有与腔室的中心轴对齐的中心。夹具被设置为接收从出线孔提供的接合引线。夹具具有至少两个钳夹，该至少两个钳夹可以相对彼此移动，并被布置为夹紧引线以使引线的中心轴与腔室的中心轴对齐。钳夹也可以沿着引线的中心轴移动，以便拉动引线通过引线张紧单元。
【专利说明】
接合引线进给系统及其方法
技术领域
[0001]本发明一般涉及接合引线进给系统，并具体涉及用于引线接合设备的自动进给和穿线(threading)系统。
【背景技术】
[0002]半导体集成电路或芯片在尺寸方面一直在不断地减小，因此在将半导体芯片电极与外部引线互连期间使用的接合引线的直径也在缩小。作为这个缩小的结果，在接合引线卷轴(spool)改变或引线接合故障排除期间的人工引线穿线对操作者而言变得要耗费更多的时间。
[0003]除了接合引线的直径减小外，有倾向钯涂覆的铜接合引线的趋势，该钯涂覆的铜接合引线难以与接合设备的背景区别开。结果，当在未检测到的不足的接合引线长度穿过毛细焊管(capillary welding tube)突出时试图进行引线接合时,可能发生对芯片电极的损坏。该不足的接合引线长度(短的尾部或没有尾部)产生在成功接合后接合引线没有充分从毛细接合头的末端突出时。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的目的是至少减轻与接合引线进给关联的问题之一。
【附图说明】
[0005]通过参考下面的优选实施例和附图的说明，可以最好地理解本发明及其目的和优点，其中:
[0006]图1是根据本发明优选实施例的引线接合设备的引线进给系统的示意图；
[0007]图2是根据本发明优选实施例的在进给接合引线时处于第一操作位置的引线进给系统的不意图；
[0008]图3是根据本发明第一优选实施例的处于打开位置的图2的夹具沿3-3’的示意性截面图；
[0009]图4是根据本发明第二优选实施例的处于打开位置的图2的夹具沿3-3’的示意性截面图；
[0010]图5是根据本发明优选实施例的在进给接合引线时处于第二操作位置的引线进给系统的不意图；
[0011]图6是根据本发明第一优选实施例的处于关闭位置的夹具沿图5的6-6’的示意性截面图；
[0012]图7是根据本发明第二优选实施例的处于关闭位置的夹具沿图5的6-6’的示意性截面图；
[0013]图8是根据本发明优选实施例的在进给接合引线时处于第三操作位置的引线进给系统的不意图；
[0014]图9是根据本发明优选实施例的在进给接合引线时处于第四操作位置的引线进给系统的不意图；
[0015]图10是根据本发明优选实施例的在进给接合引线时处于第五操作位置的引线进给系统的不意图；
[0016]图11是根据本发明优选实施例的将接合引线进给至引线接合设备的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图阐述的详细说明意图作为本发明目前优选的实施例的说明，并非意图代表可以实现本发明的仅有形式。应当理解的是，相同或等同的功能可以通过意图被包含在本发明的精神和范围内的不同实施例来实现。在附图中，相同的数字始终用来表示相同的元件。此外，术语“包含”、“包括”或其任何其他变形意味着涵盖非排他性包含，使得包含一系列元件或步骤的模块、电路、器件组件、结构和方法步骤不是仅包含那些元件，而是可以包含没有明确列出的或这样的模块、电路、器件组件或步骤固有的其他元件或步骤。在没有更多约束的情况下，前接“包含......”的元件或步骤不排除包含该元件或步骤的另外的等同元件或步骤的存在。
[0018]在一个实施例中，本发明提供了用于引线接合设备的引线进给系统。系统包含具有带有进线孔和出线孔的腔室的引线张紧单元(wire tens1ning unit),该进线孔和出线孔的中心与腔室的中心轴对齐。设置有夹具以接收从出线孔提供的接合引线，该夹具具有可以相对彼此移动的至少两个钳夹(jaw)。钳夹被布置为夹紧引线以使引线的中心轴与腔室的中心轴对齐。钳夹可以沿着引线的中心轴移动，从而提供拉动引线通过引线张紧单元的方式。
[0019]在另一实施例中，本发明提供了向引线接合设备进给接合引线的方法。该方法包含进给接合引线通过具有带有进线孔和出线孔的腔室的引线张紧单元，该进线孔和出线孔具有与腔室的中心轴对齐的中心。该方法采用被设置为接收从出线孔提供的接合引线的夹具来执行夹住接合引线的处理。夹具具有可以相对彼此移动的至少两个钳夹。钳夹被布置为夹紧引线以使引线的中心轴与腔室的中心轴对齐。该方法还执行如下步骤:沿着引线的中心轴移动钳夹，从而提供拉动引线通过引线张紧单元的方式。
[0020]现参考图1，其示出了根据本发明优选实施例的引线接合设备的引线进给系统100的示意图。引线进给系统100包含绕线单元(wire spooling unit) 110和引线张紧单元120。绕线单元110具有绕线器(spooler) 112，导辊114、116以及引线导气单元(wireair guiding unit) 1180引线张紧单元120包含具有锥形截头圆锥形进线孔124和出线孔126的伸长腔室122。此外，这些孔124、126的中心与腔室的中心轴AX对齐。
[0021]引线进给系统100包含设置为接收从出线孔提供的引线的夹具130。夹具130具有两个钳夹132、134，并使钳夹132、134可以在箭头线LI所示的方向上相对彼此移动，该两个钳夹132、134安装在相应的运输臂(carriage arms) 136、138上。运输臂136、138安装在轨道140上，从而使夹具130可以如箭头线L2所示移向引线张紧单元120和从引线张紧单兀120移开。
[0022]包含发射器144和接收器146的传感器142被定位以在引线从出线孔126突出时检测到引线的存在。在该实施例中，发射器144安装在运输臂136上，而接收器146安装在运输臂138上。发射器144通常是向接收器146发射红外信号IR的红外发射器。当引线隔断(阻挡)红外信号IR时，接收器146检测到引线的存在。
[0023]引线进给系统100还包含带有锥形毛细焊管入口 152和毛细焊管出口 154的毛细焊管150。锥形毛细焊管入口 152和毛细焊管出口 154的中心与毛细焊管150的中心轴对齐，毛细焊管150的中心轴也与腔室的中心轴AX对齐。还有带有两个节点162、164的电流感测电路160，并且第一个节点162位于绕线单元110上，而第二个节点164是用于支承引线框架片的金属板(如示出的)。
[0024]参考图2，其示出了根据本发明优选实施例的在进给接合引线202时处于第一操作位置的引线进给系统100的示意图。在该第一操作位置，夹具130已经沿着轨道140移向引线张紧单元120。此外，接合引线202已经从绕线器112跨过导辊114、116而被进给，并且由引线导气单元118引导通过引线张紧单元120。当接合引线202突出伸长腔室122外而超过出线孔126时，红外信号IR被阻挡而不能到达接收器146，从而检测到引线202的存在。
[0025]参考图3，其示出了根据本发明第一优选实施例的处于打开位置的夹具130沿3-3’的示意性截面图。在该实施例中，钳夹132包含两个锥形平面302、304，而钳夹134包含两个锥形平面306、308。钳夹132的锥形平面302、304沿着与腔室的中心轴AX平行的线相交于顶点310。类似地，钳夹134的锥形平面306、308沿着与腔室的中心轴AX平行的线相交于顶点312。因此，在该平面图中，锥形平面302和锥形平面304 —样，形成“V”形轮廓。
[0026]参考图4，其示出了根据本发明第二优选实施例的处于打开位置的夹具130沿
3-3’的示意性横截面图。在该实施例中，钳夹132包含两个锥形面402、404，而钳夹134包含两个锥形面406、408。此外，如示出的，锥形面402、404、406和408的每一个具有曲面。
[0027]参考图5，其示出了根据本发明优选实施例的在进给接合引线202时处于第二操作位置的引线进给系统100的示意图。在该第二操作位置，由于红外信号IR被阻挡而不能达到接收器146，接合引线202的存在已被初始检测到，从而夹具130已经被致动以夹紧接合引线202。
[0028]参考图6，其示出了根据本发明第一优选实施例的处于关闭位置的夹具130沿6-6’的示意性截面图。如示出的，与接合引线202邻接的锥形平面302、304、306、308的部分与腔室的中心轴AX等距离，该中心轴AX与接合弓I线202的中心轴共轴。也就是说，钳夹132、134被布置为夹紧并拉直接合弓I线202，其使接合弓I线202的中心轴与腔室的中心轴AX对齐。
[0029]参考图7，其示出了根据本发明第二优选实施例的处于关闭位置的夹具130沿6-6’的示意性截面图。如示出的，锥形面402、404、406、408的弯曲部分与接合引线202邻接于与腔室的中心轴AX等距离的各位置，该中心轴AX与接合引线202的中心轴共轴。同样，也就是说，钳夹132、134被布置为夹紧并拉直接合引线202，从而使引线的中心轴与腔室中心轴AX对齐。
[0030]参考图8，其示出了根据本发明优选实施例的在进给接合引线202时处于第三操作位置的引线进给系统100的示意图。在该第三操作位置，夹具130在夹住接合引线202的同时，已经如箭头线L2指示的，沿着轨道140离开张紧单元120而向毛细焊管150移动。此后，夹具130释放接合引线202并沿着轨道140离开毛细焊管150而向张紧单元120移动。
[0031]参考图9，其示出了根据本发明优选实施例的在进给接合引线202时处于第四操作位置的引线进给系统100的示意图。在该第四操作位置，夹具130已经再次夹紧接合引线202，该接合引线202现在从夹具130向毛细焊管150延伸。现在夹具130准备好再次沿着轨道140离开张紧单元120并向毛细焊管150移动。该移动将会使得接合引线202进给到锥形毛细焊管入口 152中和毛细焊管出口 154外。
[0032]参考图10，其示出了根据本发明优选实施例的在进给接合引线202时处于第五操作位置的引线进给系统100的示意图。如示出的，在到达笫五操作位置的操作中，已经进给接合引线202通过毛细管150，使得接合引线的末端部1010从毛细焊管出口 154突出。这是由于夹具130在沿着腔室的中心轴AX移动的同时已经夹紧接合引线202而实现的，该腔室的中心轴AX也是接合引线202的中心轴和毛细管150的中心轴。结果，由于夹具130可以沿着接合引线202的中心轴移动，因此其提供拉直和对齐接合引线202以及拉动接合引线202通过引线张紧单元120和使接合引线202穿线通过毛细焊管150的方式。
[0033]当处于第五操作位置时，第一个节点162与接合引线202永久电接触。这典型地通过将金属绕线器112电连接至节点162来实现。此外，第二个节点164被定位为使得仅在接合引线202的末端部1010穿过毛细管出口 154突出时与接合引线形成电接触。因此，系统100使末端部1010向第二个节点164的接触区域移动，以确定是否形成了完整的电路。这样的电路的形成意味着并暗示着存在穿过毛细管出口 154突出的确实的末端部1010，否则确定为不足的突出的接合引线长度或没有突出的接合引线长度。典型地，由与第二个节点164邻接的引线框架提供接触区域，其中该引线框架安装在由系统100提供的引线接合设备上。
[0034]参考图11，其示出了根据本发明优选实施例的将接合引线进给至引线接合设备的方法1100的流程图。仅以示例形式,将参照引线进给系统100来描述方法1100。方法1100启动执行进给接合引线通过引线张紧单元120的进给模块1110。决定模块1120提供当接合引线202从出线孔126突出时(第一操作位置)通过传感器142初始检测到接合引线202的存在的方式。如果没有检测到接合引线202的存在，则方法1100返回到模块1110并进给更多的接合引线202通过引线张紧单元120，而模块1120再次检测接合引线202的存在。
[0035]响应于在模块1120处接合引线202的存在的检测，执行采用被设置为接收接合引线202的夹具130来夹住接合引线202的处理。在夹住模块1130处执行夹住处理，其中夹具130的钳夹132、134夹紧接合引线202以使接合引线202的中心轴AX与腔室122的中心轴对齐(第二操作位置)。在第一优选夹具实施例中，该对齐归因于被布置并配置为使各种直径的接合引线202对齐的夹具130的锥形面302至308。这是因为锥形平面302至308的所有区域与中心轴AX(其与接合引线202的中心轴共轴)都等距离。在第二优选夹具实施例中，该对齐归因于具有弯曲区域的锥形面402至408。这些弯曲区域与接合引线202邻接于与腔室的中心轴AX (其与接合引线202的中心轴共轴)等距离的位置。
[0036]在移动模块1140处，钳夹132、134沿着接合引线202的中心轴移动，从而拉动接合引线202通过引线张紧单元120 (第三操作位置)。此外，由于接合引线202和毛细焊管150的中心轴共轴对齐，钳夹132在夹住接合引线202的同时移动，使得接合引线202被进给通过毛细焊管150。
[0037]在检测测试模块1150处，进行确定接合引线202的末端部1010穿过毛细焊管150的出口 154突出而与节点164的接触区域邻接(第五操作位置)的处理，节点164是电流感测电路160的一部分。当处于该邻接位置时，检测测试模块1150检测是否通过接合引线202的末端部接触与节点164关联的接触区域而形成完整的电路(检测的电流感测电路160)。如果没有形成完整的电路，则方法1100重复模块1130(第四操作位置)至模块1150直至检测到完整的电路(第五操作位置)。因此，当没有检测到完整的电路时，方法1100控制钳夹132、134进给一段接合引线202通过毛细焊管150。在检测到完整的电路后，方法1100在模块1160处执行引线接合处理。
[0038]在引线接合处理期间，重复短的尾部或没有尾部的测试，其中毛细焊管150与夹具130 —致地移动，同时夹住接合引线202，使得毛细焊管150的出口 154紧邻节点164的接触区域。如果电流感测电路160没有检测到完整的电路，则执行模块1130-1150的处理直至检测到尾部。
[0039]在该具体实施例中，与节点164关联的接触区域是引线框架片的一部分，从而对安装在引线框架片上的半导体芯片执行引线接合处理。
[0040]有利地，本发明减轻了与接合引线穿线有关的一个或多个问题，其中夹具拉直并对齐引线，以便容易拉动引线通过引线张紧单元120并穿线通过毛细焊管150。此外，电流感测电路160降低了由穿过毛细焊管150突出的不足的接合引线长度造成的对芯片电极的损害的可能性。
[0041]为了说明和描述的目的，已经展现了本发明优选实施例的描述，但是本发明优选实施例的描述不意味着是穷尽的或将本发明限制于所公开的形式。本领域技术人员将明白的是，在不脱离上文描述的实施例的广泛的发明构思的情况下，可以对该实施例作出改变。因此，应理解的是，本发明不限于所公开的具体实施例，而是涵盖如由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的修改。
【主权项】
1.一种用于引线接合设备的引线进给系统，该系统包含: 具有带有进线孔和出线孔的腔室的引线张紧单元，进线孔和出线孔的中心与腔室的中心轴对齐；以及 被设置为接收从出线孔提供的接合引线的夹具，其中夹具具有至少两个钳夹，所述至少两个钳夹可以相对彼此移动并被布置为夹紧引线以使引线的中心轴与腔室的中心轴对齐，以及其中各钳夹可以沿着引线的中心轴移动以便拉动引线通过引线张紧单元。2.权利要求1所述的引线进给系统，其中钳夹的每一个包含两个锥形面。3.权利要求2所述的引线进给系统，其中每一个钳夹的锥形面是沿着与腔室的中心轴平行的线相交的平面。4.权利要求2所述的引线进给系统，其中锥形面的每一个具有曲面。5.权利要求1所述的引线进给系统，还包含被定位为当引线从出线孔突出时检测到引线的存在的传感器，其中在操作中，当初始检测到引线的存在时，夹具被致动以夹紧引线。6.权利要求1所述的引线进给系统，还包含带有毛细焊管入口和毛细焊管出口的毛细焊管，毛细焊管入口的中心和毛细焊管出口的中心与毛细管的中心轴对齐。7.权利要求6所述的引线进给系统，其中在操作中，作为钳夹夹紧引线并沿着中心轴移动的结果，引线被进给通过毛细管。8.权利要求7所述的引线进给系统，还包含带有两个节点的电流感测电路，其中在操作中，第一个节点与引线永久电接触，而第二个节点被定位为仅在引线穿过毛细管出口突出时与引线形成电接触。9.权利要求8所述的引线进给系统，其中在操作中，第二个节点与安装在引线接合设备上的引线框架邻接。10.权利要求8所述的引线进给系统，还包含向进线孔供应引线的绕线单元，其中在操作中的所述两个节点的第一个节点位于引线进给单元上。11.一种将接合引线进给至引线接合设备的方法，该方法包含: 进给接合引线通过具有带有进线孔和出线孔的腔室的引线张紧单元，进线孔和出线孔具有与腔室的中心轴对齐的中心； 通过被设置为接收从出线孔提供的接合引线的夹具来夹住接合引线，夹具具有至少两个钳夹，所述至少两个钳夹可以相对彼此移动并被布置为夹紧引线以使引线的中心轴与腔室的中心轴对齐；以及 沿着引线的中心轴移动各钳夹，从而拉动引线通过引线张紧单元。12.权利要求11所述的方法，其中钳夹的每一个包含两个锥形面。13.权利要求12所述的方法，其中每一个钳夹的锥形面是沿着与腔室的中心轴平行的线相交的平面。14.权利要求12所述的方法，其中锥形面的每一个具有曲面。15.权利要求11所述的方法，还包含当引线从出线孔突出时初始检测到引线的存在，并响应于此执行夹住的步骤。16.权利要求11所述的方法，其中移动的步骤提供进给接合引线通过毛细焊管的方式。17.权利要求16所述的方法，还包含确定接合引线的末端部穿过毛细焊管的出口突出。18.权利要求17所述的方法，其中确定的步骤包含: 移动毛细焊管，使得毛细焊管的出口紧邻作为电流感测电路的一部分的接触区域；以及 检测是否通过接合引线的末端部接触所述接触区域而形成了完整的电路。19.权利要求18所述的方法，其中所述接触区域是引线框架片的一部分。20.权利要求18所述的方法，其中如果没有检测到完整的电路，则该方法控制各钳夹进给一段接合弓I线通过毛细焊管。
【文档编号】H01L21/60GK105895543SQ201410858023
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月1日
【发明人】王志杰, 白志刚, 张虎昌
【申请人】飞思卡尔半导体公司