专利名称：用于压机中力的线性放大的楔形装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体封装领域，尤其涉及一种用于压机的楔形装置，在半导体封装工艺中它能够在夹紧操作中有控制地施加较大的力，并促使力的输出与力的输入成线性关系。
背景技术：
在半导体封装工业中，夹紧操作在树脂复合物送到模具用于密封一半导体元件之前对固定模具之间的预制品是至关重要的。为了确保预制品在夹紧操作的过程中不被抓坏或损坏，以及在封装工艺的模制过程中提供足够的夹紧力，使树脂的渗漏最少，在整个夹紧操作中的良好控制是重要的。
已经使用和提出了各种机械装置来改进对作用力的控制。由于所需的夹紧力很大，即60吨左右，误差又相当小，即几吨，夹紧机构必须能够施加极大的力同时精确度要高。目前，流行的选择是使用一种液压型的压机。对于这类操作，液压系统是一个好的选择，因为输出力基本上是与输入力成线性。这样可以使操作者较容易和精确地施加操作所需的恰当数量的力。此外，液压系统能够施加较大的力。
但是，液压系统具有许多缺点，尤其是由于半导体封装工艺往往要在净室环境下运行。液压系统由于其本身的物理性能要求使用液体。目前通常所使用的液体是油。当施加较大的力，尤其是以持续的和反复方式施加时，液体和它的烟雾会渗漏出该系统。虽然这种渗漏在诸如机动车修理的工业中不是很重要，但是在清洁度高度优先的半导体封装工业中是一个严重的问题。此外液压系统往往包含需要精密配合的和较高要求的维修的复杂零件和机构。
虽然施加较大的力还有其它的手段，例如具有曲柄杠杆机构的气动或机电一体化压机，这些系统并不理想地适合于用于半导体封装中的夹紧操作。一些曲型的缺点其中包括不能施加大的力；缺乏控制、准确度和精确度；输入力与输出力之间的非线性关系；复杂的零件或机构；维修要求高；零件之间的过量摩擦；效率低；操作慢等等。因此，由于上述缺点，需要一种新型的加压装置，在不危及操作中的环境清洁度的情况下能够有控制地传递较大的力，并能避免复杂的机构或较高要求的维修。
发明目的因此，本发明的目的是提供一种设备，它能克服上述的缺点，并采用了一种简单的有效的机构，以便精确地传递适用于半导体封装工业中的夹紧操作的较大量的力。
发明概要本发明通过提供一种简单的机构来解决上述的问题，这种机构能够在不会对净室环境有不利影响的情况下有控制地施加大的力。楔形装置是由一伺服电动机驱动的，伺服电动机通过一组皮带轮和一同步皮带连接于轨道丝杆。丝杆与不能旋转的螺母配合，这样丝杆的旋转使螺母沿直线方向运动。一金属延伸件将螺母连接到一底部楔块，使楔块与螺母一起运动。可滑动地设置在底部楔块的顶面的是一牢固地安装于一互补楔块的支承轴承(block bearing)。使互补楔块沿垂直方向而不是水平方向移动。当底部楔块沿水平方向移动时，底部沿垂直方向移动。互补楔块置于压机之下，以提供半导体封装操作中需要的夹紧力。在本发明的另一个实施例中，支承轴承被装在保持架内的滚柱所替代。
附图简要说明
图1是本发明的侧视图。
图1A是具有凸轮从动件的互补楔块的局部视图。
图1B是装在保持架内的滚柱和它们与楔块的相互作用的示意图。
图2是与用于半导体装置的夹紧装置对接的本发明的侧视图。
图3是本发明另一实施例的侧视图。
图4是一曲线图，它示出了本发明的输出力与输入力的相互关系，伺服电动机的位置是用从原始位置步进的次数来计量的。
发明的详细说明本发明是一种楔形装置，它用于通过机械手段放大力的压机。它尤其适用于半导体封装工艺，因为输出力与输入力呈线性关系，从而能够较高程度控制力的输出，而该力的输出是半导体封装操作中的一个必要条件。此外，不象液压机构，本发明不采用任何液体去放大力。因此，由于不用担心可能污染环境的泄漏或其它有关液体的问题，它能充分适应在净室环境下进行的半导体封装应用。此外，由于本发明使用了许多标准零件和很容易制造的定制元件，所以事实上它有利于不需维护的操作和迅速生产。
图1示出了楔形装置1的较佳实施例。该装置包括一为压机提供稳定功能的基部5。由于楔形装置能够施加超过60吨的力，基部应该结实得足以承受超过这个范围的力。压机由一作为该装置动力源的伺服电动机10驱动。由于所需的运动是直线的，机构必须能够将电动机的旋转运动转换为直线运动。这种转换是通过将一同步皮带15套在电动机10的皮带轮12和直线转换机构18的皮带轮14上来实现的。皮带轮14的直径比皮带轮12的直径大，以放大由伺服电动机10产生的力。虽然本发明最好用同步皮带15来获得必要的控制，但不需要如此精确的控制，所以链条、齿轮或其它连接机构也可以使用。
图1中的直线转换机构包括一轨道丝杆19和一装在壳体20内的螺母(未示出)。轨道丝杆19通过一滚针/圆柱轴滚柱轴承组件25连接于皮带轮14，使丝杆19对应于皮带15的运动而旋转。当丝杆19旋转时，壳体20内的螺母不旋转，因此，当它的螺纹与丝杆19的螺纹相互作用时，它就横向运动。壳体20内的螺母通过一金属延伸件27和30连接于底部楔块50，延伸件30通过一销连接件40连接于底部楔块。在延伸件27与30之间是一压敏载荷传感器35，一用来测量力的工业标准元件。由于载荷传感器35的位置，它不会承受由楔形装置1所产生的总的放大的力，因此，由载荷传感器35测量的力必定小于楔形装置所施加的实际输出力，但与之成比例。实际力是根据载荷传感器35测量的读数用连接于载荷传感器35的微控制器(未示出)计算出的，微控制器会考虑由楔块机构所达到的力的放大倍数。
底部楔块50包括一倾斜的顶面51、一底部52、一较宽的端部53和一较窄的端部54。在这里虽然销连接件40最好是连接于楔块50的较宽的端部53，但也可连接于较窄的端部54，尽管这样做需要对互补楔块65的结构作些调整。在楔块50的底部52用装在保持架内的滚柱55，这些滚柱便于减少底部楔块50的横向运动的摩擦。装在保持架内的滚柱是一种在市场上能买到的产品，它们包括一组设置在坚固的支承架中的滚柱。图1B示出了装在保持架内的滚柱以及它们与底部楔块50的相互关系的前面示意图。应予以理解的是，虽然预先制造的装在保持架内的滚柱由于其使用方便而是较佳的，但也可以使用其它类型的滚柱或减少摩擦的装置。
可滑动地设置在底部楔块50的顶面51上是一具有底部表面62和顶部表面64的支承轴承或支承件60。设置在底部表面62上的是用来减少底部楔块50与支承轴承60之间的摩擦的滚柱(未示出)。牢固地安装到支承轴承或支承件60的顶部表面64的是一具有顶部66、倾斜底部67、较宽的端部68和一较窄的端部69的互补楔块65。底部楔块50和互补楔块65具有互补形状，使得互补楔块65的倾斜的底面67与底部楔块50的倾斜顶面51彼此互补地平行，因此，底部楔块的底面52和互补楔块的顶面66基本上也是彼此平行的。
本领域的熟练技术人员应予以理解的是，支承轴承60的主要功能是提供位于底部楔块50与互补楔块60之间的空间，因此它可以采用多种形式。根据方便性和可制造性，支承轴承60可以作为工业标准件购买，然后安装到互补楔块65上。或者，支承轴承60和互补楔块65彼此一体化，作为单个构件定制。
在互补楔块60的各端68和69是一整齐地放置在互补楔块60周围的导向块72和74。在导向块72和74与互补楔块60之间是一减少摩擦的材料71，诸如可从市场购买的产品PermaliteTM带，用于减少零件之间的滑动摩擦。导向块72和74的主要功能是维持互补楔块60的相当直的垂直运动。为了进一步引导互补楔块65而避免任何的旋转运动，一凸轮从动件75安装到互补楔块65，如图1A所示。凸轮从动件75一般是一滚柱，它由设置在导向块72内的槽76所引导。
互补楔块65的顶部是一浮动压板70，它与一压机或夹具装置对接，如图2所示。虽然这种楔形装置可用在许多类型的压机或夹具装置中传送力，但以图2所示的方式来进行是较佳的。这里，浮动压板70直接搁在活动的下压板85的下面。下压板85可滑动地与系杆95接合，使它能够沿上下方向垂直移动。一上压板80固定地设置在下压板85的上方，为夹紧操作提供支承。上压板80与下压板85之间有一上模90和一下模91，在密封过程中，上下模把半导体装置保持在合适的位置。
图3是本发明的另一个实施例。图1较佳实施例中的许多元件和它们各自的功能重复在该实施例中，所以在此只描述变化的部分。在这个实施例中，如图1所示的较佳实施例的支承轴承60用装在保持架内的滚柱100替代，这些装在保持架内的滚柱100可以与装在保持架内的滚柱55是相同的类型。在这个示例中，装在保持架内的滚柱100牢固地安装在底部楔块50，它们沿互补楔块65滚动。也可以把滚轮100颠倒过来放，使得它们牢固地安装到互补楔块65并沿底部楔块50的顶表面51滚动。
图4是一曲线图，它示出了楔块装置的输出力(以吨计量)与伺服电动机的输入力之间的关系，伺服电动机是用从原始位置开始步进移动来测量的。原始位置O被确定为大约是夹紧装置的模具90和95刚好接触而且楔形装置施加的力接近零的地方。从这个位置开始，伺服电动机的任何转动所增加的力与电动机从原始位置(可以从图4中看出)前进的步进次数成线性关系。这种关系对于用于半导体封装的压机尤其适用，因为它可以使操作者精确地控制夹紧过程中所施加的力的大小。
本领域的熟练技术人员应该知道的是，虽然在此以完全公开的方式描述了较佳的和另一个实施例，以制造和使用本发明，但是，在不脱离如所附的权利要求书所公开的本发明的范围和精神的情况下，可以对实施例进行各种改变、添加和替代。
权利要求
1．一种在用于半导体封装的压机中进行力的线性放大的楔形装置，它包括一伺服电动机；一直线转换装置，它机械地连接于所述电动机，以将旋转运动转换为直线运动；一牢固地安装于所述直线转换装置的底部楔块，所述楔块具有一顶部、一底部、一较宽的端部和一较窄的端部；一位于所述底部楔块下方的基部；一设置在所述底部楔块与所述基部之间的第一减少摩擦的装置；一可滑动地设置在所述底部楔块的顶面的支承轴承；一设置在所述支承轴承与底部楔块之间的第二减少摩擦的装置；一牢固地安装于所述支承轴承的互补楔块；一引导所述互补楔块的导向装置；由此所述底部楔块的水平运动使顶部楔块沿基本垂直的方向移动，其中输出力与所述伺服电动机的步进位移成线性比例关系。
2．如权利要求1所述的楔形装置，还包括一载荷传感器，用于测量与所述输出力成比例的一个力。
3．如权利要求2所述的楔形装置，还包括一连通地连接于所述载荷传感器的微控制器。
4．如权利要求1所述的楔形装置，其特征在于，所述支承轴承和所述互补楔块集合成单个构件。
5．如权利要求1所述的楔形装置，其特征在于，所述直线转换装置包括一轨道丝杆和一螺母。
6．如权利要求1所述的楔形装置，其特征在于，所述第一减少摩擦的装置是装在保持架内的滚柱。
7．如权利要求1所述的楔形装置，其特征在于，所述第二减少摩擦的装置是一组滚柱。
8．如权利要求1所述的楔形装置，其特征在于，还包括一设置在互补楔块上的凸轮从动件。
9．一种在用于半导体封装的压机中进行力的线性放大的楔形装置，它包括一伺服电动机；一直线转换装置，它机械地连接于所述电动机，以将旋转运动转换为直线运动；一牢固地安装于所述直线转换装置的底部楔块，所述楔块具有一顶部、一底部、一较宽的端部和一较窄的端部；一位于所述底部楔块下方的基部；一设置在所述底部楔块与所述基部之间的第一减少摩擦的装置；一设置在所述互补楔块与底部楔块之间的第二减少摩擦的装置；一引导所述互补楔块的导向装置；由此所述底部楔块的水平运动使顶部楔块沿基本垂直的方向移动，而且一输出力与所述伺服电动机的步进位移成线性比例关系。
10．如权利要求9所述的楔形装置，其特征在于，所述第一和第二减少摩擦的装置是诸装在保持架内的滚柱。
11．如权利要求9所述的楔形装置，还包括一载荷传感器，用于测量与所述输出力成比例的一个力。
12．如权利要求11所述的楔形装置，还包括一连通地连接于所述载荷传感器的微控制器。
13．如权利要求9所述的楔形装置，其特征在于，所述直线转换装置包括一轨道丝杆和一螺母。
14．一种在用于半导体封装的压机中进行力的线性放大的楔形装置，所述压机具有一固定的上压板和一可活动的下压板、一下模和一上模，以将半导体装置保持在合适的位置上，楔形装置包括一伺服电动机；一直线转换装置，它机械地连接于所述电动机，以将旋转运动转换为直线运动；一牢固地安装于所述直线转换装置的底部楔块，所述楔块具有一顶部、一底部、一较宽的端部和一较窄的端部；一位于所述底部楔块下方的基部；设置在所述底部楔块与所述基部之间的诸滚柱；设置在所述互补楔块与底部楔块之间的诸滚柱；一引导所述互补楔块的导向装置；一设置在所述互补楔块之上的并与所述下压板接触的浮动压板；由此所述底部楔块的水平运动使下压板沿基本垂直的方向移动，以夹紧所述下模和所述上模，其中所述下模与上模之间的夹紧力与所述伺服电动机的步进位移成线性比例关系。
15．如权利要求14所述的楔形装置，还包括一载荷传感器，用于测量与所述夹紧力成比例的一个力。
16．一种在用于半导体封装的压机中进行力的线性放大的楔形装置，所述压机具有一固定的上压板和一可活动的下压板、一下模和一上模，以将半导体装置保持在合适的位置上，楔形装置包括一伺服电动机；一直线转换装置，它机械地连接于所述电动机，以将旋转运动转换为直线运动；一牢固地安装于所述直线转换装置的底部楔块，所述楔块具有一顶部、一底部、一较宽的端部和一较窄的端部；一位于所述底部楔块下方的基部；一设置在所述底部楔块与所述基部之间的第一减少摩擦的装置；一可滑动地设置在所述底部楔块顶面的支承轴承；一设置在所述支承轴承与底部楔块之间的第二减少摩擦的装置；一牢固地安装于所述支承轴承的互补楔块；一引导所述互补楔块的导向装置；一设置在所述互补楔块之上的并与所述下压板接触的浮动压板；由此所述底部楔块的水平运动使下压板沿基本垂直的方向移动，以夹紧所述下模和所述上模，其中所述下模与上模之间的夹紧力与所述伺服电动机的步进位移成线性比例关系。
17．如权利要求16所述的楔形装置，还包括一载荷传感器，用于测量与所述夹紧力成比例的一个力。
全文摘要
一种用于压机的楔形装置。楔形装置由通过一组皮带轮和一同步皮带连接于轨道丝杆的伺服电动机驱动。丝杆与不旋转的螺母配合,丝杆的旋转使螺母线性移动。金属延伸件将螺母连接于底部楔块,使楔块与螺母一起移动。滑动地设置在底部楔块的顶部的是一牢固地安装于一互补楔块的块状支承件。互补楔块沿垂直而不是水平方向自由移动。底部楔块水平移动时,互补楔块垂直移动。互补楔块设置在压机下面,以提供半导体封装过程中所需的夹紧力。
文档编号H01L21/67GK1223011SQ9719574
公开日1999年7月14日 申请日期1997年6月18日 优先权日1997年6月18日
发明者于强 申请人:先进自动化体系有限公司