用于测量线接合器的毛细管的振幅的装置的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于测量线接合器的毛细管的振幅的装置。

背景技术：

借助于线接合器通常在半导体结构元件装配到载体基质上之后将所述半导体结构元件进行布线或者电接触。在图1中示出这样的线接合器的非常示意性的部分图示。压电促动器A在所述线接合器中产生具有大约100kHz的频率的轴向的超声波。通过超声喇叭H将这种超声波传递到毛细管K上，所述毛细管由此同样主要地沿着所述超声喇叭H的轴向方向Y以典型地1-10μm的幅度振动（无接触的状态）。所述毛细管K的通常的直径处于在60μm与150μm之间的范围内。通常由陶瓷材料构造而成的毛细管K具有在图中未示出的小的通道，通过所述通道引导接合线并且其在所述毛细管K的顶部处离开。具有所述压电促动器A、超声喇叭H和毛细管K的所谓的接合头通常在所述线接合器中装配在移位单元V上。所述移位单元V能够使所述接合头沿所有的三个空间方向X、Y、Z运动并且由此将所述毛细管K或者所述接合线带到各个的接触位置处。

因为所述毛细管在使用中磨损，故其必须定期更换。在更换之后，所述毛细管通常具有轻微地改变的振幅，因为不同的毛细管通常具有小的机械的公差并且其在所述超声喇叭处的夹持也不能够完全再现。然而，变化的振幅在线接合时导致波动的接合质量。用第一毛细管的接合过程的通常进行的耗时的优化由此仅仅能够非常有限地转用到接下来所使用的相同的类型的毛细管上。这在实践中引起，以不可忽视的可能性生产差的接合触点，所述接合触点对于相应的电子的仪器而言为高的失灵风险。

因此出于这种原因，通常设置成，在每次更换毛细管之后将振幅在无接触的状态中借助于合适的装置来重新测量并且所述振幅通过所述压电促动器的供给电压的匹配又置于优化的数值上。以这种类型和方式能够显著地提高所述接合质量。

为了测量线接合器的毛细管的振幅而已知如下装置，在其中所述毛细管被安放在光源与探测器机构之间。在此，从由于所述毛细管而引起的射束的遮挡中能够确定所述振幅。关于这样的、基于光栅原理（Lichtschranken-Prinzip）的装置例如参阅印刷文献EP 1 340 582 A1、US 6,827,247 B1和JP 10-209199 A。在文件US 6,827,247 B1中在此设置成，所述毛细管的两个边缘同时被扫描并且由此确定所述振幅；在源自印刷文献EP 1 340 582 A1和JP 10-209199 A的已知的装置的情况下，为此目的扫描所述毛细管的相应仅仅一个边缘。

在从这些文件中已知的装置中，相应将在所述探测器机构处产生的输出信号通过所述毛细管的超声运动来略微调制。所述输出信号的调制幅度ΔSAC在此根据以下关系式近似线性地与所述毛细管的振幅ΔyAC相关联：

（方程式1）

其中：

ΔSAC：=所述输出信号的调制幅度

ΔyAC：=所述毛细管的振幅

η：=斜率系数（Steigungsfaktor）

所述斜率系数η取决于所使用的光源的光功率、取决于光源图像在所述毛细管上的大小并且取决于评估电子装置的放大系数。因此需要的是，校准所述斜率系数η，其中，所述斜率系数应该尽可能是恒定的。这种要求尤其还必须在工作温度方面适用，因为在线接合器中通常不存在恒定的温度情况，而是根据机器的负荷和过程能够出现在20℃直到60℃的工作温度范围内的部分地巨大的温度波动。这样的温度波动在迄今已知的解决方案中也导致在由所述光源输出的光功率中的波动。因此在-0.3%/K的光源的光功率的假设的典型的温度系数和40K的温度上升的情况下产生12%的输出的光功率的降低。由此，上面所提到的斜率系数η也变化了12%，这又在确定所述毛细管的振幅ΔyAC时导致巨大的误差。因此，已知的用于测量在线接合器中的振幅的装置仅仅具有有限的准确度。

在已知的源自现有技术的装置中，另一问题是所产生的输出信号的噪声。原则上，这样的噪声应该尽可能小。仅仅在非常小的噪声数值的情况下，才能够以必要的高的可再现性来确定所述振幅ΔyAC。在源自上面所提到的文件的装置中，借助于在所述探测器机构中的光电元件来测量所传输的光功率，所述光功率由此为所述光栅的输出信号，所述输出信号随后还被放大和数字化。在所述光栅的工作点处在由于所述毛细管而大约一半地遮盖光点（Lichtflecks）时，必须在高的信号偏移水平SDC上确定小的调制幅度ΔSAC，所述信号偏移水平SDC相应于这种一半的遮盖。因此，必须相应地设计所使用的放大器，以便能够放大高的信号偏移水平SDC。在此能够如此选择放大系数，使得所述偏移水平SDC没有导致所述放大器的饱和。由于相应小的放大，不能够噪声优化地使用所述放大器。因此，由上面提到的文件已知的用于测量在线接合器中的毛细管的振幅的装置的噪声水平是相对高的。

技术实现要素：

本发明的任务是，提供用于测量线接合器的毛细管的振幅的装置，该装置即使在大的温度波动的情况下也在很大程度上无差错地起作用。此外，由此产生的输出信号应该尽可能无噪声。

该任务按照本发明通过具有权利要求1的特征的装置解决。

根据本发明的装置的有利的实施方案从在从属权利要求中引用的措施中获得。

根据本发明的装置用于测量线接合器的毛细管的振幅，其中，所述毛细管被安放在光源与探测器机构之间。从由于所述毛细管而引起的射束的遮挡中能够确定所述振幅。在此，由所述光源发射出的射束经历分离成测量射束和参考射束，其中，毛细管的边缘在振动的状态中至少部分遮挡所述测量射束，而所述参考射束不受到遮挡。所述探测器机构包括配属于所述测量射束的测量探测器以及至少一个配属于所述参考射束的参考探测器；从所述测量探测器的和参考探测器的彼此联接的输出信号中能够确定所述毛细管的振幅。

优选地，第一成像光学系统沿射线传播方向后置于所述光源，通过该第一成像光学系统将所述光源在所述测量射束中和在所述参考射束中进行成像到图像平面中，所述毛细管在所述图像平面中振动。

有利地在此在所述图像平面与所述探测器机构之间布置有第二成像光学系统，通过该第二成像光学系统将所述测量射束和所述参考射束进行聚焦到探测平面中或者到隔板平面中。

可行的是，所述第一和/或第二成像光学系统分别包括折射的或者衍射的透镜，所述透镜布置在所述测量射束中和布置在所述参考射束中。

此外能够设置成，所述第一成像光学系统如此构造，使得在图像平面中的光源图像的直径小于所述毛细管的直径的两倍。

此外可行的是，相邻于所述探测平面或者在所述隔板平面中

- 在所述测量射束中布置有隔板开口，所述测量探测器沿着射线传播方向后置于所述隔板开口，以及

- 在所述参考射束中布置有隔板开口，至少一个参考探测器沿着射线传播方向后置于所述隔板开口。

在此有利地，所述隔板开口相应地具有如下直径，该直径处于聚焦的测量和参考射束的直径的一倍的到三倍的范围内。

此外能够设置成，所述测量探测器和至少一个参考探测器反平行地彼此相联接，从而在输出侧的接头处产生光电电流差信号，所述光电电流差信号能够输送给后置的跨阻抗放大器级，其放大所述光电电流差信号并且将其转化为电压信号。

在另一变型方案中，通过所述参考探测器产生的参考信号能够用于调节所使用的光源的强度。

此外可行的是，所述探测器机构包括两个参考探测器，其中，一个参考探测器的所产生的参考信号用于调节所使用的光源的强度。

在根据本发明的装置中被证实为特别有利的是，现在即使在波动的温度的情况下变化的光功率也没有消极地影响所述输出信号，也就是说，即使在波动的温度的情况下也保证无差错地得出所述振幅。

此外，所产生的输出信号仅仅具有小的噪声份额。由此可行的是，除了所述毛细管的超声运动的基波之外还在测量技术上检测所述超声运动的具有相应更小的振幅的谐波（Oberwellen）。这种谐波关于所述毛细管的机械的连结是非常敏感的，从而能够从所述谐波的相位和幅度的认知中获取重要的信息。

附图说明

按照根据本发明的装置的实施例的下面的描述结合图来解释本发明的另外的细节和优点。

其中：

图1示出按照现有技术的线接合器的非常示意性的部分图示；

图2示出根据本发明的装置的第一实施例的示意性的图示；

图3示出在第一实施例中的部分被遮挡的测量射束的和毛细管的图示；

图4示出在第一实施例中的用于信号处理的示意性的图示；

图5示出在第一实施例中的不同的信号的进展；

图6示出根据本发明的装置的第二实施例的示意性的图示；

图7示出在第二实施例中的用于调节光源强度的信号处理。

具体实施方式

下面按照图2-5解释根据本发明的用于测量线接合器的毛细管的振幅的装置的第一实施例。图2在此示出根据本发明的装置的第一实施例的示意性的图示，而在图3中的毛细管的和测量射束的视图、在图4中的联接图以及在图5中的不同的示出的信号进展用于详细地解释所述实施例的功能原理。

在根据本发明的装置10的所示出的第一实施例中，设置有例如构造为LED的光源1，该光源发射出射束，所述射束通过准直透镜2来准直并且随后经历分离成测量射束M和参考射束R。对于这种分离来说，在当前设置成，在准直的射束中布置有具有两个透镜3.1、3.2的第一成像光学系统，其中，一个透镜3.1配属于所述测量射束M并且另一个透镜3.2配属于所述参考射束R。所述透镜3.1、3.2在此不仅能够构造为折射的透镜而且能够构造为衍射的透镜，它们以合适的类型和方式布置在所述测量射束M中和布置在所述参考射束R中。通过所述第一成像光学系统或者透镜3.1、3.2，在相应的射束M、R中分别进行光源1成像到图像平面B中，在所述图像平面B中光源图像BM或者BR产生。在所示出的实施例中，属于所述第一成像光学系统的是还有具有两个隔板开口4.1、4.2的隔板4，所述隔板开口4.1、4.2在射线传播方向Z上后置于所述透镜3.1、3.2。所述图像平面B在此还为如下平面，在该平面中所述毛细管K在给出的Y方向上振动。所述图像平面B在图1-3中由此为XY平面，其中，用X来表示所述毛细管的纵向延伸方向。如能够从图2中看出的那样，在根据本发明的装置中在此设置成，所述毛细管K在振动的状态中至少部分地遮挡仅仅所述测量射束M；所述参考射束R的射程没有被所述毛细管K遮挡。对于通过所述第一成像光学系统的透镜3.1、3.2进行的成像而言，将成像比例m（Abbildungsmaßstab m）优选按照m=1来选取，备选地还能够设置有m＜1。

在所述图像平面B之后，所述测量射束M和所述参考射束R而后在第二成像光学系统的方向上传播，所述第二成像光学系统在射线传播方向Z上相继地包括在相应的射程中的具有两个隔板开口5.1、5.2的隔板5和在相应的射程中的两个透镜6.1、6.2。通过所述第二成像光学系统或者透镜6.1、6.2进行将所述测量射束M和参考射束R聚焦到探测平面D中，在所述探测平面中布置有具有在两个射束M、R中的隔板开口7.1、7.2的另一隔板7。在此，所述探测器机构的测量探测器8.1直接相邻地后置于在所述测量射束M中的隔板开口7.1并且所述探测器机构的参考探测器8.2直接相邻地后置于在所述参考射束R中的隔板开口7.2。在此通过所述测量探测器8.1产生信号，该信号接下来被称为输出信号SM或者测量信号，在所述参考探测器8.2的输出处产生输出信号SR；后者接下来也被称为参考信号。

为了借助于根据本发明的装置10来测量振幅，现在将毛细管K借助于在图2中未示出的移位单元来带到在所述测量射束M中的光源图像BM的位置的附近；所述位置接下来也被称为触及位置（Antastort）。在此将所述毛细管K到如下程度地在Y方向上推入到所述测量射束M中，使得所述测量射束大约一半被遮盖，如这在图3中所描绘的那样。在此证实有利的是，所述光源图像BM的直径φB小于毛细管K在所述触及位置处的直径的两倍2φK，由此通过所述毛细管K来一半地遮盖或者遮挡所述测量射束M是完全可行的。

在图5的上部的部分中示出的、在所述测量探测器8.1处产生的输出信号SM（yK）（其取决于所述毛细管K的位置yK）在所述位置处还下降到一半的原始数值SM0上。这个位置接下来被称为标称的（nominelle）测量位置yK0。移位装置停在所述位置处。所述参考探测器8.2的输出信号SR没有受所述毛细管K的振动运动所影响，并且恒定地保持在一定的信号水平上。优选在根据本发明的装置的当前的实施例中，如此调整所述参考探测器8.2的恒定的输出信号SR，使得所述参考信号SR是所述测量探测器8.1的输出信号SM（yK）的原始数值SM0的大约一半，也就是说：

SR=SM0/2 （方程式2）

其中：

SR：=所述参考探测器的输出信号

SM0：=所述测量探测器的输出信号的原始数值

由此，如从在图5中的上面的信号图中可看出的那样，在所述标称的测量位置yK0处，所述测量探测器8.1的和所述参考探测器8.2的输出信号SM、SR一样大。

于在根据本发明的装置的当前的实施例中的另外的信号处理方面，参阅图4以及在图5中的信号图。如能够从图4中看出的那样，所述测量探测器8.1的光电元件和所述参考探测器8.2的光电元件反平行地联接，从而在所示出的电路布置的两个输出侧的接头处产生光电电流差信号SM-SR。如此产生的光电电流差信号SM-SR而后通过后置的跨阻抗放大器级9来放大并且被转换为电压信号ΔS。在所述标称的测量位置yK0的区域中的电压信号ΔS的进展在图5的下面的部分中示出。在所述标称的测量位置yK0处，所述电压信号ΔS的数值为零，也就是说，适用的是ΔS（yK0）=0。

如果现在将在所述线接合器中的压电促动器接通以用于产生超声波，则所述电压信号ΔS围绕信号水平零以根据开头所提到的方程式（1）的斜率系数η来调制。

因此从所述测量探测器8.1的和所述参考探测器8.2的彼此相联接的输出信号SM、SR中能够以这种类型和方式来可靠地确定所述毛细管K的振幅。

通过根据本发明的解决方案产生一系列优点。由此例如能够如此设计所述跨阻抗放大器级9，即使得仅仅必须处理围绕零周围的无偏移的小的电流信号。由此能够将所述跨阻抗放大器级9的放大系数选择得明显更大，这引起特别高的斜率系数η和特别低的噪声。原则上能够将所述放大系数选择得如此大，即使得当没有毛细管K进入到所述测量射束M的射程中或者所述毛细管K完全挡住所述测量射束M时，所述跨阻抗放大器级9已经达到饱和。

此外，所述输出信号ΔS没有被大的偏移数值的不可避免的漂移（Drift）（如所述偏移数值在上面所讨论的现有技术中所出现的那样）所损害。这两个效果借助于根据本发明的装置实现振动测量的明显的更高的可再现性。

即使在所述线接合器的温度变化时，结合根据本发明的装置也产生优点。所述光源的在温度变化时所产生的、变化的光功率现在不再导致信号偏移和由此其它的标称的测量位置yK0，这会引起测量可再现性的损害。然而不可避免的是，在温度变化时随着光功率还有所述斜率系数η变化。出于这个原因有利的是，所述光源的光功率借助于所述参考探测器的输出信号SR来调节。下面按照根据本发明的装置的第二实施例详细描述这种调节。

对于根据本发明的装置的不同的优点而言决定性的是，不是以电的方式、而是以光学的方式、也就是说通过探测参考射束R（其来自与所述测量射束M相同的光源）来产生设置的参考信号SR。在此证实为特别有利的是，将所述参考射束R尽可能对称于所述测量射束M来产生。由此能够使得可能的误差影响、如例如构件的漂移，在很大程度上类似地作用于测量和参考探测器8.1、8.2的两个输出信号SM、SR并且能够在差形成时进行补偿。

作为根据本发明的装置的另外的优点能够提到的是，由此能够抑制造成误差的散射光。由此，在根据本发明的装置的一种有利的变型方案中设置成，隔板7的隔板开口7.1、7.2在所述探测平面D中具有如下直径，该直径大约处在聚焦的射束M、R的直径的二倍的到三倍的范围中。此外，所述隔板开口7.1、7.2处在所述第二成像光学系统的透镜6.1、6.2的焦平面中。在YZ平面中，所述隔板开口7.1、7.2此外在当中布置在直接后置的测量探测器8.1或者参考探测器8.2之前。结合所述隔板5的隔板开口5.1、5.2保证了，仅仅其传播方向处于相应的透镜6.1、6.2的孔径角（Aperturwinkel）之内的光还到达到所属的探测器8.1、8.2上。以这种方式保证，在比由探测器侧的测量和参考孔径（Mess- und Referenzaperturen）来预设的角度大的角度的情况下入射的散射光没有到达到所述测量探测器8.1或者参考探测器8.2上。

下面按照图6和7描述根据本发明的装置100的第二实施例。在此，基本上仅仅探讨与前面所解释的实施例的决定性的区别。图6在此又示出所述实施例的示意性的图示，图7示出在此所使用的用于调节光源强度的信号处理。

通过第一成像光学系统103和隔板104如在上述示例中那样进行光源在所述测量射束M中和在所述参考射束R中成像到所述图像平面B中。在所述图像平面B中，在此未示出的毛细管又振动并且在此至少部分地遮挡所述测量射束M。通过隔板105和第二成像光学系统106将源自所述图像平面B的光源图像最后成像到带有两个隔板开口107.1、107.2的隔板平面E中，所述测量探测器108.1和两个参考探测器108.2、108.3以间距d后置于所述隔板平面E。所述第一和第二成像光学系统103、106相应地构造为4级的衍射的透镜。两个示意性地标出的隔板104、105相应地构造为在载体玻璃上的吸收性的薄层，在所述载体玻璃上还布置所述第一和第二成像光学系统103、106的衍射的透镜；所述薄层在此相应地包围所述第一和第二成像光学系统103、106的衍射的透镜。

与前面的实施例不同，所述参考射束R在探测侧现在通过两个参考探测器108.2、108.3来检测。所述第一参考探测器108.2提供所述参考信号SR，所述参考信号SR如上面那样用于产生所述光电电流差信号SM-SR。通过所述参考射束R的划分，能够遵守上面所提到的按照方程式2的条件。所述第二参考探测器108.3提供第二参考信号SRL，该第二参考信号SRL用于上面已经提到的所使用的光源101的强度的调节并且以这种方式将所述斜率系数η在温度变化时保持恒定。

对于所述光源的这种调节而言参阅图7，所述图7示范性地描绘在此设置的信号处理。在此，稳定光放大器109（Gleichlichtverstärker）后置于所述第二参考探测器108.3，并且调节放大器110和调节晶体管又后置于该稳定光放大器。所述调节在此将在所述稳定光放大器109的输入处的直流电保持恒定并且由此补偿在所述测量探测器108.1处检测的信号的变化，所述变化例如能够由于所述光源101的和探测器108.1-108.3的老化、由于取决于温度的探测器敏感性或者由于所述光源的发光强度的温度决定的变化而产生。在后置的调节放大器110处在输入侧存在有所述稳定光放大器109的输出信号VIST以及预设的信号理论数值VSOLL，它们通过所述调节放大器110来比较。所述调节放大器110的输出电压V.B与外部的调节晶体管的基极相连接，所述外部的调节晶体管调整光源电流。

除了具体描述的实施例之外，在本发明的范围内当然也存在另外的设计可行性。

由此例如可行的是，取代按照第二实施例的光源的光功率的所解释的调节而备选地还使用所述第二参考探测器108.3的输出信号SRL，以便在备选的评估电子装置中由所述信号SM、SR、SRL计算商（SM-SR）/SRL。在所述光源的光功率上升时，信号SM-SR和SRL升高或者降低了相同的系数，从而商形成提供与所述光功率或者温度无关的信号（SM-SR）/SRL。

此外，当然存在用于所解释的图4的备选的电路布置，以便产生差电流（Differenzströme），所述差电流被输送给跨阻抗放大器。

尤其如果在相应的线接合器中使用很小的毛细管，则作为光源还能够使用激光二极管以代替LED。

除了将所述光源单级地成像到所述图像平面中之外，当然也能够设置有二或更多级的成像；这能够不仅用成像系数m=1但或者用成像系数m＜1来进行。

此外可行的是，代替如在第二实施例中那样的两个参考探测器的使用，还将通过仅仅一个参考探测器产生的输出信号用于调节所使用的光源的强度，等等。