专利名称：平面双滑块并联机构二自由度粘片机焊头结构及动作过程的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体元件制造中的关键设备——晶片粘片机的焊头机构，本发明具体涉及平面双滑块并联机构二自由度粘片机焊头结构及动作过程。
背景技术：
焊头是粘片机的核心部件，其功能是将晶圆上己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。目前晶圆直径己达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，由固定在机架上的电动机通过滚珠丝杆驱动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并联机构，即一种平面双滑块二自由度焊头结构，使两个驱动单元都安装在固定不动的机架上，实现焊头两自由度的独立运动。
发明内容
为了克服现有粘片机直线传动串联运动焊头机构运动惯量大、刚性不足等缺点，达到多点粘焊的目的；本发明提供一种并联机构形式的平面双滑块二自由度焊头结构，该结构能够完成从晶圆拾取晶片，然后高速、高精度地放置在指定的不同位置，实现粘焊片过程；而且两个驱动单元都安装固定在机架上，移动质量轻，动作冲击小，刚性大。
本发明提供的平面双滑块并联机构二自由度粘片机焊头结构的特点是导轨安装固定在机架上，两个驱动单元分别驱动左右两个滑块沿导轨作往复直线移动，通过三组连杆使两个滑块同焊头座铰接起来，两滑块的移动合成焊头座在工作平面的曲线和直线运动，焊头座上安装有焊头吸嘴，完成焊头吸嘴在拾片点拾取晶片、传送晶片和在多个粘片点粘焊晶片的动作。
上述驱动滑块作直线移动的驱动单元为直线电机或滚珠丝杠螺母副结构装置。
上述滑块(2)、连杆(6)、连杆(7)和焊头座(9)铰接形成平行四边形结构，使得与焊头座垂直安装的焊头吸嘴在平面运动过程中始终保持垂直状态。
上述焊头吸嘴与焊头座之间有缓冲装置。
本发明平面双滑块并联机构二自由度粘片机焊头结构的动作过程，包括如下步骤1)左右滑块移动到导轨左端，焊头来到拾片点上方，左右滑块相对移动，焊头垂直下移，焊头上的吸嘴与晶圆上的晶片接触，吸嘴在真空的作用下吸附接触着的晶片，然后左右滑块反方向移动，吸嘴垂直上移，完成晶片拾取动作；2)左右滑块分别向导轨右方移动，完成晶片传送动作；在此过程中，左右滑块按各自的变速移动，形成一条曲线状的焊头运动轨迹；3)在导轨的右端，左右滑块相对移动，焊头又垂直下移，吸嘴将吸附着的晶片粘焊在承载基体上，然后左右滑块又反方向移动，焊头吸嘴头上移，完成晶片粘焊动作；4)左右滑块分别向左端移动，使焊头吸嘴回到拾片点上方，为下一循环作准备。
本发明采用的方案如附图所示由左驱动单元(1)驱动左滑块(2)沿着导轨(4)作往复直线移动。同理，右驱动单元(5)驱动右滑块(3)沿着导轨(4)作往复直线移动。通过左滑块、两根等长连杆(6)和(7)焊头座(9)铰接成平行四边形结构，焊头座(9)同左滑块(2)的方向始终平行。右滑块(3)通过连杆(8)同焊头座的右端横轴铰接起来。当左右两滑块以一定速度作相对移动时，固定在焊头座上的焊头吸嘴(10)作垂直方向移动，当左右两滑块以相同速度作同向移动时，焊头吸嘴作水平方向移动。当左右两滑块的速度和方向按一定的变化规律移动，可以形成粘焊晶片所要求的特定运动曲线(11)。曲线的左端点为焊头吸嘴的拾片点，右端点为粘片点。焊头吸嘴通过真空可以对晶片有吸附作用。本方案可以方便地根据粘焊片的要求，控制左右两滑块，使焊头吸嘴具有在特定的拾片点拾取晶片和在多粘片点焊片的功能。
本发明的有益效果是，将两个驱动单元都安装在机架上，大大降低焊头的重量，有利于提高焊头往返速度和改善动态性能；两滑块的移动分别由两驱动单元控制，它们的运动规律合成焊头的运动轨迹，可以方便地实现多点粘焊片。整个焊头结构具有相对独立性，在一定的工作范围，通过改变控制策略或改变程序就能适用于不同粘片机的应用场合。
图1是本发明的结构中1左驱动单元；2左滑块；3右滑块；4导轨；5右驱动单元；6、7、8连杆；9焊头座；10焊头；11运动轨迹；。
具体实施例方式
在附图中，实线表示焊头处于拾片点(PICK)，虚线表示粘片点(BOND)。附图中表示有一个拾片点和四个粘片点。在工作范围内，Y方向和Z方向的移动距离和粘片点的数量可根据要求作调整。
滑块(2)可以沿导轨(4)滑动，通过驱动单元(1)获得直线移动的动力。同理，滑块(3)从驱动单元(5)获得动力并沿导轨(4)移动；滑块(2)上的两个横轴上分别铰接着两根连杆(6)和(7)，可以绕横轴转动。连杆的另一端同焊头座铰结，形成滑块(2)、连杆(6)、(7)和焊头座(9)组成的平行四边形结构。在平面运动过程中，焊头座始终同滑块或导轨保持平行状态。导轨(4)安装固定在机架上，位置状态不变，因此在焊头座上垂直安装的焊头吸嘴的位姿状态始终保持垂直，以满足拾片和焊片的要求。焊头吸嘴同焊头座之间有垂直缓冲装置，以确保拾片和焊片的动态和静态需求。
焊头机构的工作顺序主要包括拾取晶片、传送晶片、粘焊晶片等步骤。第一步，左右滑块移动到导轨左端，焊头来到拾片点上方，左右滑块相对移动，焊头垂直下移，焊头上的吸嘴与晶圆上的晶片接触，吸嘴在真空的作用下吸附接触着的晶片。然后左右滑块反方向移动，吸嘴垂直上移，完成晶片拾取动作；第二步，左右滑块分别向导轨右方移动，完成晶片传送动作；在此过程中，左右滑块按各自的变速移动，形成一条曲线状的焊头运动轨迹。第三步，在导轨的右端，左右滑块相对移动，焊头又垂直下移，吸嘴将吸附着的晶片粘焊在承载基体上。然后左右滑块又反方向移动，焊头吸嘴头上移，完成晶片粘焊动作；第四步，左右滑块分别向左端移动，使焊头吸嘴回到拾片点上方，为下一循环作准备。
权利要求
1.一种平面双滑块并联机构二自由度粘片机焊头结构，其特征在于导轨安装固定在机架上，两个驱动单元分别驱动左右两个滑块沿导轨作往复直线移动，通过三组连杆使两个滑块同焊头座铰接起来，两滑块的移动合成焊头座在工作平面的曲线和直线运动，焊头座上安装有焊头吸嘴，完成焊头吸嘴在拾片点拾取晶片、传送晶片和在多个粘片点粘焊晶片的动作。
2.根据权利要求1所述的平面双滑块并联机构二自由度粘片机焊头结构，其特征在于上述驱动滑块作直线移动的驱动单元为直线电机或滚珠丝杠螺母副结构装置。
3.根据权利要求1所述的平面双滑块并联机构二自由度粘片机焊头结构，其特征在于上述滑块(2)、连杆(6)、连杆(7)和焊头座(9)铰接形成平行四边形结构，使得与焊头座垂直安装的焊头吸嘴在平面运动过程中始终保持垂直状态。
4.根据权利要求1所述的平面双滑块并联机构二自由度粘片机焊头结构，其特征在于上述焊头吸嘴与焊头座之间有缓冲装置。
5.一种平面双滑块并联机构二自由度粘片机焊头结构的动作过程，其特征在于包括如下步骤1)左右滑块移动到导轨左端，焊头来到拾片点上方，左右滑块相对移动，焊头垂直下移，焊头上的吸嘴与晶圆上的晶片接触，吸嘴在真空的作用下吸附接触着的晶片，然后左右滑块反方向移动，吸嘴垂直上移，完成晶片拾取动作；2)左右滑块分别向导轨右方移动，完成晶片传送动作，在此过程中，左右滑块按各自的变速移动，形成一条曲线状的焊头运动轨迹；3)在导轨的右端，左右滑块相对移动，焊头又垂直下移，吸嘴将吸附着的晶片粘焊在承载基体上，然后左右滑块又反方向移动，焊头吸嘴头上移，完成晶片粘焊动作；4)左右滑块分别向左端移动，使焊头吸嘴回到拾片点上方，为下一循环作准备。
全文摘要
本发明公开了一种平面双滑块并联机构二自由度粘片机焊头结构及动作过程，该粘片机焊头结构的导轨安装固定在机架上，两个驱动单元分别驱动左右两个滑块沿导轨作往复直线移动，通过三组连杆使两个滑块同焊头座铰接起来，两滑块的移动合成焊头座在工作平面的曲线和直线运动，焊头座上安装有焊头吸嘴，完成焊头吸嘴在拾片点拾取晶片、传送晶片和在多个粘片点粘焊晶片的动作，并且具有多粘片点的粘焊功能，该焊头结构具有相对独立性，在一定的工作范围，通过改变控制策略或改变程序就能适用于不同粘片机的应用场合。
文档编号H05K3/34GK1755909SQ20041005170
公开日2006年4月5日 申请日期2004年9月30日 优先权日2004年9月30日
发明者李克天, 陈新, 彭卫东 申请人:广东工业大学