键合头装置及超声波键合机的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，特别是涉及一种键合头装置及超声波键合机。

背景技术：

引线键合机是利用超声波、压力和温度将金属丝电气连接半导体芯片和管脚的一种设备，它利用超声波发生器和劈刀，将超声振动施加在金属丝上，在与金属丝接触的芯片或管脚上面上形成溶合，从而实现牢固的电气连接。

然而，目前金属线键合机在使用时，键合效率较低。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种键合头装置及超声波键合机，该键合头装置能够实现在同等驱动力的驱动下，驱动劈刀以较高的加速度驱动劈刀向待键合的金属线移动，使所述劈刀向待键合的金属线移动的时间短，进而提高了金属线键合的效率；该超声波键合机包括上述键合头装置，因此，该超声波键合机具备键合效率高的优点。

具体技术方案如下：

一种键合头装置，包括：第一安装座；焊接机构，所述焊接机构包括焊头；摆动座，所述焊接机构固设于所述摆动座，所述摆动座可转动地设置于所述第一安装座；及驱动机构，所述驱动机构用于驱动所述摆动座相对所述第一安装座转动，使所述焊头能够向靠近或远离待焊件的方向转动。

上述键合头装置在使用时，通过所述驱动机构驱动所述摆动座相对所述第一安装座转动，所述焊接机构与所述摆动座连接，所述焊接机构包括焊头，因此，所述摆动座能够带动所述焊头向靠近或远离待键合金属线的方向转动；由于在同等驱动力的作用下，摆动能够达到的加速度大于直线运动所能够达到的加速度；进而，该键合头装置能够使焊头以较高的加速度驱动焊头向待键合的金属线移动，使所述焊头向待键合的金属线移动的时间短，进而提高了金属线键合的效率。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，键合头装置还包括可弹性复位机构，所述可弹性复位机构包括转动体和固定体，所述转动体能够相对所述固定体在预设角度范围内来回转动，所述转动体与所述摆动座连接，所述固定体与所述第一安装座连接。如此，当所述驱动机构停机时，所述可弹性复位机构能够带动所述摆动座复位，即带动所述焊头复位，避免在断电时，出现撞机。

在其中一个实施例中，所述摆动座包括第一座体和第二座体，所述第二座体的一端与所述第一座体连接，且所述第二座体与所述第一座体呈夹角设置，所述第二座体与所述转动体连接，所述第一座体与所述焊接机构连接。如此，所述第二座体相当于摆动臂，带动所述第一座体摆动；同时第二座体与所述第一座体呈夹角设置，所述第二座体能够起到支撑所述第一座体的作用，避免在断电时，所述第一座体因为自身的重力下降撞机。

在其中一个实施例中，所述焊接机构包括换能器及第二安装座，所述换能器的一端与所述焊头连接，所述第二安装座与所述第一座体连接，所述第二安装座包括第一安装孔及至少两个凸台，所有所述凸台沿同一圆周间隔设置于所述第一安装孔的内壁，所述换能器的另一端穿设于所述第一安装孔，所述凸台与所述换能器的侧壁抵接。如此，通过所述换能器将电能转化为机械能，即超声波，再传递给焊头；所有所述凸台沿同一圆周间隔设置于所述第一安装孔的内壁，此时，所述换能器与所述凸台抵接，如此，降低了所述换能器与所述第二安装座的接触面积，进而，降低所述换能器与所述第一安装孔的内壁的摩擦力。

在其中一个实施例中，键合头装置还包括紧固件，所述第二安装座的侧壁设有T型槽及安装台，所述T型槽与所述第一安装孔连通，所述T型槽包括沿所述第二安装座的长度方向设置的竖向槽，所述竖向槽的槽壁包括第一侧壁和与所述第一侧壁相对的第二侧壁，所述安装台固设于所述第二安装座的侧壁，且所述安装台靠近所述第一侧壁设置，所述安装台设有连接孔，所述连接孔贯穿所述安装台和所述第一侧壁，所述紧固件穿过所述连接孔与所述第二侧壁连接。由于所述第二安装座设有T槽，通过紧固件连接所述第一侧壁和所述第二侧壁时，所述第二安装座会发生变形，此时，所述第二安装座能够与所述换能器“抱死”，进而，提高了所述换能器与所述第二安装座安装的稳固性。

在其中一个实施例中，键合头装置还包括位移传感器，所述位移传感器用于检测所述摆动座相对所述第一安装座的摆动距离。如此，位移传感器监测所述摆动座的摆动距离，并将检测的距离信号发送给控制器，控制器根据所述距离信号判断所述摆动座摆动的位置与预设位置之间的差值，进而实现校准所述摆动座的摆动位置。

在其中一个实施例中，所述位移传感器包括光栅尺及光栅读头，所述光栅尺设置于所述摆动座上，所述光栅读头对应设置于所述第一安装座上。如此，当摆动座摆动时带动所述光栅尺移动，所述光栅读头能够通过读取所述光栅尺的读数来反应所述摆动座摆动的距离。

在其中一个实施例中，键合头装置还包括冷却件，所述冷却件包括进气口、气流通道及出气槽，所述出气槽沿所述冷却件的长度方向设置于所述冷却件的侧壁，所述出气槽的侧壁设有出气口，所述出气槽的开口朝向所述驱动机构设置，所述出气口、所述气流通道及所述进气口连通。如此，冷却气流通过所述进气口流经所述气流通道至所述出气槽，所述出气槽沿所述冷却件的长度方向设置于所述冷却件的侧壁，如此，所述出气槽能够将所述冷却气体以一出气面的形式向所述驱动机构喷出，进而能有效的覆盖和冷却所述驱动机构。

在其中一个实施例中，所述驱动机构包括音圈电机，所述音圈电机包括电机动子和电机定子，所述电机动子与所述摆动座连接，所述电机定子与所述第一安装座连接。如此，音圈电机具有结构简单体积小、高速、高加速响应快等特性，因此，通过音圈电机驱动所述摆动座能够使所述摆动座具备较高的加速度。

另一方面，本申请还涉及一种超声波键合机，包括键合头装置。

上述超声波键合机在使用时，通过所述驱动机构驱动所述摆动座相对所述第一安装座转动，所述焊接机构与所述摆动座连接，所述焊接机构包括焊头，因此，所述摆动座能够带动所述焊头向靠近或远离待键合金属线的方向转动；由于在同等驱动力的作用下，摆动能够达到的加速度大于直线运动所能够达到的加速度；进而，该键合头装置能够使焊头以较高的加速度驱动焊头向待键合的金属线移动，使所述焊头向待键合的金属线移动的时间短，进而提高了金属线键合的效率。

附图说明

图1为键合头装置的结构示意图；

图2为图1中键合头装置的正视图；

图3为图2中A-A向剖视图；

图4为可弹性复位机构的结构示意图；

图5为第二安装座的结构示意图；

图6为第二安装座的另一个视角的结构示意图；

图7为图6中B-B向剖视图；

图8为冷却件的结构示意图；

图9为冷却件的另一个角度的结构示意图；

图10为图9中C-C向剖视图。

附图标记说明：

10、键合头装置，100、焊接机构，110、焊头，120、换能器，130、第二安装座，131、第一安装孔，132、凸台，133、T型槽，134、安装台，135、第一侧壁，136、第二侧壁，137、连接孔，200、摆动座，210、第一座体，220、第二座体，300、第一安装座，310、第一连接体，320、第二连接体，330、第三连接体，340、承压体，400、音圈电机，410、电机动子，420、电机定子， 500、可弹性复位机构，510、转动体，520、固定体，610、光栅尺，620、光栅读头，700、冷却件，710、进气口，720、气流通道，730、出气槽。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

有必要指出的是，当元件被称为“固设于”另一元件时，两个元件可以是一体的，也可以是两个元件之间可拆卸连接。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，还需要理解的是，在本实施例中，术语“下”、“上”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、等所指示的位置关系为基于附图所示的位置关系；“第一”、“第二”等术语，是为了区分不同的结构部件。这些术语仅为了便于描述本实用新型和简化描述，不能理解为对本实用新型的限制。

如图1和图2所示，一实施例中的一种键合头装置10，包括：第一安装座 300；焊接机构100，焊接机构100包括焊头110；摆动座200，焊接机构100固设于摆动座200，摆动座200可转动地设置于第一安装座300；及驱动机构，驱动机构用于驱动摆动座200相对第一安装座300转动，使焊头110能够向靠近或远离待焊件的方向转动。

上述键合头装置10在使用时，通过驱动机构驱动摆动座200相对第一安装座300转动，焊接机构100与摆动座200连接，焊接机构100包括焊头110，因此，摆动座200能够带动焊头110向靠近或远离待键合金属线的方向转动；由于在同等驱动力的作用下，摆动能够达到的加速度大于直线运动所能够达到的加速度；进而，该键合头装置10能够使焊头110以较高的加速度驱动焊头110 向待键合的金属线移动，使焊头110向待键合的金属线移动的时间短，进而提高了金属线键合的效率。

如图3和图4所示，在上述实施例的基础上，键合头装置10还包括可弹性复位机构500，可弹性复位机构500包括转动体510和固定体520，转动体510 能够相对固定体520在预设角度范围内来回转动，转动体510与摆动座200连接，固定体520与第一安装座300连接。如此，当驱动机构停机时，可弹性复位机构500能够带动摆动座200复位，即带动焊头110复位，避免在断电时，出现撞机；在本次实施例，可弹性复位机构500为十字弹簧轴承，十字弹簧轴承包括转动体510和固定体520，第一安装座300包括间隔设置的第一连接体 310、第二连接体320、第三连接体330及承压体340，第三连接体330固设于承压体340，且第三连接体330与承压体340呈夹角设置，第一连接体310和第二连接体320间隔设置形成一个容纳槽，且第一连接体310分别与第三连接体 330和承压体340连接，第二连接体320分别与第三连接体330和承压体340连接，摆动座200设置于容纳槽，第三连接体330设有连接口，摆动座200的一端穿过连接口与驱动机构连接，第一连接体310和第二连接体320均设有第二安装孔，第二座体220的数量为两个，两个第二座体220间隔设置，一个第二座体220对应一个第二安装孔，第二座体220设有第三安装孔，十字弹簧轴承包括转动体510和固定体520，固定体520固设于第二安装孔的内壁，转动体 510固设于第三安装孔的内壁；如此，十字弹簧轴承一方面起到支撑摆动座200 的作用，另一方面还起到转动支点的作用。

如图1所示，在上述任一实施例的基础上，摆动座200包括第一座体210 和第二座体220，第二座体220的一端与第一座体210连接，且第二座体220与第一座体210呈夹角设置，第二座体220与转动体510连接，第一座体210与焊接机构100连接。如此，第二座体220相当于摆动臂，带动第一座体210摆动；同时第二座体220与第一座体210呈夹角设置，第二座体220能够起到支撑第一座体210的作用，避免在断电时，第一座体210因为自身的重力下降撞机。

如图1和图2所示，在上述任一实施例的基础上，焊接机构100包括换能器120及第二安装座130，换能器120的一端与焊头110连接，第二安装座130 与第一座体210连接，第二安装座130包括第一安装孔131及至少两个凸台132，所有凸台132沿同一圆周间隔设置于第一安装孔131的内壁，换能器120的另一端穿设于第一安装孔131，凸台132与换能器120的侧壁抵接。如此，通过换能器120将电能转化为机械能，即超声波，再传递给焊头110；所有凸台132沿同一圆周间隔设置于第一安装孔131的内壁，此时，换能器120与凸台132抵接，如此，降低了换能器120与第二安装座130的接触面积，进而,避免了换能器120与第二安装座130接触面积过大，降低超声波的损耗。在本次实施例中，凸台132的数量为6个，6个凸台132分成两分凸台132组，两组凸台132组间隔设置，每组凸台132组的数量为3个，3个凸台132沿同一圆周间隔设置。

如图5至图7所示，在上述任一实施例的基础上，键合头装置10还包括紧固件，第二安装座130的侧壁设有T型槽133及安装台134，T型槽133与第一安装孔131连通，T型槽133包括沿第二安装座130的长度方向设置的竖向槽，竖向槽的槽壁包括第一侧壁135和与第一侧壁135相对的第二侧壁136，安装台 134固设于第二安装座130的侧壁，且安装台134靠近第一侧壁135设置，安装台134设有连接孔137，连接孔137贯穿安装台134和第一侧壁135，紧固件穿过连接孔137与第二侧壁136连接。由于第二安装座130设有T槽，通过紧固件连接第一侧壁135和第二侧壁136时，第二安装座130会发生变形，此时，第二安装座130能够与换能器120“抱死”，进而，提高了换能器120与第二安装座130安装的稳固性。在本次实施例中，第二侧壁136设有内螺纹孔，紧固件为螺栓，螺栓穿过连接孔137与内螺纹孔连接。

在上述任一实施例的基础上，键合头装置10还包括位移传感器，位移传感器用于检测摆动座200相对第一安装座300的摆动距离。如此，位移传感器监测摆动座200的摆动距离，并将检测的距离信号发送给控制器，控制器根据距离信号判断摆动座200摆动的位置与预设位置之间的差值，进而实现校准摆动座200的摆动位置。如图1和图3所示，在该实施例的基础上，位移传感器包括光栅尺610及光栅读头620，光栅尺610设置于摆动座200上，光栅读头620 对应设置于第一安装座300上。如此，当摆动座200摆动时带动光栅尺610移动，光栅读头620能够通过读取光栅尺610的读数来反应摆动座200摆动的距离。

如图8、图9和图10所示，在上述任一实施例的基础上，键合头装置10还包括冷却件700，冷却件700包括进气口710、气流通道720及出气槽730，出气槽730沿冷却件700的长度方向设置于冷却件700的侧壁，出气槽730的侧壁设有出气口，出气槽730的开口朝向驱动机构设置，出气口、气流通道720 及进气口710连通。如此，冷却气流通过进气口710流经气流通道720至出气槽730，出气槽730沿冷却件700的长度方向设置于冷却件700的侧壁，如此，出气槽730能够将冷却气体以一出气面的形式向驱动机构喷出，进而能有效的覆盖和冷却驱动机构。

如图1和图2所示，在上述任一实施例的基础上，驱动机构包括音圈电机 400，音圈电机400包括电机动子410和电机定子420，电机动子410与摆动座 200连接，电机定子420与第一安装座300连接。如此，音圈电机400具有结构简单体积小、高速、高加速响应快等特性，因此，通过音圈电机400驱动摆动座200能够使摆动座200具备较高的加速度。

本申请还涉及一种超声波键合机，一实施例中的一种超声波键合机，包括键合头装置10。

上述超声波键合机在使用时，通过驱动机构驱动摆动座200相对第一安装座300转动，焊接机构100与摆动座200连接，焊接机构100包括焊头110，因此，摆动座200能够带动焊头110向靠近或远离待键合金属线的方向转动；由于在同等驱动力的作用下，摆动能够达到的加速度大于直线运动所能够达到的加速度；进而，该键合头装置10能够使焊头以较高的加速度驱动焊头向待键合的金属线移动，使焊头向待键合的金属线移动的时间短，进而提高了金属线键合的效率。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。