一种粗铝线键合机的制作方法

本发明涉及一种半导体功率器件内引线焊接设备，尤其涉及的是一种粗铝线键合机。

背景技术：

粗铝线键合机，主要应用于to-220、to-3p封装大、中功率三极管、可控硅、场效应管、大电流快恢复二极管、肖特基二极管等半导体功率器件的内引线焊接。在现有的粗铝线键合机中，其引线焊接机头模组的体积和质量一般较大（如带动引线焊接机头模组进行四个自由度运动的全部结构都复合成在引线焊接机头模组内形成一个整体，在引线焊接机头模组内复合用于监控焊接过程的视觉结构），导致引线焊接机头模组在进行运动时速度较慢，不能实现轻量化运动。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种粗铝线键合机，解决上述一个或者多个问题，以使粗铝线键合机的焊接机头模组实现运动轻量化。

本发明的技术方案如下：本技术方案提供一种粗铝线键合机，包括：

送料夹具模组，用于将待加工的半导体功率器件输送到焊接工位，在半导体功率器件焊接时固定半导体功率器件，在半导体功率器件焊接完毕后将其输送出料；

焊接机头模组，用于在焊接工位对半导体功率器件实现引线焊接；

焊接机头运动驱动机构，用于带动焊接机头模组实现运动；

放线模块，用于提供焊线至焊接机头模组处实现引线焊接；

所述焊接机头运动驱动机构包括x轴驱动机构、y轴驱动机构、z轴驱动机构、旋转驱动机构、x轴导向板、y轴导向板、安装板和花键轴；

所述y轴导向板设置在x轴导向板上，所述y轴导向板与x轴驱动机构连接，y轴导向板在x轴驱动机构的带动下在x轴导向板上沿x轴方向前后移动；

所述安装板设置在y轴导向板上，所述安装板与y轴驱动机构连接，安装板在y轴驱动机构的带动下在y轴导向板上沿y轴方向前后移动；

所述z轴驱动机构和旋转驱动机构均安装在安装板上；

所述焊接机头模组安装在花键轴的一端端部；

所述z轴驱动机构与花键轴连接，带动焊接机头模组沿z轴方向上下升降；

所述旋转驱动机构与花键轴连接，带动焊接机头模组以花键轴为旋转中心实现转动。

进一步地，还包括用于承载待加工的半导体功率器件的供料模块和用于承载加工完毕的半导体功率器件的收料模块。

进一步地，所述花键轴包括轴体和旋转件，所述轴体穿过旋转件实现配合安装，所述轴体在旋转件内自转，所述焊接机头模组安装在轴体的一端端部；所述z轴驱动机构与轴体连接，带动轴体在旋转件内沿z轴方向上下升降；所述旋转件与旋转驱动机构连接，由旋转驱动机构带动旋转件和轴体带动实现自转。

进一步地，在x轴导向板上设置有沿x轴方向设置的x轴导向轨，所述y轴导向板的底部通过滑块卡合x轴导向轨上，在x轴导向板上沿x轴方向前后移动。

进一步地，在y轴导向板上设置有沿y轴方向设置的y轴导向轨，所述安装板的底部通过滑块卡合在y轴导向轨上，在y轴导向板上沿y轴方向前后移动。

进一步地，所述x轴驱动机构包括x轴驱动电机、与x轴驱动电机的电机轴连接并随电机轴一起转动的丝杆、设置在丝杆上并随丝杆转动而沿丝杆前后移动的滑块，所述y轴导向板与滑块连接；通过x轴驱动电机驱动焊接机头模组沿x轴方向来回移动。

进一步地，所述y轴驱动机构包括y轴驱动电机、与y轴驱动电机的电机轴连接并随电机轴一起转动的丝杆、设置在丝杆上并随丝杆转动而沿丝杆前后移动的滑块、设置在滑块上的移动板，所述安装板与移动板连接；通过y轴驱动电机驱动焊接机头模组沿y轴方向来回移动。

进一步地，所述z轴驱动机构包括沿竖直方向设置的z轴驱动电机、与z轴驱动电机的电机轴连接并随电机轴一起转动的丝杆、设置在丝杆上并随丝杆转动而沿丝杆前后移动的滑块，所述滑块与轴体连接；通过z轴驱动电机驱动焊接机头模组沿z轴方向上下升降。

进一步地，所述旋转驱动机构包括旋转电机、设置在旋转电机的电机轴上的主动传动轮，在旋转件外面套设有从动传动轮，所述主动传动轮和从动传动轮之间通过皮带传动连接；通过旋转驱动机构带动焊接机头模组实现旋转。

进一步地，包括设置在x轴导向板上的相机视觉结构，所述焊接机头模组位于x轴导向板的下方，所述相机视觉结构呈横向设置在x轴导向板上，焊接机头模组在焊接工位进行半导体功率器件的内引线焊接，照射到焊接位处的光线反射后向上传递经过90°转折后进入相机视觉结构成像。

本发明的有益效果：本发明通过提供一种粗铝线键合机，通过将传统四个自由度的结构一般都复合成一个整体的引线焊接机头模组进行解耦，将x轴驱动机构和y轴驱动机构通过x轴导向轨和y轴导向轨进行解耦；将z轴驱动机构和旋转驱动机构通过花键轴实现解耦，使整个焊接机头模组的更加轻量化；还将传统与焊头结构复合在一起的竖向设置的监控视觉结构变成横向设置在焊接机头模组的外面，通过棱镜改变照射到焊接位处的光线反射后的光路传播方向，以保证反射的光线可以顺利进入成像相机内成像，通过将相机视觉结构与焊接机头模组拆分开来，使得焊接机头模组的质量和体积可以尽可能减少；使整个焊接机头模组尽可能轻量化，提高焊接机头模组的移动速度，有效提高焊接效率。

附图说明

图1和图2是本发明中粗铝线键合机的结构示意图。

图3和图4是本发明中焊接机头运动驱动机构和焊接机头模组的结构示意图。

图5是本发明中花键轴的结构示意图。

图6和图7是本发明中相机视觉结构的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图1至图4所示，一种粗铝线键合机，包括：

供料模块1，用于承载待加工的半导体功率器件；

收料模块2，用于承载加工完毕的半导体功率器件；

送料夹具模组3，用于将半导体功率器件从供料模块1输送到焊接工位，在半导体功率器件焊接时固定半导体功率器件，在半导体功率器件焊接完毕后将其输送至收料模块2内；

焊接机头模组4，用于在焊接工位对半导体功率器件实现引线焊接；

焊接机头运动驱动机构，用于带动焊接机头模组4实现运动；

放线模块，用于提供焊线（即铝线）至焊接机头模组4处实现引线焊接；

所述焊接机头运动驱动机构包括x轴驱动机构、y轴驱动机构、z轴驱动机构、旋转驱动机构、x轴导向板421、y轴导向板431、安装板441和花键轴46；

所述y轴导向板431设置在x轴导向板421上，所述y轴导向板431与x轴驱动机构连接，y轴导向板431在x轴驱动机构的带动下在x轴导向板421上沿x轴方向前后移动；

所述安装板441设置在y轴导向板431上，所述安装板441与y轴驱动机构连接，安装板441在y轴驱动机构的带动下在y轴导向板431上沿y轴方向前后移动；

所述z轴驱动机构和旋转驱动机构均安装在安装板441上；

所述焊接机头模组4安装在花键轴46的一端端部；

所述z轴驱动机构与花键轴46连接，带动焊接机头模组4沿z轴方向上下升降；

所述旋转驱动机构与花键轴46连接，带动焊接机头模组4以花键轴46为旋转中心实现转动。

在某些具体实施例中，如图5所示，所述花键轴46包括轴体461和旋转件462，所述轴体461穿过旋转件462实现配合安装，所述轴体461在旋转件462内自转，所述焊接机头模组4安装在轴体461的一端端部；所述z轴驱动机构与轴体461连接，带动轴体461在旋转件462内沿z轴方向上下升降；所述旋转件462与旋转驱动机构连接，由旋转驱动机构带动旋转件462和轴体461带动实现自转。

在某些具体实施例中，在所述安装板441上设置有安装支架4411，在所述安装支架4411上设置有安装轴承，所述旋转件462安装在安装轴承内，旋转件462在安装轴承内实现转动。根据实际使用需要，可以使用花键轴46与安装轴承配合安装使用，也可以直接使用自带安装轴承的花键轴46直接安装使用。

本实施例中，所述花键轴46采用空心结构的花键轴，其中焊线（即铝线）穿过空心结构的花键轴到达焊接机头模组4实现焊接；其中焊接机头运动驱动机构中的部分电线（即z轴驱动机构、旋转驱动机构中的电线）穿过空心结构的花键轴实现布线；这样，可以进一步使焊接机头模组4和焊接机头运动驱动机构的整体结构更加紧凑、简洁，实现焊接机头模组4的运动轻量化。

在某些具体实施例中，在x轴导向板421上设置有沿x轴方向设置的x轴导向轨4211，所述y轴导向板431的底部通过滑块卡合x轴导向轨4211上，在x轴导向板421上沿x轴方向前后移动。具体地，还可以将x轴导向轨4211替换为导向丝杠滑块等其他导向结构。

在某些具体实施例中，在y轴导向板431上设置有沿y轴方向设置的y轴导向轨4311，所述安装板441的底部通过滑块卡合在y轴导向轨4311上，在y轴导向板431上沿y轴方向前后移动。具体地，还可以将y轴导向轨4311替换为导向丝杠滑块等其他导向结构。

在某些具体实施例中，所述x轴驱动机构包括x轴驱动电机422、与x轴驱动电机422的电机轴连接并随电机轴一起转动的丝杆、设置在丝杆上并随丝杆转动而沿丝杆前后移动的滑块，所述y轴导向板431与滑块连接；通过x轴驱动电机422驱动焊接机头模组4沿x轴方向来回移动。

在某些具体实施例中，所述y轴驱动机构包括y轴驱动电机432、与y轴驱动电机432的电机轴连接并随电机轴一起转动的丝杆、设置在丝杆上并随丝杆转动而沿丝杆前后移动的滑块、设置在滑块上的移动板，所述安装板441与移动板连接；通过y轴驱动电机432驱动焊接机头模组4沿y轴方向来回移动。

为了保证移动板在移动过程中更加平稳，所述y轴驱动机构还包括y轴导向导轨，所述移动板的底部通过滑块卡合在所述y轴导向导轨上。

在某些具体实施例中，所述z轴驱动机构包括沿竖直方向设置的z轴驱动电机442、与z轴驱动电机442的电机轴连接并随电机轴一起转动的丝杆、设置在丝杆上并随丝杆转动而沿丝杆前后移动的滑块，所述滑块与轴体461连接；通过z轴驱动电机442驱动焊接机头模组4沿z轴方向上下升降。

在某些具体实施例中，所述旋转驱动机构包括旋转电机451、设置在旋转电机451的电机轴上的主动传动轮，在旋转件462外面套设有从动传动轮，所述主动传动轮和从动传动轮之间通过皮带传动连接；通过旋转驱动机构带动焊接机头模组4实现旋转。

其中，所述焊接机头模组4的机头采用现有结构即可，这里不再赘述。

在某些具体实施例中，如图6和图7所示，所述粗铝线键合机还包括设置在x轴导向板421上的相机视觉结构7，所述焊接机头模组4位于x轴导向板421的下方，所述相机视觉结构7呈横向设置在x轴导向板421上，焊接机头模组4在焊接工位进行半导体功率器件的内引线焊接，照射到焊接位处的光线反射后向上传递经过90°转折后进入相机视觉结构7成像。

在某些具体实施例中，所述相机视觉结构7包括棱镜和成像相机，所述棱镜位于焊接工位的上方，成像相机设置在x轴导向板421上，棱镜和成像相机之间的光路平行于所述x轴导向板421呈横向设置，照射到焊接位处的光线反射后经过棱镜90°的转折作用入射到成像相机内成像。

在某些具体实施例中，所述棱镜采用直角棱镜。

在某些具体实施例中，为了适应保证拍摄质量，所述相机视觉结构7还包括视觉光源74，所述视觉光源74发出光线照射焊接位。

在某些具体实施例中，在轴体461的一端端部设置有固定安装板，所述焊接机头模组4安装在固定安装板下表面上；所述视觉光源74包括设置在固定安装板下表面上的光源模组，所述光源模组中间开设有通孔，在光源模组上围绕通孔设置有一圈灯珠；灯珠发出光线照射到焊接工位处，光线反射后经过通孔进入棱镜，经过棱镜90°的转折作用入射到成像相机内成像。

在某些具体实施例中，为了节省电源，所述灯珠采用led灯珠。

本技术方案中，通过将传统四个自由度的结构一般都复合成一个整体的引线焊接机头模组进行解耦，将x轴驱动机构和y轴驱动机构通过x轴导向轨4211和y轴导向轨4311进行解耦，焊接机头模组4实现x轴方向移动时，y轴驱动机构不会随之移动，焊接机头模组4实现y轴方向移动时，x轴驱动机构不会随之移动；将z轴驱动机构和旋转驱动机构通过花键轴46实现解耦，焊接机头模组4实现z轴方向升降时，旋转驱动机构不会随之升降，焊接机头模组4实现旋转时，z轴驱动机构不会随之旋转；使整个焊接机头模组4的更加轻量化，提高焊接机头模组4的移动速度，有效提高焊接效率；传统四个自由度的结构复合成一个整体的引线焊接机头模组的重量约为15kg，而本技术方案经过解耦后的焊接机头模组4的质量约为2kg，减重达到650%；而传统解耦前的引线焊接机头模组的焊接速度约为2.1k/小时（即每小时焊接2100条焊线），而本技术方案经过解耦后的焊接机头模组4的焊接速度约为3k/小时（即每小时焊接3000条焊线），焊接速度提高了42.86%，焊接效率大大提高。本技术方案还将传统与焊头结构复合在一起的竖向设置的监控视觉结构变成横向设置在焊接机头模组4的外面，通过棱镜改变照射到焊接位处的光线反射后的光路传播方向，以保证反射的光线可以顺利进入成像相机内成像；通过将相机视觉结构7与焊接机头模组4拆分开来，减少了焊接机头模组4的竖向安装尺寸和安装体积，使得焊接机头模组4的质量和体积可以尽可能减少，使焊接机头模组4实现运动的轻量化成为可能，有效提高设备的加工速度。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。