半导体键合设备的压力系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种半导体键合工艺设备技术领域，尤其涉及一种半导体键合设备的压力系统。


背景技术：

2.在半导体键合过程中，压盘从初始位置下降到最终位置，与目标工件接触时，一定要保证压力板的运动平稳，在压力切换时不能出现冲击的现象，否则容易导致压盘将工件压碎的现象。现有半导体键合设备的压力系统一般为一体式产品，可保证压力板运动平稳，但是一体式产品受低压缸径液压管路影响，在低压驱动大直径油缸运动时速度较慢运动范围小，无法快速完成键合动作。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术中压力系统无法快速完成键合动作的不足，本实用新型的目的在于提供一种半导体键合设备的压力系统，其可快速完成键合动作。
4.本实用新型提供的一种半导体键合设备的压力系统包括：
5.油缸机构，其包括固定设置的油缸，所述油缸上设置有通油口和通气口；所述油缸内设置有活塞，所述活塞将油缸内部分为气腔和油腔，所述气腔与所述通气口相连通，所述油腔与所述通油口相连通；所述活塞固定连接在活塞杆的中部，所述活塞杆的第一端穿过所述油腔并与所述油缸形成滑动连接，所述活塞杆的第二端穿过所述气腔并与所述油缸形成滑动连接，活塞杆的第二端设置有压盘；
6.第一驱动机构，其用于驱动所述活塞杆的第一端并通过所述第一端带动所述压盘在第一位置和第二位置之间往复直线运动；
7.第二驱动机构，其用于驱动所述活塞并通过所述活塞带动所述压盘从第二位置移动到第三位置；以及
8.复位机构，其用于驱动所述活塞杆的第一端并通过所述第一端带动所述压盘从所述第三位置移动到所述第二位置；
9.所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置位于同一直线上。
10.通过设置两个驱动机构分别驱动压盘移动，可根据压板的不同行程特点选用不同的驱动机构，当油缸带动压盘在从初始位(第一位置)到预置位(第二位置)的较长行程中，可选用第一驱动机构速度驱动压盘移动，当油缸带动压盘在从预置位(第二位置)到加压位(第三位置)的较短行程中，可选用第二驱动机构以高压平稳驱动压盘移动，在保证键合质量的同时，快速完成键合动作。
11.优选地，所述第一驱动机构包括第一气缸、活塞和活塞杆；所述第一气缸上设置有第一通气口和第二通气口，所述活塞设置在所述第一气缸内并将所述第一气缸内部分为第一气腔和第二气腔，所述第一气腔与所述第一通气口相连通，所述第二气腔与所述第二通气口相连通；所述活塞杆的一端固定设置在所述第一气缸外，另一端伸入所述第一气腔内
并与所述活塞固定连接，所述活塞杆与所述第一气缸形成滑动连接；
12.所述复位机构包括第二气缸和活塞；所述第二气缸设置在所述第一气缸与所述油缸之间，并且所述第二气缸与所述第一气缸固定连接为一体；所述第二气缸上设置有第一通气口和第二通气口，所述活塞设置在所述第二气缸内并将所述第二气缸内部分为第一气腔和第二气腔，所述第一气腔与所述第一通气口相连通，所述第二气腔与所述第二通气口相连通；所述油缸机构的活塞杆的第一端伸入所述第二气腔内并与所述活塞固定连接；所述油缸机构的活塞杆与所述第二气缸形成滑动连接。
13.优选地，所述第一驱动机构包括第一气缸、活塞和活塞杆；所述第一气缸上设置有第一通气口和第二通气口，所述活塞设置在所述第一气缸内并将所述第一气缸内部分为第一气腔和第二气腔，所述第一气腔与所述第一通气口相连通，所述第二气腔与所述第二通气口相连通；所述活塞杆的一端固定设置在所述第一气缸外，另一端伸入所述第一气腔内并与所述活塞固定连接，所述活塞杆与所述第一气缸形成滑动连接；
14.所述复位机构包括导向筒、活塞和弹簧；所述导向筒设置在所述第一气缸与所述油缸之间，并且所述导向筒的一端与所述第一气缸固定连接为一体；所述活塞设置在所述导向筒内，所述油缸上的活塞杆的第一端伸入所述导向筒内并与所述活塞固定连接，所述弹簧设置在所述导向筒内，所述弹簧的两端分别与所述活塞和所述导向筒的另一端固定连接。
15.优选地，所述第一气缸的第一通气口和第二通气口上均设置有调速阀。通过调节气体流速控制第一气缸的移动速度，从而控制油缸内活塞移动速度。
16.优选地，所述第一驱动机构包括固定设置的直线电机或电缸；
17.所述复位机构包括第二气缸和活塞所述第二气缸设置在所述第一驱动机构与所述油缸之间，并且所述第二气缸与所述第一驱动机构固定连接；所述第二气缸上设置有第一通气口和第二通气口，所述活塞设置在所述第二气缸内并将所述第二气缸内部分为第一气腔和第二气腔，所述第一气腔与所述第一通气口相连通，所述第二气腔与所述第二通气口相连通；所述油缸机构的活塞杆的第一端伸入所述第二气腔内并与所述活塞固定连接；所述油缸机构的活塞杆与所述第二气缸形成滑动连接。
18.优选地，所述第一驱动机构包括固定设置的直线电机或电缸；
19.所述复位机构包括导向筒、活塞和弹簧；所述导向筒设置在所述第一驱动机构与所述油缸之间，并且所述导向筒的一端与所述直线电机或电缸的输出端固定连接为一体；所述活塞设置在所述导向筒内，所述油缸上的活塞杆的第一端伸入所述导向筒内并与所述活塞固定连接，所述弹簧设置在所述导向筒内，所述弹簧的两端分别与所述活塞和所述导向筒的另一端固定连接。
20.优选地，所述第二驱动机构包括将气压输入转为等比例液压输出装置和将气压输入转为倍比例液压输出装置。油缸压力输出分为低压段和高压段，分别由将气压输入转为等比例液压输出装置和将气压输入转为倍比例液压输出装置执行，解决了一个油缸在设计最高压力输出时，可输出的最低压力过高和低压力段精度差的问题，提高了系统压力输出能力和全压力段的输出精度。
21.优选地，将气压输入转为等比例液压输出装置为气液转换器，所述气液转换器包括缸体，所述缸体上设置有通气口和通油口；所述缸体内设置与有活塞，所述活塞将缸体内
部分为气腔和油腔，所述气腔与所述通气口相连通，所述油腔与所述通油口相连通；所述活塞位于所述气腔的一侧的面积与活塞位于所述油腔的一侧的面积相等。
22.优选地，将气压输入转为倍比例液压输出装置为气液增压器，所述气液增压器包括相连通的气缸缸体和油室；所述油室远离所述气缸缸体的一侧设置有液体出入口；所述气缸缸体上设置有第一通气口和第二通气口，所述气缸缸体内设置有活塞，所述活塞将所述气缸缸体内部分为第一气腔和第二气腔，所述第一气腔与所述第一通气口以及油室相连通，所述第二气腔与所述第二通气口相连通；所述第一气腔内设置有柱塞，所述柱塞的一端固定连接所述活塞，所述柱塞的另一端伸入所述油室内；所述柱塞位于所述油室的一端的面积小于所述活塞的位于第二气腔的一端的面积。
23.气液转换器和气液增压器的气压控制由电气比例阀执行，压力精度和压力稳定性可控。
24.优选地，所述油缸的通气口通过管道连接有回油缸。设置回油缸，可回收从活塞和油缸密封处渗漏的液压油。
25.与现有技术相比，本技术的半导体键合设备的压力系统采用分体设计，通过设置两个驱动机构分别驱动压盘移动，可根据压板的不同行程特点选用不同的驱动机构，当油缸带动压盘在从初始位(第一位置)到预置位(第二位置)的较长行程中，可选用第一气缸驱动压盘，速度易调整，行程可固定。当油缸带动压盘在从预置位(第二位置)到加压位(第三位置)的较短行程中，将油缸压力输出分为低压段和高压段，分别由气液转换器和气液增压器执行，解决了一个油缸在设计最高压力输出时，可输出的最低压力过高和低压力段精度差的问题，提高了系统压力输出能力，和全压力段的输出精度。气液转换器和气液增压器的气压控制由电气比例阀执行，压力精度和压力稳定性可控。
26.上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本实用新型的目的。
附图说明
27.在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：
28.图1为本实用新型实施例1提供的半导体键合设备的压力系统的结构示意图；
29.图2为半导体键合设备的压力系统键合流程示意图；
30.图3为本实用新型实施例2提供的半导体键合设备的压力系统的结构示意图；
31.图4为本实用新型实施例3提供的半导体键合设备的压力系统的结构示意图；
32.图5为本实用新型实施例4提供的半导体键合设备的压力系统的结构示意图。
33.附图标记说明：
34.1、第一气缸；2、第二气缸；3、油缸；4、回油缸；5、气液转换器；6、气液增压器；7、压盘；8、导向筒；9、弹簧；62、柱塞；63、油室；64、气缸缸体；100、直线电机；200、电缸；
35.11、21、31、51、61、81、活塞；
36.12、32、活塞杆；
37.321、第一端；322、第二端；
38.g、油压表；
39.x1、x2、消音器；
40.f1、f2、调速阀；
41.c、g、e、第一通气口；
42.a、b、f、第二通气口；
43.i、d、m、通气口；
44.h、j、k、通油口。
具体实施方式
45.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本实用新型中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
46.本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
47.在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。
48.本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
49.如图1所示，半导体键合设备的压力系统包括油缸机构、第一驱动机构、第二驱动机构和复位机构。
50.油缸机构包括固定设置的油缸3，油缸3的一侧设置有通油口h，另一侧设置有通气口i。油缸3内设置有活塞31和活塞杆32，活塞31将油缸3内部分为气腔和油腔，气腔与通气口i相连通，油腔与通油口h相连通。活塞31固定连接在活塞杆32的中部，活塞杆32穿过油缸3并且活塞杆32的两端均位于油缸3之外，其中活塞杆32的第一端321穿过油腔与油缸3形成滑动连接，活塞杆32的第二端322穿过气腔并与油缸3形成滑动连接，活塞杆32的第二端设置有压盘7。为了便于监测油压，优选在油缸3的通油口上设置有油压表g。
51.第一驱动机构包括第一气缸1、活塞11和活塞杆12。第一气缸1的上设置第一通气口c和第二通气口a，活塞11设置在第一气缸1内并与第一气缸1内壁形成滑动连接，通过活塞11将第一气缸1内部分为第一气腔和第二气腔，第一气腔与第一通气口c相连通，第二气腔与第二通气口a相连通。活塞杆12的一端固定设置在第一气缸1之外，另一端伸入第一气缸1的第一气腔内并与位于第一气缸1内的活塞11固定连接，活塞杆12与第一气缸1形成滑动连接。
52.复位机构包括第二气缸2和活塞21。第二气缸2设置在第一气缸1与油缸3之间，第一气缸1、第二气缸2以及油缸3三者同轴设置，并且第二气缸2与第一气缸1固定连接为一体，当第一气缸1移动时将带动第二气缸2移动。第二气缸2上设置有第一通气口g和第二通气口b，活塞21设置在第二气缸2内并将第二气缸2内部分为第一气腔和第二气腔，第一气腔与第一通气口g相连通，第二气腔与第二通气口b相连通。油缸机构中的活塞杆32的第一端321伸入第二气缸2的第二气腔内并与位于第二气缸2内的活塞21固定连接；油缸机构内的活塞杆32与第二气缸2形成滑动连接。当第二气缸2内的活塞31移动时将带动油缸机构中的活塞杆32和活塞31移动，进而带动压盘7移动。
53.可选地，在第一气缸1的第一通气口c和第二通气口a上分别设置调速阀f1、f2，通过调速阀f1、f2调节气体流速控制第一气缸1的移动速度，从而控制油缸3内活塞31和活塞杆32的移动速度。
54.第二驱动机构包括气液转换器5和气液增压器6，气液转换器5的通油口j和气液增压器6的通油口k均与油缸3的通油口h相连通。
55.气液转换器5包括缸体，缸体的一侧设置有通气口d，缸体的另一侧设置有通油口j；缸体内设置有活塞51，活塞51将缸体内部分为气腔和油腔，气腔连通通气口d，油腔连通通油口j；活塞51位于气腔的一端的面积与活塞51位于油腔的一端的面积相等，气液转换比为1:1。
56.气液增压器6包括相连通的气缸缸体64和油室63。油室63远离气缸缸体64的一侧设置有通油口k；气缸缸体64上设置有第一通气口e，另一侧设置有第二通气口f；气缸缸体64内设置有活塞61，活塞61将气缸缸体64内部分隔为第一气腔和第二气腔，第一气腔与第一通气口e以及油室63相连通，第二气腔同时与第二通气口f相连通；第一气腔内设置有柱塞62，柱塞62的一端固定连接活塞61，柱塞62的另一端伸入油室63内；柱塞62位于油室63的一端的面积小于活塞的位于第二气腔的一端的面积。当柱塞62和活塞61均为圆柱体时，柱塞62位于油室63的一端的面积即为柱塞62的横截面积，活塞61的位于第二气腔的一端的面积即为活塞61的横截面积。可根据需要设计柱塞62与活塞61横截面积的比值，如要求气液转换比为1:n(n》1)，则柱塞62与活塞61横截面积的比值为1:n，将从而达到通过气压给油缸3增压的效果。
57.在键合过程中，压盘7从初始位置下降到最终位置，与目标工件接触时，一定要保证压盘7的运动平稳，在压力切换时不能出现冲击的现象，否则容易导致压盘7将工件压碎的现象。本实用新型的键合设备压力系统，在压盘7全行程中设计三个位置，压盘7对工件加压时油缸3压力输出设计两种压力(参见图2)：
58.第一位置为初始位，压盘7处于上位；
59.第二位置是预置位，压盘7仅接触工件，工件在理论上不受压力或受到很小的压力。在从第一位置到第二位置期间，压盘7仅进行移动，压力采用低压即可满足要。该行程段较长，其行程为初始位到预置位的距离，该段行程也称为低压行程。
60.第三位置是加压位，压盘7以高压力作用在工件上，完成键合过程。在从第二位置到第三位置期间，压盘7必须以高压进行驱动，此时油缸3的压力必须采用高压。此阶段的行程非常短，理论上可以达到零距离，该段行程也称为高压行程。
61.第一位置、第二位置和第三位置位于同一直线上。第一驱动机构用于驱动压盘7在
第一位置和第二位置之间往复直线运动；第二驱动机构用于驱动压盘7从第三位置移动到第二位置；复位机构用于驱动压盘7从第二位置移动到第三位置。
62.压盘7对工件加压时，将油缸3压力输出分为低压段和高压段。低压段压力输出由气液转换器5执行，其活塞51气压端和液压端面积相等，气液转换比为1:1。高压段压力输出由气液增压器6执行，其活塞61气压端和柱塞62液压端面积比为两端直径的平方比，可根据需要设计，气液转换比可为1:n，从而达到通过气压给油缸3增压的效果。在压盘7接触到工件前，油缸3内的活塞的运行通过第一气缸1来实现，气液转换器5只提供补油，使用第一气缸1的调速阀f1、f2控制油缸3活塞31的运动速度。
63.半导体键合设备的压力系统运行时，持续通过第二气缸2的第二通气b口向第二气缸2内通入一定压强的压缩空气，并使第二气缸2的第一通气口g持续与大气连通；通过第一气缸1的第二通气口a向第一气缸1内通入一定压强的压缩空气，在压缩空气的推动第一气缸1向下移动，从而驱动压盘7从初始位移动到预置位，移动过程中可通过调速阀f1、f2控制压盘7的移动速度；同时由气液转换器5的通气口d通入一定压强的压缩空气，从而驱动气液转换器5内的液压油进入油缸3，为油缸3补油，实现油缸3活塞31平稳快速运动。
64.到达预置位后，第一气缸1已完全伸出，压盘7已非常接近工件，此时可由气液转换器5的通气口d通入压缩空气增大气液转换器5的气压，等比例转换为油压，实现油缸3低压段压力的输出压制工件。由气液增压器6的第二通气口f通入压缩空气，增倍比例转换为油压，实现油缸3高压段压力的输出压制工件。
65.油缸3依靠油压输出压力移动时将带动第二气缸2内的活塞21向靠近油缸3的一侧移动，高压行程最大距离由第二气缸2决定。压合工艺完成后，释放气液增压器6的第二通气口f气压，气液增压器6的第一通气口e通气，气液增压器6泄压，压盘7依靠第二气缸2退回到预置位与工件脱离。停止通过第一气缸1的第二通气口a向第一气缸1内通气，并改由通过第一气缸1的第一通气口c向第一气缸1内通入一定压强的压缩空气，使第一气缸1缩回，将压盘7带回至初始位，完成一次键合动作。
66.油缸3单向供油，由于油缸3中的活塞31长时间往复运动，从活塞31和油缸3密封处会渗漏液压油，为了回收液压油，优选地，使油缸3的通气口i通过管道连接回油缸4，通过回油缸4收集渗漏的液压油，回油缸4上开设有与大气连通的通气口m。
67.为了消除气流噪音，优选地，在第二气缸2的第一通气口上、回油缸4的通气口上分别加装消音器x1、x2。同时消音器还具有一定的过滤作用，可防止空气中的灰尘等杂质进入第二气缸2和油缸3内。
68.实施例2
69.在实施例1的半导体键合设备的压力系统基础上，对复位机构进行改进。
70.如图3所示，改进后的复位结构包括导向筒8、活塞81和弹簧9；导向筒8为筒状结构，导向筒8设置在第一气缸1与油缸3之间，导向筒8的顶端与第一气缸1固定连接为一体；活塞81设置在导向筒8内，油缸3上的活塞杆32的第一端321伸入导向筒8内并与活塞81固定连接，弹簧9设置在导向筒8内，弹簧9的一端固定连接活塞81，另一端与导向筒8的底端固定连接；为了便于限制活塞81和弹簧9的在导向筒8内的位移，在导向筒8的底端设置有向导向筒8内侧凸出的环状凸起。
71.实施例3
72.如图4所示，在实施例1的半导体键合设备的压力系统基础上进行改进，使用直线电机100替换第一驱动机构，直线电机100固定设置，直线电机100的输出端与第二气缸2固定连接。
73.实施例4
74.如图5所示，在实施例3的半导体键合设备的压力系统基础上进行改进，使用电缸200替换第一驱动机构，电缸200的输出端固定连接导向筒8的顶端。
75.最后应说明的是：以上实施方式及实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式及实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式或实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施方式或实施例技术方案的精神和范围。