专利名称：打线设备及其保护气体自动切换系统与方法
打线设备及其保护气体自动切换系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种打线设备及其保护气体自动切换系统与方法，特别是涉及一种可 确保打线质量的导线接合方法和打线装置。
背景技术：
在半导体封装构造工艺中，打线接合(wiring bonding)技术已广泛地应用于半导 体芯片与封装基板或导线架之间的电性连接。一般打线接合工艺是以金线为主，但由于铜 线具有低成本的优势，相较于金线，铜线具有较佳的导电性及导热性，因而铜制导线的线径 可较细且散热效率较佳。然而，铜线或其它封装导线(例如铝线)极易与空气中的氧分子 结合而生成氧化物，上述氧化物会造成降低封装导线与焊垫表面的结合强度与电性连接质 量(quality)等问题，因而影响铜线或铝线等低成本线材的应用性。为改善上述问题，现有的打线设备在进行易氧化导线的打线作业时，通常会提供 保护气体(例如氮气等钝性气体)于导线上，以防止导线接触外在环境的氧气，进而提供无 氧作业环境来改善氧化等问题。但是，当生产线要使用不同材质的导线来进行另一打线作 业时，打线设备需因应导线的改变，而对应转换供应不同种类的保护气体，以便得到最佳的 打线保护效果。然而，目前的打线设备是由操作人员来判断不同打线工艺所需的保护气体 种类，且由人工的方式来更换不同种类的保护气体及其供应参数(如速度等)。结果，此人 工方式容易产生人为的操作错误，且耗费人力和时间，同时调控的精准度也较为低落。故，有必要提供一种打线设备的保护气体自动切换系统，以解决现有技术所存在 的问题。
发明内容本发明的主要目的在于提供一种打线设备的保护气体自动切换系统，其特征在 于所述保护气体自动切换系统包括气体自动切换装置，连接于所述打线设备的气体喷嘴，用以选择第一保护气体或 第二保护气体来提供至所述气体喷嘴，其中第一气体管道是连接于所述气体自动切换装 置，以提供所述第一保护气体；及第二气体管道是连接于所述气体自动切换装置，以提供所 述第二保护气体；以及控制单元，用以依据所述打线设备进行打线时所使用的导线种类，而传送控制信 号至所述气体自动切换装置，以使所述气体自动切换装置依据所述控制信号来进行切换， 而提供所述第一保护气体或所述第二保护气体至所述打线设备的所述气体喷嘴。本发明的另一目的在于提供一种打线设备的保护气体自动切换方法，其特征在 于所述保护气体自动切换方法包括如下步骤提供打线程序；利用控制单元来读取所述打线程序，并传送控制信号至气体自动切换装置；以及依据所述控制信号，利用所述气体自动切换装置来选择提供第一保护气体或第二
4保护气体至所述打线设备的气体喷嘴。本发明的再一目的在于提供一种打线设备，其特征在于所述打线设备包括承载台，用以固定工作物件；焊针，用以提供导线；气体喷嘴，用以在打线过程中对所述导线进行喷气；以及保护气体自动切换系统，包括气体自动切换装置，连接于所述打线设备的所述气体喷嘴，用以选择第一保护气 体或第二保护气体来提供至所述气体喷嘴，其中第一气体管道是连接于所述气体自动切换 装置，以提供所述第一保护气体；及第二气体管道是连接于所述气体自动切换装置，以提供 所述第二保护气体；以及控制单元，用以依据所述打线设备进行打线时所使用的所述导线的种类，而传送 控制信号至所述气体自动切换装置，以使所述气体自动切换装置依据所述控制信号来进行 切换，而提供所述第一保护气体或所述第二保护气体至所述打线设备的所述气体喷嘴。本发明的保护气体自动切换系统及方法可依据不同的导线材来自动地切换不同 的保护气体，以确保最佳的打线质量，因而可改善人为操作错误问题，并大幅地节省人力和 时间。为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作 详细说明如下
图1显示依据本发明的一实施例的打线设备与保护气体自动切换系统的示意图；图2显示依据本发明的一实施例的保护气体自动切换方法的方法流程图；以及图3显示依据本发明的另一实施例的打线设备与保护气体自动切换系统的示意 图。
具体实施方式请参照图1，其显示依据本发明的一实施例的打线设备与保护气体自动切换系统 的示意图。本实施例的打线设备100的保护气体自动切换系统110可依据打线设备100进 行打线时欲使用的导线材质种类，来自动地切换提供不同种类的保护气体，以改善打线设 备100在进行打线时可能发生的导线氧化等问题。本实施例的保护气体自动切换系统110 可预先整合于打线设备100中，但不限于此，此保护气体自动切换系统110亦可独立于打线 设备100之外，以选择性的搭配用于不同的打线设备100。如图1所示，在本实施例中，此打线设备100可包括保护气体自动切换系统110、承 载台120、焊针130及气体喷嘴140，其中承载台120、焊针130及气体喷嘴140可设置于一 机台或基座(未绘示)上。保护气体自动切换系统110是连接于气体喷嘴140，用以选择适 合的保护气体来提供至气体喷嘴140。承载台120是用以置放和固定工作物件201，以焊接 导线于202于工作物件201上，其中工作物件201可为芯片、发光二极管、封装基板、导线架 等，同时导线202的种类可例如为铜线、铝线、银线、镀钯铜线、金线或其它种类的金属或合 金导线，上述导线202特别是指易氧化的导线，例如铜线、铝线、银线或其合金线材。再者，焊针130可具有通孔来穿设导线202，用以提供导线202，并可接合导线202于工作物件201 上。气体喷嘴140是用以在打线过程中对导线202进行喷气，通过喷出保护气体于导线202 上，可改善氧化等影响打线质量的问题。在本实施例中，气体喷嘴140可包括第一气体喷嘴 141和第二气体喷嘴142。第一气体喷嘴141可对应于焊针130的出线端的焊球成形位置， 用以在焊针130提供导线202并形成焊球的过程中持续地喷出保护气体于导线202上，以 确保导线202由焊针130内穿出并形成焊球时的导线品质。第二气体喷嘴142可对应于承 载台120上的工作物件201，而可在打线过程中持续地喷出保护气体于承载台120上的工 作物件201，以改善工作物件201所可能发生的氧化等问题，进而确保导线202焊接结合在 工作物件201上的接合质量。因此，第一气体喷嘴141和第二气体喷嘴142可同时确保焊 针130的焊球成形位置及承载台120上的导线202及工作物件201的焊接结合位置的导线 202质量。
在本实施例中，打线设备100可更包括放电组件(未绘示)，其具有放电棒(EFO)， 用以对从焊针130所送出的导线202进行放电加热，而使得导线202的末端可在焊球成形 位置处形成熔融的球状，以便进一步接合于工作物件201上。如图1所示，本实施例的保护气体自动切换系统110可包括气体自动切换装置111 和控制单元112，气体自动切换装置111是连接于气体喷嘴140，用以选择第一保护气体或 第二保护气体来提供至气体喷嘴140，控制单元112是电性连接于气体自动切换装置111， 用以依据打线设备100进行打线时所使用的导线202材质种类，而传送控制信号至气体自 动切换装置111，以使气体自动切换装置111依据控制单元112所提供的控制信号来进行切 换，而可选择性地提供第一保护气体或第二保护气体至气体喷嘴140。其中，第一气体管道 203和第二气体管道204是分别连接于气体自动切换装置111，第一气体管道203是用以提 供第一保护气体至气体自动切换装置111，第二气体管道204是用以提供第二保护气体至 气体自动切换装置111。其中，第一保护气体和第二保护气体可例如为惰性气体(如纯氮 气)、或者氮、氢及惰性气体的混合气体。在本实施例中，第一保护气体例如为纯氮气，第二 保护气体例如为氮和氢的混合气体，但并不限于此。如图1所示，本实施例的保护气体自动切换系统110的气体自动切换装置111可 包括气体切换器113和流量控制器114。气体切换器113是连接于第一气体管道203和第 二气体管道204，用以选择切换第一气体管道203或第二气体管道204所输送的气体至气体 喷嘴140。例如，气体切换器113可选择关闭第一气体管道203和第二气体管道204的其中 一者，以选择性地允许单一种的保护气体通过气体切换器113。又例如，气体切换器113可 选择性地仅连通于第一气体管道203和第二气体管道204的其中一者，以选择性地允许单 一种的保护气体通过气体切换器113。如图1所示，本实施例的流量控制器114是连接于气体切换器113与气体喷嘴140 之间，用以控制提供至气体喷嘴140的保护气体的流量。在本实施例中，流量控制器114可 包括第一流量控制器114a和第二流量控制器114b。第一流量控制器114a是对应于第一气 体管道203，用以控制第一保护气体的流量。第二流量控制器114b是对应于第二气体管道 204，用以第二保护气体的流量。此时，第一气体喷嘴141和第二气体喷嘴142的气体流量 可同时由第一流量控制器114a(或第二流量控制器114b)来进行控制。如图1所示，本实施例的保护气体自动切换系统110的控制单元112是连接于气体自动切换装置111，用以控制气体自动切换装置111来自动地切换提供不同的保护气体。 控制单元112例如为中央处理器(CPU)、可程控器(PLC)、单芯片微处理机(MCU)、具有处理 路线的处理器、计算机装置或其它类似单元。在本实施例中，控制单元112可电性连接于打 线设备100，并可读取打线设备100的自动打线程序信号(或自动打线程序数据)，以判断 打线设备100在打线时所使用的导线202材料，其中此自动打线程序信号可为预先设定于 打线设备100中，以使打线设备100可依据此自动打线程序信号(或数据)来自动地执行不 同的打线程序，且此自动打线程序信号中包含有导线202材料的信息。接着，控制单元112 可依据打线设备100进行打线时所使用的导线202材质种类来传送控制信号至气体自动切 换装置111，以使气体自动切换装置111可依据此控制信号来进行切换，而选择性地提供适 合于导线202材质种类的第一保护气体或第二保护气体至气体喷嘴140。在一实施例中，此自动打线程序信号亦可预先设定于控制单元112中，因而控制 单元112可直接依据此自动打线程序信号(或数据)来判断导线202材料，进而提供控制 信号至气体自动切换装置111。请参照图2，其显示依据本发明的一实施例的保护气体自动切换方法的方法流程 图。当进行本实施例的保护气体自动切换方法时，首先，提供打线程序(步骤S301)。在本 实施例中，此打线程序可为自动打线程序信号或自动打线程序数据，并可预先设定于打线 设备100中。接着，利用控制单元112来读取此打线程序，并传送控制信号至气体自动切换 装置111 (步骤S302)。接着，依据此控制信号，利用气体自动切换装置111来选择性地提供 第一保护气体或第二保护气体至打线设备100的气体喷嘴140 (步骤S303)。因此，本实施 例的保护气体自动切换系统110的控制单元112可自动地判断打线设备100进行打线时所 使用的导线材，并对应地依据导线202材质种类来传送控制信号至气体自动切换装置111， 以自动地切换不同的保护气体至气体喷嘴140。因此，通过本实施例的保护气体自动切换系统110及方法，打线设备100可自动地 依据不同的导线材而对应提供适合的保护气体，以确保打线质量的最佳化，且可改善人工 切换操作错误所导致的问题，大幅地节省人力和时间。在另一实施例中，本发明的保护气体自动切换系统110和方法亦可用以切换两种 以上的保护气体(如第一保护气体、第二保护气体、第三保护气体等)，以确保打线质量。请参照图3，其显示依据本发明的又一实施例的打线设备与保护气体自动切换系 统的示意图。在又一实施例中，打线设备400包括保护气体自动切换系统410、承载台420、 焊针430及气体喷嘴440。保护气体自动切换系统410包括气体自动切换装置411和控制 单元412，控制单元412是电性连接于气体自动切换装置411，以控制气体自动切换装置411 来切换不同的保护气体。气体喷嘴440包括第一气体喷嘴441和第二气体喷嘴442，第一气 体喷嘴441是对应于焊针430的出线端，第二气体喷嘴442是对应于承载台420上的工作 物件201。气体自动切换装置411包括气体切换器413和流量控制器414，气体切换器413 是连接于第一气体管道203和第二气体管道204，用以选择切换第一气体管道203或第二气 体管道204所输送的气体至气体喷嘴440。在本实施例中，流量控制器414可包括两个第一 流量控制器414a、414b和两个第二流量控制器414c、414d。第一流量控制器414a、414b是 对应于第一气体管道203，用以控制第一保护气体的流量，其中第一流量控制器414a是连 接于第一气体喷嘴441，同时第一流量控制器414b则是连接于第二气体喷嘴442。第二流量控制器414c、414d是对应于第二气体管道204，用以控制第二保护气体的流量，其中第二 流量控制器414c是连接于第一气体喷嘴441，同时第二流量控制器414d则是连接于第二气 体喷嘴442。因此，打线设备400可通过个别的流量控制器414a、414b、414c、414d来分别控 制每一气体喷嘴441、442的流量。因此，本发明的保护气体自动切换系统及方法可依据不同的导线材来自动地切换 不同的保护气体，以确保打线质量。由于此保护气体自动切换系统可自动地进行切换，因而 可改善人为操作错误问题，并大幅地节省人力和时间。综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限 制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润 饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。
权利要求
一种打线设备的保护气体自动切换系统，其特征在于所述保护气体自动切换系统包括气体自动切换装置，连接于所述打线设备的气体喷嘴，用以选择第一保护气体或第二保护气体来提供至所述气体喷嘴，其中第一气体管道是连接于所述气体自动切换装置，以提供所述第一保护气体，且第二气体管道是连接于所述气体自动切换装置，以提供所述第二保护气体；以及控制单元，用以依据所述打线设备进行打线时所使用的导线种类，而传送控制信号至所述气体自动切换装置，以使所述气体自动切换装置依据所述控制信号来进行切换，而提供所述第一保护气体或所述第二保护气体至所述打线设备的所述气体喷嘴。
2.根据权利要求1所述的保护气体自动切换系统，其特征在于所述第一保护气体为 纯氮气，且所述第二保护气体为氮和氢的混合气体。
3.根据权利要求1所述的保护气体自动切换系统，其特征在于所述气体自动切换装 置包括气体切换器，用以切换所述第一气体管道或所述第二气体管道所输送的气体至所述 气体喷嘴。
4.根据权利要求1所述的保护气体自动切换系统，其特征在于所述气体自动切换装 置包括流量控制器，用以控制所述第一保护气体或所述第二保护气体的流量。
5.根据权利要求4所述的保护气体自动切换系统，其特征在于所述流量控制器包括 第一流量控制器和第二流量控制器，所述第一流量控制器是用以控制所述第一保护气体的 流量，所述第二流量控制器是用以控制所述第二保护气体的流量。
6.根据权利要求1所述的保护气体自动切换系统，其特征在于所述气体喷嘴包括第 一气体喷嘴和第二气体喷嘴，所述第一气体喷嘴是对应于所述打线设备的焊针的出线端的 焊球成形位置，所述第二气体喷嘴是对应于所述打线设备的承载台上的工作物件的焊接结 合位置。
7.根据权利要求6所述的保护气体自动切换系统，其特征在于所述气体自动切换装 置包括两个第一流量控制器和两个第二流量控制器，其中所述两个第一流量控制器是分别 连接于所述第一气体喷嘴和所述第二气体喷嘴，用以分别控制所述第一气体喷嘴和所述第 二气体喷嘴的所述第一保护气体的流量，及其中所述两个第二流量控制器是分别连接于所 述第一气体喷嘴和所述第二气体喷嘴，用以分别控制所述第一气体喷嘴和所述第二气体喷 嘴的所述第二保护气体的流量。
8.根据权利要求1所述的保护气体自动切换系统，其特征在于所述导线为铜线、铝 线、银线或其合金线材。
9.一种打线设备的保护气体自动切换方法，其特征在于所述保护气体自动切换方法 包括如下步骤提供打线程序；利用控制单元来读取所述打线程序，并传送控制信号至气体自动切换装置；以及依据所述控制信号，利用所述气体自动切换装置来选择提供第一保护气体或第二保护 气体至所述打线设备的气体喷嘴。
10.一种打线设备，其特征在于所述打线设备包括承载台，用以固定工作物件；焊针，用以提供导线； 气体喷嘴，用以在打线过程中对所述导线进行喷气；以及 保护气体自动切换系统，包括气体自动切换装置，连接于所述打线设备的所述气体喷嘴，用以选择第一保护气体或 第二保护气体来提供至所述气体喷嘴，其中第一气体管道是连接于所述气体自动切换装 置，以提供所述第一保护气体，且第二气体管道是连接于所述气体自动切换装置，以提供所 述第二保护气体；以及控制单元，用以依据所述打线设备进行打线时所使用的所述导线的种类，而传送控制 信号至所述气体自动切换装置，以使所述气体自动切换装置依据所述控制信号来进行切 换，而提供所述第一保护气体或所述第二保护气体至所述打线设备的所述气体喷嘴。
全文摘要
本发明提供一种打线设备及其保护气体自动切换系统与方法。此系统包括气体自动切换装置和控制单元。此方法包括如下步骤提供打线程序；利用控制单元来读取打线程序，并传送控制信号至气体自动切换装置；以及依据控制信号，利用气体自动切换装置来选择提供第一保护气体或第二保护气体至打线设备的气体喷嘴。本发明可自动地切换不同的保护气体，以确保最佳的打线效果。
文档编号H01L21/60GK101872729SQ201010187398
公开日2010年10月27日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者吕岱烈, 吕松霖, 徐明鹏, 郭飞敏, 高雍 申请人:日月光封装测试(上海)有限公司