具有可更换接合工具的接合设备的制作方法

本发明涉及一种接合设备，具体涉及一种具有可更换接合工具的接合设备。

背景技术：

在电线接合工艺中，导电线接合在电子器件上的电接合焊盘之间，例如在半导体管芯（die）和附接管芯的衬底之间。衬底通常是半导体引线框。也可以在分离的半导体管芯上的焊盘之间进行电连接。该接合由接合工具形成，该接合工具可以是附接到超声换能器的细管的形式，超声换能器用于向细管尖端产生超声能量。

在用于制造所谓的“球形接合”的电线接合器中，承载接合工具的接合头设计成围绕适当就位的枢轴执行摇摆运动。对于超声波接合，超声换能器安装在接合头上，超声换能器包括联接到焊头（horn）的压电驱动器叠层，以及在焊头端部处呈细管形式的接合工具。通常由金、铝或铜制成的接合线从接合线的线轴通过细管中的孔供给到细管的尖端。通过将超声能量施加到细管尖端，将细管尖端处的电线接合到焊盘上来完成接合。

在操作一段时间后，一旦接合工具（在上例中为细管）有磨损则应更换。然而，接合工具的尺寸使得更换件的插入成为问题。

与现有技术相比，本发明提供用于更换接合工具的改进技术将是有益的。

技术实现要素：

因此，本发明的一个目的是寻求提供一种克服现有技术的至少一些上述问题的接合设备。

根据本发明的第一方案，提供了一种接合设备，包括：接合工具，其用于将电线接合到接合表面；接合工具定位器，其构造成可释放地定位接合工具；接合工具保持器，其构造成保持至少一个接合工具；接合工具操纵器，其构造为在接合工具保持器和接合工具定位器之间转移接合工具；以及接合工具引导件，其构造成在接合工具操纵器进行转移期间引导接合工具由接合工具定位器接收。

第一方案认识到更换接合工具的问题在于难以使接合工具就位成与接合工具保持器对准，这使得接合工具难以装配到保持器中。因此，可以提供一接合设备，该接合设备可包括接合工具，接合工具可以将电线接合到接合表面。该设备可包括接合工具定位器，其可定位或保持接合工具。该设备可包括接合工具保持器，其可保持或存储一个或多个接合工具。该设备可包括接合工具操纵器，其可在接合工具保持器和接合工具定位器之间转移或移动每个接合工具。接合设备可以包括接合工具引导件，该接合工具引导件可以对接合工具进行引导、引向或导向，使得当由接合工具操纵器进行转移时接合工具定位器能够接收接合工具。以这种方式，改进了接合工具和接合工具定位器之间的对准，使得更容易插入更换接合工具。

在一个实施例中，接合工具定位器限定了定位孔，该定位孔构造成可释放地定位接合工具，接合工具引导件构造成在接合工具操纵器进行转移期间引导接合工具由定位孔接收。因此，接合工具定位器可以提供定位孔或开口，当接合工具操纵器操纵接合工具时，该定位孔或开口可以保持和释放接合工具。当接合工具操纵器转移接合工具时，接合工具引导件可对接合工具进行引导或导向以接收到定位孔内。

在一个实施例中，接合工具引导件成形为在接合工具操纵器进行转移期间将接合工具导向为由定位孔接收。因此，接合工具引导件可以适应接合工具的任何未对准并且使接合工具与定位孔重新对准。

在一个实施例中，接合工具引导件限定了接收孔，该接收孔具有可变的内径，以在接合工具操纵器进行转移期间接收和引导接合工具。因此，接合工具引导件可以限定变窄的、漏斗形的或锥形的接收孔，其能适应接合工具的任何未对准。

在一个实施例中，接收孔的尺寸被定为其内径大于接合工具的外表面的直径。因此，接收孔的内表面可以定尺寸为大于接合工具的外表面。

在一个实施例中，接收孔变窄以适配接合工具的外表面。因此，接收孔可以收缩或逐渐变细。

在一个实施例中，接合工具引导件限定了与接收孔联接的引导孔，引导孔定向成在接合工具操纵器进行转移期间将接合工具导向为由定位孔接收。因此，引导件可以重新定向接合工具以使接合工具与接合工具定位器的定位孔对准。

在一个实施例中，引导孔是细长的并且其内径大于接合工具的外表面的直径，以使接合工具穿过引导孔。因此，引导孔可以延伸穿过接合工具引导件并且定尺寸为适配接合工具的外表面。

在一个实施例中，该设备包括对准机构，该对准机构被构造成使接合工具引导件与接合工具定位器对准，以在接合工具操纵器进行转移期间使接合工具与定位孔对准。因此，该设备可以包括对准机构，该对准机构使接合工具引导件相对于接合工具定位器对准，以将接合工具安置于接合工具定位器的定位孔。

在一个实施例中，对准机构包括位置指示器和位置指示器检测器，位置指示器就位在相对于接合工具引导件的固定偏移位置，位置指示器检测器构造成从位置指示器得到接合工具引导件的位置。因此，即使当引导孔被遮挡时，也可以从位置指示器确定接合工具引导件的引导孔相对于接合工具定位器的定位孔的位置，以使引导孔和定位孔能够对准。

在一个实施例中，位置指示器检测器包括配置成识别位置指示器的光学检测器。

在一个实施例中，对准机构被构造成响应于从位置指示器得到的位置，使定位孔相对于接合工具引导件的引导孔同轴对准。

在一个实施例中，该设备包括未对准传感器，该未对准传感器被配置成在接合工具操纵器进行转移期间识别接合工具和定位孔之间的未对准。因此，传感器可以检测接合工具和定位孔之间缺少对准。

在一个实施例中，其中未对准传感器包括接合头电机控制器，该接合头电机控制器被配置为检测电机电流的增加，电机电流的增加指示了在接合工具操纵器进行转移期间接合工具和定位孔之间的未对准。因此，接合头电机控制器可以重复使用以提供未对准的指示，因为如果接合工具与定位孔未对准而被接合工具操纵器移动，则电机电流将增加。

在一个实施例中，接合工具保持器构造为保持多个接合工具。

在一个实施例中，接合工具保持器构造成将每个接合工具保持在期望的方向。

在一个实施例中，接合工具保持器包括可旋转的转盘，该转盘构造有多个沿周向安置的保持器以保持多个接合工具。

在一个实施例中，接合工具保持器被构造成可安置以在转移位置处呈现接合工具，以通过接合工具操纵器将接合工具转移到定位孔，接合工具在转移位置处与引导孔大体同轴对准。

在一个实施例中，接合工具操纵器包括夹具，该夹具构造成可释放地夹持接合工具。

在一个实施例中，接合工具操纵器构造成夹持由接合工具保持器保持的接合工具，并通过将接合工具插入接合工具引导件而将接合工具转移到接合工具定位器。

在一个实施例中，接合工具定位器包括夹紧机构，该夹紧机构构造成可释放地定位接合工具。

在一个实施例中，接合工具定位器包括夹紧夹具和夹紧致动器，夹紧夹具构造成改变定位孔的尺寸，夹紧致动器构造成致动夹紧夹具。因此，夹紧夹具可以打开和关闭定位孔。

在一个实施例中，夹紧夹具包括操作结构，所述操作结构构造成通过将所述操作结构和所述夹紧致动器的互补操作结构中的一个接收到所述操作结构和所述互补操作结构中的另一个中而与所述互补操作结构啮合。

根据本发明的第二方案，提供了一种方法，包括以下步骤：提供接合工具保持器，接合工具保持器构造成保持至少一个接合工具，接合工具用于将电线接合到接合表面；安置接合工具定位器，接合工具定位器构造成可释放地定位所述接合工具；安置接合工具引导件，接合工具引导件构造成在所述接合工具在所述接合工具保持器和所述接合工具定位器之间转移期间引导所述接合工具；以及用接合工具操纵器通过所述接合工具引导件将所述接合工具在所述接合工具保持器和所述接合工具定位器之间进行转移。

在一个实施例中，该方法包括在接合工具定位器中限定定位孔，以可释放地定位接合工具，并构造接合工具引导件，以在接合工具操纵器进行转移期间引导接合工具由定位孔接收。

在一个实施例中，该方法包括使接合工具引导件成形为在接合工具操纵器进行转移期间将接合工具导向为由定位孔接收。

在一个实施例中，该方法包括在接合工具引导件中限定具有可变内径的接收孔，以在接合工具操纵器进行转移期间接收和引导接合工具。

在一个实施例中，该方法包括将接收孔的尺寸定为使其内径大于接合工具的外表面的直径。

在一个实施例中，接收孔变窄以适配接合工具的外表面。

在一个实施例中，该方法包括在接合工具引导件中限定引导孔，该引导孔与接收孔联接并且定向引导孔以在接合工具操纵器进行转移期间将接合工具导向为由定位孔接收。

在一个实施例中，引导孔是细长的并且其内径大于接合工具的外表面的直径，以使接合工具穿过引导孔。

在一个实施例中，该方法包括用对准机构使接合工具引导件与接合工具定位器对准，该对准机构在接合工具操纵器进行转移期间使接合工具与定位孔对准。

在一个实施例中，该方法包括：提供位置指示器作为对准机构，使位置指示器就位在相对于接合工具引导件的固定偏移位置；提供位置指示器检测器，并从该位置指示器得到接合工具引导件的位置。

在一个实施例中，该方法包括提供光学检测器作为位置指示器检测器来识别位置指示器。

在一个实施例中，该方法包括响应于从位置指示器得到的位置，使定位孔相对于接合工具引导件的引导孔同轴对准。

在一个实施例中，该方法包括在接合工具操纵器进行转移期间用未对准传感器识别结合工具和定位孔之间的未对准。

在一个实施例中，该方法包括提供接合头电机控制器作为未对准传感器，并检测电机电流的增加，该电机电流的增加指示了在接合工具操纵器进行转移期间接合工具和定位孔之间的未对准。

在一个实施例中，该方法包括构造接合工具保持器以保持多个接合工具。

在一个实施例中，该方法包括构造接合工具保持器以将每个接合工具保持在期望的方向。

在一个实施例中，该方法包括提供可旋转的转盘作为接合工具保持器并且构造可旋转的转盘为具有沿周向安置的多个保持器以保持多个接合工具。

在一个实施例中，该方法包括将接合工具保持器构造成可安置以在转移位置处呈现接合工具，以便通过接合工具操纵器将接合工具转移到定位孔，接合工具在转移位置处大体与引导孔同轴对准。

在一个实施例中，该方法包括提供夹具，该夹具构造成作为接合工具操纵器，可释放地夹持接合工具。

在一个实施例中，该方法包括构造接合工具操纵器以夹持由接合工具保持器保持的接合工具，并通过将接合工具插入接合工具引导件而将接合工具转移到接合工具定位器。

在一个实施例中，该方法包括构造接合工具定位器的夹紧机构，以可释放地定位接合工具。

在一个实施例中，该方法包括利用夹紧夹具和夹紧致动器改变定位孔的尺寸。

在一个实施例中，该方法包括使夹紧夹具的操作结构与夹紧致动器的互补操作结构啮合。

这些和其他特征、方案和优点可参照描述部分、所附权利要求和附图得到更好地理解。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的实施例。

图1示出了根据一个实施例的电线接合设备的电线接合工具更换设备。

图2是更详细地示出电线接合超声换能器的端部布置的俯视图。

图3更详细地示出了电线接合工具的夹紧致动器。

图4a和图4b更详细地示出了电线接合工具供给设备。

图5a和图5b更详细地示出了电线接合工具插入设备。

图6a和图6b更详细地示出了电线接合工具对准装置。

在附图中，相同的部件由相同的附图标记表示。

具体实施方式

在更详细地讨论本发明的实施例之前，首先将提供概述。实施例提供了一种允许自动更换接合工具的接合设备。将接合工具对准接合工具定位器中的开口可能难以实现。将接合工具引导件放置在接合工具定位器和接合工具之间以插入接合工具定位器中。接合工具引导件具有开口，该开口适于适应接合工具和接合工具定位器之间的任何未对准。接合工具引导件通常具有一个部分用来最初容纳其与接合工具之间的任何未对准，并且具有重定向部分，该重定向部分定向成使接合工具与接合工具定位器的接收孔对准。

通常，为了使接合工具定位器与接合工具引导件对准，接合工具引导件具有空间就位器，其使得接合工具引导件能够于空中就位。然后可以使用位置指示器将接合工具定位器和接合工具引导件相对于彼此安置，以便对准两者的孔，使得当接合工具穿过接合工具引导件时，接合工具被接收在接合工具定位器中的开口内。

电线接合工具更换设备

图1示出了根据一个实施例的用于电线接合设备的电线接合工具更换设备400。电线接合工具更换设备400用于自动移除和更换电线接合工具1。电线接合工具更换设备400包括电线接合设备的电线接合超声换能器3（为清楚起见，电线接合设备的其他部件已被省略），其保持电线接合工具1（例如接合楔或细管）。电线接合工具供给设备100保持用于插入电线接合超声换能器3的更换电线接合工具1。电线接合工具插入设备200进行操作以从电线接合超声换能器3移除（如果需要）磨损的接合工具1并从电线接合工具供给设备100取回更换接合工具1以插入电线接合超声换能器3中。电线接合工具夹紧致动器300操作电线接合超声换能器3上的夹紧机构，以释放或保持接合工具1。电线接合工具对准装置13与保持该更换接合工具1的电线接合工具供给设备100同轴对准。电线接合超声换能器3可通过致动器（未示出）移动，并且其位置基于由视觉系统（未示出）提供的反馈来调节，该视觉系统对电线接合超声换能器3相对于电线接合工具对准装置13的相对位置进行成像。一旦对准，通过电线接合工具插入设备200从电线接合工具供给设备100中取回更换电线接合工具1，并通过电线接合工具对准装置13供给以由电线接合超声换能器3来接收，然后电线接合工具夹具致动器300将电线接合超声换能器3夹紧到位。

电线接合超声换能器

图2是更详细地示出电线接合超声换能器3的端部布置的顶视图。电线接合超声换能器3限定细长槽3c，细长槽3c从开口远端延伸并沿着电线接合超声换能器3的端部的长度延伸，终止于圆孔3b。沿着槽3c的长度定位并靠近远端的是接收孔3a，其成形为适于接收接合工具1。具有外表面2a的螺钉2沿x轴延伸并在电线接合超声换能器3内与螺纹（未示出）啮合。在操作中，螺钉2的旋转使得孔3a的两侧大致在x轴上朝向或远离彼此移位，围绕孔3b枢转以释放或夹持保持在其中的任何电线接合工具1。

电线接合工具夹紧执行器

图3更详细地示出了电线接合工具夹具致动器300。夹紧操纵器4限定了开口4a，开口4a成形为与螺钉2的外表面2a啮合。开口4a大于螺钉2的外表面2a，因此开口4a和螺钉2之间的对准精度不需要很高。夹紧操纵器4被电机致动器5的心轴5a接收。电机致动器5由控制器6控制，控制器6进行操作以向电机致动器5供电。在操作中，当需要夹紧或松开电线接合工具1时，超声换能器3就位成与电线接合工具夹紧致动器300大体对准。电线接合工具夹具致动器300沿x轴移动，以使螺钉2的外表面2a与开口4a啮合。然后，控制器6向电机致动器5提供适当的动力，以松开或拧紧螺钉2，从而打开或关闭接收孔3a。一旦执行了操作，则如果需要，可以沿x轴缩回电线接合工具夹紧致动器300。因此，电线接合工具1（例如接合楔或细管）被机械地夹紧到超声换能器3。电线接合工具夹紧致动器300被设计成通过施加或移除机械力来打开或关闭机械夹持器。

电线接合工具供给设备

图4a和图4b更详细地示出了电线接合工具供给设备100。电线接合工具供给设备100包括仓盒8（转盘），该仓盒8限定了槽8a，槽8a成形为接收电线接合工具1的供应。槽8a径向延伸并围绕仓盒8周向就位。槽8a由大体均匀的开口8b限定，其大体小于接合工具1的外部尺寸，并具有扩大的开口8c，其尺寸定为与接合工具1摩擦配合。仓盒8被电机7的心轴7a接收。在操作中，仓盒8接收多个更换电线接合工具1，在需要更换电线接合超声换能器3中的磨损的电线接合工具1时，供给电线接合工具1。当需要时，电机7在控制器6的控制下操作以旋转仓盒8从而在分配位置p处呈现新的电线接合工具1，以插入电线接合超声换能器3中。

电线接合工具插入设备

图5a和图5b更详细地示出了电线接合工具插入设备200。电线接合工具插入设备200包括致动器11，致动器11进行操作以打开和闭合夹具10a，10b。夹具10a，10b沿x轴相对于彼此移动。运动系统9进行操作以沿z轴移动夹具10a，10b。在操作中，夹具10a，10b在致动器11的控制下移动到打开位置。运动系统将夹具下降到由电线接合工具供给设备100呈现在分配位置p处的新的电线接合工具1周围。致动器11闭合夹具10a，10b以夹持在新的接合工具1的侧面上。一旦夹住，运动系统9沿着分配位置p的z轴提升夹具10a，10b，以转移新的电线接合工具1使其被超声换能器3接收，这将在下面更详细地说明。

电线接合工具对准装置

图6a和图6b更详细地示出了电线接合工具对准装置13。电线接合工具对准装置13具有引导孔13d。可以看出，电线接合工具对准装置13就位成使得引导孔13d相对于分配位置p对准。应当理解，可以使用各种不同的结构来将引导件13的位置相对于仓盒8的分配位置p进行固定，为清楚起见省略了该结构。

如上所述，电线接合工具对准装置13具有位置标识器13a，从该位置标识器13a可以得到引导孔13d的位置（并因此得到分配位置p）。具体地，位置标识器13a相对于引导孔13d就位于固定位置。视觉系统12对位置标识器13a进行成像。视觉系统12可以设置作为电线接合超声换能器3的一部分，在这种情况下，通过对位置标识器13a的位置进行简单成像，可以得到孔3a相对于引导孔13d的位置（即使在被电线接合超声换能器3遮挡时）。可选地，视觉系统12可以单独提供，在这种情况下，通过对位置标识器13a的位置进行成像，可以得到孔3a相对于引导孔13d的位置（即使在被电线接合超声换能器3遮挡时），位置标识器13a具有相对于孔3a的预定偏移。通常通过电线接合超声换能器3的移动来调节孔3a的位置，以使孔3a与引导孔13d对准（并因此也使孔3a与分配位置p对准）。

引导孔13d由两个部件形成。第一个是窄孔13c。窄孔13c位于电线接合工具供给设备100附近。窄孔13c是圆锥形的且具有接收开口，该接收开口的尺寸定成略大于电线接合工具1的外部尺寸。窄孔13c变窄以紧密贴合接合工具1的外部。第二个是导向孔13b，其与窄孔13c联接且定位在电线接合工具供给设备100的远侧。应当理解，其他结构可用于对准电线接合工具1。

在操作中，更换电线接合工具1通过电线接合工具插入设备200沿z轴升高且最初被窄孔13c接收。如果更换电线接合工具1未对准，则窄孔13c将更换电线接合工具1引导向引导孔13b。一旦在引导孔13b内，则更换电线接合工具1被正确地定向成与孔3a对准和定向。更换电线接合工具1沿z轴的连续移动将使接合工具就位在孔3a内。一旦完全定位，控制器6就为电机5提供动力以使夹具操纵器4对螺钉2进行操作以关闭接收孔3a并将更换电线接合工具1夹持在电线接合超声换能器3中的适当位置。

本发明的一个实施例提供了用于在电线接合机上自动改变接合工具的子系统的组合。特别地，但不是排他地，适用于改变电线接合系统中使用的接合细管。通过夹持器（通常是超声换能器）将接合工具夹紧到夹紧位置。可以在x-y-z轴上自由移动到指定位置以执行自动更换接合工具的夹持器是电线接合机的集成部分。通过锁定或释放螺钉来控制夹持器的打开或关闭。在锁定和释放过程期间，电线接合机上的夹持器移动到预定位置，在该位置处螺钉与释放/锁定工具对准。释放/锁定工具上的匹配特征大于螺钉的匹配特征，因此螺钉和工具的对准精度不需要很高。致动器接收来自控制器的命令并驱动释放/锁定工具。释放/锁定工具将电机的扭转传递给螺钉。因此，夹持器的打开和关闭由系统控制。由致动器施加到螺钉的转矩值与提供给致动器的电流成正比。夹持器的机械结构能够在打开或关闭接合工具夹持器期间变形。提供止动件以将变形保持在安全范围内。可以插入或移除工具以强制打开或关闭夹紧结构。当用夹具夹紧时，从供给仓盒中取出新的接合工具。控制夹具的打开和关闭的致动器连接到运动系统。运动系统产生运动并将新的接合工具放入夹持器中。插入后，利用释放/锁定工具以闭合夹持器。然后，夹持器带着新的接合工具在z轴上向上移动。该方法确保将接合工具正确地插入细管孔中。在插入过程中，将监控接合头电机线圈电流，以检测并防止任何阻塞，这可由电机线圈电流的意外增加而检测到。

尽管已经参考某些实施例相当详细地描述了本发明，但是其他实施例也是可能的。

因此，所附权利要求的精神和范围不应限于这里包含的实施例的描述。