一种键合头装置及键合机的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种键合头装置及键合机。


背景技术：

2.键合头是键合机上用于实施压焊功能的一种装置，键合过程中的超声和压力都由键合头提供，是压焊机的核心部件。现有的键合机的键合头中，键合头的旋转中心需要与待键合工件的键合平台处于同一高度，而键合头转动轴的轴承如果伸出太长，则可能碰到大型工件的边缘，无法完成大范围的键合工作，因此现有的键合头无法键合大型工件。此外，现有的键合头包含了驱动电机的动子，具有较高的惯量，影响键合头的高速转动。
3.因此，有必要提供一种键合机装置及键合机用于解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，现有技术中的键合机的键合头的旋转中心需要与待键合工件的键合平台处于同一高度，无法键合大型工件，因此，本发明提供一种键合机装置及键合机用于解决上述问题。
5.本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
6.第一方面，本发明提供一种键合头装置，其包括相对设置的固定杆和键合杆、设置在所述固定杆和所述键合杆之间的连杆组件，以及设置在所述连杆组件上的压电组件和设置在所述键合杆一端的劈刀，所述连杆组件包括相对并成一定角度设置的第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆在所述固定杆上的间距大于所述第一连杆和所述第二连杆在所述键合杆上的间距，所述键合杆通过所述连杆组件相对所述固定杆进行摆动，所述压电组件包括粘贴在所述连杆组件的至少两个压电片。
7.在一种实现方式中，所述压电组件包括粘贴在所述第一连杆的靠近所述固定杆一端的第一压电片、粘贴在所述第一连杆的靠近所述键合杆一端的第二压电片、粘贴在所述第二连杆的靠近所述固定杆一端的第三压电片以及粘贴在所述第二连杆的靠近所述键合杆一端的第四压电片。
8.在一种实现方式中，所述压电片为环形压电陶瓷片或方形压电陶瓷片中的任意一种。
9.在一种实现方式中，当所述键合头装置处于平头位置时，所述第一连杆与所述第二连杆设置在相对的角度，并形成虚拟相交轴点，所述虚拟相交轴点在所述键合杆下表面的下方形成并位于待键合工件的键合平面上。
10.在一种实现方式中，所述第一连杆和所述第二连杆为刚性材料或柔性材料中的任意一种。
11.在一种实现方式中，所述连杆组件通过轴承组件与所述固定杆和/或键合杆进行连接。
12.在一种实现方式中，所述轴承组件包括连接所述固定杆与所述第一连杆的第一轴
承、连接所述第一连杆与所述键合杆的第二轴承、连接所述固定杆与所述第二连杆的第三轴承以及连接所述第二连杆与所述键合杆的第四轴承。
13.在一种实现方式中，所述第一轴承、所述第二轴承、所述第三轴承和所述第四轴承为柔性轴承。
14.在一种实现方式中，所述劈刀设置在所述键合杆的一端，所述连杆组件设置在所述键合杆远离所述劈刀的另一端。
15.第二方面，本发明还提供一种键合机，其包括上述任意一项键合头装置。
16.有益效果：本发明提供的键合头装置和键合机，通过在所述固定杆和所述键合杆之间设置连杆组件，同时设置所述第一连杆和所述第二连杆在所述固定杆上的间距大于所述第一连杆和所述第二连杆在所述键合杆上的间距，使得键合杆能够通过所述连杆组件相对所述固定杆进行摆动，从而使得所述键合杆带动其一端的劈刀移动位置，保证劈刀垂直键合平面，使得所述劈刀能够键合大型工件；同时，使用所述压电组件代替音圈电机动子，使得键合头装置能够获得更高的转动速度，能够实现高速、高精度的大范围绑定。
17.本发明的更多实施例还能够实现其他未一一列出的有利技术效果，这些其他的技术效果在下文中可能有部分描述，并且对于本领域的技术人员而言在阅读了本发明后是可以预期和理解的。本发明内容部分旨在以简化的形式引入将在“具体实施方式”中如下文进一步描述的构思和选择，以帮助阅读者更易于理解本发明。本发明内容并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。所有的上述特征都将被理解为只是示例性的，并且可以从本发明公开中收集关于结构和方法的更多的特征和目的。对本发明的特征、细节、实用性以及优点的更全面地展示，将在以下对本发明的各种实施例的书面描述中提供，在附图中图示，并且在所附权利要求中限定。因此，如果不进一步阅读整个说明书以及权利要求书及附图，则无法理解对本发明内容的诸多限制性解释。
附图说明
18.图1是现有技术中的键合头装置的整体结构示意图；
19.图2是本发明提供的键合头装置的整体结构示意图；
20.图3是图2所示的键合头装置的工作示意图；
21.图4是图2所示的键合头装置的运动轨迹示意图。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图，并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在
中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
24.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.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信；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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例和实施例中的特征可以相互结合。
26.本文中所使用的术语仅仅是出于描述特定示例性实施方式的目的，而不是意在限制本发明。如本文中所使用，除非.上下文中另有明确指示，否则单数形式意在包括复数形式。还应理解，用语“包括”和/或“包括有”当被使用在说明书中时，是指所记载的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，而不是排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或附加。
27.现在将详细参照本发明的优选实施方式，其中这些优选实施方式的示例在附图中示出。尽可能地，贯穿附图将使用同一附图标记来指代相同的或相似的部分。在本发明的下列描述中，如果对并入本文的已知功能和配置的详细描述会模糊本发明的主题，则将省略对并入本文的已知功能和配置的详细描述。本领域的技术人员将理解的是，为了便于描述，附图中所示的任何特征可以被放大、缩小或简化，并且附图和附图的元件并不总是按比例示出。
28.键合是将两片表面清洁、原子级平整的同质或异质半导体材料经过表面清洁和活化处理，在一定条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶片键合成为一体的技术。键合头是键合机上用于实施压焊功能的一种装置，键合过程中的超声和压力都由键合头提供，是压焊机的核心部件。
29.请参阅图1，图1是现有技术中的键合头装置的整体结构示意图。现有技术中，目前使用的两种类型的键合机，一种是垂直于待键合工件安装的预加载线性滑轨，另一种安装在键合杆内的滚珠轴承或其他旋转轴承，使得键合杆能够像跷跷板一样转动。图1所示的键合头装置01包括键合头本体011、设置在所述键合头本体011一端的劈刀012、设置在所述键合头本体011上的旋转轴013以及用于驱动所述键合头本体011的电机动子(图未标示)，其中，所述旋转轴013中具有旋转中心。当所述键合头装置01需要键合工件时，所述劈刀012垂直于待键合工件的上表面，所述旋转中心与需要与待键合工件02的上表面处于同一高度，此时转动轴013的轴承如果伸出太远，则可能碰到大型待键合工件的边缘，因此无法完成大型工件的键合作业。同时，现有的键合头装置设置了驱动电机的动子，动子具有较高的惯量，影响所述键合头装置的高速转动。因此，本发明提供一种键合头装置及键合机用于解决上述问题。
30.请结合参阅图2～图4，图2是本发明提供的键合头装置的整体结构示意图，图3是图2所示的键合头装置的工作示意图，图4是图2所示的键合头装置的运动轨迹示意图。本发明提供一种键合头装置100，其包括相对设置的固定杆10和键合杆20、设置在所述固定杆10和所述键合杆20之间的连杆组件30，以及设置在所述连杆组件30上的压电组件40和设置在所述键合杆20一端的劈刀50。所述键合杆20通过所述连杆组件30相对所述固定杆10转动，所述压电组件40用于为所述键合头装置100提供转动驱动力，所述压电组件40包括粘贴在所述连杆组件30的至少两个压电片，所述劈刀50用于键合待键合工件02，所述劈刀50设置在所述键合杆20的一端，所述连杆组件30设置在所述键合杆20远离所述劈刀50的另一端，使得所述连杆组件30能够带动所述键合杆20上的劈刀50调整位置，扩大键合的待键合工件02的范围。
31.具体的，所述连杆组件30包括相对并成一定角度设置的第一连杆31和第二连杆32，所述第一连杆31和所述第二连杆32在所述固定杆10上的间距大于所述第一连杆31和所述第二连杆32在所述键合杆20上的间距。即，所述第一连杆31与所述第二连杆32的间距从所述固定杆10至所述键合杆20的间距呈由大变小趋势。进一步的，当所述键合头装置100处于平头位置时，所述第一连杆31与所述第二连杆32设置在相对的角度，并形成虚拟相交轴点，所述虚拟相交轴点在所述键合杆20下表面的下方形成并位于待键合工件02的键合平面上。进一步的，所述第一连杆31和所述第二连杆32为刚性材料或柔性材料中的任意一种。在本实施例中，所述第一连杆31和所述第二连杆32为柔性材料。因此，通过所述第一连杆31和所述第二连杆32，所述键合杆20能够在前后方向上相对所述固定杆10摆动，从而允许所述键合杆20进行旋转。
32.具体的，所述压电组件40包括粘贴在所述第一连杆31的靠近所述固定杆10一端的第一压电片41、粘贴在所述第一连杆31的靠近所述键合杆20一端的第二压电片42、粘贴在所述第二连杆32的靠近所述固定杆10一端的第三压电片43以及粘贴在所述第二连杆32的靠近所述键合杆20一端的第四压电片44。当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形，另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。因此，所述压电片在本实施例中可用作超声波传感器。进一步的，所述压电片为环形压电陶瓷片或方形压电陶瓷片中的任意一种。
33.进一步的，所述连杆组件30通过轴承组件60与所述固定杆10和/或键合杆20进行连接。所述轴承组件60包括连接所述固定杆10与所述第一连杆31的第一轴承61、连接所述第一连杆31与所述键合杆20的第二轴承62、连接所述固定杆10与所述第二连杆32的第三轴承63以及连接所述第二连杆32与所述键合杆20的第四轴承64。所述轴承组件60用于使得所述键合杆20能够在前后方向上相对所述固定杆10进行运动，进而允许所述键合杆20进行旋转。优选的，所述第一轴承61、所述第二轴承62、所述第三轴承63和所述第四轴承64为柔性轴承。
34.本发明提供的所述键合头装置100的工作原理如下：
35.所述第一轴承61为所述第一连杆31的固定点和旋转中心，所述第三轴承63为所述第二连杆32的固定点和旋转中心，虚线为所述键合头装置100处于抬头位置时所述第一连
杆31、键合杆20和第二连杆32的位置，实线为所述键合头装置100处于平头位置时的所述第一连杆31、键合杆20和第二连杆32的位置。所述第一连杆31和所述第二连杆32在延伸方向上存在一个虚拟相交轴点，所述虚拟相交轴点位于所述待键合工件02的表面。所述键合杆20围绕所述虚拟相交轴点旋转，当所述键合杆20和所述待键合工件02的表面平行时，所述劈刀50垂直于所述待键合工件02的表面，并且所述虚拟相交轴点和所述劈刀50与所述待键合工件02的接触点位于同一平面，进而实现键合操作。同时，粘贴的所述第一连杆31上的第一电压片41和第二电压片42、以及粘贴在所述第二连杆32上的第三压电片43和第四压电片44在逆压电效应的作用下，使得所述第一连杆31和所述第二连杆32围绕所述轴承组件60进行旋转，带动所述键合杆20的上下摆动，使得所述键合头装置100能够大范围调节位置，能够键合不同规格的待键合工件02。
36.另一方面，本实施例中还提供一种键合机，其包括本发明提供的键合头装置。
37.总的来说，本发明提供的键合头装置100和键合机，通过在所述固定杆10和所述键合杆20之间设置连杆组件30，同时设置所述第一连杆31和所述第二连杆32在所述固定杆10上的间距大于所述第一连杆31和所述第二连杆32在所述键合杆20上的间距，使得键合杆20能够通过所述连杆组件30相对所述固定杆10进行摆动，从而使得所述键合杆20带动其一端的劈刀50移动位置，保证劈刀50垂直键合平面，使得所述劈刀50能够键合大型工件；同时所述连杆组件30通过轴承组件60与所述固定杆10和所述键合杆20连接，所述连杆组件30和所述轴承组件60组成的柔性连杆机构为所述键合头装置100提供无限的键合杆20的下方区域用于键合，可进行大范围的键合工作；同时，使用所述压电组件40代替音圈电机动子，使得键合头装置100能够获得更高的转动速度，能够实现高速、高精度的大范围绑定。
38.最后应说明的是：以上描述是示例性实施方式的示意，并且不应被认为是对示例性实施方式的限制。虽然已经描述了若干个示例性实施方式，但是本领域技术人员应容易理解，能够在示例性实施方式中进行多种修改，而均不实质上背离示例性实施方式的新的教导和优点。相应地，所有这些修改意在被包括在如权利要求书中定义的示例性实施方式的范围内。在权利要求书中，装置加功能语句意在覆盖如执行所记载功能的本文中所描述的结构以及结构等同物以及等同结构。因此，应理解，以上描述是示例性实施方式的示意，并且不应被认为是受限于所公开的具体示例性实施方式，并且应理解，对于所公开的示例性实施方式的修改以及其他示例性实施方式意在被包括在随附的权利要求书的范围内。本发明通过随附的权利要求书以及应被包括在其中的权利要求书的等同物定义。