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粘片机斜面四连杆焊头运动机构设计
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李克天,陈新,吴小洪,王晓初,何汉武
(广东工业大学 广州 510090)
摘 要:本文介绍笔者设计的 IC 芯片粘片机斜面四连杆式的焊头运动结构,阐明斜平面、摆臂平行
四边形、端面凸轮等部分的设计和原理。
关键词:粘片机、斜面、四连杆、结构
0 引言
IC 芯片粘片机是能使芯片焊接到引线框架上的设备,其中关键的部件是焊头运动机构。焊头的
作用是将晶园(wafer)上已切割分离成一片片的 IC 芯片逐个吸起,传送并放置到引线框架上,使得芯
片在引线框架上被粘焊固定。焊头机构需要精确、平稳地往返于拾片(pick)和粘片(bond)两个
位置,实现拾取、传送和粘焊芯片等动作。国外的各种焊头机构多采用直线传动形式,大量使用直
线导轨、直线轴承、滚珠丝杆等来完成芯片传送。随着技术的发展,粘片的速度越来越高,目前国
外先进设备的粘片速度已超过 1 万次/小时;定位精度达微米级。进口设备的高精度主要通过上述直
线移动副的精度来保证。但是微型并且高精度的直线移动副价格昂贵。目前国产直线移动副的品种
和精度等指标又不够理想,因此,国产粘片机
采用直线移动副的焊头在高速往返过程中,存
在磨损大、寿命短、制造和维护成本高等问题,
粘片精度和速度都不高,无法同进口先进设备
相比。另外,由于焊头在垂直平面内两自由度
运动的要求,通常采用两个电机分别驱动,必
然有一个电机安装在另一个电机驱动的运动
机构上跟随运动,导致运动部件的质量大,焊
头的运动惯量也相应增大,不利于粘焊速度的
提高。为了避免像进口设备那样,精度依赖于
直线运动副,并且减轻运动质量,笔者设计了
斜面四连杆焊头机构,采用滚动轴承等标准转
动副代替直线移动副,从而可以大大减少机械
加工量,缩短制造周期和降低成本。同时,两个驱动电机都安装在固定不运动的机架上,焊头机构
能实现两自由度独立运动。焊头运动部件结构简单新颖,焊头的重复定位精度高于±8um,最高焊
接速度已超过 6000 片/小时。进一步提高速度的关键不完全在于机械结构方面,而主要取决于电器
控制系统的改进。
L
pick 拾片点; wafer 晶园平面; bond 焊片点; 1 斜
平面; 2 支架; 3 通槽; 4 炉体; 5 焊头运动轨迹;
h
γ
bond
pick
3
4
wafer
5
z
x
1
2
图 1 斜平面示意图
1 斜平面的结构及原理
焊头工作时要将分布在晶园上的 IC 芯片逐一拾取、传送并粘焊到引线框架的特定位置。如图 1
所示,pick 为在晶园上吸取芯片的位置,bond 为在引线框架上粘焊芯片的位置,pick 和 bond 之间
的水平距离为 L。目前国内外大多将 pick 和 bond 设计在同一高度。为了缩短焊头往返于 pick 和 bond
之间的时间,要么提高往返速度;要么减少往返距离 L。提高速度易引起机械振动和冲击,影响定
位精度,所以在结构质量一定的条件下,不能单靠提高速度来提高效率。因而缩短距离 L 也是一项
*国家自然科学基金(50475044)、教育部科技研究重点项目(2004106)、教育部高等学校博士学科点专项科研基金
(20040562005)、广东省自然科学基金(编号:032482、04300155)、广州市科技项目(2003Z2-D9021、2004Z3-D9021)
等联合资助。
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