全自动引线键合机校正系统设计与实现

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:345

（中国电子科技集团公司第四十五研究所，北京东燕郊 065201）

摘要：简要阐述了键合机中校正系统设计，包括伺服系统校正，图像系统校正，物料系统校正等。

关键词：引线键合机，校正，图像映射

中图分类号：tn305 文献标识码：a 文章编号：1004－4507（2005）12－0030－04

全自动引线键合机校正系统是设备中重要的系统之一，它关系着设备整体的可靠性和稳定性，本文将重点介绍键合机中校正系统的设计。

1 引线键合机

引线键合设备是通过陶瓷细管（劈刀）引导金属引线（金线）在三维空间中作复杂高速的运动以形成各种满足不同封装形式需要的特殊线弧形状，将已做好电路的芯片快速粘接于引线框架上的设备。由中国电子科技集团公司第四十五研究所开发的wb－950全自动引线键合机是金丝球引线键合机，其工作原理是使用电火花使金丝端部成球形，然后对金丝和压焊点（芯片上的铝电极和基座镀银或金的引线）同时加热加超声，使接触面产生变形并破坏了界面的氧化膜使其活性化，最后在ic芯片上完成球焊，在管壳基片上完成楔焊。完成芯片和管壳的连接。

高性能、高可靠性、高稳定性是电子元器件的生命线，而元器件封装是保证其高可靠性的直接因素，其中键合设备是封装环节最关键的设备。键合机的原理是将用集成式平面工艺制造的需进行电性外连接的元器件芯片固定在引线框架上，对其进行外引线焊接，其中芯片可以是复杂的集成电路芯片，也可以是简单的分离器件芯片（如三极管芯片等）。因此键合效果的好坏（如引线焊点、应力一致性等）将直接影响器件的可靠使用。键合的过程是机械电气软件全面配合的过程，光学和图像系统完成自动定位，x、y、z工作台和精密定位驱动完成复杂空间拉弧运动，物料系统完成自动上下料，efo电子打火形成金球，在超声波和热台以及键合压力的作用下完成焊点焊线过程。各个部分的校正组成了整个设备的校正系统。键合机工作原理简图见图1。

2 校正系统设计

2.1 伺服系统校正

伺服校正是调整或调和x、y与z轴的伺服增益，有关键合头的所有移位均是此项校正数值。因此所有依赖焊线头作为校正工具的校正项目需要先执行伺服校正，以达到最佳的校正成效。整个伺服系统是由直线电动机、直线电动机驱动，以及运动控制卡组成。在伺服系统中采用pid控制，这个理论和应用自动控制的关键在于做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。pid（比例－积分－微分），控制器作为最早实现化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。pid控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。pid控制器由比例单元（p）、积分单元（i）和微分单元（d）组成。其输入e（t）与输出u（t）的关系为：

因此它的传递函数为：

其中kp为比例系数，作用是提供系统的刚性；ki为积分系数，作用是消除稳态误差；kd为微分系数，作用是提供稳定系统所需要的阻尼。同时为了增加系统的稳定性，在本系统中还加入了速度前馈系数kvff和加速度前馈系数kaff。校正调整比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd、速度前馈系数kvff和加速度前馈系数kaff便可以得到稳定的伺服系统。

2.2 图像系统校正（prs）

图像辨识功能在提供图像所包含的像素多少与实际物理位置距离之间的相对关系。这些信息是将被用在prs位置位移的计算。除非prs校正已经完成，否则眼点（eye point）将无法被识别。不好的prs校正可能造成焊点不准确。焊点位置可能从一个产品到下个产品间形成不规则性的偏移，特别是在靠近眼点附近的焊点，焊点不准确或偏移的情形将较严重。

图像系统校正主要是由工作台实际坐标向图像的映射。在假定x、y工作台垂直、光学系统和x、y工作台垂直的情况下建立映射关系，首先在工作台上分别沿x轴、y轴选择2n点（x1，0），（x2，0）…（xn，0），（0，y1），（0，y2）…（0，yn）与之对应的图像上的2n点为（x1，0）（x2，0）…（xn，0），（0，y1），（0，y2）…（0，yn）然后利用式（3）计算出x、