引线键合中引线运动学构型数据获取实验

引线键合中引线运动学构型数据获取实验一序言：1.引线键合：引线键合技术是微电子封装中的一项重要技术之一。由于上世纪90年代，器件封装尺寸的小型化，使得新型封装开始通过引线键合，载带自动键合，合金自动键合等键合技术来实现高密度高可靠性的封装。晶圆入场晶圆研磨晶圆粘片晶片切割封胶引线键合烘干粘晶剪切印字电镀成型品出检测^1.1微电子封装的流程中引线键合的位置2.引线键合的过程是晶片上的焊垫(pad)作为第一焊点(thefirstbond)基板的内引脚(interlead)作为第二焊点(thesecondbond)在外部能量(超声或者热能)作用下，通过引线(金线、铜线、铝线)把第一焊点第二焊点连接起来。1.2自动焊线机批量焊接1.3引线键合引线键合技术是实现集成电路芯片与封装外壳多种电连接中最通用最简单有效的一种方式，又因为引线键合生产成本低、精度高、互连焊点可靠性高，且产量大的优点使其占键合工艺的80%以上，在IC制造业得到了广泛的应用，一直是国际上关注的热点。对于引线键合中引线成型的引线及键合头的研究也备受关注。以较为普遍的超声金丝键合为例介绍介绍引线成型的过程。一个完整的引线键合过程包括两种不同的运动状态。一种是自由运动，该阶段的任务是拉出键合弧线，键合头运动按照已经设定好的运动轨迹。此状态执行工具尖端与芯片失去接触，不产生力的反馈信号。另一种约束运动，当执行工具尖端与芯片接触时，在超声和高温的作用下，稳定的键合力保证了金线被充分的焊接在芯片和引脚上，力传感器产生力反馈信号，这个阶段的任务是实现结合力的整定控制。线球（最高180C）(1stbondsearch•1.线夹关闭，电子打火形成金球引线夹将金线上提金属熔球在劈刀顶端的圆锥孔内定位•6.劈刀下降接触引线框架焊盘调用第二键合点参数在热量和超声键合的能量下完成•2.线夹打开键合头等速下降到第一键合点搜索高度height)位置•5.键合头运动到第二键合点位置，形成弧•3.劈刀在金属熔上施加一定的键合力同时超声波发生系统（USG）作用振动幅度经变幅杆放大后作用在劈刀顶端完成第一键合点/•4.键合头上升运动^U"topofloop”位置然后进行短线检测，判断第一焊点是否成功•7.松开线夹键合头上升到“tail•7.松开线夹键合头上升到“tailheightposition”形•8.线夹关闭，键合头上升将金线从第二键合点尾端压痕处拉断。至此一个键合过程完成以上对引线键合运动阶段和状态的划分，主要是为了对引线键合运动进行定性的分析，本实验用高速视频采集键合运动中引线成型的运动学构型是为了对其运动进行定量的分析，这种深入，细节的研究是不可或缺的。目前在国内很少有对键合运动进行定量的分析，对于工艺技术而言这种分析是很有研究意义的。二实验过程1.实验设备及其装置本实验主要分为三大板块，自动焊线装置，视频拍摄装置，视频采集装置。自动焊线装置为KS8028PPS/Maxum金球自动焊线机;视频拍摄装置为CCD智能高速球一体化摄像机，视频采集装置是与摄像机配套的视频采集软件。

KS8028金球自动焊线机拍摄CCD高速球摄像机视频采集软件(笔记本电脑)获得视频采集KS8028金球自动焊线机拍摄CCD高速球摄像机视频采集软件(笔记本电脑)获得视频采集实验采用的是Kulicke&Soffa的8028PPS/Maxum金球自动焊线机，Kulicke&Soffa公司在半导体业界封装组装和测试设备供货商中位居前列。Kulicke&Soffa这个名字一直是优异焊线焊接技术的同义语。KS8028金丝自动焊线机其硬件部分主要由LowerConsole、XY工作台(XYTable)、焊线头(BondHead)、光学器(Optics)、送线系统(WireFeedSystem)、进料系统(MatreicalHandlingSystem)、磁盘系统(DickDerives)>辨识系统(PatternRecognitionSystem)、温度控制器(TemperatureControllers)、操作系统(Software)o

操作系统功能LowerConsole包括电源供应器，资料储存系统，电路控制以及散热系统XY工作台（XYX丫工作台包含两个线型伺服电机以及驱动整Table）个工作台到达定点位置焊线头（Bond构架于X丫工作台上，主要在完成产品的焊线Head）动作光学器（Optics）将产品的影响进行辨识工作以及将影响传动到屏幕送线系统（Wire提供金线到焊线头已进行焊线动作FeedSystem）料系^（MHS）将产品从进料区导入焊线工作区记忆完成的产品退料到成品区操作系统功能料系^（MHS）将产品从进料区导入焊线工作区记忆完成的盘系统（Dick3.5软盘机一部以及3.5硬盘机一部，操作系

Derives)统及焊线程序储存辨识系统憧3针对光学镜头所看到的影响进行图像辨识动作温度控制器(TC)对进退料工作台的温度设定进行控制操作系统(Software)提供机台所有的软件操作系统控制2.1表操作系统2.2KS8028机台外观2.2焊线系统示意图2.3焊线配料2.实验过程2.3实验过程流程图CCD摄像

调试2.1实验调试实验调试是实验最关键的部分，是保证实验成功完成的关键。其中包括焊线机调试、CCD摄像调试、光源调试三部分。焊线机调试：实验采集的线型是STANDARDLOOP，它是焊线机最基本的线型。调试过程如下：电源激活开关加载系统软件自我侦测KS焊线机进入待命状态XYZ执行极限

设定供料系统设定KS供料系统校正KB焊线机参数前设置准备妥当参数数值定义作用KINKHEIGHT5MIL反向位移之前，焊线头垂直向上进行金线释放的高度距离提供一个安全高度以避免损伤到第一焊粘点上方的金线.REVERSEMOTION8MIL在进行反向位移时的向量角度以及移动的距离提供了强化张力的作用以便支撑整个线弧不至塌陷REVERSEANGLE90以垂直方向为基准依据，以逆时针方向来定义角度的大小控制在第一焊点上方的弧形的角度BLEEDVOLTAGE0MIL控制线弧成型过程当中，金线在释放动作时的超音波输出能量降低在线弧成型过程中，金线释放时焊针与金线之间的拖曳现象LOOPFACTOR-4MIL在线夹关闭前，焊针到达整个线弧最高点位置之前的金线释放量使线弧的最高点能再靠近第一焊粘点的上方出现LOOPBALANCE100%此一参数是被用来针对长短不一的线长之弧高控制弧线的弧高XBALANCE100%是针对产品在左右两侧的弧高进行相对的等化调整有助于弧高的稳定性YBALANCE100%是针对产品在前后两侧的弧高进行相对的等化调整.有助于弧高的稳定性

TOLONZ轴以垂直上升到达放线的最高点，然后X轴与Y轴水平移动到第一焊粘点的上方处藉由降低金线放时与焊针尖端的拉扯力量，来达到弧高的一致性LF20MIL在进行第二焊粘点接触之前，焊线头相对焊粘平面所做平移动作对靠近第二焊点的线弧产生向上的反冲力，使接地导角的线弧产生一个折角高度，LF30MIL焊针从放线的最高点，在线夹关闭往第二点下降之前的一个平移距离对于应用于低弧高的标准线弧有提供较佳的弧高一致性LF4100%控制弧度由放线的最高点开始往第二焊点位置下降的速度，其控制单位为全速下降的百分比.是用来作为线弧问题的排除检测.IMPACTTIME0藉由Z轴以定速度的方式下降之动作较X与Y轴移动的动作为早的特性，使得焊针在接触的焊粘表面时产生一个拖拉的力量用来修正第二焊点的冲击特性CONTACTANGLE0MIL设定焊针在到达第二焊点的搜寻速度高度，开始向第二焊点进行接触的行径角度.用来修正第二焊点的冲击特性.CONTACTOFFSET0MIL在焊针接触到第二焊点后，X-Y工作平台以朝向第一焊点方向为参考依据进行移动此工作平台的移动作用是将焊针在接触第二焊点之后，在其接触表面进行拖曳,用来修正第二焊点的冲击特性STi■CCD摄像机调试：CCD摄像机在实验中的工作原理是焊线机在每完成

一个焊线过程中超声波一直处于同步发生状态，CCD摄像机被焊线机

STi■调试过程如下：首先让焊线机打完一个焊线过程，把CCD摄像机设为50帧的频率拍摄，在CCD摄像机镜头中观察，初步调整CCD摄像机的位置和方向，确保劈刀的位置及运行轨迹都在CCD摄像机能拍摄的范围内。确定CCD摄像机与焊线机的合适拍摄距离为8-10cm左右。然后再调试与匹配的高清晰摄像镜头，旋转镜头调整焦距，保证劈刀的像完整清晰。在调试CCD摄像机过程中特别注意的也是实验的难点就是，焊线的过程是处于槽内，这个拍摄带来很大的不便，其槽的景深为V1mm，所以在调节时要反复调节CCD摄像机距离使拍摄过程清晰完整。2