Автомат проволочного монтажа полупроводниковых приборов

Автомат проволочного монтажа полупроводниковых приборов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов, в частности к автоматам монтажа проволочных межсоединений контактных площадок корпуса и кристалла прибора, преимущественно многоуровневых , многовыводных ИС, БИС, СБИС с активным неразрущающим контролем . Цель изобретения - повышение производительности и точности, расширение функциональных возможностей. Устройство содержит станину 1, портал, поворотную сварочную головку 2, оптико-телевизионное 10

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784296/27 (22) 18,12.89 (46) 30,06.92. Бюл. ¹ 24 (71) Конструкторское бюро точного электронного машиностроения (72) Ю.П.Orep, В.М.Белкин, В.M.×åðêàñoâ и

О.К.Твердо в (53) 621.791.763(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 990024, кл, Н 01 1 21/60, 1981. (54) АВТОМАТ ПРОВОЛОЧНОГО МОНТАЖА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ

„„ Ы„„1743771 А1

Изабр8т8ние отнаситсЯ к паоизВОДству пол!/прОВ >дн иковыx г!риаарроВ, B чaстнасти

К аВТОМЗТам iviOH Гажа Г1 равоглачнЫХ МВЖСО8динений (перемь!чек1 ки:-!тактных площадок корпуса и кристалла прибора. Преимущест- 5 венно многоуровневых многовывадных l1C, БИС, СБИС высокэй топологической плотности на кристалле, с активным 100,/-ным контроле!:, проволочных ме>ксаединен! и тянущим усилием. 10

Известна автоматическая установка

ДЛЯ ПPИСОЕДИНВНИЯ ПООВОЛОЧНЫХ ВЫВОДОВ полупрОВОДниковых прибоааВ, содержа щая станину с расположенными на ней устройс" вом о;, ределен и я иола>кения !5 контактных Г;лащадок кристалла отнас!ительно выводов корпуса, устройствами присоединения проволачнь х перем,i;eK с приводами i:.еремещений по координатам

Х. Y, Z, устройством транспортирования 20

KoPf1ii7c0B 010070 P0B0r!H iKoBblx п,эиоаРОВ. блоком пневматики, связанными с блокам управления, устрой тво определения HBRNчия проволочных перемычек.

Основными недостатками прототипа 25 я Вляю Гся и евазм0?KнасTь сборки viнаГО уравневых, многовыводных ИС, так кактребует увели ения (на порядок) рабочего поля: требуется обход рабоче о поля оптико-телевизионным устройствам, а оно зг- 30 креплена неподви>кно; невазможнос:-= контроля качества r!риварки перемычек (наличия перемы "låK) ИС сверхплотных

КОМПОНОВОI< Ñ 130ËЬШИМ КОЛИЧЕСТВОМ Вь! ВОдов В нескольких уровнях и:их радиально- 35 лучевом расположении, так как испол= çóåìble датчики тактильнэ-owупыBaI0I.aего типг довольно громоздки; невозможность обеспечить точность порядка

1-2 мкм, необходимую при сборке ИС 40 сверхплотньх компоновок, поскаль<у атсутствуiOT элементы, обеспечивающие 00ратную связь приводов при перемещениях этими приводами исполни тельных устройс-в, 4:". го устройства расположены на портале.

Блок управлений может содержать эталонные растровые линейки 13 и фотоголовки 12 в качестве обратной связи с приводами. Устройство для контрог!я качества приварки перемычки может быть установлено на сварочной головке или выполнено на сварочном инструменте. Цель достигается за счет рационального использования перемещаемых сварочной головки 2 и оптико-телевизионного устройства 9 в обслуживании двух рабочих мест 110IlepeMBHHQ, 2 з.п. ф-лы. 5 ил.

Цель изобретения — повышение точно:1l1 и расширение функциональных возмо>кнаст"-.é г утем устранения недостатков прототипа.

Гаставленная цель достигается тем, что

B автомате, содержащем станину, портал, r. Bàðà -ную головку со сваро ным инструмен гом оптика-телсвизviанHOå устройство, ус-рсйство контроля ка-!ecraa приварки пе.Вмычки, устройства для транспортирования изделия, которое установлено на станине, блок управления, связанный с п ривада:iи свара !но!й головки, оппгико-телеви3I1olIH0r0 c райства, ус.грайства контроля <ачеcTBa приварки перемычки и устройства для траНСПсртирагвания, ИМЕЕТСЯ Па Крайней мере одно дGïoë: —;vòe.!üное усTðОйcTBО для i ранспартирова.: 1я изделия, которое

УСтаН",ВЛЕНО На Crai,и: Е IiaðàË!ei,ЬНО ОСНОВнаму, сварочная голоa.<à и оптика-телевизионное устройство установлены с возмажнаст!Яо однокоардинатнога перемешения между устройс: вами, дгя транспортирования изделий в направлении, перпендикулярном наг!равлению переM8 щения устройств для транспортирования изделий, варочная головк"- усТаНОВпеНа с вазможностью поворота вокруг своей оси, а каждое устройство дг .я транспортирования

СнаГжЕНО ДОПОЛНИТЕГIüÍÛÌ ПрИВОдОМ ВЕртикальных перемещений изделий.

Приводы свара-!най головки и огпзикоГег .ев!ИЗИОН Н.гй СИС 8МЫ !3асп ОЛ 0>КЕН Ы На г,ар-але.

Кроме того, алак управления asro«aTB может садер>кать эталонные расгровые линейки и фотагаfloBKv, причем эталонные растров-.е линейки закреплены на неподВил<ных частях приводов, а фотогэловки — на перемещаемых частях приводов, Устройство для контроля к crea npvlварки перемÄ!Kи может быть либо установ,lеено на сварочной гof .o. =, либо выполнена на сварочном инстру. 1Внте, 3 B качестве

- 1743771

20

30

40

55 привода этого устройства используется привод сварочной головки или (и) привод устройства для транспортирования изделия.

На фиг. 1, представлен автомат проволочного монтажа; на фиг. 2 — схема позиционирования, где "а", "г" — позиции загрузки-выгрузки; "б", "д" — позиции микросварки, "в", "е" - позиции распознавания;

Y> — направление перемещения левого устройства транспортирования изделий в позиции "а", "б", "в", Ynp — то же, правого в позиции "г", "д", "е"; Хост. — то же, оптикотелевизионного устройства в позиции "в", "е"; Х . — то же, сварочной головки и устройства контроля в позиции "б", "д"; на фиг. 3 представлен узел I на фиг. 1; на фиг. 4 — то же, вариант; на фиг. 5 — схема контроля качества приварки перемычек.

Автомат проволочного монтажа содержит(фиг. 1) станину1 с нижней горизонтальной поверхностью А и порталом над ней, имеющим параллельно расположенные фронтальную Б и тыльную В плоские поверхности, поворотную сварочную головку 2 со сварочным инструментом 3, закрепленным в держателе 4, взаимодействующим с бесконтактным датчиком перемещения 5, два устройства 6 и 7 для транспортирования изделий с приводами 8 вертикальных перемещений, оптико-телевизионное устройство 9, с закрепленными на станине приводами 10 их горизонтального перемещения с каретками 11 и устройствами обратной связи, каждое из которых выполнено в виде взаимодействующих между собой фотоголовки

12 и эталонной растровой линейки 13; рабочий орган 14 для контроля качества приварки перемычки к приводам позиционирования этого рабочего органа

14, причем приводы горизонтальных перемещений исполнительных устройств выполнены однокоординатными и расположены в двух уровнях попарно-параллельно в каждом из них, а именно приводы 10 устройств транспортирования 6 и 7 закреплены на нижней горизонтальной поверхности А станины 1, а приводы 10 поворотной сварочной головки 2 и оптико-телевизионного устройства 9- соответственно на поверхностях Б и

В портала станины 1 с обеспечением возможности поочередных поперечно-встречн ых движений каретки 11, несущей поворотную сварочную головку 22, по отношению к каждой из кареток 11, несущих устройства 6 и 7, а также движений в противофазе каретки 11, несущей оптико-телевизионное устройство 9, по отношению к каждой из кареток 11, несущих устройства 6 и 7, при этом эталонные растровые линейки

13 закреплены неподвижно и параллельно соответствующим приводам 10, фотоголовки 12 закреплены на соответствующих каретках 11, а рабочий орган 14 либо закреплен в держателе 4, либо выполнен непосредственно на самом сварочном инструменте 3, привод позиционирования которого относительно обрабатываемого прибора (состоящий комплексно из привода поворота сварочной головки 2, привода 10 ее горизонтального перемещения. привода

10 любого из перемещающихся устройств 7 и привода 8 вертикальных перемещений) является также приводом позиционирования рабочего органа 14.

Автомат работает следующим образом.

На устройство 7 транспортирования (фиг. 1) в позиции загрузки "а" (фиг. 2) автоматическим роботом-манипулятором устанавливается полуфабрикат подлежащего разварке полупроводникового прибора (кристалл, установленный в корпусе), затем прибор фиксируется схватами устройства 7 и каретка 11 по левому приводу 10 перемещается на позицию "в" (фиг. 2) распознавания, над которой расположено (в исходном поло>кении) оптико-телевизионное устройство 9 на каретке 11 соответствующего привода 10. С использованием привода 8 вертикальных перемещений полуфабриката и блока управления автоматом произвоцится автофокусировка оптико-телевизионного устройства 9 систем технического зрения, а затем с использованием приводов 10 ортогональных горизонтальных перемещений кареток 11, несущих устройство 6 и оптикотелевизионное устройство 9, осуществляется поиск реперных участков изображений топологии, распознавание и вычисление координат взаимного расположения контактных площадок кристалла и корпуса, одновременно с этим на правое устройство

7 в позиции загрузки "г" (фиг. 2) устанавливается полуфабрикат следующего (второго) полупроводникового прибора и в момент окончания работы систем технического зрения, если второй полуфабрикат зафиксирован в правом устройстве 7, оба устройства 6 и 7 начинают параллельно-встречное движение по отношению друг к другу, одновременно оптико-телевизионное устройство 9 на своей каретке 11 по приводу 10 совершает поперечно-встречное движение по отношению к правому устройству 7 и они оба устанавливаются в позиции "е" (фиг, 1, 2), в это время левое устройство 6 устанавливается в позицию "а" (фиг 1, 2), над которой в исходном положении находится поворотная сварочная головка 2 со сварочным инстру1743771 ментам 3, закрепленным в держателе 4, теперь одновременна в позиции "е" (фиг. 1,2) системой технического зрения ведется распознавание и вычисление координат контактных площадок второго полуфабриката, а в позиции "б (фиг. 1, 2(осуществляется проволочный монтаж межсаединений KQH тактных площадок корпуса и кристалла первогоа палуфаориката и 100; -ный активный неразауша}аьций контроль качества приварки перемь!чки тянущим;!Силием (чиг. 5), прикладываемым к петле П8р8мьlчки пОзиционируемым на Величину й,Ь. рабочим органом 14 (фиг, 1, 3, 4, 5). После окончания этих операций свара ная головка 2 и ОптиKQ-телевизиа,:;,-108 устройства 9 начинают параллельна-Встречное движение па отношению друг к,друг" и устанавливаются B позициях д и "= (111г, 1 2) при этом ПQBВ08 устраистВО такж8 начиr.:88Т пер8мещение нак кареты 11 по приводу 110 в позицию

"д" (фиг. 1, 2... а riåâ08 устройстьо 6 — вначале

B позицию "а" для Выгрузки первого разваренного полуфабриката и для загрузки третьего неразвареннсго, а патам вновь В пОзицию "В" для распознавания, ОД1-IQBp8менно с которым ведется правалачнь:й1; Онтаж BTQpQrQ палуфабрикGTG на и,.: В .;..:. устройстве 7, с катарага после разваркп в

-,азиции 1 " (фиг. 1,2) ан Выгружается, а ВзаМ8Н Н8ГО уСТGHBBJIWBGBTCß ЧВТВертый Н8раЗваренный полуфабрикат, затем устройств

7 на KGQBTK8 I 1 "iQ паивадч 10 пеаемашается в пазиЦию pGGIIOÇHBBания "8 !фиг. 1,2i., на

ЕСЛИ ПрИ ПраьЕдЕНИИ ЗКтИВНОГО КОНтрОЛя обнаруживается брак, та па возможности сразу производят замену полуфабриката В позициях "а" или "- (фиг. 1, 2), Проволачнь|й ман-аж ведется на позициях микросварки "б" и "д" (фиг, 1, 2) следующим образам;

Вначале осуществля1ат заправку ipQBQлаки B капиллярнае отверстие инструмента

3 (фиг, 1, 3, 4), обеспечив избыток проволоки под ега рабочим торцам; согласно имеющейся информации 0 взаимном положении (каор„инатах) кан актных 11лащадоь: кристалла и корпуса полуфабриката IQJI>iпра-

ВОДНИКОВОГО при ара ИНСI pij 48HT устанавливается над точкой первой сварки, TBK KBK аднавремеННО Перемеща1ОТСя Кар8Тки I1 паивада 10 устройств 6 или ." ЛО Оси У и каретки 11 прива.:.,G ID сварочной головки

2 па аси Х (при необходимости сварочной головкой осуществляется и поворот вокруг своей аси); инструмент 3 опускается и осуществляет первую сварку, нагружение при этом оценивается с помощью датчика:= (фиг

1, 3, 4), затем аналогично г1редыдущему устанавливается над второй точкой сварки, 5

30 опускается и осуществляет вторую сварку, а затем рабочий орган (" крючок") 14 (фиг. 3, 4, 5) позиционируется теми же (перемещающими держатель 4 сварочного инструмента

3) приводами 10 таким образом, чтобы появилась возможность зацепить петлю межсоединения снизу (фиг. 5), потянуть ее вверх, при этом с помощью датчика 5 (фиг, 1, 3, 4) проверяется прочность петли межсаединения и, если она удовлетворительна, процесс проволочного монтажа продолжается, т.е. идет последовательная разварка прибора, а если неудовлетворительна, то прибор бракуется, перемещается в позицию "а" или "г" (фиг, 2), выгружается, а на его место загружается новый nor!óôBápèKGT.

Распознавание ведется в позициях "в" и "8" (фиг, 1, 2), при этом обрабатываемый пал,фабрикат QCBeQJG8 i cfl оптика-телевизианн=.:.f ; устройствам системы технического зрения, получаемое изображение топало:-ии кс:-;1актных плашадок, информация об их Вза имнам палаж8нии используется для

Обхода Гачек сварки при проведении праволочнof0 монтажа в позициях "б" и "д" (фиг, 1, 21, В позициях "б", "В", "д", " е" полуфабрикат и либо инструмент, либо сптико-телевизионное устройство позиционируются в пределах рабочего поля J» I (фиг. 2), которое обеспечивает обход сварочным инструментам всех тачек сварки, а при распознавании г10лучение оптического доступа ка всем элементам изображения топологии полуфабриката полупроводникового lipMGQpG, причем при распознавании обрабатываемый полуфабрикат 1.;азицианируется кареткой 11 привода 10 IIQ ocYi У и приводам 8 па оси Е (автафОкусиравка) устрайстВа б или 7, Оптико-телевизионное устройство 9 перемещается кареткой 11 привода 10 по оси У, а при анализе получаемого изображения топологии олуфабриката блоком распознавания системы технического зрения используется изааражение малого увеличения (для контакт;1ых площадок корпуса, например, акола 2 j и изображение большого увеличения для контактных площадок кристалла, HG;pим8р, окала IÎ ), передаваемых по соотВетствуюшим каналам двухканального

Оптика-телйвизианнаГО уcTpoAGTBG 9 HB саатветствук;щие мишени видиконав датчикав этага устройства 9, Пример, Изобретение используют в автомате паисоединения проволочных вывадав ЗМ-4240 для монтажа с контролем качества приварки перемычек .:азличных типа„-:В1змеров многавывадных (да трехсот

ВыводQB), мнагауровнев ::::. (да пят:!I уравней1

1.",БИГ; в керамических корпусах в штырько1743771

50

55 вом и планарном исполнении внешних выводов с высокой топологической плотностью на кристалле (шаг между контактными площадками на кристалле до 70 мкм), Все исполнительные устройства автомата позиционируются каретками с блоком электромагнитов линейного шагового двигателя (ЛШД) на однокоординатных приводах, выполненных в виде статора ЛШД, имеющего зубчатую структуру на поверхностях, взаимодействующих с поверхностями кареток.

Станина автомата состоит из двух частей: нижняя часть выполнена в виде плиты из габбродиабаза (камень), имеет горизонтальную поверхность, на которой параллельно оси Y смонтированы два привода рабочих столов, а верхняя часть закреплена на нижней плите и выполнена в виде полой металлической отливки в виде коробчатого портала с фронтальной и тыльной поверхностями, на которых параллельно оси Х смонтированы соответственно приводы сварочной головки и оптико-телевизионного устройства.

В качестве устройств обратной связи используют преобразователи линейных перемещений фотоэлектрические модели 8Е164-40 (ход 400 мм). Рабочий орган ("крючок") для прикладывания к проволочной перемычке контрольного тянущего усилия с целью проведения 100 -ного активного неразрушающего контроля выполнен непосредственно на боковой поверхности используемого инструмента КУТ

101-40-80 (ЖКМ 8,892.027-04) и позиционируется в держателе сварочного инструмента, закрепленном на поворотной сварочной головке.

Таким образом, данное устройство позволяет повысить точность, расшиоить функциональные воэможности автомата.

Формула изобретения

1. Автомат проволочного монтажа полупроводниковых приборов, содержащий станину, портал, сварочную головку, 5

45 установленную с возможностью перемещения, оптико-телевизионное устройство; устройство контроля качества приварки перемычки, устройство для транспортирования изделия, установленные параллельно плоскости станины, блок управления, связанный с приводами сварочной головки и устройства для транспортирования изделия, о т л и ч а ю щ-и и с я тем, что, с целью повышения точности, расширения функциональных возможностей, автомат снабжен по крайней мере одним дополнительным устройством для транспортирования изделия, установленным на станине параллельно основному, оптико-телевизионное устройство снабжено приводом и установлено с возможностью однокоординатного перемещения в направлении, перпендикулярном направлению перемещения устройство для транспортирования изделия, сварочная головка установлена с возможностью однокоординатного перемещения в направлении нормальном направлению перемещения устройства для транспортирования и поворота вокруг своей оси, устройство для транспортирования изделия снабжено дополнительным приводом перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости станины, приводы устройства для перемещения изделий расположены на станине, а приводы сварочной головки и оптико-телевизионного устройства смонтированы на портале.

2. Автомат пои. 1, отл ич а ю щи и с я тем, что блок управления содержит эталонные растровые линейки и фотоголовки, причем эталонные растровые линейки закреплены неподвижно на портале, а фотоголовки на перемещаемых частях приводов, 3, Автомат по пп, 1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что устройство для контроля качества приварки перемычки установлено на сварочной. головке либо на инструменте и кинематически связано с приводом сварочной головки или приводом устройства для транспортирования изделия.

1743771

1743771

50

Составитель Л.Жук

Техред М.Моргентал Корректор С.Черни

Редактор M.Öèòêèíà

Производственно-издательский комбинат "Патент, г. ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2152 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5