全自動楔形引線鍵合機(jī)的送絲機(jī)構(gòu)研究

郝艷鵬，崔海龍，馬生生，張永聰，趙喜清，劉 峰

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024)

全自動楔形引線鍵合機(jī)的送絲機(jī)構(gòu)研究

郝艷鵬，崔海龍，馬生生，張永聰，趙喜清，劉 峰

(中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西 太原 030024)

為了解決當(dāng)前全自動引線鍵合機(jī)送絲系統(tǒng)中的傳輸阻力大等問題，根據(jù)引線鍵合工藝過程和系統(tǒng)的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了氣動送絲機(jī)構(gòu)，利用空吸原理作用，實(shí)現(xiàn)金絲的低阻傳輸。通過建立氣動送絲組件內(nèi)的氣壓模型，借助COMSOL Multiphysics多物理場仿真軟件進(jìn)行仿真，得到了氣壓與送絲組件結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，進(jìn)而得到較好的送絲組件結(jié)構(gòu)，為今后研制更加快速穩(wěn)定的引線鍵合設(shè)備提供了很好的理論依據(jù)。

引線鍵合；送絲系統(tǒng)；空吸原理；多物理場仿真

引線鍵合設(shè)備是典型的光、機(jī)、電一體化產(chǎn)品，它是由精密運(yùn)動機(jī)械、智能控制、圖像識別、光學(xué)和超聲波焊接等多領(lǐng)域、跨學(xué)科技術(shù)組成的現(xiàn)代高技術(shù)微電子生產(chǎn)設(shè)備。目前，引線鍵合主要是實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片與封裝外殼之間的多種電連接，并傳遞芯片電信號、散發(fā)芯片內(nèi)產(chǎn)生熱量的一種重要方式[1-4]。

微電子器件的芯片在向微、薄、集成化的方向發(fā)展，對其加工制作中的設(shè)備要求則是高精密、高速、高智能化，現(xiàn)在的全自動楔形引線鍵合設(shè)備的焊接速度已經(jīng)達(dá)到一秒多線，這就要求在引線鍵合過程中，設(shè)備的送絲系統(tǒng)必須滿足送絲速度穩(wěn)定性、送絲連續(xù)性和送絲均勻性的要求。為了提高鍵合的質(zhì)量，對鍵合送絲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和影響送絲效果的分析顯得十分必要和重要。

1 送絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及原理

由于金絲在送絲軟管中會受到與送絲軟管內(nèi)壁的摩擦阻力，影響送絲穩(wěn)定性，所以對氣動送絲組件的研究尤為重要。

1.1 送絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

全自動金絲楔形引線鍵合機(jī)采用氣動送絲系統(tǒng)，其示意圖如圖1所示，包括送絲電機(jī)、檢測裝置、氣動送絲組件、送絲軟管。其工作原理是檢測裝置檢測到劈刀鍵合點(diǎn)處金絲用完，驅(qū)動送絲電機(jī)旋轉(zhuǎn)，送出的金絲經(jīng)過氣動送絲組件進(jìn)入軟管，到達(dá)劈刀鍵合點(diǎn)處進(jìn)行鍵合，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鍵合送絲。

圖1 氣動送絲系統(tǒng)示意圖

1.2 送絲系統(tǒng)原理分析

本文論述的氣動送絲組件利用空吸作用原理，即高速氣流造成的低壓產(chǎn)生一種吸取流體的作用，如圖2所示。

圖2 基于空吸原理的送絲組件圖

A-A截面通入由下至上的壓強(qiáng)為PA-A的空氣（PA-A＞P0，P0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下大氣壓，約為1×105Pa），當(dāng)其流經(jīng)B-B截面時變窄，繼續(xù)流經(jīng)C-C截面時變寬，根據(jù)伯努利方程[5-8]及連續(xù)性方程關(guān)系有：

其中，P1，P2為第一、二點(diǎn)的壓強(qiáng)；

v1，v2為第一、二點(diǎn)的流速；

h1，h2為第一、二點(diǎn)的高度。

根據(jù)流量=流速×橫截面積，即

可得vB-B＞vA-A，從而得到PB-B＜PA-A，根據(jù)空吸作用原理，氣體在B-B截面產(chǎn)生空吸，吸取通過D-D截面的空氣，即空氣由右至左流經(jīng)D-D截面，進(jìn)入C-C截面。綜上所述，當(dāng)有流體進(jìn)入A-A截面時，會產(chǎn)生由右至左的流體，從而產(chǎn)生由右至左的力。當(dāng)金絲置于送絲組件的右端時，會受到由右至左的力，從而穿過送絲組件，進(jìn)入送絲軟管，到達(dá)劈刀鍵合點(diǎn)。

2 軟件仿真

為了得到送絲軟管內(nèi)氣壓與氣動送絲組件結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，本文運(yùn)用COMSOL Multiphysics多物理場仿真軟件進(jìn)行仿真。本文建立二維模型如圖3所示，選取送絲組件結(jié)構(gòu)尺寸a、c、d和e結(jié)構(gòu)尺寸不變，進(jìn)口（a處）壓強(qiáng)P=0.2 MPa不變，改變結(jié)構(gòu)尺寸b，即改變角度θ，對比得到送絲組件內(nèi)流體流線圖如圖4所示，得到b處壓強(qiáng)見表1。

圖3 送絲結(jié)構(gòu)尺寸圖

圖4 不同參數(shù)下仿真流線圖

表1 不同參數(shù)下b處壓強(qiáng)值

圖4中紅線表示流線，即某一瞬時在流場中繪出的一條空間曲線，在該曲線上所有流體質(zhì)點(diǎn)在該時刻的流速矢量都與這一曲線相切，流線的疏密程度反映了流速的大小。以上六種參數(shù)得到的壓強(qiáng)均小于P0，說明該結(jié)構(gòu)在不同參數(shù)下都能得到小于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的負(fù)壓。當(dāng)b過大（θ過?。?，B-B截面過窄對氣流的剪切力過大，會造成B-B截面流速降低，產(chǎn)生負(fù)壓小，當(dāng)b過?。é冗^大），B-B截面過寬，根據(jù)伯努利方程及連續(xù)性方程可得到B-B截面流速過小，產(chǎn)生負(fù)壓小。仿真表明，當(dāng)b=1.0 mm（θ=32.01°）時，能夠達(dá)到較好的負(fù)壓，起到較好的送絲作用。

3 結(jié)束語

本文從氣動送絲系統(tǒng)入手，利用流體力學(xué)的相關(guān)理論知識，對軟管內(nèi)氣壓情況進(jìn)行了分析，建立了氣動送絲組件內(nèi)的氣壓模型，得到了送絲軟管內(nèi)氣壓與角度之間的關(guān)系，進(jìn)而得到較好的送絲組件結(jié)構(gòu)，為今后研制更加快速穩(wěn)定的引線鍵合設(shè)備提供了很好的理論依據(jù)。

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Studies on Wire Feed System of Automatic Wire Bonder

HAO Yanpeng，CUI Hailong，MA Shengsheng，ZHANG Yongcong，ZHAO Xiqing，LIU Feng

(The 2ndResearch Institute of CETC，Taiyuan 030024，China)

To solve the problems of large transmission resistance of wire feed system in automatic wire bonder，pneumatic wire feeding mechanism based on air suction theory was designed to reduce the resistance of wire transmission.The model of air pressure in the pneumatic wire feeder was established，and the relationship between the pressure and the structure of the wire feeder was obtained with the help of COMSOL Multiphysics software simulation，thus，a better wire feeding component structure was obtained.It provides a good theoretical basis for the development of more rapid and stable wire bonding equipment.

Wire bond；Wire feed system；Air suction theory；Comsol multiphysics

TN605

A

1004-4507(2017)03-0013-03

郝艷鵬(1989-)，男，碩士，畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)，主要從事微組裝電子專用設(shè)備及工藝技術(shù)的研發(fā)工作。

2017-04-10

國家國際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目（2015DFR70100）