一种自动粘片机三维运动焊头的控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术属于半导体封装设备领域，涉及一种自动粘片机三维运动焊头的控制系统和控制方法。焊头运动控制系统包括工控机、运动控制卡、信号输入/输出卡、分别驱动X轴、Y轴、Z轴运动平台进行运动的伺服电机以及位置传感器，各个伺服电机和位置传感器与运动控制卡电连接，焊头吸嘴控制系统包括真空控制电磁阀和压缩空气控制电磁阀，分别与信号输入/输出卡电连接。根据本发明专利技术的控制步骤和程序，焊头吸嘴循环往复移动进行芯片拾取和粘贴。本发明专利技术自动粘片机的控制系统和控制方法适应性强、操作方便、稳定可靠，可以实现高速、精确地进行芯片的拾取和粘贴，有效降低成本，提高产品产量和质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体封装设备领域，特别是半导体芯片的自动粘片机，具体涉及一种自动粘片机三维运动焊头的控制系统和控制方法。
技术介绍
在半导体后工序封装中，一般采用自动粘片机从晶圆芯片台拾取芯片，然后将芯片粘贴到引线框架的载芯板上，目前，自动粘片机的拾取和粘贴芯片的焊头的结构主要存在三种形式，一是采用双轴方式，由于X轴方向焊头的运动距离较小，因此X方向运动机构不用电机控制，只保留Y、Z两个运动机构采用电机控制，由于自动粘片机的焊头在X方向是不运动的，因此要通过调整晶圆芯片台的顶针的位置及在轨道内运送引线框架的位置来达到，这种调整方法复杂，在一些国产设备中较常见。二是用旋转臂来取代X、Y轴运动机构，但由于旋转臂长度是固定的，因此拾取芯片和粘贴芯片的位置也必须固定，因而也需要通过调整晶圆芯片台的顶针位置及在轨道内运送框架的位置来实现，调整相对复杂，并且由于在粘贴片式器件时，无法实现自动改变粘贴芯片的Y方向位置而受到限制，这种焊头机构在一些香港生产的设备中较为常见。三是采用可以三维运动拾取和粘贴芯片的焊头，X、Y、Z三个方向的位置独立控制，但现有设备的采用专门的控制电路对机械运动进行控制，对电路元件和机械精度要求高，运行稳定性差，不便维护，生产效率低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种不需要配套专门的控制电路就可以有效实现自动粘片机焊头的三维运动的控制系统和控制方法。本专利技术所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：一种自动粘片机的三维运动焊头控制系统，包括焊头的运动控制系统，焊头的吸嘴控制系统、焊头吸嘴的检测系统，其中焊头的运动控制系统为X轴、Y轴、Z轴三个轴向运动的控制系统，所述的X轴向的运动机构处于最低层，Y轴向运动机构固定在X轴运动平台上，Z轴向运动机构固定在Y轴运动平台上，焊头的吸嘴固定在Z轴运动平台上，所述的焊头吸嘴在晶圆芯片台吸取芯片然后将芯片粘贴在引线框架轨道上的引线框架的载芯板上；所述的焊头运动控制系统包括工控机、运动控制卡、信号输入/输出卡、分别驱动X轴、Y轴、Z轴运动平台进行运动的X轴、Y轴、Z轴伺服电机以及限定X轴、Y轴、Z轴运动平台的运动位置的位置传感器；所述三维运动焊头的各个伺服电机、各个位置传感器与运动控制卡电连接，所述的运动控制卡插入工控机的PCI插槽中；所述焊头吸嘴控制系统包括真空控制电磁阀和压缩空气控制电磁阀，所述真空控制电磁阀与压缩空气控制电磁阀分别与所述的信号输入/输出卡电连接；所述的焊头吸嘴检测系统包括漏晶传感器和漏晶检测灯，所述的漏晶传感器与所述的信号输入/输出卡电连接：所述的信号输入/输出卡插入工控机的PCI插槽中。具体地，所述的位置传感器为光敏传感器，包括对X轴、Y轴、Z轴运动平台分别设置的原点位置传感器、正向极限位置传感器和负向极限位置传感器。所述的真空控制电磁阀为两位三通电磁阀，所述的压缩空气控制电磁阀为两位三通电磁阀，分别设置在真空/压缩气管24上。所述的漏晶传感器为光敏传感器，设置在焊头吸嘴的上方，所述的漏晶检测灯设置在焊头吸嘴的原点位置与晶圆芯片台的芯片粘贴位置之间焊头吸嘴移动路径的下方。更好地，所述的焊头吸嘴的原点位置与晶圆芯片台的芯片拾取位置的三维距离为：X小于±2.5mm，Z等于45mm至55mm，Y等于8mm至12mm；焊头吸嘴的原点位置与引线框架轨道上的引线框架元件的待粘片位置的三维距离为：X小于2.5mm，Z等于15mm至25mm，Y等于35mm至45mm。本专利技术的自动粘片机三维运动焊头控制系统的控制方法，包括如下步骤：步骤一、焊头吸嘴从原点位置向前移动到晶圆芯片台的芯片待拾取位置；步骤二、焊头吸嘴的真空控制电磁阀和压缩空气电磁阀接通真空，从芯片待拾取位置吸取芯片；步骤三、焊头吸嘴向后移动，经过吸嘴原点位置，到引线框架轨道上引线框架元件的待粘片位置；步骤四、焊头吸嘴的真空控制电磁阀和压缩空气电磁阀关闭真空，将芯片粘贴到引线框架元件的待粘片位置；步骤五、焊头吸嘴返回其原点位置；然后，焊头吸嘴按上述步骤一至五循环往复移动进行芯片拾取和粘贴。焊头吸嘴从步骤一至步骤五的周期时间小于或等于100ms（毫秒）。焊头吸嘴循环往复移动进行芯片拾取和粘贴的运动路径轨迹曲线从1点至9点分成八段，焊头吸嘴从1点拾取芯片后经2至8点运行至9点进行贴片，然后按原路径从9点经8点至2点返回1点进行下一次拾取芯片的过程，其中：一段、1-2点：焊头吸嘴在Z轴方向低速运动，其中的1点为芯片拾取位置，；二段、2-3点：为焊头吸嘴的垂直运动段，焊头吸嘴在Z轴方向高速运动；三段、3-4点：为焊头吸嘴由垂直运动向水平运动的圆弧过渡段，焊头吸嘴做Y、Z轴两个方向的圆弧插补运动，X轴方向不做运动；四段、4-5点：为焊头吸嘴的水平运动段，其中的5点为原点位置，焊头吸嘴做X、Y、Z轴三个方向的线性插补运动；五段、5-6点：为焊头吸嘴水平运动段，焊头吸嘴做X、Y、Z轴三个方向的线性插补运动；六段、6-7点：为焊头吸嘴由水平运动向垂直运动的圆弧过渡段，焊头吸嘴做Y、Z轴两个方向的圆弧插补运动，X轴方向不做运动；七段、7-8点：为焊头吸嘴的垂直运动段，焊头吸嘴在Z轴方向高速运动，其中9点为粘贴芯片位置；八段、8-9点：焊头吸嘴在Z轴方向低速运动。在所述的八段运动过程中，每段运动区间的终点速度等于其下一段运动区间的起点速度。所述的焊头吸嘴最高移动速度为60000脉冲/秒，最低移动速度为10000脉冲/秒，移动加速度为600000脉冲/秒平方，圆弧插补速度为3000脉冲/秒。本专利技术的自动粘片机的控制系统和控制方法，适应性强、操作简单、稳定可靠，可以实现高速、精确地进行芯片的拾取和粘贴，有效降低成本，提高产品产量和质量。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的控制系统示意图；图3为吸嘴真空与压缩空气电磁阀控制示意图；图4为原点与拾取位置、粘片位置之间的相对位置关系示意图；图5为焊头吸嘴三维运动曲线规划图。具体实施方式图1为本专利技术的结构示意图，如图所示，自动粘片机三维运动焊头由X、Y、Z三个运动方向互相垂直的运动机构组成，X轴向的运动...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动粘片机的三维运动焊头控制系统，包括焊头的运动控
制系统，焊头的吸嘴控制系统、焊头吸嘴的检测系统，其中焊头的运
动控制系统为X轴、Y轴、Z轴三个轴向运动的控制系统，所述的X
轴向的运动机构处于最低层，Y轴向运动机构固定在X轴运动平台上，
Z轴向运动机构固定在Y轴运动平台上，焊头的吸嘴固定在Z轴运动
平台上，所述的焊头吸嘴在晶圆芯片台吸取芯片然后将芯片粘贴在引
线框架轨道上的引线框架的载芯板上；
其特征是，所述的焊头运动控制系统包括工控机、运动控制卡、
信号输入/输出卡、分别驱动X轴、Y轴、Z轴运动平台进行运动的X
轴、Y轴、Z轴伺服电机以及限定X轴、Y轴、Z轴运动平台的运动位
置的位置传感器；所述三维运动焊头的各个伺服电机、各个位置传感
器与运动控制卡电连接，所述的运动控制卡插入工控机的PCI插槽中；
所述焊头吸嘴控制系统包括真空控制电磁阀和压缩空气控制电磁
阀，所述真空控制电磁阀与压缩空气控制电磁阀分别与所述的信号输
入/输出卡电连接；所述的焊头吸嘴检测系统包括漏晶传感器和漏晶检
测灯，所述的漏晶传感器与所述的信号输入/输出卡电连接：所述的信
号输入/输出卡插入工控机的PCI插槽中。
2.根据权利要求1所述的自动粘片机的三维运动焊头控制系统，
其特征是所述的位置传感器为光敏传感器，包括对X轴、Y轴、Z轴
运动平台分别设置的原点位置传感器、正向极限位置传感器和负向极
限位置传感器。
3.根据权利要求1所述的自动粘片机的三维运动焊头控制系统，
其特征是所述的真空控制电磁阀为两位三通电磁阀，所述的压缩空气
控制电磁阀为两位三通电磁阀，分别设置在真空/压缩空气管上。
4.根据权利要求1所述的自动粘片机的三维运动焊头控制系统，
其特征是所述的漏晶传感器为光敏传感器，设置在焊头吸嘴的上方，

\t所述的漏晶检测灯设置在焊头吸嘴的原点位置与晶圆芯片台的芯片粘
贴位置之间焊头吸嘴移动路径的下方。
5.根据权利要求1所述的自动粘片机的三维运动焊头控制系统，
其特征是，所述的焊头吸嘴的原点位置与晶圆芯片台的芯片拾取位置
的三维距离为：X小于±2.5mm，Z等于45mm至55mm，Y等于8mm
至12mm；焊头吸嘴的原点位置与引线框架轨道上的引线框架元件的待
粘片位置的三维距离为：X小于或等于2.5mm，Z等于15mm至25mm，
Y等于35mm至45mm。
6.一种根据权利要求1至5任一项所述的自动粘片机三维运动焊
头控制系统的控制方法，其特征是包括如下步骤：
步骤一、焊头吸嘴从原点位置向前移动到晶圆芯片台的芯片待拾
取位置；
步骤二、焊头吸嘴的真空控制电磁阀和压缩空气电磁阀接通真空，
从芯片待拾取位置吸取芯片；
步骤三、焊头吸嘴向后移动，经过吸嘴原点位置，到引线框架轨
道上引线框架元件的待粘片位置；
步骤四、焊头吸嘴的真空控制电磁阀和压缩空气电磁阀关闭真空，
将芯片粘贴到引线框架元件的待粘片位置；
步骤五、焊头吸嘴返回其原点位置；
然后，焊头吸嘴按上述步骤一至五循环往复移动进行芯片拾取和
粘贴。
7.根据权利要求6所述的自动粘片机三维运动焊头的控制系统的
控制方法，其特征是，焊头吸嘴从步骤一至步骤五的周期时间小于或等
于100毫秒。
8.根据权利要求6所述的自动粘片机焊头三维运动控制系统的控
制方法，其特征是，还包括开机步骤和停机步骤，此时焊头吸嘴回归

\t原点位置。
9.根据权利要求6所述的自动粘片机三维运动焊头控制系统的控
制方法，其特征是，在步骤三进行过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚剑锋，张顺，肖峰，胡永刚，
申请(专利权)人：佛山市蓝箭电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：