專利名稱：用于對基板和引線框進行指示的卡滯檢測裝置及方法
技術領域：
本發明總體上涉及引線接合設備。更具體地講，本發明涉及一種用于在引線框和基板被從引線接合機中排出時檢測卡滯的裝置和方法。
背景技術：
現代電子設備在很大程度上依賴于安裝著半導體芯片或集成電路(IC)的印刷電路板。芯片與基板之間的機械和電氣連接對芯片設計者提出了挑戰。
這些工藝中最常用的是引線接合。在引線接合時，多個接合墊以一定的圖形安置在基板的頂表面上，芯片安裝在接合墊圖形的中心，其中芯片的頂表面背對著基板的頂表面。細金屬線(例如鋁、銅或金線)連接在芯片頂表面上的觸點與基板頂表面上的觸點之間。
對于相對于容納在封裝中的芯片(芯粒)的尺寸來縮減半導體器件的尺寸這一挑戰，芯片尺寸封裝(CSP)提供了一種解決方案。典型地，CSP尺寸位于芯粒周長尺寸的1至1.2倍之間，或者為芯粒面積的1.5倍。CSP所提供的緊湊尺寸接近于裸芯或倒裝芯片技術，并且提供了更大的可靠性，因為CSP不會出現倒裝芯片技術中公知的熱膨脹不相容問題。
大多數的CSP使用柔性板狀內插板(例如聚酰亞胺薄膜或帶)，其中嵌有精細的柔性布線。在芯片安裝在內插板上時，內插板中的精細布線終止于靠近芯片周邊的周邊終端。一個例子是微球柵陣列(micro BGA)設計。布線將內插板的周邊終端重新分布到一個覆蓋著芯片內部區域的球焊盤柵陣列。芯片安裝在內插板上，內插板的多個終端通過傳統接合技術例如超聲波(楔形)接合技術接合在位于芯片周邊上的多個觸點上。一旦器件完成了引線接合，其就被排出到一個輸出盒中，以便進行進一步處理。
然而，這里存在下述缺點由于基板和/或引線框在接合過程中被加熱，因此在器件被從引線接合機排入到輸出盒中時，器件可能會被卡滯和扭彎。使用接觸型傳感器的傳統檢測系統不能檢測到這種卡滯，除非引線框和/或基板出現顯著的損傷。此外，用于排出引線框和/或基板的傳統抓持系統在器件移動通過可能發生扭彎的區域(扭彎區)時不能調節抓持力。因此，需要有一個系統在新接合的器件發生顯著損壞之前檢測扭彎，還需要有一個系統在器件移過扭彎區時調節施加在器件上的抓持力。
發明內容
考慮到現有技術中的缺點，本發明要提供一種用在引線接合機中以檢測至少一個工件的卡滯的系統(裝置)和方法。
所述裝置包括一個傳感器，其靠近所述至少一個工件的運行路徑安置，所述傳感器接收有關所述至少一個工件的運動信息；一個控制器，其與所述傳感器通信，以接收和處理來自所述傳感器的基于所述運動信息的輸出信號，所述處理器基于所述輸出信號產生控制信號，以控制所述至少一個工件的運動；其中，如果所述至少一個工件沿所述運行路徑被卡滯，則所述控制器停止所述至少一個工件的運動。
根據本發明的另一方面，所述裝置還包括一個抓持器，其電連接著所述控制器。所述抓持器基于來自所述控制器的所述控制信號而賦予所述至少一個工件沿所述運行路徑的運動。
根據本發明的另一方面，所述抓持器基于所述至少一個工件沿所述運行路徑的位置而以預定的力可脫開地連接著所述至少一個工件。
根據本發明的另一方面，如果所述至少一個工件位于所述運行路徑的預定部分中，則所述預定的力減小。
根據本發明的另一方面，如果所述控制器判斷出所述至少一個工件沿所述運行路徑被卡滯，則所述抓持器松開所述工件。
根據本發明的另一方面，所述傳感器是布置在所述運行路徑上方或側面的光學傳感器。
根據本發明的另一方面，來自所述光學傳感器的所述輸出信號具有預定周期。
根據本發明的另一方面，基于所述預定周期的變化指示所述至少一個工件的卡滯。
在特定的示范性實施例中，本發明的方法包括以下步驟在所述引線接合機中賦予所述至少一個工件沿一個運行路徑的運動；監視所述至少一個工件沿所述運行路徑的運動；基于所述監視步驟產生輸出信號；判斷所述輸出信號的信號輪廓；根據所述信號輪廓中的預定變化中斷所述至少一個工件的進一步運動。
根據本發明的另一方面，所述方法還包括以下步驟當所述至少一個工件位于所述運行路徑的預定部分中，減小所述預定的力；如果基于所述判斷發現所述至少一個工件被卡滯，則從所述至少一個工件解除抓持力。
結合附圖來閱讀下面的詳細說明，可以更好地理解本發明。根據一般作法，需要強調的是圖中的各種特征并不是成比例的。相反，為了清晰，各種特征的尺寸被任意地放大或縮小。附圖中包括圖1是本發明的一個示范性實施例的框圖；圖2是圖1中的示范性實施例產生的示例性信號；圖3A-3B是用于安裝本發明系統的示例性方法的透視圖。
圖4A-4B和5A-5B示出了根據圖1中的示范性實施例的示例性輸出和響應信號。
具體實施例方式
這里使用的術語“卡滯”指的是工件沿著工件運行路徑移動時的任何意外運動狀態。例如，根據特定的應用，這種狀態可能包括(a)工件運動停止，(b)工件運動速度意外減小或增大，和/或(c)工件的運動超出了沿運行路徑的預定區域。工件的卡滯可能出現于，例如，在工件運行中工件與某一結構意外接觸，和/或用于引起工件運動的系統出現意外或故障操作。
現在參看圖1和2，圖中示出了本發明的一個示范性實施例的框圖。如圖1所示，系統100包括檢測器104，例如加利福尼亞州帕拉圖的安捷倫科技公司(Agilent technologies)制造的型號為ADNS-2051的光學檢測器，其連接著處理器108，該處理器又通過通信通道109例如SPI總線連接著指示電路板(indexer board)110。指示電路板110優選連接著(1)指示電機控制器(indexermotor controller)112(例如，通過通信通道111如SPI總線)，(2)微步進器電路板(microstepper board)114(通過控制線113)，以及(3)一個抓持器(未示出)(通過控制線116)。抓持器用于在接合過程中沿著輸送系統(未示出)抓持和移動(牽引和/或推拉)工件102。基于設計上的考慮，通信通道104和111可以是同一個通信通道，或者是分設的通信通道。
在操作中，檢測器104響應于從工件102的表面接收到的光學激勵103而產生輸出信號106(最佳地顯示于圖2中)。輸出信號106被提供給處理器108，輸出信號的脈沖寬度取決于工件102沿系統移動的速度。在一個示范性實施例中，可以假設工件102移動通過系統的速度是基本恒定的，并且小于大約10英寸/秒。根據本發明，輸出信號106并不局限于正交信號(例如圖1所示)，而是可以是多種適宜的信號，例如單周期信號。
處理器108對輸出信號106進行分析并且通過通信通道109提供指令，以控制工件102在系統中的運動。在本發明的一個示范性實施例中，所述分析是將輸出信號106與預定閾值作比較。一個示范性的閾指是大約16毫秒。在本發明的另一個示范性實施例中，所述分析是將輸出信號106與實時速度信號(例如由電機控制器傳送的)作比較，從而可以檢測非穩態運動(即加速或減速)中的卡滯。
如圖2所示，在正常操作中，隨著工件102在加工過程中前進，輸出信號106具有脈沖輪廓(pulsed profile)120，例如，該脈沖輪廓具有基于工件102的速度的周期121。在加工過程中，如果工件102的運動受到負面影響，例如在排出時受到卡滯，則輸出信號的輪廓將發生變化。在圖示的例子中，輸出信號106的輪廓變為數字“1”的穩態。還可以設想到，在工件102的卡滯狀態，輸出信號可以變為數字“0”的穩態。另外，根據本發明，也可以采用其它信號輪廓變化(例如有關閾值的變化)。在任何情況下，該信息(即輸出信號輪廓的變化)由處理器108通過通信通道104提供給指示電路板110。
如果指示電路板110接收到來自處理器108的代表工件102卡滯的信息，則指示電路板110優選命令抓持器(未示出)釋放其對工件102的抓持，以停止工件102的進一步運動。作為替代和/或附加，指示電路板也可以通過通信通道111和/或113來命令用于移動抓持器的電機(未示出)停止。還可以設想，可以產生警報信號(未示出)，以提示操作者該故障狀態，從而采取補救措施來解決問題。
在一個示范性實施例中，抓持器施加的力也可以被指示電路板110根據工件在加工過程中的當前位置來控制。例如，在工件運動的某些情況下(例如位于卡滯檢測窗之外)，抓持器施加的力可以設置在高級別，以確保工件保持在穩定狀態，從而獲得更高的加速度。另一個例子是工件的引線接合，此時抓持器優選完全從工件脫開。
隨著工件完成引線接合之后被排出，工件在進入加工過程的排出階段(即卡滯檢測窗)時被檢測器104檢測。通過識別，檢測器104向處理器108提供輸出信號。處理器108反過來優選通過控制線減小抓持器施加在工件102上的力。通過這種方式，如果工件102在排出過程中被卡滯，則工件與抓持器之間的連接會出現滑脫，這樣會降低工件102的損傷。這一特征可以結合或替代前面描述的在檢測到卡滯時停止工件102的運動這一特征來使用。
盡管前面介紹了在進入加工過程的排出階段時利用檢測器104對工件進行物理檢測的情況，但其它在進入排出階段時進行檢測的方法也可以采用。例如，可以使用一個傳感器來產生對應于工件位置的“存在”或“不存在”的信號。此外，在進入排出階段時可以利用軟件進行檢測，該軟件使用(1)已知的工件初始位置，和(2)用于移動工件的電機控制器所提供的數據(例如運動中經過的時間、速度等)。
用于檢測工件的運動和/或位置的傳感器可以是多種適宜傳感裝置(包括光學傳感器和滾動傳感器)中的一種。例如，滾動傳感器中可以包括一個旋轉編碼器，其與一個接觸工件的接觸機構(例如隨著工件的運動而旋轉的接觸輪)相連接。
參看圖3A-3B，圖中示出了示范性的安裝方法。如圖3A所示，系統100的至少一部分，例如檢測器104和處理器108，安裝在工件102(未示出)的運行路徑的上方，并且靠近輸送系統的后軌道130。作為示例，在用于薄銅引線框時，這種類型的安裝結構是有利的。或者，如圖3B所示，系統100的至少一部分，例如檢測器104和處理器108，安裝在工件102(未示出)的運行路徑的側面，并且靠近輸送系統的后軌道130。作為示例，在用于球珊陣列(BGA)器件時，這種類型的安裝結構是有利的。
參看圖4A-4B，圖中示出了圖3A所示實施例的示范性信號圖。如圖4A所示，對于示范性的8密耳(mil)厚的銅引線框，在正常操作中，輸出信號106具有脈沖輪廓106a。因此，卡滯信號142的輸出相應地為“0”或“正常狀態”。當檢測到卡滯時，輸出信號106的輪廓從脈沖輪廓106a變為穩態106b。為了避免觸發警報并隨后意外地停止加工過程，優選設定一個時間閾值，經過該時間閾值后采顯示真正故障。該閾值或檢測窗在圖4A中以140表示。在一個示范性實施例中，閾值140為大約16毫秒，以實現可靠的卡滯檢測。如果在經過了閾值140這一時段之后輸出信號106的輪廓仍處在穩態，則卡滯信號142如圖所示變為142b，以顯示卡滯。這樣，如前所述，工件102的運動停止和/或對工件102的抓持釋放。圖4B類似于圖4A，只是顯示的水平比例變化，并且經受檢測的工件是4密耳厚的銀引線框。
現在參看圖5A-5B，圖中示出了圖3B所示實施例的示范性信號圖。如圖5A所示，在正常操作中，輸出信號106具有脈沖輪廓106a。因此，卡滯信號142的輸出相應地為“0”或“正常狀態”。當檢測到卡滯時，輸出信號106的輪廓從脈沖輪廓106a變為穩態106b。為了避免觸發警報并隨后停止加工過程，優選設定一個時間閾值，經過該時間閾值后采顯示真正故障。該閾值或檢測窗在圖5A中以140表示。圖5B類似于圖5A，只是經受檢測的工件是13密耳厚的BGA基板，而圖5A中示出的是20密耳厚的BGA基板的脈沖輪廓。
盡管前面參照特定的實施例描述了本發明，但本發明并不局限于所示的細節。相反，在權利要求的等同替換的范圍和限度內，并且在不脫離本發明精神的前題下，可以對這些細節作出各種修改。
權利要求
1.一種用在引線接合機中以檢測至少一個工件的卡滯的系統，包括一個傳感器，其靠近所述至少一個工件的運行路徑安置，所述傳感器接收有關所述至少一個工件的運動信息；一個控制器，其與所述傳感器通信，以接收和處理來自所述傳感器的基于所述運動信息的輸出信號，所述處理器基于所述輸出信號產生控制信號，以控制所述至少一個工件的運動；其中，如果所述至少一個工件沿所述運行路徑被卡滯，則所述控制器停止所述至少一個工件的運動。
2.如權利要求1所述的系統，還包括一個抓持器，其電連接著所述控制器，所述抓持器基于來自所述控制器的所述控制信號而賦予所述至少一個工件沿所述運行路徑的運動。
3.如權利要求2所述的系統，其特征在于，所述抓持器基于所述至少一個工件沿所述運行路徑的位置而以預定的力可脫開地連接著所述至少一個工件。
4.如權利要求3所述的系統，其特征在于，如果所述至少一個工件位于所述運行路徑的預定部分中，則所述預定的力減小。
5.如權利要求3所述的系統，其特征在于，如果所述控制器判斷出所述至少一個工件沿所述運行路徑被卡滯，則所述抓持器松開所述工件。
6.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述傳感器是布置在所述運行路徑上方的光學傳感器。
7.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所述傳感器是布置在所述運行路徑側面的光學傳感器。
8.如權利要求1所述的系統，其特征在于，來自所述光學傳感器的所述輸出信號具有預定周期。
9.如權利要求8所述的系統，其特征在于，基于所述預定周期的變化指示所述至少一個工件的卡滯。
10.一種用在引線接合機中以檢測至少一個工件的卡滯的方法，包括以下步驟在所述引線接合機中賦予所述至少一個工件沿一個運行路徑的運動；監視所述至少一個工件沿所述運行路徑的運動；基于所述監視步驟產生輸出信號；判斷所述輸出信號的信號輪廓；根據所述信號輪廓中的預定變化中斷所述至少一個工件的進一步運動。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述監視步驟包括獲取來自所述工件的表面的至少一部分的光學信號；所述產生輸出信號的步驟包括基于所述至少一個工件的運動產生具有預定周期的輸出信號。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述賦予運動的步驟包括以預定的力抓持所述至少一個工件的至少一部分；在基本直線方向上沿所述運行路徑移動所述至少一個工件。
13.如權利要求12所述的方法，還包括以下步驟當所述至少一個工件位于所述運行路徑的預定部分中時，減小所述預定的力；如果基于所述判斷步驟發現所述至少一個工件被卡滯，則解除所述至少一個工件上的抓持力。
14.一種用于具有抓持器的接合機中以檢測至少一個工件的卡滯的系統，包括一個傳感器，其靠近所述至少一個工件的運行路徑安置，所述傳感器接收有關所述至少一個工件的運動信息；一個控制器，其與所述傳感器通信，以接收和處理來自所述傳感器的基于所述運動信息的輸出信號，所述處理器基于所述輸出信號產生控制信號，以控制所述至少一個工件的運動；其中，如果所述至少一個工件沿所述運行路徑被卡滯，則所述控制器實施下述操作中的至少一個i)停止所述至少一個工件的運動，ii)釋放所述抓持器對所述工件的抓持。
15.如權利要求14所述的系統，其特征在于，所述控制器基于所述輸出信號的周期的預定變化來判斷所述至少一個工件的卡滯。
全文摘要
公開了一種用在引線接合機中以檢測至少一個工件的卡滯的系統，包括一個傳感器，其靠近所述至少一個工件的運行路徑安置，所述傳感器接收有關所述至少一個工件的運動信息；一個控制器，其與所述傳感器通信，以接收和處理來自所述傳感器的基于所述運動信息的輸出信號，所述傳感器基于所述輸出信號產生控制信號，以控制所述至少一個工件的運動；其中，如果所述至少一個工件沿所述運行路徑被卡滯，則所述控制器停止所述至少一個工件的運動。
文檔編號G01N21/86GK1671281SQ20051005638
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月18日 優先權日2004年3月18日
發明者胡小平, 王耀明, 阿林達姆·辛哈羅伊, 何順軍, 余峰 申請人:庫利克-索法投資公司