全自动金丝球焊机的CAD/CAE设计研究

全自动金丝球焊机是微电子封装设备中的核心设备 ,它是集精密机械、自动控制、图像识别、计算机应用、光学、超声波焊接等多领域技术于一体的现代高技术微电子生产设备。工作原理是通过X_Y工作台和焊头的三维运动控制 ,定位并拉出设定的金丝线型 ,采用超声波热压球焊方法焊接芯片管脚。技术路线是应用光机电一体化技术和采用CAD/CAE技术手段进行研制与开发。超声球焊和高速高精度运动定位技术是关键技术。为使球焊机达到高速高精度焊接的要求 ,应用CAD/CAE技术对球焊机关键部件 X_Y 工作台及焊头进行CAD建模的概念设计、有限元力学分析和结构优化设计。

全自动金丝球焊机X-Y工作台的误差分析

全自动金丝球焊机是微电子封装设备中的核心设备,它是集精密机械、自动控制、图像识别、计算机应用、光学、超声波焊接等多领域于一体的现代高技术微电子生产设备.工作原理是通过X-Y高精度工作台和焊头的三维运动控制,采用超声波压焊方法,牵引直径只有20～50 μm的金丝,实现从芯片表面焊点到引脚框架的电气联接.X-Y工作台要求实现精度达5 μm,以便保证各焊点的精确位置.文章针对工作台的高精度要求,通过对其结构的具体分析,系统并详尽地对所设计的二维工作台的各种误差源进行了分析计算,得出了二维工作台定位精度的工程计算公式,同时介绍了二维工作台定位精度的测量方法,对理论结果与实测结果进行了分析比较,验证了误差分析结果的正确性,为高精度二维工作台的设计提供参考.

全自动金丝球焊机的芯片图像预处理

全自动金丝球焊机是半导体制造后端工序的关键设备之一,本文提出应用同态增晰滤波法增强图像的对比度,减少了光照变化并锐化了边缘和细节图像,去除了因光照不均而引起图像像素灰度的低动态范围,然后再用多图像平均法以降低信噪比,完成芯片图像的预处理,为全自动金丝球焊机芯片图像的定位奠定了基础。

金丝球焊机金丝检测技术

在应用于三极管压焊的全自动金丝球焊机中,金丝检测是确保压焊过程工艺质量的关键技术。通过设计金丝的打火失球检测和第一焊点、第二焊点压焊失败检测电路,实现金丝球焊机的金丝压焊效果自动检测功能。实验证明,所设计的检测电路完全满足压焊工艺质量的要求。

全自动金丝球焊机的改造及应用

随着IC封装材料和技术的进步,产品引脚、焊线、焊盘尺寸正逐渐变小,芯片上焊盘间距不断减小,早期的全自动金丝球焊机已不能满足现有产品的工艺和质量要求,特提出将其改造为点胶机的设想。简要介绍了全自动金丝球焊机改造成时间/压力型全自动点胶机的系统组成和工作原理,以及其在IC封装芯片表面点胶特殊工艺中的应用,并对优缺点、影响点胶质量的因素等进行了分析,提出了改进提高的措施。

全自动金丝球焊机中芯片图像快速定位算法

提出了一种通过对二维模板图像抽样来进行图像匹配的快速算法,并对其进行了优化。该算法通过设定搜索步长、提取抽样序列,大大减少了搜索和匹配过程的运算量。并且采用两阶段搜索过程,解决了目标子图像旋转问题,保证了匹配精度。该算法运算简单,特别适合硬件实现。实践表明,该算法满足系统的实时性(<20ms)和定位精度(±4μm)的要求,抗噪能力较强,具有很强的鲁棒性。

浅谈全自动金丝球压焊机的图像检测定位

全自动金丝球压焊机是用于芯片生产后工序的关键设备之一,芯片检测定位系统更是其核心技术。芯片检测定位系统主要构件包括辅助光源、CCD摄像机、图像采集卡等硬件设备,以及专用的芯片处理检测定位算法。本文介绍了基于图像处理的芯片专用检测定位系统的组成,分析了图像检测定位要求,并提出了相应的检测定位算法,从而完成芯片检测定位等功能。

自动金丝球引线键合机图像识别系统

自动金丝球焊机是半导体制造后端工序的关键设备之一,图像识别系统是其核心技术。通过直方图均衡、中值滤波实现图像的增强、去噪,采用MPSA算法减少计算量,同时结合计算机并行处理技术,利用MMX指令对图像处理部分进行代码优化。该图像识别系统已成功应用于手动金丝球焊机中,将其改造为自动金丝球焊机。

图像识别系统在IC封装设备中的应用

把图像识别系统应用于IC封装设备中,成功将手动式金丝球焊机改造为全自动金丝球焊机; 根据金丝球焊机的高速度、高精度要求,系统采取了梯形分层搜索的序贯相关判决图像识别算法,采用了步进电机细分驱动凸轮、凸轮直接驱动V型导轨平台的控制方法,获得了低成本、高效率的效果。

基于模板抽样的快速图像匹配算法

为了提高图像匹配速度,满足某些领域的实时性要求,提出了一种快速图像匹配算法。该算法利用Sobel边缘算子得到模板的灰度边缘图像,并对该边缘图像进行抽样以提取匹配点,从而显著减少匹配过程的计算量。利用遗传算法的非遍历搜索机制,迅速收敛到全局近似最优解,进一步减少了匹配过程的计算量。在此基础上引入精确匹配环节,找出了目标子图像的精确位移及旋转角度。将该算法应用于全自动金丝球焊机的图像识别系统,在主频为1GHz的工控机上实现该算法,匹配时间平均约为37ms,小于系统在60ms内进行匹配的要求,连续多次实验算法均能精确匹配目标的概率为93.8%,满足该系统的实时性与精度要求,取得了理想的效果。

封装设备中对二极管和晶体管焊接黏附检测电路设计

研制的金丝球焊机是用于焊接SOT(小尺寸表面安装)的二极管、晶体管的半导体封装设备,实现用金丝导线将芯片上的电路接点与封装外壳的引脚相连.焊接黏附检测是确保焊接质量的关键环节.焊接检测电路巧妙利用焊接芯片二极管、晶体管共有的PN结特性设计,检测输入信号采用周期脉冲信号,焊接检测信号以高低电平区分焊接情况.为避免烧球时高压打火在金丝上产生的高压损坏焊接检测电路,设计采用继电器分时切换金丝烧球与焊接检测.经实验证明所设计的检测电路完全能够实现所有型号SOT封装二极管、晶体管器件的焊接检测.