全自動楔形引線鍵合機的送絲機構研究

郝艷鵬，崔海龍，馬生生，張永聰，趙喜清，劉 峰

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024)

全自動楔形引線鍵合機的送絲機構研究

郝艷鵬，崔海龍，馬生生，張永聰，趙喜清，劉 峰

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024)

為了解決當前全自動引線鍵合機送絲系統中的傳輸阻力大等問題，根據引線鍵合工藝過程和系統的技術要求，設計了氣動送絲機構，利用空吸原理作用，實現金絲的低阻傳輸。通過建立氣動送絲組件內的氣壓模型，借助COMSOL Multiphysics多物理場仿真軟件進行仿真，得到了氣壓與送絲組件結構之間的關系，進而得到較好的送絲組件結構，為今后研制更加快速穩定的引線鍵合設備提供了很好的理論依據。

引線鍵合；送絲系統；空吸原理；多物理場仿真

引線鍵合設備是典型的光、機、電一體化產品，它是由精密運動機械、智能控制、圖像識別、光學和超聲波焊接等多領域、跨學科技術組成的現代高技術微電子生產設備。目前，引線鍵合主要是實現半導體芯片與封裝外殼之間的多種電連接，并傳遞芯片電信號、散發芯片內產生熱量的一種重要方式[1-4]。

微電子器件的芯片在向微、薄、集成化的方向發展，對其加工制作中的設備要求則是高精密、高速、高智能化，現在的全自動楔形引線鍵合設備的焊接速度已經達到一秒多線，這就要求在引線鍵合過程中，設備的送絲系統必須滿足送絲速度穩定性、送絲連續性和送絲均勻性的要求。為了提高鍵合的質量，對鍵合送絲系統的設計和影響送絲效果的分析顯得十分必要和重要。

1 送絲系統結構設計及原理

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

1.1 送絲系統結構設計

全自動金絲楔形引線鍵合機采用氣動送絲系統，其示意圖如圖1所示，包括送絲電機、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處金絲用完，驅動送絲電機旋轉，送出的金絲經過氣動送絲組件進入軟管，到達劈刀鍵合點處進行鍵合，實現穩定的鍵合送絲。

圖1 氣動送絲系統示意圖

1.2 送絲系統原理分析

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為PA-A的空氣（PA-A＞P0，P0為標準狀況下大氣壓，約為1×105Pa），當其流經B-B截面時變窄，繼續流經C-C截面時變寬，根據伯努利方程[5-8]及連續性方程關系有：

其中，P1，P2為第一、二點的壓強；

v1，v2為第一、二點的流速；

h1，h2為第一、二點的高度。

根據流量=流速×橫截面積，即

可得vB-B＞vA-A，從而得到PB-B＜PA-A，根據空吸作用原理，氣體在B-B截面產生空吸，吸取通過D-D截面的空氣，即空氣由右至左流經D-D截面，進入C-C截面。綜上所述，當有流體進入A-A截面時，會產生由右至左的流體，從而產生由右至左的力。當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，進入送絲軟管，到達劈刀鍵合點。

2 軟件仿真

為了得到送絲軟管內氣壓與氣動送絲組件結構之間的關系，本文運用COMSOL Multiphysics多物理場仿真軟件進行仿真。本文建立二維模型如圖3所示，選取送絲組件結構尺寸a、c、d和e結構尺寸不變，進口（a處）壓強P=0.2 MPa不變，改變結構尺寸b，即改變角度θ，對比得到送絲組件內流體流線圖如圖4所示，得到b處壓強見表1。

圖3 送絲結構尺寸圖

圖4 不同參數下仿真流線圖

表1 不同參數下b處壓強值

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點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。以上六種參數得到的壓強均小于P0，說明該結構在不同參數下都能得到小于標準大氣壓的負壓。當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，產生負壓小，當b過?。é冗^大），B-B截面過寬，根據伯努利方程及連續性方程可得到B-B截面流速過小，產生負壓小。仿真表明，當b=1.0 mm（θ=32.01°）時，能夠達到較好的負壓，起到較好的送絲作用。

3 結束語

本文從氣動送絲系統入手，利用流體力學的相關理論知識，對軟管內氣壓情況進行了分析，建立了氣動送絲組件內的氣壓模型，得到了送絲軟管內氣壓與角度之間的關系，進而得到較好的送絲組件結構，為今后研制更加快速穩定的引線鍵合設備提供了很好的理論依據。

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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，畢業于西北工業大學，主要從事微組裝電子專用設備及工藝技術的研發工作。

2017-04-10

國家國際科技合作專項項目（2015DFR70100）