全自动楔形引线键合机的送丝机构研究

郝艳鹏，崔海龙，马生生，张永聪，赵喜清，刘 峰

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

全自动楔形引线键合机的送丝机构研究

郝艳鹏，崔海龙，马生生，张永聪，赵喜清，刘 峰

(中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024)

为了解决当前全自动引线键合机送丝系统中的传输阻力大等问题，根据引线键合工艺过程和系统的技术要求，设计了气动送丝机构，利用空吸原理作用，实现金丝的低阻传输。通过建立气动送丝组件内的气压模型，借助COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件进行仿真，得到了气压与送丝组件结构之间的关系，进而得到较好的送丝组件结构，为今后研制更加快速稳定的引线键合设备提供了很好的理论依据。

引线键合；送丝系统；空吸原理；多物理场仿真

引线键合设备是典型的光、机、电一体化产品，它是由精密运动机械、智能控制、图像识别、光学和超声波焊接等多领域、跨学科技术组成的现代高技术微电子生产设备。目前，引线键合主要是实现半导体芯片与封装外壳之间的多种电连接，并传递芯片电信号、散发芯片内产生热量的一种重要方式[1-4]。

微电子器件的芯片在向微、薄、集成化的方向发展，对其加工制作中的设备要求则是高精密、高速、高智能化，现在的全自动楔形引线键合设备的焊接速度已经达到一秒多线，这就要求在引线键合过程中，设备的送丝系统必须满足送丝速度稳定性、送丝连续性和送丝均匀性的要求。为了提高键合的质量，对键合送丝系统的设计和影响送丝效果的分析显得十分必要和重要。

1 送丝系统结构设计及原理

由于金丝在送丝软管中会受到与送丝软管内壁的摩擦阻力，影响送丝稳定性，所以对气动送丝组件的研究尤为重要。

1.1 送丝系统结构设计

全自动金丝楔形引线键合机采用气动送丝系统，其示意图如图1所示，包括送丝电机、检测装置、气动送丝组件、送丝软管。其工作原理是检测装置检测到劈刀键合点处金丝用完，驱动送丝电机旋转，送出的金丝经过气动送丝组件进入软管，到达劈刀键合点处进行键合，实现稳定的键合送丝。

图1 气动送丝系统示意图

1.2 送丝系统原理分析

本文论述的气动送丝组件利用空吸作用原理，即高速气流造成的低压产生一种吸取流体的作用，如图2所示。

图2 基于空吸原理的送丝组件图

A-A截面通入由下至上的压强为PA-A的空气（PA-A＞P0，P0为标准状况下大气压，约为1×105Pa），当其流经B-B截面时变窄，继续流经C-C截面时变宽，根据伯努利方程[5-8]及连续性方程关系有：

其中，P1，P2为第一、二点的压强；

v1，v2为第一、二点的流速；

h1，h2为第一、二点的高度。

根据流量=流速×横截面积，即

可得vB-B＞vA-A，从而得到PB-B＜PA-A，根据空吸作用原理，气体在B-B截面产生空吸，吸取通过D-D截面的空气，即空气由右至左流经D-D截面，进入C-C截面。综上所述，当有流体进入A-A截面时，会产生由右至左的流体，从而产生由右至左的力。当金丝置于送丝组件的右端时，会受到由右至左的力，从而穿过送丝组件，进入送丝软管，到达劈刀键合点。

2 软件仿真

为了得到送丝软管内气压与气动送丝组件结构之间的关系，本文运用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件进行仿真。本文建立二维模型如图3所示，选取送丝组件结构尺寸a、c、d和e结构尺寸不变，进口（a处）压强P=0.2 MPa不变，改变结构尺寸b，即改变角度θ，对比得到送丝组件内流体流线图如图4所示，得到b处压强见表1。

图3 送丝结构尺寸图

图4 不同参数下仿真流线图

表1 不同参数下b处压强值

图4中红线表示流线，即某一瞬时在流场中绘出的一条空间曲线，在该曲线上所有流体质点在该时刻的流速矢量都与这一曲线相切，流线的疏密程度反映了流速的大小。以上六种参数得到的压强均小于P0，说明该结构在不同参数下都能得到小于标准大气压的负压。当b过大（θ过小），B-B截面过窄对气流的剪切力过大，会造成B-B截面流速降低，产生负压小，当b过小（θ过大），B-B截面过宽，根据伯努利方程及连续性方程可得到B-B截面流速过小，产生负压小。仿真表明，当b=1.0 mm（θ=32.01°）时，能够达到较好的负压，起到较好的送丝作用。

3 结束语

本文从气动送丝系统入手，利用流体力学的相关理论知识，对软管内气压情况进行了分析，建立了气动送丝组件内的气压模型，得到了送丝软管内气压与角度之间的关系，进而得到较好的送丝组件结构，为今后研制更加快速稳定的引线键合设备提供了很好的理论依据。

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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

郝艳鹏(1989-)，男，硕士，毕业于西北工业大学，主要从事微组装电子专用设备及工艺技术的研发工作。

2017-04-10

国家国际科技合作专项项目（2015DFR70100）