打線設備及其保護氣體自動切換系統與方法
2023-05-27 18:06:51
專利名稱：打線設備及其保護氣體自動切換系統與方法
打線設備及其保護氣體自動切換系統與方法
技術領域：
本發明涉及一種打線設備及其保護氣體自動切換系統與方法，特別是涉及一種可 確保打線質量的導線接合方法和打線裝置。
背景技術：
在半導體封裝構造工藝中，打線接合(wiring bonding)技術已廣泛地應用於半導 體晶片與封裝基板或導線架之間的電性連接。一般打線接合工藝是以金線為主，但由於銅 線具有低成本的優勢，相較於金線，銅線具有較佳的導電性及導熱性，因而銅製導線的線徑 可較細且散熱效率較佳。然而，銅線或其它封裝導線(例如鋁線)極易與空氣中的氧分子 結合而生成氧化物，上述氧化物會造成降低封裝導線與焊墊表面的結合強度與電性連接質 量(quality)等問題，因而影響銅線或鋁線等低成本線材的應用性。為改善上述問題，現有的打線設備在進行易氧化導線的打線作業時，通常會提供 保護氣體(例如氮氣等鈍性氣體)於導線上，以防止導線接觸外在環境的氧氣，進而提供無 氧作業環境來改善氧化等問題。但是，當生產線要使用不同材質的導線來進行另一打線作 業時，打線設備需因應導線的改變，而對應轉換供應不同種類的保護氣體，以便得到最佳的 打線保護效果。然而，目前的打線設備是由操作人員來判斷不同打線工藝所需的保護氣體 種類，且由人工的方式來更換不同種類的保護氣體及其供應參數(如速度等)。結果，此人 工方式容易產生人為的操作錯誤，且耗費人力和時間，同時調控的精準度也較為低落。故，有必要提供一種打線設備的保護氣體自動切換系統，以解決現有技術所存在 的問題。
發明內容本發明的主要目的在於提供一種打線設備的保護氣體自動切換系統，其特徵在 於所述保護氣體自動切換系統包括氣體自動切換裝置，連接於所述打線設備的氣體噴嘴，用以選擇第一保護氣體或 第二保護氣體來提供至所述氣體噴嘴，其中第一氣體管道是連接於所述氣體自動切換裝 置，以提供所述第一保護氣體；及第二氣體管道是連接於所述氣體自動切換裝置，以提供所 述第二保護氣體；以及控制單元，用以依據所述打線設備進行打線時所使用的導線種類，而傳送控制信 號至所述氣體自動切換裝置，以使所述氣體自動切換裝置依據所述控制信號來進行切換， 而提供所述第一保護氣體或所述第二保護氣體至所述打線設備的所述氣體噴嘴。本發明的另一目的在於提供一種打線設備的保護氣體自動切換方法，其特徵在 於所述保護氣體自動切換方法包括如下步驟提供打線程序；利用控制單元來讀取所述打線程序，並傳送控制信號至氣體自動切換裝置；以及依據所述控制信號，利用所述氣體自動切換裝置來選擇提供第一保護氣體或第二
4保護氣體至所述打線設備的氣體噴嘴。本發明的再一目的在於提供一種打線設備，其特徵在於所述打線設備包括承載臺，用以固定工作物件；焊針，用以提供導線；氣體噴嘴，用以在打線過程中對所述導線進行噴氣；以及保護氣體自動切換系統，包括氣體自動切換裝置，連接於所述打線設備的所述氣體噴嘴，用以選擇第一保護氣 體或第二保護氣體來提供至所述氣體噴嘴，其中第一氣體管道是連接於所述氣體自動切換 裝置，以提供所述第一保護氣體；及第二氣體管道是連接於所述氣體自動切換裝置，以提供 所述第二保護氣體；以及控制單元，用以依據所述打線設備進行打線時所使用的所述導線的種類，而傳送 控制信號至所述氣體自動切換裝置，以使所述氣體自動切換裝置依據所述控制信號來進行 切換，而提供所述第一保護氣體或所述第二保護氣體至所述打線設備的所述氣體噴嘴。本發明的保護氣體自動切換系統及方法可依據不同的導線材來自動地切換不同 的保護氣體，以確保最佳的打線質量，因而可改善人為操作錯誤問題，並大幅地節省人力和 時間。為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉優選實施例，並配合所附圖式，作 詳細說明如下
圖1顯示依據本發明的一實施例的打線設備與保護氣體自動切換系統的示意圖；圖2顯示依據本發明的一實施例的保護氣體自動切換方法的方法流程圖；以及圖3顯示依據本發明的另一實施例的打線設備與保護氣體自動切換系統的示意 圖。
具體實施方式請參照圖1，其顯示依據本發明的一實施例的打線設備與保護氣體自動切換系統 的示意圖。本實施例的打線設備100的保護氣體自動切換系統110可依據打線設備100進 行打線時欲使用的導線材質種類，來自動地切換提供不同種類的保護氣體，以改善打線設 備100在進行打線時可能發生的導線氧化等問題。本實施例的保護氣體自動切換系統110 可預先整合於打線設備100中，但不限於此，此保護氣體自動切換系統110亦可獨立於打線 設備100之外，以選擇性的搭配用於不同的打線設備100。如圖1所示，在本實施例中，此打線設備100可包括保護氣體自動切換系統110、承 載臺120、焊針130及氣體噴嘴140，其中承載臺120、焊針130及氣體噴嘴140可設置於一 機臺或基座(未繪示)上。保護氣體自動切換系統110是連接於氣體噴嘴140，用以選擇適 合的保護氣體來提供至氣體噴嘴140。承載臺120是用以置放和固定工作物件201，以焊接 導線於202於工作物件201上，其中工作物件201可為晶片、發光二極體、封裝基板、導線架 等，同時導線202的種類可例如為銅線、鋁線、銀線、鍍鈀銅線、金線或其它種類的金屬或合 金導線，上述導線202特別是指易氧化的導線，例如銅線、鋁線、銀線或其合金線材。再者，焊針130可具有通孔來穿設導線202，用以提供導線202，並可接合導線202於工作物件201 上。氣體噴嘴140是用以在打線過程中對導線202進行噴氣，通過噴出保護氣體於導線202 上，可改善氧化等影響打線質量的問題。在本實施例中，氣體噴嘴140可包括第一氣體噴嘴 141和第二氣體噴嘴142。第一氣體噴嘴141可對應於焊針130的出線端的焊球成形位置， 用以在焊針130提供導線202並形成焊球的過程中持續地噴出保護氣體於導線202上，以 確保導線202由焊針130內穿出並形成焊球時的導線品質。第二氣體噴嘴142可對應於承 載臺120上的工作物件201，而可在打線過程中持續地噴出保護氣體於承載臺120上的工 作物件201，以改善工作物件201所可能發生的氧化等問題，進而確保導線202焊接結合在 工作物件201上的接合質量。因此，第一氣體噴嘴141和第二氣體噴嘴142可同時確保焊 針130的焊球成形位置及承載臺120上的導線202及工作物件201的焊接結合位置的導線 202質量。
在本實施例中，打線設備100可更包括放電組件(未繪示)，其具有放電棒(EFO)， 用以對從焊針130所送出的導線202進行放電加熱，而使得導線202的末端可在焊球成形 位置處形成熔融的球狀，以便進一步接合於工作物件201上。如圖1所示，本實施例的保護氣體自動切換系統110可包括氣體自動切換裝置111 和控制單元112，氣體自動切換裝置111是連接於氣體噴嘴140，用以選擇第一保護氣體或 第二保護氣體來提供至氣體噴嘴140，控制單元112是電性連接於氣體自動切換裝置111， 用以依據打線設備100進行打線時所使用的導線202材質種類，而傳送控制信號至氣體自 動切換裝置111，以使氣體自動切換裝置111依據控制單元112所提供的控制信號來進行切 換，而可選擇性地提供第一保護氣體或第二保護氣體至氣體噴嘴140。其中，第一氣體管道 203和第二氣體管道204是分別連接於氣體自動切換裝置111，第一氣體管道203是用以提 供第一保護氣體至氣體自動切換裝置111，第二氣體管道204是用以提供第二保護氣體至 氣體自動切換裝置111。其中，第一保護氣體和第二保護氣體可例如為惰性氣體(如純氮 氣)、或者氮、氫及惰性氣體的混合氣體。在本實施例中，第一保護氣體例如為純氮氣，第二 保護氣體例如為氮和氫的混合氣體，但並不限於此。如圖1所示，本實施例的保護氣體自動切換系統110的氣體自動切換裝置111可 包括氣體切換器113和流量控制器114。氣體切換器113是連接於第一氣體管道203和第 二氣體管道204，用以選擇切換第一氣體管道203或第二氣體管道204所輸送的氣體至氣體 噴嘴140。例如，氣體切換器113可選擇關閉第一氣體管道203和第二氣體管道204的其中 一者，以選擇性地允許單一種的保護氣體通過氣體切換器113。又例如，氣體切換器113可 選擇性地僅連通於第一氣體管道203和第二氣體管道204的其中一者，以選擇性地允許單 一種的保護氣體通過氣體切換器113。如圖1所示，本實施例的流量控制器114是連接於氣體切換器113與氣體噴嘴140 之間，用以控制提供至氣體噴嘴140的保護氣體的流量。在本實施例中，流量控制器114可 包括第一流量控制器114a和第二流量控制器114b。第一流量控制器114a是對應於第一氣 體管道203，用以控制第一保護氣體的流量。第二流量控制器114b是對應於第二氣體管道 204，用以第二保護氣體的流量。此時，第一氣體噴嘴141和第二氣體噴嘴142的氣體流量 可同時由第一流量控制器114a(或第二流量控制器114b)來進行控制。如圖1所示，本實施例的保護氣體自動切換系統110的控制單元112是連接於氣體自動切換裝置111，用以控制氣體自動切換裝置111來自動地切換提供不同的保護氣體。 控制單元112例如為中央處理器(CPU)、可程控器(PLC)、單晶片微處理機(MCU)、具有處理 路線的處理器、計算機裝置或其它類似單元。在本實施例中，控制單元112可電性連接於打 線設備100，並可讀取打線設備100的自動打線程序信號(或自動打線程序數據)，以判斷 打線設備100在打線時所使用的導線202材料，其中此自動打線程序信號可為預先設定於 打線設備100中，以使打線設備100可依據此自動打線程序信號(或數據)來自動地執行不 同的打線程序，且此自動打線程序信號中包含有導線202材料的信息。接著，控制單元112 可依據打線設備100進行打線時所使用的導線202材質種類來傳送控制信號至氣體自動切 換裝置111，以使氣體自動切換裝置111可依據此控制信號來進行切換，而選擇性地提供適 合於導線202材質種類的第一保護氣體或第二保護氣體至氣體噴嘴140。在一實施例中，此自動打線程序信號亦可預先設定於控制單元112中，因而控制 單元112可直接依據此自動打線程序信號(或數據)來判斷導線202材料，進而提供控制 信號至氣體自動切換裝置111。請參照圖2，其顯示依據本發明的一實施例的保護氣體自動切換方法的方法流程 圖。當進行本實施例的保護氣體自動切換方法時，首先，提供打線程序(步驟S301)。在本 實施例中，此打線程序可為自動打線程序信號或自動打線程序數據，並可預先設定於打線 設備100中。接著，利用控制單元112來讀取此打線程序，並傳送控制信號至氣體自動切換 裝置111 (步驟S302)。接著，依據此控制信號，利用氣體自動切換裝置111來選擇性地提供 第一保護氣體或第二保護氣體至打線設備100的氣體噴嘴140 (步驟S303)。因此，本實施 例的保護氣體自動切換系統110的控制單元112可自動地判斷打線設備100進行打線時所 使用的導線材，並對應地依據導線202材質種類來傳送控制信號至氣體自動切換裝置111， 以自動地切換不同的保護氣體至氣體噴嘴140。因此，通過本實施例的保護氣體自動切換系統110及方法，打線設備100可自動地 依據不同的導線材而對應提供適合的保護氣體，以確保打線質量的最佳化，且可改善人工 切換操作錯誤所導致的問題，大幅地節省人力和時間。在另一實施例中，本發明的保護氣體自動切換系統110和方法亦可用以切換兩種 以上的保護氣體(如第一保護氣體、第二保護氣體、第三保護氣體等)，以確保打線質量。請參照圖3，其顯示依據本發明的又一實施例的打線設備與保護氣體自動切換系 統的示意圖。在又一實施例中，打線設備400包括保護氣體自動切換系統410、承載臺420、 焊針430及氣體噴嘴440。保護氣體自動切換系統410包括氣體自動切換裝置411和控制 單元412，控制單元412是電性連接於氣體自動切換裝置411，以控制氣體自動切換裝置411 來切換不同的保護氣體。氣體噴嘴440包括第一氣體噴嘴441和第二氣體噴嘴442，第一氣 體噴嘴441是對應於焊針430的出線端，第二氣體噴嘴442是對應於承載臺420上的工作 物件201。氣體自動切換裝置411包括氣體切換器413和流量控制器414，氣體切換器413 是連接於第一氣體管道203和第二氣體管道204，用以選擇切換第一氣體管道203或第二氣 體管道204所輸送的氣體至氣體噴嘴440。在本實施例中，流量控制器414可包括兩個第一 流量控制器414a、414b和兩個第二流量控制器414c、414d。第一流量控制器414a、414b是 對應於第一氣體管道203，用以控制第一保護氣體的流量，其中第一流量控制器414a是連 接於第一氣體噴嘴441，同時第一流量控制器414b則是連接於第二氣體噴嘴442。第二流量控制器414c、414d是對應於第二氣體管道204，用以控制第二保護氣體的流量，其中第二 流量控制器414c是連接於第一氣體噴嘴441，同時第二流量控制器414d則是連接於第二氣 體噴嘴442。因此，打線設備400可通過個別的流量控制器414a、414b、414c、414d來分別控 制每一氣體噴嘴441、442的流量。因此，本發明的保護氣體自動切換系統及方法可依據不同的導線材來自動地切換 不同的保護氣體，以確保打線質量。由於此保護氣體自動切換系統可自動地進行切換，因而 可改善人為操作錯誤問題，並大幅地節省人力和時間。綜上所述，雖然本發明已以優選實施例揭露如上，但上述優選實施例並非用以限 制本發明，本領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與潤 飾，因此本發明的保護範圍以權利要求界定的範圍為準。
權利要求
一種打線設備的保護氣體自動切換系統，其特徵在於所述保護氣體自動切換系統包括氣體自動切換裝置，連接於所述打線設備的氣體噴嘴，用以選擇第一保護氣體或第二保護氣體來提供至所述氣體噴嘴，其中第一氣體管道是連接於所述氣體自動切換裝置，以提供所述第一保護氣體，且第二氣體管道是連接於所述氣體自動切換裝置，以提供所述第二保護氣體；以及控制單元，用以依據所述打線設備進行打線時所使用的導線種類，而傳送控制信號至所述氣體自動切換裝置，以使所述氣體自動切換裝置依據所述控制信號來進行切換，而提供所述第一保護氣體或所述第二保護氣體至所述打線設備的所述氣體噴嘴。
2.根據權利要求1所述的保護氣體自動切換系統，其特徵在於所述第一保護氣體為 純氮氣，且所述第二保護氣體為氮和氫的混合氣體。
3.根據權利要求1所述的保護氣體自動切換系統，其特徵在於所述氣體自動切換裝 置包括氣體切換器，用以切換所述第一氣體管道或所述第二氣體管道所輸送的氣體至所述 氣體噴嘴。
4.根據權利要求1所述的保護氣體自動切換系統，其特徵在於所述氣體自動切換裝 置包括流量控制器，用以控制所述第一保護氣體或所述第二保護氣體的流量。
5.根據權利要求4所述的保護氣體自動切換系統，其特徵在於所述流量控制器包括 第一流量控制器和第二流量控制器，所述第一流量控制器是用以控制所述第一保護氣體的 流量，所述第二流量控制器是用以控制所述第二保護氣體的流量。
6.根據權利要求1所述的保護氣體自動切換系統，其特徵在於所述氣體噴嘴包括第 一氣體噴嘴和第二氣體噴嘴，所述第一氣體噴嘴是對應於所述打線設備的焊針的出線端的 焊球成形位置，所述第二氣體噴嘴是對應於所述打線設備的承載臺上的工作物件的焊接結 合位置。
7.根據權利要求6所述的保護氣體自動切換系統，其特徵在於所述氣體自動切換裝 置包括兩個第一流量控制器和兩個第二流量控制器，其中所述兩個第一流量控制器是分別 連接於所述第一氣體噴嘴和所述第二氣體噴嘴，用以分別控制所述第一氣體噴嘴和所述第 二氣體噴嘴的所述第一保護氣體的流量，及其中所述兩個第二流量控制器是分別連接於所 述第一氣體噴嘴和所述第二氣體噴嘴，用以分別控制所述第一氣體噴嘴和所述第二氣體噴 嘴的所述第二保護氣體的流量。
8.根據權利要求1所述的保護氣體自動切換系統，其特徵在於所述導線為銅線、鋁 線、銀線或其合金線材。
9.一種打線設備的保護氣體自動切換方法，其特徵在於所述保護氣體自動切換方法 包括如下步驟提供打線程序；利用控制單元來讀取所述打線程序，並傳送控制信號至氣體自動切換裝置；以及依據所述控制信號，利用所述氣體自動切換裝置來選擇提供第一保護氣體或第二保護 氣體至所述打線設備的氣體噴嘴。
10.一種打線設備，其特徵在於所述打線設備包括承載臺，用以固定工作物件；焊針，用以提供導線； 氣體噴嘴，用以在打線過程中對所述導線進行噴氣；以及 保護氣體自動切換系統，包括氣體自動切換裝置，連接於所述打線設備的所述氣體噴嘴，用以選擇第一保護氣體或 第二保護氣體來提供至所述氣體噴嘴，其中第一氣體管道是連接於所述氣體自動切換裝 置，以提供所述第一保護氣體，且第二氣體管道是連接於所述氣體自動切換裝置，以提供所 述第二保護氣體；以及控制單元，用以依據所述打線設備進行打線時所使用的所述導線的種類，而傳送控制 信號至所述氣體自動切換裝置，以使所述氣體自動切換裝置依據所述控制信號來進行切 換，而提供所述第一保護氣體或所述第二保護氣體至所述打線設備的所述氣體噴嘴。
全文摘要
本發明提供一種打線設備及其保護氣體自動切換系統與方法。此系統包括氣體自動切換裝置和控制單元。此方法包括如下步驟提供打線程序；利用控制單元來讀取打線程序，並傳送控制信號至氣體自動切換裝置；以及依據控制信號，利用氣體自動切換裝置來選擇提供第一保護氣體或第二保護氣體至打線設備的氣體噴嘴。本發明可自動地切換不同的保護氣體，以確保最佳的打線效果。
文檔編號H01L21/60GK101872729SQ201010187398
公開日2010年10月27日 申請日期2010年5月28日 優先權日2010年5月28日
發明者呂岱烈, 呂松霖, 徐明鵬, 郭飛敏, 高雍 申請人:日月光封裝測試(上海)有限公司