面向芯片封装的高加速度运动系统的精确定位和操作.pdfVIP

568 自．鞋科荸越展 第13卷第6期2003年6月 面向芯片封装的高加速度运动 系统的精确定位和操作” 丁 汉 朱利民 林忠钦 上海交通大学机械与动力工程学院．匕海200030lN午 A 摘要 介绍了下一代芯片封装设备的特点，及其研制中至待解决的核心科学问题：高速、高加 速度运动系统的精确定位与操纵理论通过对-4前研究现状的分析指明了解决该问题的理想途径： 没汁一种高推重比直接驱动的无／极低摩擦并具有可控阻尼特性的运动定位工作台及其相应的位置 伺服、视觉定位及力控制系统，并列举了相应的关键技术、研究方法和技术路线，为有关研究工 作的深入展开奠定7基础 关键词 电子制造芯片封装运动控制定位装配操作 IC上业是当前全球经济发展的高速增长点。是 运动到基座上方，然后以一定的压力将芯片Ⅱi在指 国民经济中最具活力的行业．Ic制造包括硅片制造、 定的位置，这是一个典型的操作(装配)过程同样 芯片制造、芯片封装和Ic测试4个步骤，其中芯片 在引线焊接过程中，键合头运动到芯片焊盘上方， 封装是指将芯片安装、固定、密封于封装基板中，并 “一定的压力将引线压在焊盘上，完成焊接后，再 将其上的I／o点用导线连接到封装外壳引脚上的过 运动到基座焊盘的位置，完成另一端的焊接，这也 程封装基板起着保护芯片和增强芯片电热性能的作 是一个操作过程 用，目前芯片的封装成本几乎已和芯片的制造成本相 与传统的机械制造相比，芯片封装的特点在于高 当从过去10年的发展情况来看，由于半导体制造 精度和高加速度：由于芯片上的焊盘间距40“m， 工艺的进步和市场对微小芯片需求的急速增长，芯片 因此工作台的定位精度必须5／an；由于行程极短． I／o密度越来越高，芯片尺寸、芯片引线间距和焊盘 为实现高速装配，工作台架必须以很高的加速度 直径持续减小，同时为提高生产效率，封装速度逐年 (6G1’)运动；另外由于装配操作对象为脆性的硅晶 递增，因而对封装设备的运动精度(主要是定位精度) 片和超细的金属丝，因此在装配过程中必须严格控制 和运行速度、加速度提出了极高的要求． 作用力(冲击力100孑’，接触压力409) 本文将着眼于前瞻性基础研究，评述下一代芯 芯片封装设备作为一种自动化装备与传统的机 片封装设备研制中的核心科学问题、研究现状及关 械制造设备有很多共性之处，但亦有其特殊之处， 键技术方案 主要表现在以下3个方面： (1)在高加速度工况下，运动系统的驱动信号 1芯片封装设备的特点 为突变信号，对系统的高频动态有很大的影响； 广义地说芯片封装过程是一个装配操作过程， (2)由于粘接和机械装夹均无法实现微米级的 只不过零件间的连接是通过粘结和焊接完成的 如 定位精度，所以芯片及其上的焊盘在工作台上的精 在芯片粘接过程中，吸盘从送料装置上吸附芯片， 确位姿需由视觉系统通过实测予以确定； 稿修改稿 *国家自然科学蕈金重犬项目资助 educn E·mail：hding@sjtu 1)l(j=9806m／s2 806【nN 2)Ig／J=9 自．亚井乎皿屋第13卷第6期2003年6月 (3)在高速、高加速度工况下，接触过程巾的 则会m现新的振动问题作为一种简单而有效的开 微小位移常常会引起很火的挤压作用力，因此在沿 环控制方法，时滞滤波在运动控制中得到r广泛应 z轴的运动控制中必须引八力反馈 用[5—1．其基本思想是分