CN101369550B

CN101369550B - 全自动引线键合机金线断线检测装置

Info

Publication number: CN101369550B
Application number: CN2008100555616A
Authority: CN
Inventors: 谢珺耀; 谢秀镯
Original assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Current assignee: Beijing Semiconductor Equipment Institute
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2028-08-12
Also published as: CN101369550A

Abstract

本发明涉及一种全自动引线键合机金线断线检测装置，适用于全自动引线键合机等半导体设备自动焊线过程中全程在线检测的设备。本发明由中央处理单元、IO接口电路、RS422接口电路、信号源发生器、可编程电压源、缓冲放大器BF1、采样电路、差分放大器、线性整流电路、比较器、缓冲器BF2、数字化处理电路、短路检测电路组成。本发明积极效果是能够自动检测是否存在断线、键合强度差、线尾过短等不符合键合工艺要求的问题出现，以便提醒操作人员及时发现问题，从而对工艺参数进行修改以达到工艺要求。

Description

全自动引线键合机金线断线检测装置

技术领域

本发明涉及一种全自动引线键合机金线断线检测装置，适用于全自动引线键合机等半导体设备自动焊线过程中全程在线检测的设备。

背景技术

全自动引线键合机是采用细金属丝线(一般金线直径在25微米至50微米之间)将金线与芯片焊盘连接(称为第一焊点)，再将金线与引线框架连接(称为第二焊点)的半导体专用设备。断线检测装置是其中的一项非常关键的技术，世界上几家生产引线键合机的公司都把这种技术当作一项秘密并在产品说明上作为一大特色加以渲染。经检索，到目前为止尚未发现与本申请相同的技术资料。

全自动引线键合机的断线检测技术特点与难点在于：芯片的离散度很大，千差万别，有些芯片焊盘与衬底电阻较大，有些较小，有些是绝缘的，金属框架与传输台之间有一定的接触电阻，甚至接触不良，机器的本身有较大的电气噪声，在很大的噪声背景中提取有用的信号存在较大的难度。另外，由于全自动引线键合机速度非常快，最快的焊线速度在12线/秒，因此断线检测***必须在极短的时间(1～3毫秒)内完成，并且它的检测时序与键合头运动时序密切相关，任何一点问题都会造成检测不准确或假侦探。其次，断线检测与键合头、线夹、电子打火、超声波发生器在时序上密切配合时，才能对键合强度好坏、金线线尾短等做出正确判断。因此，断线检测***对整机的可靠性、键合质量有很大的影响，在整个键合工艺中是不可缺少的一个重要环节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够自动检测是否存在断线、键合强度差、线尾过短等问题的全自动引线键合机金线断线检测装置。

本发明采用如下技术方案：

本发明由中央处理单元、IO接口电路、RS422接口电路、信号源发生器、可编程电压源、缓冲放大器BF1、采样电路、差分放大器、线性整流电路、比较器、缓冲器BF2、数字化处理电路、短路检测电路组成；所述中央处理单元分别与IO接口电路和RS422接口电路双向连接，所述信号源发生器的输出端接可编程电压源的输入端，可编程电压源与中央处理单元双向连接，可编程电压源的第一路输出即交流信号电压接缓冲放大器BF1的输入端，缓冲放大器BF1的一路输出经过采样电路接差分放大器的一个输入端，缓冲放大器BF1的另一路输出直接接差分放大器的另一个输入端，所述采样电路依次与键合机的线夹、金线、被键合芯片、料条夹持传输台形成电流回路；

所述差分放大器的输出端经线性整流电路接所述比较器的一个输入端，可编程电压源的第二路输出即可编程参考比较基准电压接所述比较器的另一个输入端；所述比较器的输出端经所述缓冲器BF2接所述数字化处理电路的输入端，数字化处理电路的输出端接中央处理单元的输入端，中央处理单元的功能控制输出接数字化处理电路的控制端；

所述采样电路的另一路输出端经短路检测电路接中央处理单元的一个输入端。

本发明的工作原理如下：

中央处理单元完成***的所有逻辑控制、算法、通信传输等功能；信号源发生器提供三种可供选择的波形，即方波、三角形、正弦波，交流信号的应用可以减少对被测器件的损坏；交流信号经可编程电压源、缓冲放大器后加在漏电流采样电路与被测试的器件上(通过线夹、金线到芯片，然后从芯片到芯片衬底，最后通过引线框架到料条夹持传输台)构成回路，当金线完好地键合在芯片焊盘点上时，形成一个闭回路，否则是一个开回路，闭回路和开回路流经采样电阻上的电流不同，采样电阻上的压降差就有所不同，这个电压经过差分放大器、线性整流电路成为一个脉动的直流信号，来自另一路的可编程参考比较基准电压与之比较。脉动的直流信号的幅度大小反应漏电流的变化，当检测的信号幅度大于参考电压时，比较器输出一组脉冲串，当信号幅度小于参考电压时，比较器输出一个固定电平，通过数字化处理电路的处理输入到中央处理单元，软件通过计算在多长的时间段产生了多少个脉冲就会知道漏电流的大小，进而判断当前的金线与芯片以及框架连接状况。

线性整流电路对测量回路反馈来的信号进行整流，其目的是对小于一般二极管死区电压(约为0.5V左右)的电压信号也可以保证进行正常的整流而没有死区，甚至可对10mV左右的信号也可以进行很好地整流，进而把一个交变的信号变为脉动的直流信号；比较器、数字化处理电路完成基准电压与脉动的直流信号幅值的比较，进行数字化处理后产生的相应的方波脉冲信号序列

本装置通过采样电路把测量信号施加在线夹上，当金线与芯片或引线框架连接时会形成一个闭合回路，有少量的漏电流通过，否则，当没有连接或连接不好时，可能造成开路而没有电流流过。通过检测采样电阻上的压降差来计算流过其中的电流，压降的大小与流过器件中的电流成正比关系。

本发明积极效果是能够自动检测是否存在断线、键合强度差、线尾过短等不符合键合工艺要求的问题出现，以便提醒操作人员及时发现问题，从而对工艺参数进行修改以达到工艺要求。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2、3为本发明的电路原理图。

在图2中：EN-STICK、使能断线检测，CLR-START、清除启动状态，SYSTEM RST、***复位，SET TEST PAD1、设置测试第一焊点，SET TEST PAD2、设置测试第二焊点，SETPOLARTY、设置极性，ENOR、错误信号，ACK、回答信号，OUTP STATE、输出状态，REAL STATE、实时状态；CLR、清除启动指示灯，SRST、***恢复指示灯，EN、错误信号指示灯，ACK、回答信号指示灯。

具体实施方式

由图1-3所示的实施例可知，本实施例由中央处理单元、IO接口电路、RS422接口电路、信号源发生器、可编程电压源、缓冲放大器BF1、采样电路、差分放大器、线性整流电路、比较器、缓冲器BF2、数字化处理电路、短路检测电路组成；所述中央处理单元分别与IO接口电路和RS422接口电路双向连接，所述信号源发生器的输出端接可编程电压源的输入端，可编程电压源与中央处理单元双向连接，可编程电压源的第一路输出即交流信号电压接缓冲放大器BF1的输入端，缓冲放大器BF1的一路输出经过采样电路接差分放大器的一个输入端，缓冲放大器BF1的另一路输出直接接差分放大器的另一个输入端，所述采样电路依次与键合机的线夹、金线、被键合芯片、料条夹持传输台形成电流回路；

所述中央处理单元包括有单片机U7及其***元件品体振荡器Y1、电容C1-C2；

所述IO接口电路由光电隔离器U1、光电隔离器U3-U6及其***元件电阻R1-R19、发光二极管CLR、发光二极管SRST、发光二极管EN、发光二极管ACK、防干扰用的集成块U2B-U2F、接口插头XS1组成；接口插头XS1的3脚、11脚分别接光电隔离器U1的2脚、3脚，光电隔离器U1的7脚、6脚分别经集成块U2B、U2C接单片机U7的16脚、17脚；发光二极管EN与电阻R5串联后接在VCC与光电隔离器U1的7脚之间；发光二极管CLR与电阻R6串联后接在VCC与光电隔离器U1的6脚之间；

接口插头XS1的4脚、12脚分别接光电隔离器U3的2脚、3脚，光电隔离器U3的7脚接单片机U7的9脚光电隔离器U3的6脚经集成块U2D接单片机U7的40脚；发光二极管SRST与电阻R11串联后接在VCC与光电隔离器U3的7脚之间；

接口插头XS1的5脚、13脚分别接光电隔离器U4的2脚、3脚，光电隔离器U4的7脚、6脚分别经集成块U2E、U2F接单片机的39脚、38脚；

接口插头XS1的1脚、9脚分别接光电隔离器U5的7脚、6脚，光电隔离器U5的2脚、3脚分别经发光二极管EN、发光二极管ACK接单片机U7的4脚、5脚；

接口插头XS1的2脚、10脚分别接光电隔离器U6的7脚、6脚，光电隔离器U6的2脚、3脚分别接单片机U7的6脚、7脚；

所述RS422接口电路由光电隔离器U9-U10、总线驱动器U8及其***元件电阻R20-R24、接口插头SX2、电源跳线器JP1组成；总线驱动器U8的5脚-8脚分别接接口插头SX2的5脚、9脚、4脚、8脚，总线驱动器U8的2脚、3脚分别接光电隔离器U9的2脚、光电隔离器U10的7脚，光电隔离器U9的7脚接单片机U7的14脚，光电隔离器U10的2脚接单片机U7的15脚。

所述信号源发生器由集成块U18及其***元件电阻R57-R59、电阻R61、电容C12-C14、选择开关S1、电位器RP1、缓冲放大器U16A及其***元件电阻R60组成；集成块U18的输出端19脚接缓冲放大器U16A的输入端3脚；选择开关S1的1脚、2脚分别接集成块U18的3脚、4脚，选择开关S1的3脚、4脚分别接地；

所述可编程电压源由集成块U11及其***元件电阻R25-R26组成；集成块U11的输入端7脚与6脚并联后经电阻R60接信号源发生器中的缓冲放大器U16A的输出端1脚，集成块U11的9脚、14脚分别接单片机U7的23脚、22脚。

所述缓冲放大器BF1由集成块U12及其***元件电阻R31、电阻R34、电阻R37、电容C5组成；所述集成块U12由集成块U12A和U12B组成；集成块U12B的输入端6脚接可编程电压源的集成块U11的输出端8脚即交流信号电压输出端，集成块U12B的输出端7脚通过电阻R31接集成块U12A的输入端3脚。

所述采样电路由电阻R27-R29、电阻R35、选择开关S2组成；电阻R27-R29依次串联后的首端B接所述缓冲放太器中的集成块U12A的输出端1脚，其尾端C依次经键合机的线夹CLAM、金线、被键合芯片DIE，料条夹持传输台WORKHOLDEN、电阻R35接地；选择开关S2的1脚、2脚并联后接在电阻R28与电阻R29的节点上，选择开关S2的4脚接在电阻R27与电阻R28的节点上，选择开关S2的3脚接电阻R29的端点C；

所述差分放大器由集成块U13-U14、集成块U16B及其***元件电阻R32-R33、电阻R36、电阻R41-R46组成；所述集成块U13由集成块U13A和集成块U13B组成；所述集成块U14由集成块U14A和集成块U14B组成；集成块U13A的输入端3脚经电阻R32接所述缓冲放大器中的集成块U12A的输出端1脚即所述交流信号电压输出，集成块U13B的输入端5脚经电阻R36接采样电路中的电阻R29的C端即所述采样信号输出；集成块U13B的输出端7脚依次经集成块U14B、电阻R45接集成块U16B的输入端5脚；集成块U13A的输出端1脚依次经集成块Ut4A、电阻R41接集成块U16B的输入端6脚；

所述线性整流电路由集成块U17及其***元件电阻R47-R54、高频整流二极管D1-D2、电容C6组成；所述集成块U17由集成块U17A和集成块U17B组成；集成块U17A的输入端2脚经电阻R52接差分放大器中的集成块U16B的输出端7脚，高频整流二极管D1与高频整流二极管D2反向并联后再与电阻R51串联后接在集成块U17A的输出端1脚与集成块U17B的输入端6脚之间，高频整流二极管D1的正极接集成块U17A的输出端1脚，电阻R50与电阻R49并联后接在高频整流二极管D1的负极与集成块U17A的2脚之间，集成块U17B输入端6脚经电阻R47接差分放大器中的集成块U16B的输出端7脚。

所述比较器由集成块U19A及其***元件电阻R55-R56、电阻R62、电容C7组成；集成块U19A的正向输入端5脚经电阻R55接线性整流器中的集成块U17B的输出端7脚，集成块U19A的负向输入端4脚接可编程电压源中集成块U11的输出端1脚即可编程参考比较基准电压输出端。

所述缓冲器BF2由集成块U2A及其***元件电容C8-C10组成；集成块U2A输入端1脚接比较器中的集成块U19A的输出端2脚。

所述数字化处理电路由集成块U20及其***元件电阻R63-R65、电容C11组成；集成块U20的输入端2脚接缓冲器BF2中的集成块U12A的输出端15脚，集成块U20的1脚、2脚、11脚-15脚分别接单片机U7的34脚、1脚、21脚-18脚、3脚。

所述短路检测电路由集成块U15A和U19B及其***元件电阻R30、电阻R38-R40组成；集成块U15A的输入端3脚经电阻R30接采样电路中的电阻R29的C端，集成块U15A的输出端1脚接集成块U19B的输入端7脚，集成块U19B的输出端1脚接单片机U7的37脚。

在图1-3中，各部分的作用说明如下：

IO接口电路为用户提供检测启动、检测结果输出等需要实时控制的信号。IO接口电路通过光电耦合器与外部隔离，U1、U3、U4、U5、U6为高速光电隔离器，R1～R19为***匹配电阻；U2B-U2F为防抖动电路，主要目的是消除干扰所产生的窄脉冲对***的误操作；四个发光二极管EN、CLR、SRST、EN、ACK分别作为用户工作状态指示和设备调试状态指示。

RS422接口电路为用户提供更加便利的工艺下载硬件支持，用户可以通过自己的操作界面将各种与断线检测的工艺参数下载到本装置，通过实际调试确认最佳测试参数。RS422接口电路也通过高速光电隔离器U9、U10与外部隔离，R21～R24为光电隔离器匹配电阻，串行数据发送、接收通过TXD和RXD到中央处理单元U7；R20为总线驱动器U8接收匹配电阻。

信号源发生器中的U16A仅作为缓冲放大功能，其输出到可编程电压源中的U11。可以提供三种选择模式，即方波、三角波、正弦波，通过选择开关S1进行选择，交流信号的应用可以减少对被测器件的损坏；RP1电位器对其震荡频率进行调整，本装置频率设定在2KHZ。

可编程电压源中的U11与中央处理器之间的通信采用1²C通信协议，通过U11内部的电阻变化使运算放大器回路的增益发生变化，完成可编程电压源的输出按设定的要求发生改变；可编程电压源还可提供可编程参考比较基准电压，这个电压由于芯片参数的不同而不同，U11是一个带I²C接口的电路，它的内部数据变化都是通过中央处理单元进行的。

缓冲放大器BF1的作用是阻抗匹配和提高输出负载能力。

采样电路的S2的4种组合提供了不同采样电阻匹配以适应不同的芯片。

差分放大器主要对流过被测试的芯片的微小电流放大，当电流较小时，产生在采样电阻上的压降较小，当电流较大时，产生在采样电阻上的压降较大，这种微小的变化通过差分放大器放大，输出到线性整流电路。

线性整流电路主要目的是对于小于二极管死区电压的电压波形进行整流，甚至对几毫伏的微小电压也可以整流，不存在死区影响，进而将采样的交流信号转换成脉动直流信号以供后续电路的处理。

短路检测器的目的是对被测器件两端可能造成的短路现象做出检测，提供除“开路”、“加载”之外的另一种情况“短路”现象的判断。

比较器的目的是将线性整流电路输出脉动直流信号且大于参考电平的部分转换成数字脉冲信号的同时转换成TTL电平以供后续的数字电路处理。

缓冲器BF2的作用是对小于一定时间宽度的脉冲信号进行滤波、整形放大、提高抗干扰性。

数字化处理电路的目的是为了提高测试的速度，直接通过硬件电路处理缓冲器输出的脉冲序列，并将每一个时间段(大约在1～3毫秒，由主机编程设定)内采集到的脉冲数多少直接输入到中央处理单元。

Claims

1.全自动引线键合机金线断线检测装置，其特征在于它由中央处理单元、IO接口电路、RS422接口电路、信号源发生器、可编程电压源、缓冲放大器BF1、采样电路、差分放大器、线性整流电路、比较器、缓冲器BF2、数字化处理电路、短路检测电路组成；所述中央处理单元分别与IO接口电路和RS422接口电路双向连接，所述信号源发生器的输出端接可编程电压源的输入端，可编程电压源与中央处理单元双向连接，可编程电压源的第一路输出即交流信号电压接缓冲放大器BF1的输入端，缓冲放大器BF1的一路输出经过采样电路接差分放大器的一个输入端，缓冲放大器BF1的另一路输出直接接差分放大器的另一个输入端，所述采样电路依次与键合机的线夹、金线、被键合芯片、料条夹持传输台形成电流回路；

2.根据权利要求1所述的全自动引线键合机金线断线检测装置，其特征在于所述中央处理单元包括有单片机U7及其***元件晶体振荡器Y1、电容C1-C2；

所述IO接口电路由光电隔离器U1、光电隔离器U3-U6及其***元件电阻R1-R19、发光二极管CLR、发光二极管SRST、发光二极管EN、发光二极管ACK、防干扰用的集成块U2B-U2F、接口插头XSl组成；接口插头XS1的3脚、11脚分别接光电隔离器U1的2脚、3脚，光电隔离器U1的7脚、6脚分别经集成块U2B、U2C接单片机U7的16脚、17脚；发光二极管EN与电阻R5串联后接在VCC与光电隔离器U1的7脚之间；发光二极管CLR与电阻R6串联后接在VCC与光电隔离器U1的6脚之间；

接口插头XS1的4脚、12脚分别接光电隔离器U3的2脚、3脚，光电隔离器U3的7脚接单片机U7的9脚，光电隔离器U3的6脚经集成块U2D接单片机U7的40脚；发光二极管SRST与电阻R11串联后接在VCC与光电隔离器U3的7脚之间；

3.根据权利要求2所述的全自动引线键合机金线断线检测装置，其特征在于所述信号源发生器由集成块U18及其***元件电阻R57-R59、电阻R61、电容C12-C14、选择开关S1、电位器RP1、缓冲放大器U16A及其***元件电阻R60组成；集成块U18的输出端19脚接缓冲放大器U16A的输入端3脚；选择开关S1的1脚、2脚分别接集成块U18的3脚、4脚，选择开关S1的3脚、4脚分别接地。

4.根据权利要求3所述的全自动引线键合机金线断线检测装置，其特征在于所述可编程电压源由集成块U11及其***元件电阻R25-R26组成；集成块U11的输入端7脚与6脚并联后经电阻R60接信号源发生器中的缓冲放大器U16A的输出端1脚，集成块U11的9脚、14脚分别接单片机U7的23脚、22脚。

5.根据权利要求4所述的全自动引线键合机金线断线检测装置，其特征在于所述缓冲放大器BF1由集成块U12及其***元件电阻R31、电阻R34、电阻R37、电容C5组成；所述集成块U12由集成块U12A和集成块U12B组成；集成块U12B的输入端6脚接可编程电压源的集成块U11的输出端8脚即交流信号电压输出端，集成块U12B的输出端7脚通过电阻R31接集成块U12A的输入端3脚。

6.根据权利要求5所述的全自动引线键合机金线断线检测装置，其特征在于所述采样电路由电阻R27-R29、电阻R35、选择开关S2组成；电阻R27-R29依次串联后的首端B接所述缓冲放大器中的集成块U12A的输出端1脚，其尾端C依次经键合机的线夹CLAM、金线、被键合芯片DIE，料条夹持传输台WORKHOLDER 、电阻R35接地；选择开关S2的1脚、2脚并联后接在电阻R28与电阻R29的节点上，选择开关S2的4脚接在电阻R27与电阻R28的节点上，选择开关S2的3脚接电阻R29的端点C；

所述差分放大器由集成块U13-U14、集成块U16B及其***元件电阻R32-R33、电阻R36、电阻R41-R46组成；所述集成块U13由集成块U13A和集成块U13B组成；所述集成块U14由集成块U14A和集成块U14B组成；集成块U13A的输入端3脚经电阻R32接所述缓冲放大器中的集成块U12A的输出端1脚即所述交流信号电压输出，集成块U13B的输入端5脚经电阻R36接采样电路中的电阻R29的C端即所述采样信号输出；集成块U13B的输出端7脚依次经集成块U14B、电阻R45接集成块U16B的输入端5脚；集成块U13A的输出端1脚依次经集成块U14A、电阻R41接集成块U16B的输入端6脚；

所述线性整流电路由集成块U17及其***元件电阻R47-R54、高频整流二极管D1-D2、电容C6组成；所述集成块U17由集成块U17A和U17B组成；集成块U17A的输入端2脚经电阻R52接差分放大器中的集成块U16B的输出端7脚，高频整流二极管D1与高频整流二极管D2反向并联后再与电阻R51串联后接在集成块U17A的输出端1脚与集成块U17B的输入端6脚之间，高频整流二极管D1的正极接集成块U17A的输出端1脚，电阻R50与电阻R49并联后接在高频整流二极管D1的负极与集成块U17A的2脚之间，集成块U17B输入端6脚经电阻R47接差分放大器中的集成块U16B的输出端7脚。

7.根据权利要求6所述的全自动引线键合机金线断线检测装置，其特征在于所述比较器由集成块U19A及其***元件电阻R55-R56、电阻R62、电容C7组成；集成块U19A的正向输入端5脚经电阻R55接线性整流器中的集成块U17B的输出端7脚，集成块U19A的负向输入端4脚接可编程电压源中集成块U11的输出端1脚即可编程参考比较基准电压输出端。

8.根据权利要求7所述的全自动引线键合机金线断线检测装置，其特征在于所述缓冲器BF2由集成块U2A及其***元件电容C8-C10组成；集成块U2A输入端1脚接比较器中的集成块U19A的输出端2 脚。

9.根据权利要求8所述的全自动引线键合机金线断线检测装置，其特征在于所述数字化处理电路由集成块U20及其***元件电阻R63-R65、电容C11组成；集成块U20的输入端2脚接缓冲器BF2中的集成块U12A的输出端15脚，集成块U20的1脚、2脚、11脚-15脚分别接单片机U7的34脚、1脚、21脚-18脚、3脚。

10.根据权利要求9所述的全自动引线键合机金线断线检测装置，其特征在于所述短路检测电路由集成块U15A和U19B及其***元件电阻R30、电阻R38-R40组成；集成块U15A的输入端3脚经电阻R30接采样电路中的电阻R29的C端，集成块U15A的输出端1脚接集成块U19B的输入端7脚，集成块U19B的输出端1脚接单片机U7的37脚。