CN110814085A - 用于检测机械压力机中的故障的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于检测用于冲压半导体元件的压力机中的故障的设备和方法，其中所述方法包括以下步骤：将半导体元件定位在所述压力机中所包括的第一模具组部分与第二模具组部分之间；以及使所述第一模具组部分和所述第二模具组部分相对于彼此移动，以冲压位于其间的所述半导体元件。所述方法进一步包括以下步骤：在冲压所述半导体元件的同时，当所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分移动时，用附接到所述第一模具组部分和/或所述第二模具组部分的传感器来监控在所述第一模具组部分的不同位置处的参数；以及比较所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的不同位置处的所述参数的当前变化与当冲压所述半导体元件的同时不存在故障时，在所述压力机的正常操作期间所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的位置处的所述参数的预期变化。所述方法还包括以下步骤：当所述参数的所述当前变化不同于所述参数的所述预期变化时，确定所述压力机中已发生故障。

Description

用于检测机械压力机中的故障的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测机械压力机中的故障的设备和方法，并且尤其涉及一种用于组装半导体元件的机械压力机。
背景技术
在半导体元件的组装期间可以使用机械压力机来切割、塑形或分割金属工件。机械压力机通常必须施加相当大的力以便切割、塑形或分割金属工件。这些高压力通过机械压力机中的多个部件传递，因此使得这些部件中的一些部件在使用一段时间后磨损或发生故障。当这些部件中的一些部件已磨损或发生故障后继续操作机械压力机时，可能会对机械压力机造成严重损坏。举例来说，机械压力机的模具组不仅经常发生某些类型的损坏，而且维修或修正成本也很昂贵。
另外，另一常见的故障与机械压力机的不恰当安装有关。举例来说，技术人员可能安装错误的弹簧或完全忘记安装弹簧。尽管这些错误看起来微不足道，但如上所述，后果可能很严重。举例来说，对具有不正确弹簧的机械压力机进行扩展操作将导致机械压力机的严重损坏。类似地，对于这种损坏，维修或更换成本也很昂贵。
因此，寻求提供一种降低机械压力机的上述损坏的可能性的设备和方法将是有益的。
发明内容
因此，本发明的目的是寻求提供一种用于检测机械压力机中的故障，从而防止对压力机的代价高昂的损坏的设备和方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种检测用于冲压半导体元件的压力机中的故障的方法，所述方法包括以下步骤：将半导体元件定位在所述压力机中所包括的第一模具组部分与第二模具组部分之间；使所述第一模具组部分和所述第二模具组部分相对于彼此移动，以冲压其间的所述半导体元件；在冲压所述半导体元件的同时，当所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分移动时，用附接到所述第一模具组部分和/或所述第二模具组部分的传感器来监控在所述第一模具组部分的不同位置处的参数；比较所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的不同位置处的所述参数的当前变化与当冲压所述半导体元件的同时不存在故障时，在所述压力机的正常操作期间所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的位置处的所述参数的预期变化；以及当所述参数的所述当前变化不同于所述参数的所述预期变化时，确定所述压力机中已发生故障。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于检测用于冲压半导体元件的压力机中的故障的设备，所述设备包括：第一模具组部分和第二模具组部分，其可相对于彼此移动以冲压位于其间的半导体元件；传感器，其附接到所述第一模具组部分和/或所述第二模具组部分，用于在冲压所述半导体元件的同时，当所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分移动时，监控在所述第一模具组部分的不同位置处的参数；以及处理器，其用于比较所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的不同位置处的所述参数的当前变化与当冲压所述半导体元件的同时不存在故障时，在所述压力机的正常操作期间所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的位置处的所述参数的预期变化；其中所述处理器操作用于当所述参数的所述当前变化不同于所述参数的所述预期变化时，确定所述压力机中已发生故障。
参照描述部分、所附权利要求书和附图，将更好地理解这些和其它特征、方面和优点。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的实施例，其中。
图1示出了根据本发明的优选实施例的压力机的前视图。
图2示出了图1的模具组的横截面视图。
图3A至图3C展示了图2的模具组当从打开位置移动到闭合位置时的操作。
图4A至图4C展示了用冲头切割工件。
图5A至图5C展示了用不同冲头塑形另一工件。
图6A至图6C展示了用不同冲头分割又另一工件。
图7A至图7C展示了可如何分析所收集的数据以检测压力机中的异常或故障的示例；并且。
图8是叠加在位置-时间曲线图上的力-时间曲线图。
在附图中，相同的部分由相同的附图标记标示。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的优选实施例的压力机10的正视图。包括于用于检测用于冲压半导体元件的压力机10中的故障的设备中的压力机10由电机12供电，所述电机通过皮带16操作性地连接到轮14。皮带16将来自电机12的旋旋转力传递到轮14，所述轮又使固定到轮14的水平轴18旋转。当轴18旋转时，耦合到轴18的曲柄20相对于轴18垂直向上或向下移动。模具组28包括用于将模具组28耦合到柱24的顶部耦合器22。模具组28通过柱24连接到曲柄20，使得模具组28、柱24和曲柄20在由电机12驱动时一起向上或向下移动。压力机10包括主体框架30，所述主体框架通常固定在适当位置。因此，曲柄20与柱24以及模具组28可一起相对于主体框架30移动。
模具组28可操作用于保持工件以进行处理。包括力传感器26（例如测力计）的第一传感器可以用于在模具组28中处理工件期间测量来自工件的反作用力。力传感器26可以位于任何合适的位置，例如位于曲柄20的下方或耦合到模具组28。压力机10进一步包括操作性地连接到模具组28的计算机80，其中计算机80包括处理器82和存储器84。适当的软件安装在计算机80中以控制并监控压力机10。
图2示出了图1的模具组28的横截面视图。模具组28包括附接到柱24的第一模具组部分或顶部模具组壳体32，以及安装到主体框架30上的第二模具组部分或底部模具组壳体34。因此，顶部模具组壳体32与底部模具组壳体34可相对于彼此移动，以冲压位于其间的工件38。工件38可以是引线框或半导体元件。模具组28进一步包括可相对于顶部模具组壳体32和底部模具组壳体34独立移动的中间板40。工件38可以夹持在固定到底部模具组壳体34的模具***件36与固定到中间板40的引导***件42之间。
安装到底部模具组壳体34的板挡止件44通过在中间板40移动到远离底部模具组壳体34的预定垂直距离时接触所述中间板而防止中间板40移动得过于接近底部模具组壳体34。类似地，底部模具组壳体34上的底部模具组挡止件46接触固定到顶部模具组壳体32的相对的顶部模具组挡止件48，以防止顶部模具组壳体32移动得过于接近底部模具组壳体34。如果使顶部模具组壳体32、底部模具组壳体34和中间板40彼此移动得过近，则压力机10中的部件可能会损坏，这尤其是因为这些部件受到常用于压力机10中的强力的作用。
顶部模具组壳体32包括衬套腔体50和如压缩弹簧的弹性部件54，所述衬套腔体50在其口部处具有突起以将T形定距衬套52保持在衬套腔体50中。在定距衬套52与衬套腔体50的内壁之间推动弹性部件54，以使得定距衬套52能够在衬套腔体50内往复移动。T形定距衬套52的较宽端保持在衬套腔体50内，而与较宽端相对的较窄端突出于衬套腔体50之外并且操作用于压抵中间板40。因此，当中间板40朝向顶部模具组壳体32移动并且推抵定距衬套52的较窄端时，弹性部件54被压缩。因此，弹性部件54提供反作用力，所述反作用力经由定距衬套52传递到中间板40，以抵抗推动运动。
冲头组件56通过冲头板58附接到顶部模具组壳体32。两个冲头60通过冲头夹板62紧固在冲头板58上。尽管图2中展示了两个冲头60，但这仅用于说明目的。冲头组件56可以包括更少或更多的冲头60。冲头60可操作用于切割、塑形或分割夹持在引导***件42与模具***件36之间的工件38。中间板40包括其尺寸被设定成可容纳冲头组件56的冲头腔体64。
模具组28可在闭合位置与打开位置之间移动，在所述闭合位置处，底部模具组挡止件46与顶部模具组挡止件48彼此接触，在所述打开位置处，底部模具组挡止件46与顶部模具组挡止件48彼此间隔开。附接到底部模具组壳体34的位置标尺杆66与第二传感器配合，所述第二传感器包括位置传感器68，所述位置传感器附接到顶部模具组壳体32，以确定底部模具组壳体34与顶部模具组壳体32之间的距离。力传感器26可以位于冲头组件56上方，以便当冲头60在闭合位置处推抵工件38或模具***件36时测量来自工件38或模具***件36的反作用力。
图3A至图3C展示了图2的模具组28从打开位置移动到闭合位置时的操作。图3A示出了处于打开位置的模具组28，在所述打开位置处，底部模具组挡止件46与顶部模具组挡止件48彼此间隔开。板挡止件44也不与中间板40接触。弹性部件54延伸，并且使定距衬套52的较宽端推抵衬套腔体50的口部处的突起。在此打开位置处，工件38因为模具组28不夹持在工件38上而可以自由地放置到模具***件36上或从所述模具***件36移除。
在已将工件38放置到模具***件36上之后，顶部模具组壳体32与底部模具组壳体34朝向彼此移动，直到引导***件42在接触位置接触工件38，如图3B所示。尽管板挡止件44现在与中间板40接触，但底部模具组挡止件46与顶部模具组挡止件48彼此仍不接触。弹性部件54仍延伸，从而使定距衬套52的较宽端推抵衬套腔体50的口部处的突起。在此接触位置，冲头60不与工件38接触。
随着顶部模具组壳体32与底部模具组壳体34继续相对于彼此并且朝向彼此移动，中间板40相对于底部模具组壳体34保持静止，因为板挡止件44完全防止中间板40移动得更接近底部模具组壳体34。因此，顶部模具组壳体32移动得较靠近底部模具组壳体34和中间板40两者，直到底部模具组挡止件46与顶部模具组挡止件48在闭合位置彼此接触，如图3C所示。当顶部模具组壳体32移动得较接近于中间板40时，中间板40推抵定距衬套52，因此将定距衬套52移动到衬套腔体50中并且压缩弹性部件54。同时，冲头60压抵工件38以切割、塑形或分割工件38。在此闭合位置，顶部模具组壳体32和底部模具组壳体34通过彼此接触的底部模具组挡止件46和顶部模具组挡止件48而完全防止移动地更接近彼此。
图4A至图4C展示了用冲头60切割工件38。图4A示出了处于接触位置的模具组28，其中模具***件36和引导***件42两者皆与工件38接触，但冲头60尚未与工件38接触。图4B示出了正在从接触位置移动到闭合位置的模具组28，其中模具***件36和引导***件42夹持到工件38上，并且冲头60刚刚与工件38接触。图4C示出了处于闭合位置的模具组28，其中冲头60已切穿工件38以接触模具***件36。
图5A至图5C展示了用不同冲头60塑形另一工件38。在此示例中，工件38是具有待塑形或弯曲的引线70的封装半导体元件。图5A示出了处于接触位置的模具组28，其中模具***件36和引导***件42两者皆与工件38接触，但冲头60尚未与工件38接触。图5B示出了正在从接触位置移动到闭合位置的模具组28，其中模具***件36和引导***件42夹持到工件38上，并且冲头60刚刚与工件38接触。图5C示出了处于闭合位置的模具组28，其中冲头60已使工件38的引线70弯曲。
图6A至图6C展示了用不同冲头60分割又另一工件38，其中工件38包括形成于引线框架39上的封装半导体元件41。图6A示出了处于接触位置的模具组28，其中模具***件36和引导***件42两者皆与待分割的工件38接触，但冲头60尚未与工件38接触。图6B示出了正在从接触位置移动到闭合位置的模具组28，其中模具***件36和引导***件42夹持到引线框架39上，并且冲头60刚刚与封装半导体元件41接触。图6C示出了处于闭合位置的模具组28，其中冲头60已通过将封装半导体元件41与引线框架39分离而分割工件38。
在切割、塑形或分割工件38之后，模具组28从闭合位置移回到打开位置，因此完成一个处理循环。接着可以移除切割、塑形或分割的工件38，并且可以将另一未加工的工件38放置在模具组28中以进行下一处理循环。
从打开位置到闭合位置并且再次返回到打开位置的整个处理循环可以由计算机80控制和监视。计算机80从安装在压力机10中的例如力传感器26和位置传感器68的传感器收集数据，并且将数据存储在存储器84中。计算机80运行一个适当软件来分析所收集的数据，以便检测压力机10中的任何异常或故障。如果检测到异常或故障，则压力机10停止运行，这可以立即进行或在处理循环结束时进行，从而防止发生代价高昂的机器故障。
图7A至图7C展示了可以如何分析所收集的数据以检测压力机10中的异常或故障的示例。图7A示出了相对于时间绘制的第一参数，其包括来自位置传感器68的在冲压半导体元件的同时的第一模具组部分相对于第二模具组部分的位置的位置数据，其中将预期位置-时间变化或正常位置-时间曲线图110与当前位置-时间变化或异常位置-时间曲线图120进行比较，预期位置-时间变化或正常位置-时间曲线图110将展示了不存在任何异常的压力机10的处理循环，当前位置-时间变化或异常位置-时间曲线图120展示了存在异常的压力机10的处理循环。第一参数的当前位置-时间变化包括：在冲压半导体元件的同时，在压力机10的操作期间，第一模具组部分相对于第二模具组部分的位置随时间的变化。正常位置-时间曲线图110的上升部分130描绘了模具组28从打开位置到闭合位置的操作，峰值140描绘了处于闭合位置的模具组28，并且下降部分150描绘了模具组28从闭合位置返回到打开位置的操作。虽然异常位置-时间曲线图120具有类似形状，但异常位置-时间曲线图120的峰值145低于正常位置-时间曲线图110的峰值140。这表明压力机10中存在异常，在此情况下，所述异常为安装了错误的挡止件44、46、48。在当前位置-时间变化不同于预期位置-时间变化时，计算机80确定在压力机10中已发生故障。因此，如果计算机80识别出异常位置-时间曲线图120，则其可以例如立即或在处理循环结束时停止压力机10的操作。
图7B示出了相对于时间绘制的第二参数，其包括来自力传感器26的在冲压半导体元件的同时由冲头60在半导体元件上施加的按压力的力数据，其中将预期力-时间变化或正常力-时间曲线图210与当前力-时间变化或异常力-时间曲线图220进行比较，预期力-时间变化或正常力-时间曲线图210展示了不存在任何异常的压力机10的处理循环，当前力-时间变化或异常力-时间曲线图220展示了存在异常的压力机10的处理循环。当前力-时间变化包括在冲压半导体元件的同时在压力机10的操作期间由冲头60施加在半导体元件上的按压力随时间的变化。上升部分250描绘了模具组28从打开位置到闭合位置的操作，峰值230、240描绘了处于闭合位置的模具组28，并且下降部分270描绘了模具组28从闭合位置返回到打开位置的操作。第一纽结260指示冲头60与工件38接触的时刻，并且冲头60与工件38保持接触直到由第二纽结280指示的时刻，在该时刻，冲头60与工件38分离。已限定上限290和下限295以确定当前力-时间变化是否正常。只要当前力-时间变化在上限290和下限295之内，就将认为处理循环正常。然而，如果当前力-时间变化落在上限290或下限295之外，则将认为处理循环异常。因此，尽管异常力-时间曲线图220看起来类似于正常力-时间曲线图210，但异常力-时间曲线图220是异常的，因为其低于下限295。这表明压力机10中存在异常，在此情况下，所述异常为冲头60中的一个或多个冲头断裂或安装不正确。在当前力-时间变化不同于预期力-时间变化时，计算机80确定在压力机10中已发生故障。因此，如果计算机80识别出异常力-时间曲线图220，则其可以例如立即或在处理循环结束时停止压力机10的操作。
图7C示出了相对于来自位置传感器68的位置数据绘制的来自力传感器26的力数据，其中将预期力-位置变化或正常力-位置曲线图310与当前力-位置变化或异常力-位置曲线图320进行比较，预期力-位置变化或正常力-位置曲线图310展示了不存在任何异常的压力机10的处理循环，当前力-位置变化或异常力-位置曲线图320展示了存在异常的压力机10的处理循环。异常力-位置曲线图320的倾斜部分330比正常力-位置曲线图310的对应倾斜部分340更陡。这表明在压力机10中存在异常，在此情况下，所述异常为已安装了不正确的弹性部件54。在当前力-位置变化不同于预期力-位置变化时，计算机80确定在压力机10中已发生故障。因此，如果计算机80识别出异常力-位置曲线图320，则其可以例如立即或在处理循环结束时停止压力机10的操作。
图7A至图7C仅用于说明目的，其使用特定示例来阐明本发明的更广泛的工作原理。因此，应了解，可以使用其它类型的传感器，并且根据所收集数据绘制的变化或曲线图可以具有与图7A至图7C中所示的形状不同的形状。实际上，计算机80可以执行不同的并且更复杂的或详细的分析以检测压力机10中的异常。举例来说，计算机80可以在位置-时间变化或位置-时间曲线图420上叠加力-时间变化或力-时间曲线图410（如图8所示），以执行更复杂或详细的分析。
在不存在故障的情况下，在压力机的正常操作期间，参数的正常曲线图或预期变化以及预期变化的上限和下限可以由计算机80用于与根据所收集数据绘制的当前变化或实际曲线图进行比较。可以将第一模具组部分相对于第二模具组部分的不同位置处的参数的当前变化与第一模具组部分的相对于第二模具组部分的位置处的参数的预期变化进行比较，其中当在冲压工件38时不存在故障时，参数的预期变化是关于压力机的正常操作。所述参数可以包括在冲压半导体元件时第一模具组部分相对于第二模具组的位置，或在冲压工件38时由冲头60施加在半导体元件上的按压力。预期变化、上限和下限可以是例如用户定义的、根据历史数据计算的，或从校准运行中得出的。只要在不存在故障时，在压力机10的正常操作期间，当前变化在参数的预期变化的上限和下限内，就将认为处理循环是正常的。然而，如果在不存在故障时，在压力机10的正常操作期间，当前变化在参数的预期变化的上限和下限之外，则计算机80将分析数据以确定并识别正遇到的可能故障。此后，计算机80可以发出警报并且指示可能的故障，并且建议修正每个故障的方式。可替代地，可以立即停止或在处理循环结束时停止压力机。
尽管已经参考某些实施例相当详细地描述了本发明，但其它实施例也是可能的。
举例来说，可以调换位置标尺杆66和位置传感器68的位置，或将其重新定位到其它合适位置，而不是将位置标尺杆66定位在底部模具组壳体34处并且将位置传感器68定位在顶部模具组壳体32处。
另外，位置传感器68和力传感器26两者皆可以附接到顶部模具组壳体32或底部模具组壳体34。可替代地，位置传感器68和力传感器26可以各自位于不同模具组壳体32、34上。另外，位置传感器68和力传感器26两者可以包括在单个传感器中。
因此，所附权利要求的精神和范围不应限于本文含有的实施例的描述。

Claims (16)

1.一种检测用于冲压半导体元件的压力机中的故障的方法，所述方法包括以下步骤：
将半导体元件定位在所述压力机中所包括的第一模具组部分与第二模具组部分之间；
使所述第一模具组部分和所述第二模具组部分相对于彼此移动，以冲压位于其间的所述半导体元件；
在冲压所述半导体元件的同时，当所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分移动时，用附接到所述第一模具组部分和/或所述第二模具组部分的传感器来监控在所述第一模具组部分的不同位置处的参数；
比较所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的不同位置处的所述参数的当前变化与当冲压所述半导体元件的同时不存在故障时，在所述压力机的正常操作期间所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的位置处的所述参数的预期变化；以及
当所述参数的所述当前变化不同于所述参数的所述预期变化时，确定所述压力机中已发生故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述压力机中已发生故障的所述步骤包括以下步骤：确定所述当前变化在不存在故障时在所述压力机的正常操作期间所述参数的所述预期变化的上限或下限之外。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器包括位置传感器。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述参数包括在冲压所述半导体元件的同时，所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述参数的所述当前变化包括在冲压所述半导体元件的同时，在所述压力机的所述操作期间所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的所述位置随时间的变化。
6.根据权利要求3所述的方法，其中所述位置传感器安装到所述第一模具组部分和/或所述第二模具组部分上。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器包括力传感器。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述参数包括在冲压所述半导体元件的同时，由冲头施加在所述半导体元件上的按压力。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述当前变化包括在冲压所述半导体元件的同时，在所述压力机的所述操作期间由所述冲头施加在所述半导体元件上的所述按压力随时间的变化。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述力传感器耦合到包括在所述第一模具组部分和/或所述第二模具组部分中的冲头。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述传感器包括：
第一传感器，其包括位置传感器；以及
第二传感器，其包括力传感器。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述参数进一步包括：
在冲压所述半导体元件的同时，关于所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的所述位置的第一参数；以及
在冲压所述半导体元件的同时，关于由冲头施加在所述半导体元件上的按压力的第二参数。
13.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述位置传感器安装到所述第一模具组部分上；并且
所述力传感器耦合到所述第二模具组部分。
14.一种用于检测用于冲压半导体元件的压力机中的故障的设备，所述设备包括：
第一模具组部分和第二模具组部分，其能够相对于彼此移动以冲压位于其间的半导体元件；
传感器，其附接到所述第一模具组部分和/或所述第二模具组部分，用于在冲压所述半导体元件的同时，当所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分移动时，监控在所述第一模具组部分的不同位置处的参数；以及
处理器，其用于比较所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的不同位置处的所述参数的当前变化与当冲压所述半导体元件的同时在不存在故障时，在所述压力机的正常操作期间所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的位置处的所述参数的预期变化；
其中所述处理器操作用于当所述参数的所述当前变化不同于所述参数的所述预期变化时，确定所述压力机中已发生故障。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述传感器包括用于检测所述第一模具组部分相对于所述第二模具组部分的位置的位置传感器。
16.根据权利要求14所述的设备，其中所述传感器包括用于检测由冲头施加在所述半导体元件上的按压力的力传感器。
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