用于测量振动细管末端的振幅的装置 【技术领域】
本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的用于测量引线接合器(Wire Bonder)的自由振动细管末端的振幅的装置。
背景技术
引线接合器是一种在半导体芯片安装到基片之后利用其布线的设备。引线接合器具有一个细管，它夹在电极臂(horn)的末端。细管用于将电线固定到半导体芯片上的接点和基片上的接点并且引导这两个接点之间的电线。在形成半导体芯片上的接点和基片上的接点之间的电线连接时，首先将从细管突出的电线的端部熔制成线球。随后，利用压力和超声波将线球固定到半导体芯片上的接点。为此目的，超声波从超声换能器施加于电极臂。这种处理过程称为球焊。然后电线被拉至需要的长度，形成电线圈并焊接于基片上的接点。该处理过程地最后部分称为楔焊。在将电线固定到基片上的接点之后，扯断电线可以开始下一个接合。
用于测量自由振动细管的振幅的方法和装置从欧洲专利EP 498936 B1可获知。所测量的值用于校准超声换能器。利用光栅来进行细管振幅的测量。
从日本专利10-209 19 9可获知一种用于测量自由振动细管的振幅的方法和装置，其中这种方法和装置的光栅使用了激光束。
实验表明利用已知技术进行测量当测量自由振动细管末端的振幅时不能提供可再现结果。
【发明内容】
本发明的目的在于开发一种用于测量自由振动细管末端的振幅的简单装置。
根据本发明，所述目的利用权利要求1的特征得以解决。
本发明基于由本申请人提交的欧洲专利申请EP 1340582的用于测量自由振动细管末端的振幅的方法和装置。该专利申请中所述的方法基于细管对光束的荫蔽从而细管的振动调节通过光束的强度。通过光束的强度由光接收器测量。通常，细管在平面内的振动方向是未知的。但是，通常情况下细管的振动主要沿电极臂的纵轴方向。利用光束荫蔽的测量原理，仅仅测量细管振幅的垂直于光束方向的分量。测量装置包括一个用于产生光束的光源，光束具有限定在装置的工作范围内的直径。测量平面内光束的有效直径小于现场将被测量的细管的直径。
然而不幸的是存在许多不希望的效果，例如细管的污染、细管上的衍射、细管的逐渐表面偏差、光束的不对称、等等，这样如果不采取一定的措施的话将会妨碍可再现测量。根据以上引用的专利申请所述的方法，进行多次测量并且对所获得的测量值进行平均。首先，相对于光束调整细管。随后，根据以下步骤确定细管振幅的垂直于光束方向的分量Ay：
a)将细管放置在光束的一侧，使得它不荫蔽光束并且向电极臂施加超声波；
b)沿预定方向w移动细管给定数目n的步长进入光束或者完全经过光束，直到它位于光束的另一侧，从而对于i＝1到n的每一个步长，确定光接收器的输出信号Up(yi)的直流电压部分UDC(yi)和交流电压部分UAC(yi)以及坐标yi，其中坐标yi表明细管相对于垂直于光束的坐标轴y的位置，并且其中将被测量的分量Ay沿着坐标轴y的方向；
c)根据Si(yi)=dUDC(yi)dy]]>计算作为直流电压部分UDC(yi)对坐标轴y的微分的灵敏度Si(yi)；
d)选择至少四个测量点，并且对于这至少四个测量点中的每一个根据Ay,i=UAC(yi)Si(yi)]]>计算Ay，i值；
e)计算作为Ay，i值的平均值的分量Ay。
有利地，利用统计方法进行分量Ay的计算。这特别有利于平滑在步骤c所计算的灵敏度值Si(yi)，例如通过在相邻的测量点进行平均。这还有利于平滑测量值UDC(yi)和UAC(yi)。而且这有利于考虑到不仅四个测量点而且尽可能多的测量点。一种可能的选择测量点的标准例如是灵敏度Si超过预定的最小值。
本发明在于利用位于光发射器和光接收器之间同轴布置的开孔光阑产生光束。因此在最简单的情况下，本发明的测量装置仅仅包括三个部件，即光发射器、主体以及光接收器，其中该主体带有一个通道，通道的两侧壁的每一个具有一个位于同一轴线上的钻孔。该轴线横向于通道的纵轴。从光发射器发射的光经由一个钻孔到达通道并经由第二个钻孔到达光接收器。通道的具有钻孔的两个侧壁形成两个同轴布置的开孔光阑。为了测量细管的振幅，细管根据上述的方法沿通道的纵向方向移动经过由这两个开孔光阑确定的光束。可以使用现有的发光二极管或激光二极管作为光发射器。在钻孔区域，通道的侧壁相互平行并且随后向着顶部加宽，从而一方面，光发射器和光接收器之间的距离尽可能小，并且从而另一方面，细管在侧壁之间具有空间而不会接触侧壁。光接收器的输出信号由一个电路放大。因为光接收器的输出信号非常弱，因此有必要保护电路免受电场影响，例如利用法拉第笼。
作为另一种设计形式，测量装置包括另一个部件，即布置在第二钻孔和光接收器之间的光导管。可以使用现有的由塑料或玻璃制成的光导管。这种设计形式具有如下优点，即电路不必直接设置在测量装置附近。
该两个同轴布置的开孔光阑限定了光束，对测量有影响的光束的直径在整个测量区域恒定并且等于开孔光阑或者形成开孔光阑的钻孔的直径。本发明的一个重要优点在于测量装置不需要另外的光学元件、特别是不需要透镜即可操作，因此可以廉价地制造。在对测量有影响的光束的直径下，可以理解光束的被细管遮盖住的部分影响由光接收器测量的强度的降低。
【附图说明】
下面，根据附图更加详细地说明本发明的实施例。。
附图中：
图1是用于测量细管末端的振幅的测量装置；
图2是测量装置的第一种设计形式；以及
图3是测量装置的第二种设计形式。
【具体实施方式】
图1示意性表示夹在电极臂3的末端的细管1和用于测量细管1的末端的振幅的测量装置的平面图，其中超声波可以从超声换能器2施加于电极臂3。笛卡尔坐标系统的坐标表示为x，y和z，其中z坐标垂直于投影平面。电极臂3连接于引线接合器的接合头4。接合头4可以使得细管1的末端沿所有三个坐标方向移动。测量装置包括用于产生具有限定直径的光束6的光源5。光源5包括发光二极管7和用于将由发光二极管7发射的光9传输到光束6内的第一开孔光阑8。该装置还包括一个第二开孔光阑10以及一个光接收器11。这两个开孔光阑8和10限定了光束6的直径：对测量有影响的光束6的直径等于这两个开孔光阑8、10的直径。根据细管的类型，细管1的末端的直径在50μm到150μm的范围内。在被测点处光束6的直径优选地小于细管1的直径。在该例子中，开孔光阑8和10的直径并因而光束6的直径大约为40μm。但是，在被测点处光束6的直径也可以和细管1的直径一样大或者稍微大一些，从而在测量过程中不会发生光束6的完全荫蔽。光接收器11的输出信号由一个电路12放大。电路12优选地安装在一个金属壳体中以便保护电路12免受外部电场的影响。
如图1所示，光束6沿x方向。电极臂3的纵轴沿y方向。为了单一测量细管1的末端的振幅，原则上细管1的末端定位在光束6内，从而它荫蔽部分光束6。当打开超声换能器2时，细管1的末端在xy平面内振动。这些振动的y分量Ay导致由光接收器11检测的光束6的荫蔽发生变化，而这些振动的x分量Ax不会改变荫蔽。但是优选地，不进行单一测量，而是上述方法用于施加了超声波的细管1经过光束6从一侧移动到另一侧的情况。
图2表示测量装置的第一实施例的透视图。测量装置包括光发射器、主体13以及光接收器11，其中该主体13带有一个通道14，通道14的两个侧壁15和16的每一个具有一个位于同一轴线19上的钻孔17和18。该轴线19横向于通道14的纵轴。现有的发光二极管或激光二极管7作为光发射器。从发光二极管7发射的光经由一个钻孔17进入通道14并经由第二个钻孔18到达光接收器11。通道14的具有钻孔17和18的这两个侧壁15和16形成两个同轴布置的开孔光阑8和10。因此开孔光阑8和10的直径等于钻孔17和18的直径。为了测量细管1的振幅，细管1根据上述的方法沿通道14的纵向方向20移动经过由这两个开孔光阑8和10确定的光束6。在钻孔17和18的区域，通道14的侧壁15和16相互平行并且随后向着顶部加宽，从而一方面，发光二极管7和光接收器11之间的距离尽可能小，并且从而另一方面，细管1在侧壁15和16之间具有空间而不会接触侧壁15和16。
图3表示测量装置的第二实施例的透视图。第二实施例很大程度上和第一实施例类似，区别在于一个光导管21布置在第二开孔光阑10和光接收器11之间。光导管21包括导光芯和护层22。该实施例具有如下优点，即电路12(图2)可以设置在引线接合器中的易于实现电屏蔽的合适位置。
利用这些实施例，侧壁15和16中的同轴钻孔17和18的并因而开孔光阑8和10的直径D对应于细管1的末端的直径，从而在测量过程中光束6被尽可能地遮盖。因此直径D通常小于150μm。直径D例如为100μm，但是对于非常细小的细管1，该直径D也可以仅仅为40μm。因为光束6的直径在这两个开孔光阑8和10之间恒定，因此测量的结果独立于细管末端的x坐标的确切值。
本发明的测量装置既可以永久地安装在引线接合器上，也可以设计为一个独立的测量装置，仅仅当用来测量细管振幅时才安装在引线接合器上。当细管1的振动方向与电极臂3(图1)的纵向方向不一致时，那么可以利用测量装置转过90°的两次测量来确定细管1的振幅。然后相继确定细管1的振幅A的分量Ax和分量Ay，并且从这些分量计算振幅A。