紀(jì) 偉，劉嚴(yán)慶，劉 丹，夏志偉

(北京中電科電子裝備有限公司，北京100176)

引線鍵合是至今仍廣泛使用的焊接技術(shù)。引線鍵合設(shè)備能夠完成絕大多數(shù)封裝管腳的連接（90%），是封裝工藝環(huán)節(jié)的重要設(shè)備。引線鍵合以工藝實現(xiàn)簡單靈活、成本低廉、試用多種封裝形式而在封裝互連方式中占主導(dǎo)地位。而手動鍵合以其適用性更強，使用方法更靈活等優(yōu)勢在鍵合工藝，尤其是試驗及小規(guī)模生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，鍵合的器件的種類也不斷增加，這就要求手動鍵合設(shè)備針對器件的改變進行相應(yīng)的變化。

1 夾持臺

夾持臺是手動鍵合設(shè)備變化最為復(fù)雜的部件。針對需要鍵合器件的不同，夾持臺需要進行相應(yīng)的調(diào)整，來滿足鍵合的需要。夾持臺需要實現(xiàn)的基本功能是實現(xiàn)器件的牢固裝夾，保證在鍵合過程中器件的牢固，以免影響焊接質(zhì)量。

根據(jù)壓焊工藝的不同，夾持臺分為熱夾持臺和冷夾持臺兩種。熱夾持臺主要應(yīng)用于金絲球鍵合和金絲楔形鍵合；冷夾持臺則主要應(yīng)用于鋁絲楔形鍵合。因為手動鍵合設(shè)備90%以上應(yīng)用于金絲鍵合，所以本文主要介紹熱夾持臺的解決方案。冷夾持臺的設(shè)計只需去掉熱夾持臺的加熱裝置和隔熱裝置即可，設(shè)計難度也要低于熱夾持臺。

2 熱夾持臺基本結(jié)構(gòu)

圖1為一個標(biāo)準(zhǔn)的熱夾持臺結(jié)構(gòu)圖。一個標(biāo)準(zhǔn)的夾持臺由夾持部分、加熱部分和隔熱部分構(gòu)成。夾持部分由按鈕、夾片和臺面組成。其工作原理為：臺面承載器件，由按鈕帶動夾片來實現(xiàn)器件的裝夾和松開。加熱部分由加熱管和熱電偶組成，實現(xiàn)熱夾持臺的溫度控制。隔熱層實現(xiàn)熱夾持臺的隔熱，方便用手抓取操作。雖然由于器件的多樣性造成熱夾持臺的結(jié)構(gòu)多種多樣，但熱夾持臺的主要結(jié)構(gòu)都是由這幾個基本部分構(gòu)成，主要的變化都是夾持部分的改變。

圖1 夾持臺基本結(jié)構(gòu)

2 不同器件的夾持臺解決方案

因為半導(dǎo)體器件多種多樣，需要鍵合的器件也各不相同，為了適應(yīng)器件的多樣性，也要求手動鍵合設(shè)備的夾持臺做出相應(yīng)的變化來滿足鍵合的要求。

2.1 DIP器件和混合集成電路夾持臺解決方案

DIP封裝（Dual In-line Package），也叫雙列直插式封裝技術(shù)，是一種最簡單的封裝方式。指采用雙列直插形式封裝的集成電路芯片，絕大多數(shù)中小規(guī)模集成電路均采用這種封裝形式?；旌霞呻娐肥怯砂雽?dǎo)體集成工藝與薄（厚）膜工藝結(jié)合而制成的集成電路，是在基片上用成膜方法制作厚膜或薄膜元件及其互連線，并在同一基片上將分立的半導(dǎo)體芯片、單片集成電路或微型元件混合組裝，再外加封裝而成。

對于普通的DIP（雙列直插）封裝器件，和混合集成電路（如圖2）。除了用圖1所示夾持臺裝夾，還可以用圖3所示夾持臺裝夾。由按鈕帶動夾持爪來實現(xiàn)器件的固定，完成鍵合。

圖2 DIP封裝器件和混合集成電路

圖3 DIP/混合集成電路夾持臺結(jié)構(gòu)

2.2 CQFP器件和SOP器件夾持臺解決方案

CQFP（Ceramic Quad Flat Pack）指保護環(huán)的四側(cè)引腳扁平封裝。SOP（Small Out-Line Package小外形封裝）是一種很常見的元器件形式。表面貼裝型封裝之一，引腳從封裝兩側(cè)引出呈海鷗翼狀(L字形)。材料有塑料和陶瓷兩種。

對于CQFP封裝和SOP封裝的器件（如圖4），一般要求從兩側(cè)夾持器件管腿，可以用圖5所示夾持臺進行裝夾。

CQFP/SOP封裝器件夾持臺由按鈕1帶動壓板3開合，實現(xiàn)對器件的裝夾。

圖4 CQFP封裝器件和SOP封裝器件

圖5 CQFP/SOP封裝器件夾持臺結(jié)構(gòu)

2.3 LED器件夾持臺解決方案

發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，簡稱 LED）是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。發(fā)光二極管已被廣泛的應(yīng)用于顯示器、電視機采光裝飾和照明。貼片式LED框架（如圖6）的裝夾要求對框架上的每一個LED管殼進行固定?？梢杂脠D7所示夾持臺實現(xiàn)。

圖6 旋轉(zhuǎn)夾持臺結(jié)構(gòu)

貼片LED框架夾持臺通過按鈕帶動壓板上下運動，實現(xiàn)對貼片LED框架的裝夾。

圖7 貼片LED框架夾持臺結(jié)構(gòu)

圖8為一種新型高亮度LED器件，器件前端六棱柱6個面均粘貼高亮度LED芯片，然后鍵合。這種器件的夾持要求完成6個面的鍵合工作。

圖8所示器件可以用圖9所示夾持臺裝夾完成鍵合。夾持臺由按鈕帶動旋轉(zhuǎn)軸上的卡扣實現(xiàn)對器件的固定，由旋鈕帶動旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)器件的旋轉(zhuǎn)換面，完成器件的鍵合。

圖8 一種新型LED器件

圖9 六棱柱LED器件夾持臺結(jié)構(gòu)

2.4 TO器件夾持臺解決方案

TO封裝器件一般可以看成是一邊出引腳的器件，有二極管、三極管、場效應(yīng)管、可控硅、三極穩(wěn)壓IC、基準(zhǔn)電壓IC和某些專用IC等。手動鍵合的一大類器件為TO封裝器件，如TO5、TO8、TO46和TO56等（如圖10所示）。

圖10 TO封裝器件

圖11 TO5封裝夾持臺結(jié)構(gòu)

對于TO5封裝類型的器件，可以用圖11所示夾持臺裝夾。通過按鈕帶動壓板的開合，實現(xiàn)對TO器件的裝夾。

對于大批量的TO5封裝類型的器件生產(chǎn)，可以采取圖12所示自動送料夾持臺實現(xiàn)器件的自動送料。自動送料夾持臺的工作原理是：把器件裝夾于料條上，然后把料條固定于傳輸機構(gòu)上；夾持臺通過電機帶動傳輸機構(gòu)實現(xiàn)步進動作，從而完成TO5封裝器件的步進送料。

圖12 TO5封裝自動送料夾持臺結(jié)構(gòu)

TO56封裝的器件裝夾要求比較特殊，它不是要求在器件圓形端面上鍵合，而是需要橫向裝夾器件進行鍵合。可以用圖13所示夾持臺裝夾。由按鈕帶動夾板開合，實現(xiàn)對TO56的裝夾。

圖13 TO56封裝夾持臺結(jié)構(gòu)

圖14所示是一種TO25器件，他的鍵合不但有同一個平面中的鍵合，還要求在90°的相鄰面間進行跨面的鍵合。這種器件的夾持可以用圖15所示TO25雙軸旋轉(zhuǎn)夾持臺實現(xiàn)。

圖14 一種TO25封裝器件

圖15 TO25夾持雙軸旋轉(zhuǎn)夾持臺結(jié)構(gòu)

TO25雙軸旋轉(zhuǎn)夾持臺把器件固定于旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，分別利用X旋鈕和Y旋鈕帶動旋轉(zhuǎn)機構(gòu)繞軸和軸旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)器件的旋轉(zhuǎn)，利用鎖緊銷進行器件旋轉(zhuǎn)到位后的固定。

圖16所示為一種氣體傳感器器件，該器件鍵合之后要求用4根鍵合絲把芯片懸空連接到器件的4條管腳之間。

圖16 一種氣體傳感器器件

圖16所示的氣體傳感器可以用圖17所示夾持臺進行裝夾。夾持臺由按鈕同時帶動2個夾持爪開合運動來同時夾緊器件及芯片。焊接完成后打開夾持爪就實現(xiàn)了芯片通過鍵合絲懸空連接到器件的4條管腳之間的要求。

圖17 一種氣體傳感器器件夾持臺結(jié)構(gòu)

圖18 旋轉(zhuǎn)夾持臺結(jié)構(gòu)

2.5 旋轉(zhuǎn)夾持臺解決方案

因為楔形鍵合有方向性，而很多器件要求在各個方向進行鍵合。這樣，如果夾持臺能實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能，將給鍵合帶了方便。圖18所示旋轉(zhuǎn)夾持臺，就提供了夾持臺的旋轉(zhuǎn)功能，滿足器件旋轉(zhuǎn)的要求。旋轉(zhuǎn)夾持臺通過旋鈕帶動臺面完成旋轉(zhuǎn)功能。

3 夾持臺的其他解決方案

根據(jù)器件不同要求，夾持臺還可以采取真空吸附和電磁方式等進行器件的裝夾。根據(jù)鍵合器件的要求等，還可以添加氮氣（或其他還原氣氛）保護功能和升降功能等?？傊?，隨著半導(dǎo)體器件的日新月異的發(fā)展，手動鍵合設(shè)備的夾持臺的解決方案也會不斷的發(fā)展。

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