專利名稱：對準元件的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及采用轉臺(turret)內與電子元件或裝配設備一起使用的真空 拾取管嘴(pick-up nozzle)對小尺寸元件進行搬運(handling)以及尤其涉及相對于拾取 管嘴來對準元件的元件對準的方法和裝置。
背景技術：
在元件的制造、元件的調整過程中或在元件被集成至印刷電路上之前，這些電子 元件一般經歷一系列操作，例如電測試，這一系列操作沿著一條通常是完全自動化的生產 線。因此，這些電子元件由傳送帶從一個處理站轉移到另一個，該傳送帶例如可以是線性的 或圓形的。圓形傳送帶被設計用于在放置在旋轉轉盤外圍的多個處理站之間傳送小尺寸元 件(以及尤其是電子元件)。這些旋轉傳送帶通常被用于制造和調整電子元件，如上所述。 然而，使用分度轉盤(indexed carrousel)的這類設備也被用于其他自動化過程中，例如要 求對小尺寸元件以及特別是無保護元件進行精確搬運的裝配、封裝和制造過程。參見圖1，圓形轉臺1包括一個可以攜帶多個索引位置(indexed position)的旋 轉圓筒2。若干個處理站3的規(guī)則間隔位置限定在該轉臺周圍，每個該位置通常由對呈現在 其上的電子元件執(zhí)行一個或多個操作的處理站占據。在某些情況下，處理站可占用幾個位 置。圍繞圓筒放置的所有處理站從而形成一個由在該圓筒上傳送的元件經歷的連續(xù)操作循 環(huán)。該圓筒2裝配有元件固持器4，其用于從不同的處理站移去或接收這些元件，在該圓筒 移動過程中固持它們以及，如果有必要的話則將它們呈現給后續(xù)處理站。大多數情況下，該圓筒的元件固持器4包括一個拾取管嘴，用于通過真空攜帶并 固持這些電子元件。半導體領域(特別是未封裝芯片)中的技術的不斷演變已經使得電子元件的尺寸 普遍減小，有時不到1mm2，因此要求處理這些元件的系統(tǒng)的更高精度以及這些系統(tǒng)的搬運 部件的小型化。在其中元件被從一個拾取管嘴轉移到另一個承接管嘴的情況下，該元件相對于拾 取管嘴的精確定位變得至關重要。事實上，在元件具有小體積和表面面積情形下真空固持 力在轉移時變得很小，并且在真空被切換至有壓力時通常會導致元件從該拾取管嘴中心線 被移位。當該轉移操作在極小程度地(如果有的話)控制相對于拾取管嘴的角度取向θ 或者Χ、Υ位置的情況下被執(zhí)行時，可能會生成累積定位誤差。此外，元件在相對于與該管嘴 垂直的平面的角度取向ζ的錯位可能會導致無法產生相對于承接管嘴的真空密封并且當 它在這些管嘴之間轉移時該元件可能被完全丟失。US2006088625描述了一種使用一對具有形成一個腔的配合表面的拾取管嘴和承 接管嘴的微型裸芯(die)轉移過程。該腔實現了精確維持裸芯相對于該承接管嘴的位置， 這導致在該兩個管嘴之間的裸芯的可靠和準確交換。必須加工制造不同的腔形狀以用于每 個尺寸的裸芯。
JP1965109公開了一種通過在一個凹室橫向往復移動拾取管嘴使被吸附在真空拾 取管嘴上的小型電子元件居中的方法。在專利申請JP59004515中也描述了類似的方法，其 中一個由真空管嘴取出的小元件是通過將該元件與一個擋塊(stopper)接觸來將其相對 于該管嘴來定位。上文所述的方法僅考慮了 χ和y方向的偏移校正并且校正幅度沒有得到很好的控 制。US6044169公開了一種采用相對于承接管嘴的相機測量被吸附在拾取管嘴上的元 件的偏移的方法。該拾取管嘴在χ和y方向上被移動并且繞其軸線旋轉從而將該元件與該 承接管嘴對準。在這里，與該拾取管嘴自身的元件偏移未被校正。EP1753284公開了一種電子元件安裝設備，包括供應頭設備和具有一個吸嘴 (suction nozzle)的元件安裝頭設備。該元件從該供應頭設備被轉移至該安裝頭供應。一 個識別相機識別由該安裝頭設備固持的元件，以便使安裝基板與安裝在該安裝頭設備上的 元件對準。該對準是通過由一 XY工作臺在X和Y軸方向移動該基板而實現的。類似的電子元件安裝裝置在JP2003109979和US20040238117中公開。更特別地是 在JP2003109979中，若干個銷(pin)分別參照識別相機確定的半導體芯片位置對準，以便 從晶圓推出芯片并且使用一個具有若干個真空管嘴的安裝頭拾取它們。在US20040238117 中，芯片在支撐片上的位置由一個識別相機確定從而使用XY工作臺相對于拾取頭定位該
-H-· I I心片。在上述的方法中偏移校正與在基板上的元件位置以及在拾取或安裝頭上的元件 位置相關地被執(zhí)行。該校正也僅在X和y方向上被執(zhí)行。
發(fā)明內容
因此本發(fā)明的目的是提出一種新的方法和裝置，其至少解決了現有技術中的一些 問題。根據本發(fā)明，這些目的是通過包括獨立權利要求特征的方法和裝置來實現的，優(yōu) 選實施例在從屬權利要求和說明書中被示出。那些目的還通過一種方法和一種裝置來實現，該方法和裝置包括·能夠固持和傳送元件的拾取管嘴，其連接至負的和可能正的壓力源；·用于測量相對于該拾取管嘴或校準工具的元件偏移的工具；·基于該偏移測量，通過對準設備對準該元件或對準該測試設備，以及； 基于該偏移測量移動該對準設備或該測試設備以便分別對準該元件或該測試設 備的致動器。本發(fā)明的該方法和裝置使得在X和/或y方向(垂直于該對準設備或測試設備平 面)、和/或在相對于該對準設備的旋轉軸線的角度取向θ和/或沿相對于與該對準設備 垂直的平面的角度取向ζ移動該元件或該測試設備。所提出的裝置和方法允許小尺寸元件相對于拾取管嘴、該校準工具、或該轉臺的 任何其他參考以相比現有技術方案提高的精度和更高移動自由度來被對準。
借助于說明書和附圖的描述，本發(fā)明可以被更好地理解，其中圖1示出了包含具有處理站的圓形轉臺的搬運設備。圖2示出了定位在第一處理站拾取元件的拾取管嘴。圖3示出了定位在第二處理站且位于觀察相機之上的拾取管嘴。圖4示出了定位在具有對準管嘴的第三處理站的拾取管嘴。圖5示出了本發(fā)明的另一個實施例，其中拾取管嘴被定位在第三處理站中且位于 對準設備之上。圖6示出了本發(fā)明的另一個實施例，其中拾取管嘴被定位在第三處理站且位于測 試設備之上。
具體實施例方式參見圖1，元件搬運設備包括圓形轉臺1，其包括持有若干個拾取管嘴(未示出)的 旋轉圓筒2。若干個處理站3的規(guī)則間隔位置位于轉臺周圍。在本發(fā)明中，此設置至少包括 第一處理站3a用于拾取元件，第二處理站3b用于測量該元件在該拾取管嘴上的位置以及第 三處理站3c用于對準該拾取管嘴上的該元件或執(zhí)行一系列的測試，例如，一系列電測試。在圖2中示出了該第一處理站3a的示意性視圖。該拾取管嘴21 (固定在圓筒2 的一個末端上)被連接至壓力源(未示出)，該壓力源能夠以受控方式施加負的和可能正的 壓力至該管嘴。圓筒2被定位從而對準該拾取管嘴21和位于其下方的元件20 (例如在由 數字30示意性示出的傳送帶上)。該拾取管嘴21被帶至與該元件20的上表面22接觸并 且通過施加負壓力至該管嘴來拾取該元件20。圖3示出了該第二處理站3b，其中持有元件20的該拾取管嘴21在相機單元40上 被移動。該相機40捕獲在該拾取管嘴21上持有的該元件20的圖像，并且根據該圖像確定 該元件的位置值。這些位置值與例如對應于測量的校準工具(很好地居中于該拾取管嘴21 上)的位置值的限定位置值或任何其他的參考位置值進行比較。由相機40測量的位置值 和該限定的位置值之間的差值對應于該元件20的偏移。該校準工具可以包括對準器(alignment jig)(未示出)，其位于其中一個轉臺處 理站3中，并采用大的凹陷，該凹陷逐漸變細至元件20的尺寸。位于該對準器上的錐形接 著本質上用來當該拾取管嘴21拾取該元件20時將該元件20放入漏斗以致與該拾取管嘴 21精確對準。帶有該被精確對準的元件20的拾取管嘴21接著被移動到該相機單元40之 上，以獲得限定位置值。其他類型的校準工具也是可能的。該元件位置值的確定并不限于使用相機并且可以以其他任意方式執(zhí)行，包括其他 光學系統(tǒng)或機械位置測量系統(tǒng)。在確定該位置校正后，持有該元件20的拾取管嘴21被移動至在圖4中示出并且 包括任務設備的第三處理站3c。在第一實施例中，該任務設備是對準管嘴23，其被連接到 負的和可能正的壓力源(未示出)和致動器50，其使得該對準管嘴23能夠在χ和/或y方 向(垂直于該對準管嘴23平面)和/或以相對于該對準管嘴23的旋轉軸線的角度取向θ 和/或沿相對于與該對準管嘴23垂直的平面的角度取向ζ移動。該對準操作包括以下步 驟
·使與被拾取管嘴21持有的表面相對的該元件的表面24與該對準管嘴23接觸； 通過施加負壓至該對準管嘴23將該元件20固持在該對準管嘴23上并且隨后通 過釋放拾取管嘴21上的負壓而從該拾取管嘴21釋放該元件；·基于在第二處理站3b上確定的位置校正與該對準管嘴23 —起移動該元件； 通過施加負壓至該拾取管嘴21將該元件20固持在該拾取管嘴21上并且隨后通 過施加正壓至該對準管嘴23上而從該對準管嘴23釋放該元件。該校正是通過在χ和/或y方向(垂直于該對準管嘴23平面)移動該對準管嘴 23來執(zhí)行的。該校正也可以沿相對于該對準管嘴23旋轉軸線的角度取向θ和/或沿相對 于與該對準管嘴23垂直的平面的角度取向ζ來執(zhí)行。上述的位置校正操作是通過將拾取管嘴21和對準管嘴23關于該元件20的兩個 表面相對放置來執(zhí)行?？梢酝ㄟ^施加正壓力至該對準管嘴23或拾取管嘴21并且隨后分別 釋放在該拾取管嘴21或對準管嘴23上的負壓力來在兩個管嘴之間傳遞該元件的固持控 制。該第一實施例的一個方面，該元件20無需在所述拾取管嘴(21)和該元件(20)之 間有任何的接觸而由所述對準設備(23，25)移動。該第一實施例的另一個方面，兩個管嘴在該位置校正過程期間與該元件20的相 應表面保持機械接觸，從而實現該固持控制以及在這些管嘴之間轉移該元件20而與該元 件的邊緣和棱角沒有任何接觸。該第一實施例的又另一個方面，通過施加負壓力至該拾取管嘴21從而在該組件 20由該對準管嘴23移動時該元件20保持由所述拾取管嘴21固持。該實施例的又另一個方面，正壓力可以被施加至該對準管嘴23或該拾取管嘴21， 以便便于從該對準管嘴23或拾取管嘴21分別釋放該元件。當該元件表面傾向于粘在該管 嘴時，從管嘴釋放該元件20時正壓力的使用尤其有用。在圖5示出的第二實施例中，該第三處理站3c包括對準設備25，其沒有連接至用 于對元件20進行對準的負壓力源。致動器50促使該對準設備25在χ和/或y方向(垂 直于該對準設備25平面)和/或以相對于該對準設備25的旋轉軸線的角度取向θ和/ 或沿相對于與該對準設備25垂直的平面的角度取向ζ移動。該對準操作包括以下步驟·使與被拾取管嘴21持有的表面相對的該元件的表面24與該對準設備25接觸；·釋放在該拾取管嘴21上的負壓力；·基于在該第二處理站3b上確定的位置校正與該對準設備25 —起移動該元件；·通過施加負壓力至該拾取管嘴21將該元件20固持在該拾取管嘴21上。在該對準操作過程中，拾取管嘴21和對準設備25關于元件20的兩個表面相對放 置并且保持與元件20的相應表面機械接觸。該對準設備25可以是盤、銷(pin)、承窩(socket)或具有其他任何益于與元件20 接觸的形狀。元件20由對準設備25的固持可以通過在對準設備25的表面26上增加一個 腔或一個斜角(bevel)接觸該元件20來便利化，或通過使表面26下凹來便利化。同樣的 目的可以通過使用夾具(clamp)作為對準設備25來獲得。該校正是在χ和/或y方向(垂直于該對準設備25平面)和/或沿相對于該對 準設備25旋轉軸線的角度取向θ和/或沿相對于與該對準設備25垂直的平面的角度取向ζ移動該對準設備25來執(zhí)行的。測量該元件20在拾取管嘴21上位置并且在該拾取管嘴21上對準該元件20的步 驟也可以在同一個處理站3上執(zhí)行。為此，該相機單元40或其他任意工具(包括其他光學 系統(tǒng)或機械位置測量系統(tǒng))，以及對準管嘴23或對準設備25，都位于相同的處理站上。在圖6示出的第三實施例中，該第三處理站3c的任務設備是測試設備27，用于在 元件20上執(zhí)行一個測試或一系列測試(例如，電測試)。該測試設備27包括尺寸與元件 20的形狀和尺寸相配的腔28。電連接器被放置在腔28的表面，在圖6中以數字29示出其 中的2個。電連接器29設置成接觸該元件20的至少一些電連接器(未示出)。致動器50 促使該測試設備27在χ和/或y方向(垂直于該測試設備27平面)和/或以相對于該測 試設備27旋轉軸線的角度取向θ和/或沿相對于與該測試設備27垂直的平面的角度取 向ζ移動。在這里，該對準操作包括以下步驟·基于在該第二處理站3b上確定的位置校正對準該測試設備27 ；·將由拾取管嘴21持有的該元件20納入測試設備27的腔28內； 緊靠腔28的表面按壓該元件20與拾取管嘴21從而確保該元件的電連接器和腔 28內的電連接器29實現正確的電接觸；·執(zhí)行該測試。在這里，與之前的實施例相比，元件20不相對于拾取管嘴21移動。相反，測試設 備27被移動從而在將該元件20接收到腔28內之前補償在拾取管嘴21上元件20可能的 偏移。在上文所述的整個序列步驟中，元件20由拾取管嘴21固持?？蛇x地，在元件已經被 帶至并壓進腔28之后，當執(zhí)行該測試時，通過釋放在拾取管嘴21上的負壓力，元件20也可 從拾取管嘴21釋放。在該測試完成之后，通過施加負壓力至拾取管嘴21而由該管嘴拾取 該元件20。在測試設備27中執(zhí)行的該類測試不限于電測試并且可以包括，例如，使用光學設 置的電子元件20的光學質量控制測試，或任何其他類型的測試。以上描述的所提出的裝置和方法允許小尺寸元件相對于拾取管嘴21、測試設備 27或該轉臺的任何其他參考以與現有技術方案相比的提高的精度和更高移動自由度對準。 大幅減少管嘴的垂直運動也簡化了設置并且允許更快的對準。附圖標記
1轉臺
2圓筒
3處理站
3a第一處理站
3b第二處理站
3c第三處理站
4元件固持器
20元件
21拾取管嘴
22元件的上表
23對準管嘴
8
24相對于上表面的元件的表面25對準設備26與元件接觸的對準設備的表面27測試設備28 腔29電連接器30傳送帶40 相機50致動器θ相對于對準管嘴或對準設備旋轉軸線的角度取向ζ相對于與對準管嘴或對準設備垂直的平面的角度取向
9
權利要求
一種對準方法，包括以下步驟(a)通過在拾取管嘴(21)上施加負壓力而由該拾取管嘴(21)拾取元件(20)；(b)測量該元件相對于限定位置值的位置；其特征在于(c)將由該拾取管嘴(21)固持的元件(20)與對準設備(23，25)接觸；(d)基于步驟(b)中的位置測量移動該對準設備(23，25)從而對準該元件(20)。
2.如權利要求1的對準方法，其特征在于，所述位置由相機(40)測量。
3.如權利要求1或2的對準方法，其特征在于，該對準包括在平面內沿兩個正交方向 (x，y)的線性移位。
4.如權利要求1至3任意一項的對準方法，其特征在于，該對準包括相對于旋轉軸線的 至少一個旋轉(θ，ζ)。
5.如權利要求1至4任意一項的對準方法，其特征在于，將所述拾取管嘴(21)和所述 對準設備(23，25)與該元件(20)的相對表面(22，24)相接觸。
6.如權利要求1至5任意一項的對準方法，其特征在于，在該元件(20)與拾取管嘴 (21)和對準設備(23，25) —起接觸時移動該元件。
7.如權利要求1至6任意一項的對準方法，其中所述元件(20)由所述對準設備(23， 25)移動而無需所述對準設備(23，25)和所述元件(20)的側面有任何接觸。
8.如權利6至7任意一項的對準方法，所述對準設備為對準管嘴(23)，其中所述元件 (20)當被移動時通過施加負壓力至該對準管嘴(23)而被固持，其中，在該對準完成后，該元件(20)通過施加負壓力至該拾取管嘴(21)以及隨后從該 對準管嘴(23)釋放負壓力而被固持。
9.如權利要求8的對準方法，其中在該元件(20)由對準管嘴(23)移動時，通過施加負 壓力至該拾取管嘴(21)而由該拾取管嘴(21)保持固持該元件(20)。
10.根據權利要求8或9的對準方法，其特征在于，施加零或正壓力至該對準管嘴(23) 或拾取管嘴(21)并且隨后分別釋放在該拾取管嘴(21)或對準管嘴(23)上的負壓力從而 在兩個管嘴之間傳遞該元件的固持控制。
11.一種用于執(zhí)行權利要求1至10任意一項方法的元件搬運設備，該設備包括 能夠固持和輸送元件(20)的拾取管嘴(21)，其被連接至負壓力源； 用于測量相對于限定位置值的元件(20)位置的工具；其特征在于 用于固持和對準該元件(20)的對準設備(23，25)；以及 基于該位置測量用于移動該對準設備(23，25)的致動器(50)。
12.如權利要求11的元件搬運設備，其特征在于，所述致動器(50)能夠在平面內沿兩 個正交方向(x，y)線性移動該對準設備(23，25)。
13.如權利要求11或12的元件搬運設備，其特征在于，所述致動器(50)能夠相對于至 少一個旋轉軸線旋轉(θ，ζ )該對準設備(23，25)。
14.如權利要求11至13任意一項的元件搬運設備，其特征在于，用于捕獲該元件(20) 由拾取管嘴(21)固持時的圖像的相機單元(40)，其作為測量該元件(20)位置的工具。
15.如權利要求11至14任意一項的元件搬運設備，其中該對準設備是與負壓力源連接的對準管嘴(23)。
16.如權利要求11至14任意一項的元件搬運設備，其中該對準設備是作為對準設備 (25)的銷、盤、或承窩。
全文摘要
一種采用轉臺內與電子元件或裝配設備一起使用的真空拾取管嘴對準小尺寸元件的方法和裝置。該方法包括步驟用拾取管嘴拾取該元件；測量該元件相對于限定值的位置；將由該拾取管嘴所固持的元件與對準設備接觸；用該對準設備固持該元件以及；基于該位置測量移動該對準設備從而對準該元件。
文檔編號H01L21/00GK101919039SQ200880122545
公開日2010年12月15日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權日2007年12月24日
發(fā)明者P·德羅馬爾, S·馬耶爾 申請人:伊斯梅卡半導體控股公司