CN102856239B - 将预定元件置于目标平台的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将预定元件置于目标平台的装置和方法。本发明一般来讲涉及组装技术。根据本发明，描述了在组装中改进元件放置精度的对准和探测技术。更具体地，本发明包括在各种探测技术中通过在元件结合对准标记并且在目标平台上结合参考标记而检测和改进目标平台上元件放置准确度的方法和结构。组成阵列以形成多传感器探头的一组传感器能够在组装中检测偏移元件的偏移。

Description

将预定元件置于目标平台的装置和方法

本发明是基于申请号200610109038.8，申请日为2006年7月31日，申请人“温泰克工业有限公司”，题为“将预定元件置于目标平台的装置和方法”的分案申请。

技术领域

本发明一般而言涉及组装技术，更具体地，本发明包括通过用各种探测技术把对准标记结合到元件上和把参考标记结合到目标平台上而在目标平台上检测和改进元件放置准确度的结构和方法。

背景技术

电子器件已经发展多年了。随着集成电路(IC)的复杂性和运行速度增加，具有超过几百或甚至一千的管脚数量的器件的数量不断增加，这并不是不寻常的。例如，高速设计需要更多的功率和接地管脚。这种差动对正在代替器件的输入和输出管脚(I/O)处的单端信号，以满足信号完整性要求。此外，随着芯片上***变成现实，越来越多的管脚被添加到器件I/O中以支持更多的功能。总之，这些管脚中的许多(如果不是所有的话)趋于增加封装器件或元件中的管脚数量。

随着管脚数量的增加，器件的管脚间距趋于减少而限制封装尺寸的增加。减少的管脚间距，特别是如果管脚间距小于0.5mm，对将元件准确地置于目标平台(诸如，印刷电路板(PCB))上的放置设备提出了挑战。

传统的表面安装设备在目标焊接区图案的中心处使用直角坐标作为参考点以将元件置于PCB上。没有反馈来监视元件放置的准确度。没有适当的反馈，元件放置的准确度不确定。实际上，元件放置的准确度受到封装轮廓的缺陷、元件的触点阵列离理想格栅位置的偏离、PCB封装参考中的缺陷、放置设备的老化和内在公差等的影响。随着累积误差接近触点阵列 的间距尺寸，将元件准确地放置在PCB上是个很大的问题。

在表面安装装配线中不难碰到元件放置问题，特别是放置细间距元件。例如，如果BGA元件不准确地置于PCB上，则会引起BGA触点阵列离理想的焊接区图案位置偏移，导致焊接不足或焊料桥接到PCB上相邻的垫。修正这些问题的返工是乏味的和昂贵的。对于在高密度PCB上的高价高管脚数量元件的返工更加糟糕。

而且，制造商经常使用插座将高端高管脚数量的芯片容纳在母板上。这使得用户能够在现场选择正确的速度等级的元件或中执行速度升级。然而，对用户或制造商来说，没有简便的方法来监视芯片是否正确地插在插座上或芯片是否与插座内的插孔良好地接触。

可见，需要用于检测和改进元件放置准确度以及用于检测接触状态的技术。

发明内容

本发明一般而言涉及组装技术，描述了在组装中改进元件放置的准确度的对准和探测技术。更具体地，本发明包括通过用各种探测技术把对准标记结合到元件上和把参考标记结合到目标平台上而在目标平台上检测和改进元件放置准确度的结构和方法。组成阵列以形成多传感器探头的一组传感器，能够在组装中检测位移元件的偏离。仅仅通过示例的方式，将本发明应用于将封装器件置于用于电子***制造的电子衬底上。但是应认识到本发明具有更宽的应用范围。

在一个具体的实施例中，本发明提供了一种技术解决方案，用于IC或封装器件，在IC或封装器件上的预定的空间区域中具有一组一个或多个对准标记。根据该实施例，封装器件可以是封装在诸如塑料(例如，环氧)、陶瓷(例如，二氧化铝)或其它材料中的集成电路器件，封装器件含有多个I/O触点和多个连接到I/O触点的焊垫。封装器件可以是多IC堆叠器件、多封装堆叠器件或多芯片载体。封装器件还可以是层叠有各向异性传导弹性体(ACE)膜作为用于外部连接的互连界面的集成电路器件，等等。该组对准标记监视该封装器件在目标衬底或平台上的放置，以判断在器件 上的多个外部连接是否精确地放置在诸如印刷电路板、母板、陶瓷板、裸管芯IC或其它封装器件和元件的目标衬底或平台上的焊接区图案处。如果封装器件没有精确地放置，则对准标记还能够用来获得反馈以调节器件位置的偏离。为了简便，IC和封装器件称为元件。

在一个具体的实施例中，对准标记是在元件上的参考区域，外部探头能够使用该对准标记监视在目标平台上的元件放置的精确度。结合在元件上的对准标记可以是在元件上作为直接对准标记的从顶部到底部的连接表面区域的传导路径，或可以是作为间接对准标记的在元件的底部处连接两个表面区域的不同的传导路径。除了在元件内作为传导路径，对准标记还可以是在元件上的简单表面标记，这取决于所使用的探测方法。对准标记的结构可以是简单的几何结构或一组几何结构。

对于元件上的每一个对准标记，参考标记能够添加到目标平台供元件放置参照。在一个具体实施例中，本发明提供用于诸如印刷电路板、母板、陶瓷板、裸管芯IC或其它封装器件和元件目标衬底或平台的技术解决方案，通过在预定分区域处结合一组一个或多个参考标记，供元件放置参考。参考标记能够用传导路径连接到相同目标平台的其它参考标记。其能够连接到目标平台中的接地端，或其能够简单地为在目标平台上的表面标记，这取决于所使用的探测方法。

在优选的实施例中，本发明提供用于改进元件放置精度的探头技术解决方案。探头可以是单传感器探头或可以是传感器阵列。单传感器探头能够检测元件放置的精度和在目标平台上元件接触条件的状态。由传感器阵列组成而变成多传感器探头的探头，能够通过将在元件上的一个或多个对准标记对准已经对准参考标记的探头位置而调节偏移元件的偏移。多传感器探头能够检测元件的偏移并且向放置设备反馈该信息以修正该位置偏离。尽管单对准标记能够修正元件偏移误差，两个对准标记能够修正放置的方位误差。探头可以是电阻探头、电容探头、光学探头或这些探头的组合。电阻探头用于开/关测量，电容探头用于测量传感器表面和目标参考之间重叠的相对区域，光学探头用于测量来自目标参考的反射。参考探头是接触探头。电容探头和光学探头是非接触探头。多传感器探头上的有效传 感器的范围能够通过感测目标参考标记的尺寸而自动确定。

在一个具体的实施例中，本发明提供用于在各种探测技术下在目标平台上对准元件的方法。

本方法包括将包括一个或多个对准标记的元件置于目标平台上的区域。目标平台上的区域含有目标结构和一组由探头监视的参考标记，以判断元件是否已经精确地置于目标结构上。在PCB上，目标结构是元件焊接区图案。对于在元件上的每一个对准标记，对应的参考标记能够包括在焊接区图案上。在顶部的对准标记相对于在元件底部的触点阵列的空间关系应该匹配参考标记相对于焊接区图案上的触点阵列的空间关系。该方法还包括在目标图案上对准多传感器探头的方法，确定该组多传感器的有效范围，调节相对于对准探头的元件位置。

由于对准标记相对于有关触点阵列的空间关系能够在器件制造或元件封装过程中精确地控制，所以能够确保对准标记和器件或封装上的触点阵列之间固定的空间关系。这允许在物理轮廓上具有小倾斜度的封装(倾斜封装)或沿相邻管芯之间的划线没有很好地中心切割的裸管芯还能够用于组装。这是因为在组装中，元件放置这时能够依赖对准标记的位置，而不是依靠封装轮廓的几何公差。在一个具体的实施例中，本发明提供了一种方法，能够将物理上不合规格的器件或封装安装在PCB或目标平台上的相应接触区域。经常在组装中引起未对准问题的物理上不合规格的器件将不再被抛弃。在器件的管芯切割中或在元件的封装的模制中，更大的公差意味着更高的元件产率。

通过本发明优于传统的技术的方式能够获得许多益处。本技术能够容易地使用依赖传统技术的工艺。在一些实施例中，该方法提供了改进产率、降低返工和提高放置精确度的手段。此外，该方法提供与传统的工艺技术兼容的工艺，而没有对传统的设备和工艺进行实质上的修改。本发明对具有超细触点间距和超过几百或甚至一千的触点的器件尤其有用。

而且，本发明提供了一种方法，用于监视用各向异性导电弹性体(ACE)作为互连界面封装的器件的放置。对于各种应用场合，其能够有效地和精确地使非焊球基封装器件组装到目标平台或PCB。各向异性导电弹性体含 有仅仅以某方向传导电流的嵌入在弹性绝缘硅树脂膜的大量细小导电金属管。其已经在高密度和高管脚数量的测试插座中用作互连以提供优良的接触、可重复性和在IC器件测试中的高频特性。作为界面互连用于器件和封装是可行的。层叠有ACE的器件或元件能够直接地安装到目标衬底上。夹具罩能够用来将器件夹持在一起而不需要将器件焊在目标衬底上，如果可以获得精确的放置技术。这种对准技术能够使在电子***上的ACE层叠器件的组装变得可行。

根据该实施例，一个或多个这些优点能够获得，并且在整个说明书中将更加详细的描述。本发明的各种附加的目的、特征和优点能够通过参照下面的详细的说明和附图更加完全理解。

附图说明

图1A是理想封装的示例；

图1B是倾斜封装的示例；

图1C是具有触点阵列偏离格栅的不合规格封装的示例；

图2示出在焊接区图案上格栅偏离元件的放置，在放置之后元件上的所有触点从焊接区图案偏移相同的偏移量；

图3示出具有一组传导路径的元件在目标平台上放置，该目标平台具有匹配的焊接区图案和参考标记，用于检查放置精度和接触条件；

图4示出对准标记的不同构造，其中所有可进行测试的点作为触点阵列在相同的一侧，这是间接对准路径和间接对准标记的简化图；

图5示出使用单检测探头以检查放置精度和元件接触条件的示例；

图6示出使用四点探头用于检测元件放置的位置偏移的示例；

图7示出由测试点阵列组成的一般性测试探头，用于检测元件放置的偏移，在探头上的工作测试点能够在过程中(on-the-fly)确定；

图8示出关于一组SR锁存器的使用，以跟踪工作测试点的位置并且将测试探头的中心对准目标参考标记的中心的示例，该组SR锁存器能够由一组可写的锁存器代替。

图9示出使用两组锁存器以确定偏移元件的方向和位移，状态由二进 制对的第一位表示的一组锁存器，表示对准标记和参考标记之间的重叠状态，状态由二进制对的第二位表示的另一组锁存器，表示工作测试点的位置；

图10示出使用三组锁存器以将小对准标记对准大参考标记的中心，元组中的第三位表示用于对准更小测试点的工作测试点的有效范围；

图11示出关于使用一般性测试探头修正偏移元件的图表理解。其中，元件上的对准标记尺寸小于参考标记的尺寸；

图12是示出测试探头的简化图，该测试探头层叠有各向异性导电弹性体(ACE)作为互连界面，以改进测试点和对准标记之间或测试点和参考标记之间的接触条件；

图13示出在元件上结合两个对准标记以修正元件放置中的方位误差的示例；

图14示出在目标平台上的串联对准链的简化图；

图15是电容传感器的简化图，其用防护体来聚焦传感器的电场；

图16是示出一组电容传感器的简化图，该传感器组成阵列以形成用于非接触电对准的多传感器电容探头；

图17是关于使用电场对准技术以监视元件堆叠的示例；

图18示出的是电对准技术的不同应用，用于将具有四传感器对准标记的物体对准到具有四三角形参考标记的第二物体；

图19示出在元件上的透明光路，能够用作光学对准标记，如果与目标平台上的匹配的反射垫结合，其能够用来改进元件放置的精度；

图20是示出光电检测器阵列的简化图，该光电检测器阵列以阵列的形式组成，以形成用于元件对准的多检测器光学探头；

图21是一种光学构造的简化图，该光学构造具有四个光电检测器和四个I/V放大器，用于调节偏移元件的偏移。

具体实施方式

根据本发明，描述了在组装中改进元件放置的准确度的对准和探测技术。更具体地，本发明包括通过用各种探测技术把对准标记结合到元件上 和把参考标记结合到目标平台上而在目标平台上检测和改进元件放置准确度的结构和方法。以阵列组成而形成多传感器探头的一组传感器，能够在组装中检测位移元件的偏离。仅仅通过示例的方式，将本发明应用于将封装器件置于用于电子***制造的电子衬底上。但是应认识到本发明具有更宽的应用范围。本发明的进一步细节能够在整个本发明的说明书中发现，并且更详细地在下面。

对准标记

根据优选的实施例，对准标记是元件上的参考区域，外部探头能够使用对准标记监视在目标平台上的元件放置的准确度。结合到元件上的对准标记可以是作为直接对准标记的在元件上从顶部到底部的连接表面区域的传导路径，或者是作为间接对准标记的在元件的底部连接两个表面区域的不同的传导路径。尽管从上到下的传导路径不需要是直路径，但从顶部到底部或在元件上匹配的顶部和底部位置的直路径，更容易目视与对准标记关联的底部接触的位置。在底部的传导路径的表面区域可以是在触点阵列上的触点或不同的访问点。除了元件内的传导路径，对准标记还可以是元件上的简单表面标记，这取决于所使用的探测方法。对准标记的结构可以是简单的几何结构或一组几何结构。

在元件上的对准标记可以是单个对准标记或一组对准标记。正常地，一个对准标记是足够的。如果元件的尺寸较大或可以要求方位调整以改进放置准确度，则向元件添加第二对准标记。如果有方位的误差，对于大元件中的远端接触，离理想焊接区图案的切向偏离会是很显著的。对于小元件，由于较小方位的误差的后果是不显著的。

取决于探测技术，当探头用来监视元件放置准确度时，探头能够与对准标记直接接触或不直接接触。如果电阻探头用来监视对准标记的位置，则其需要直接接触。如果电容探头用来监视对准标记的位置，则不需要的直接接触。在这两种情况下，对准标记是电对准标记，因为传导电流流过对准标记，除了一个是DC电流和另一个是AC电流以外。如果光学探头用于监视来自对准标记的表面的反射，那么则对准标记是光学对准标记。 因而，在元件的顶表面上反射的、导电的标记能够使用作为电对准标记或作为光学对准标记，这取决于对准标记如何构造和使用哪种探测技术。

参考标记

对于元件上的每一个对准标记，对应的参考标记能够添加到目标平台供元件放置参考。在元件上对准标记与触点阵列的空间关系应该匹配在目标平台上参考标记与关联的焊接区图案的空间关系。参考标记可以是在目标平台上元件接触焊接区图案的一部分。取决于探测技术和应用要求，参考标记可以或可不需要与对准标记的底部直接接触。在一个具体的情况下，如果参考标记简单地是在目标平台上的表面标记，并且如果对准标记也是简单表面标记，这时则在元件上的对准标记的顶部位置能够以这样一种方式选择，使得其匹配焊接区图案上的触点阵列的中点或角落点中的一个点，以消除对目标平台上附加参考标记的需要。

元件放置的不确定性

目前对准技术中一个有用的方面是放置准确定不再依赖于元件的物理轮廓，也不依赖于触点阵列离元件边缘的格栅准确度。例如，如果模制工艺在完成的封装中导致小的倾斜，使得封装上的触点阵列与封装的边缘没有很好地平行(倾斜封装)，在传统的技术下，尤其是当封装尺寸较大并且阵列间距尺寸较小时，很难将该封装正确地置于焊接区图案上；对于触点阵列从理想格栅位置偏移的封装(格栅偏离的封装)，也是如此。传统放置设备使用在焊接区图案中心处的直角坐标作为参考点以将元件置于其上，这是基于假定元件的物理轮廓是没有缺陷的，并且其触点阵列按照封装的机械规格精确地相对于元件的所有边缘定位。

图1A示出理想封装的示例。其具有没有缺陷的物理轮廓(例如，没有缺陷的封装轮廓101)并且所有的封装触点在所划的格栅位置上。图1B示出倾斜封装的示例，其中触点阵列不平行于封装物理轮廓，并且从封装的轮廓看去倾斜于理想的格栅位置(例如，由封装轮廓确定的理想格栅位置102)。图1C示出一个不合规格封装的不同的示例(触点阵列偏离格栅 的封装)，其中触点阵列没有正确地中心模制，并且因而从封装轮廓看去显示出从理想格栅位置偏离(例如，相对于理想格栅位置的偏移103)。在图1B和图1C中封装是物理上不符合规格，难以在传统的表面安装组装中使用。附图中的缺陷被夸张了，以示出该概念。

图2示出将偏离格栅元件200置于目标焊接区图案208上的示例。图2示出在焊接区图案上放置触点阵列偏离格栅的不合规格的元件，放置后，元件上所有触点都从焊接区图案(例如，图中以虚线圆示出的目标焊接区图案208)偏离相同的偏移量。如所示，在元件200(触点阵列偏离格栅的元件)上的触点阵列209(元件上偏离格栅的触点阵列)在左下方向具有偏离量207。在放置之后，在元件200上的所有的触点200将具有离目标焊接区图案208相同的偏离量207。这不同于倾斜封装的放置，在倾斜封装的放置中在拐角触点处的偏斜或偏离大于在中心处的。

将对准标记添加到元件将显著地减少由于封装轮廓的缺陷的不良影响，并且即使封装轮廓仍然符合规格，也能够消除由触点阵列离理想格栅位置(例如，理想触点格栅位置201)的偏离而引起的接触位置不确定性。对准标记能够置于元件触点阵列内或之外。在相对于元件触点阵列的预定空间关系处制造，而不是在基于元件物理轮廓或离封装边缘的距离的位置处。

对准标记去掉了设备对元件的理想物理轮廓的依赖。因而，之前在生产中划线的一些物理上不合规格的元件，诸如在物理轮廓中具有小倾斜的封装、具有偏离理想格栅位置的触点阵列的封装、或裸管芯(沿相邻管芯之间的划线切割而没有很好地定心)，将能够用于***组装。该结构的进一步细节和对准标记的操作描述如下。在整个本说明书中，还提供某些方法和变型。

使用电阻探头的元件对准

在这个实施例中，对准标记是以相对于触点阵列的预定空间位置结合在元件或封装中的电传导路径。传导路径能够从元件的顶表面(测试信号可以施加到该处)到元件的底部表面(目标平台上的匹配触电点或参考垫能够 连接在下面)。元件上的传导路径和目标平台上的匹配参考垫是成对的，以监视元件放置的准确度。如果元件准确地放置在目标平台上，匹配参考垫将出现在传导路径的底部表面下，当电压施加到元件的顶表面时传导电流将被检测到。

图3示出将元件300置于目标平台310上的示例。图3示出在目标平台上放置具有一组传导路径的元件，该目标平台具有匹配的焊接区图案和参考标记。元件300是在触点阵列309处具有多个外部连接和作为对准标记的一个或多个传导路径(例如，作为电对准标记的传导路径)302、303的密封封装301。在目标平台上，焊接区图案(目标焊接区图案)308和一组参考垫306、307预先制造。如果元件300与焊接区图案308对准，则参考垫306、307将在传导路径302、303的底部表面下。该图仅仅是示例，在这里不应该不适当地限制权利要求的范围。所属领域的一般技术人员将认识到许多变型、修改和替代，诸如元件可以是具有嵌入的从顶部到底部作为对准标记的传导路径的裸管芯、密封在具有焊堆的陶瓷材料封装或塑料封装中的集成电路、或用于外部互连但没有焊堆的层叠有一层ACE膜的器件，或这些的组合等。

元件300中的传导路径可以是直管或任何不规则形状的传导迹线303，在元件中从顶部到表面延伸。一个或多个传导路径能够结合在元件中。与传导路径302、303关联的外部访问点304、305可以是简单圆形垫。其它垫的形状诸如方形、矩形、三角形、梯形或这些形状的组合是可能的。电阻探头置于外部访问点304、305上，以监视放置准确度的状态。传导路径可以是金属、掺杂半导体路径或其它可检测的实体。

在图3中，一组参考垫306、307在目标平台上预先制造，作为目标参考来引导元件的放置。参考垫可以是简单圆形垫，但是其它形状诸如方形、矩形、三角形、梯形、一组接地点和这些的组合也可能。在目标平台310上的参考垫306、307称为”参考标记”。对于元件上的对准标记，对应的参考标记能够添加到目标平台上。目标平台310上的参考标记的位置以这样一种方式制造，使得目标平台上的参考标记306、307和焊接区图案308之间空间关系匹配元件300上的对准标记302、303和触点阵列309之 间的空间关系。

参考标记的尺寸由诸如元件轮廓、触点阵列、目标平台、设备精度、机械老化和数据库取整误差等中的缺陷的放置***的变量确定。具有较大累积的放置不确定性需要较大参考标记。参考标记的尺寸应该是足够的大，使得在每一个元件初始放置处对准标记应该至少局部地在目标参考标记的边界内。初始元件放置是基于存储在放置数据库中的参考标记或目标焊接区图案的坐标的放置。此外，优选地，对准标记的尺寸与参考标记的尺寸相同或小于参考标记的尺寸，这是因为其能够影响元件放置的准确度，这将在后面解释。

除了上下结构(与传导路径关联的一个测试点在元件的顶表面上)，如图4所示，还可以在与触点阵列409相同侧处具有两个测试点(测试访问点)411、412。图4示出具有间接对准标记的元件400。在这个情况下两个附加的迹线(连接迹线)406、407添加到目标平台410，以将与传导路径(例如，传导元件402)关联的测试点411、412连接到目标平台410上的外部访问点403、404。电阻探头的功率和接地端能够施加到两个外部访问点403、404，以检测是否有传导电流，以判断元件是否已经正确地置于目标焊接区图案408之上。具有位于与触点阵列相同侧的两个测试点的传导路径称为间接对准路径。其接触点是间接对准标记。

如果在不同元件上的几个间接对准路径连接到目标平台上的系列菊花链，则其能够用于监视链中所有元件的接触条件或检查当该***在使用中时所有元件是否还在适当的位置。这对于装有无焊元件(诸如使用ACE作为互连界面的元件)的电子***是有用的，在这种情况下，用于所有ACE基的元件的间接对准路径连接成单对准链或几个更短的链。供应电压和检测器，诸如LED二极管，能够连接到每一个链，以监视链中所有无焊元件的连接状态。

在元件上结合对准标记不仅能够检测在目标平台上元件放置的准确度，而且能够在放置之后修正元件位置偏移。然而，是测试探头的构造以及对测试探头所检测的信号进行的处理来确定对准标记的功能。单测试点探头，即单传感器探头，能够检测放置状态和界面接触条件，而多测试点探头，即多传感器探头，能够检测元件放置的偏移方向和程度，这将在后面解释。

图5示出使用单点测试电阻探头来检查放置准确度和元件接触条件的示例。图5示出使用单测试点电阻探头520以监视目标平台510上的元件500的对准状态的示例。假定包含两个对准标记501和502的元件500已经与目标平台510上的焊接区图案对准，这时，有一组对应的参考标记503和504。传导路径从探头520的供应端521通过对准标记501到目标平台510上的参考标记503而形成。第二传导路径从对准标记502到目标平台510上的参考标记504。

为了避免两个参考标记503、504在测试时浮置，两个参考标记503、504应该连接到目标平台510上的内平面507，内平面507连接到已知的参考电压或通过表面接触505接地508。不同的方法是将两个参考标记在内部连接在一起。在放置元件之后，可以应用探头来测试连接性。例如，如果将探头520的供应端521施加到对准标记501的顶表面，并且将接地端515施加到对准标记502的顶表面，那么，如果元件500在目标平台510上很好地对准，则形成闭合的电流环路，以检测从探头的测试端521通过对准标记501、参考标记503、内部迹线或内平面507返回至参考标记504、对准标记502，并且最终至探头接地端515的传导电流。尽管示出两个对准标记，如果方位误差在元件放置中可能性不大，则一个对准标记就足够。图5中还示出了焊球509。

或者，如果参考垫503、504连接到内平面507，参考电压或接地508施加到表面接触505，那么，参考垫503、504将在参考电压下或接地。由于在这种情况下测试端521施加到元件500上的对准标记的顶表面，所以，如果两个接地连接在一起，那么闭合环路从探头通过电阻标记、对应的参考标记，到***接地，然后探头接地而形成。

如图5所示，测试探头520可以含有电阻522、发光二极管523、声音蜂鸣器或电流计524，以指示放置的状态。电阻器限制流过探头和对准标记的最大电流。发光二极管提供可见信号以指示放置是否正确。声音蜂鸣器使用户能够听得见。电流计示出通过探头的电流量。探头能够设置在用于监视放置状态的放置设备中。还可以是用于由用户人工地检查元件放置准确度和接触条件的探头。

图6示出改进元件放置的准确度的四点探头的使用，其中使用四点探头能够检测元件放置的位置偏移。多检测点探头是修正元件放置偏移不可少的。在该示例中，使用具有测试点A、B、C和D的四点电阻探头。圆形参考标记(目标平台上的参考标记)602以大虚线圆示出。也是圆形的对准标记(偏离目标位置的元件上的对准标记)601以大实线圆示出。为了使图示更简单，假定电对准标记601的尺寸与目标平台上的参考标记602的尺寸相同，并且假定用在该放置中的探头具有匹配参考标记602的环境的所有四个测试点。如果选择方形参考标记作为示例，则在探头位置与参考标记对准之后探头上所有四个点应该能够匹配方形参考标记的四个角。

为了修正元件放置的偏离，首先需要通过将探头上所有测试点A、B、C和D移动到或靠近目标参考标记602的边界而相对于参考标记的位置对准探头位置。接着，将元件移入并且根据存储在放置数据库的信息置于目标焊接区图案的坐标。如果元件放置出现偏移，则，元件上的对准标记601将仅仅局部地与目标平台上的目标参考标记602重叠。四点电阻探头能够检测这种局部重叠。例如，假定偏移是向左下角的并且只有测试点C在左下角处与对准标记601接触。这时，只有该测试点C检测到流经对准标记601到接地参考标记602的电流。测试点A、B和D没有检测到电流。这是因为它们在对准标记601的外部区域，而该区域不导电的。使用该测试结果作为反馈，放置设备能够因而获知元件放置的偏移。元件位置向右上的偏移能够修正放置偏移，即从电流由测试点通过对准标记601检测的方向到没有检测到电流的方向。这个过程持续直到元件上的对准标记601移动到与所有测试点接触的位置。然后，元件准确地定位。

如果放置之后，对准标记601在两个测试点(譬如，两个左测试点)检测传导电流的位置。那么，对准标记，还有元件应该向右偏移直到其到达所有四个测试点能够检测到电流的位置。在这情况下，测试探头、参考标记和对准标记都对准，元件被准确地放置。放置设备中的测试探头和元件 的拾取头都能够独立地调节。

在每一个元件放置的开始，调节测试探头对准目标参考标记是确保放置准确度不可少的。在这个具体的情况下，探头和参考标记之间没有元件，是通过使探头接触参考标记而完成的，从探头的中心到目标参考标记的中心的偏移能够通过监视哪一个探头导电而确定。通过向测试点没有检测到电流的方向偏移探头位置，探头能够与目标参考标记对准。这是探头对准步骤。

多测试点探头在监视元件放置上具有比单测试点探头更多的性能。单测试点电阻探头能够用来检测放置准确度和接触状况，而多测试点探头能够用来检测和提供有关偏移元件的偏离的反馈。

图7示出由测试点701阵列组成的一般性测试探头。该一般性测试探头由测试点阵列组成，其用于检测元件放置的位置偏移。通过使该探头接触目标参考标记并向每一个测试点施加电压以观察哪一个传导电流，能够在工作进程中确定电阻探头上的工作测试点的范围。如果由测试点阵列701可检测的面积大于在目标平台上的参考标记700的尺寸，那么只有测试点阵列的一个子组将被启动来检测位置偏移。在每一个元件放置中待被启动的测试点阵列的子组能够以类似的方式在工作进程中自动地被确定。这能够通过降低测试探头，假定它是电阻探头，与参考标记700接触，然后将电压施加到阵列700中所有的测试点以观察哪些测试点导电。

如果所有导电的测试点是阵列中内部测试点，那么选择内部测试点检测电流，以便于元件位置调节。阵列中不导电的那些测试点(例如，以虚线圆表示的没有检测到电流的不工作测试点703)在电流元件放置中将被忽略。待被启动以便于元件位置调节的阵列中的内部测试点子组是工作测试点(例如，以实线圆表示的检测到电流的工作测试点702)。在位置调节中被忽略的那些测试点是无效测试点703。

由于从探头结构已知多测试点探头的中心，如果该组工作测试点能够重定位到围绕多测试点探头的中心的中央，则探头设计能够更简单。这能够通过将探头移动到新的位置直到所有内部工作测试点在多测试点探头的中央区域而实现。在这新位置中，测试探头的中心与目标参考标记的中心 对准且工作测试点的外部范围匹配参考标记的边界。

如果部分导电的测试点在多测试点阵列的边缘，则探头尺寸要么太小要么探头位置没有与参考标记对齐。假定探头尺寸太小，即小于目标参考标记的尺寸，它会引起由于不能够将小探头对准参考标记中心而引起的元件位置调节的不确定性。优选地，测试探头的范围兼容或大于参考标记的尺寸。如果探头的位置没有与参考标记对齐，则应当调节直到阵列中工作测试点的中心对准参考标记的中心。

在测试探头的电子组中能够实施一组异步置位复位(SR)锁存器，一个SR锁存器用于探头上的每一个测试点。对应于探头上测试点被启动以监视元件放置的子组，设定SR锁存器的子组以表示对于每一个元件放置的工作测试点的位置。整组SR锁存器在每一个元件放置开始时清零。可写锁存器也能够用于实施SR锁存器功能。

图8示出使用该组SR锁存器以将测试探头与目标参考标记的中心对准的方法。图8示出的方法示例是，使用一组SR锁存器跟踪工作测试点的位置并且将探头上该组多测试点的中心(探头的中心802)对准目标参考标记的中心(参考标记的中心801)。该组SR锁存器能够由一组可写的锁存器代替。为了将多测试点电阻探头对准参考标记803，在接触参考标记之后，如果对应的测试点导电则使SR锁存器置位，如果对应的测试点检测没有电流则SR锁存器仍然复位。计数器能够用来扫描该组SR锁存器上所有的行和列，以发现哪一行和哪一列检测到了最高数量的“1”。最高的行和列的交点是参考标记的中点。用于寻找具有最高数量的“1”的行数字和列数字的行计数器、列计数器、比较器、寄存器，以及选定到这些逻辑单元的输入的一组多路转换器等，能够用来实现该种功能。这仅仅是一个示例，而不应该是不适当地限制本发明的范围。通过将具有最高数量的“1”的行数字和列数字与在探头中心处的行数字和列数字比较，能够确定将该探头对准参考标记中心所需的位移(即，探头的中心到参考标记中心的偏移804)。探头因而能够相应地偏移以与参考标记的中心对准。在重定位探头之后，SR锁存器清零，以针对探头上的所有测试点记录新的传导状态。在该阶段置位的SR锁存器含有与参考标记的中心对准 的该组工作测试点的信息。

为了对准元件，另一组透明锁存器能够添加到探头电子器件中，以跟踪每次探头变至新位置时所有测试点的即时导通状况。透明锁存器的内容记录了对准标记和参考标记之间的重叠状况。其内容将与SR锁存器的内容相比较。如果两组的内容匹配，则元件准确对准在目标焊接区图案上。

图9示出使用两组锁存器以获得偏移的元件的方向和位移。一组锁存器，其状态表示在二进制对中的第一位。在二进制对中的第一位是该组透明锁存器的状况，其表示对准标记和参考标记之间的重叠状况。另一组锁存器，其状态表示在二进制对中的第二位。二进制中第二位是该组SR锁存器的状况，其表示工作测试点的位置。在图9中，以附图标记901示出探头、测试点和参考标记的中心，以附图标记902示出参考标记以及以附图标记903示出不用考虑的部分。

通过比较这两组锁存器的内容，或二进制对的值，能够推导出错位的元件的方向和调节位移。为了更简单解释，假定对准标记的尺寸与参考标记的尺寸相同。第一位中的“1”表示对准标记与参考标记重叠的区域。在第二数字中的“1”表示工作测试点的位置。通过参考图9中的“11”区(可以通过简单的AND逻辑知道)，在参考标记范围内部，在右侧有3列包含的全部是“01”，而在上侧仅仅有两行包含的全部是“01”。放置设备因而知道右侧三个位置的偏移和上侧两个位置的偏移能够正确地重定位元件。含有“01”的测试点的位置能够通过简单的专用OR门获知。这个图示仅仅是示例，不应该不适当限制本发明的范围。

尽管对于偏移的元件，较大参考标记能够延伸调节的范围，但是，如果测试探头足够大，即如果探头上所有测试点的范围大于参考标记的尺寸，较小的对准标记能够还正确地工作。为了支持较小的对准标记，第三组锁存器能够结合到探头电子器件中，以表示工作测试点的有效子范围，这时，在对准时将参照小对准标记。第三组锁存器用作使能掩码，在得出元件的偏移位移中确定有效的“01”范围。

图10示出的例子使用三组锁存器，以将小对准标记对准大参考标记的中心。二进制元组的第一位表示元件对准标记位置。第二位表示工作测试点位置。第三位表示工作测试点的子范围，供较小的对准标记对准。高位上的“1”在元件位置偏移中确定01x的有效的上、下、右和左边界。在图10中，以附图标记1001示出探头和参考标记的中心1002以及以附图标记1002示出参考标记。在图10中，二进制元组中的第三位表示匹配对准标记的尺寸的参考标记内的子范围。第三位的“1”，诸如二进制元组“111”和“011”，表示工作测试点子组的位置，用作供较小对准标记对准的目标。尽管由参考标记的尺寸确定的工作测试点的整个范围用来检测对准标记的存在，但是，工作测试点的子范围用作供小对准标记对准的目标。元组前两位的“11”，即如图10的示例中所示的“11x”表示对准标记和参考标记之间的重叠区域。元组“011”表示对准标记没有与参考标记对准的区域。在图10的目标的子范围中，“111”的右侧有两列含有“011”，“111”的上侧有两行含有“011”。因而，元件的向上的位置和向右两个位置的偏移还能够完全将对准标记对准参考标记，即使对准标记小于参考标记。

与较小对准标记关联的工作测试点的实际子范围能够通过参照存储在放置数据库中对准标记的直径信息或通过使用与放置设备关联图像传感器以在工作进程中测量对准标记的直径。

图11示出使用一般性测试探头以修正偏移元件的位置的图示。在这个示例中，元件上的对准标记1101反映了元件的位置(出现了需要调整的偏移)，并小于目标平台上的参考标记1102。在开始放置每一个元件之前，探头上的工作测试点的范围应当预先确定，即通过将探头移动到参考标记1102的顶部，使其间没有元件，并且施加电压到所有的测试点以观察哪一个导电。由于测试探头的中心已知，所以能够选择一组工作测试点，使探头与参考标记1102中心对准，并使最外侧测试点靠近参考标记1102边界。在图11中，探头上无源测试点(不工作测试点)1104用虚线圆表示，工作测试点用实线圆和实心黑点表示，其中，以空心实线圆表示没有电流流过的工作测试点1103，以实心黑点表示检测到电流流过的角部工作测试点1105。还能够使用放置设备内部的图像传感器测量对准标记的直径，或参考存储在放置数据库中的对准标记的直径信息，来动态地得到工作测试点 中将要用于将较小对准标记对准参考标记的子范围。

在初始元件放置之后，元件上的对准标记1101完全或部分位于参考标记1102限定的工作测试点范围内。假定初始元件放置有偏移，并假定仅一个角部工作测试点1105(在图11中以实心黑点示出)检测到电流。则放置设备能够以工作测试点的子组为目标向右和向上偏移对准标记，直到对准标记与工作测试点1106的整个子组1106(图11中央的大虚线圆所示)匹配。在图11中，以附图标记1107示出与较小对准标记的尺寸匹配的中央工作测试点1106的子范围。因而，即使对准标记小于参考标记，元件也能够准确地对准目标焊接区图案。

相反，如果对准标记的区域比参考标记的区域大得多，则放置的准确度将降低。这是因为由小参考标记限定的工作测试点的范围是相当有限的。因为不能获得足够的反馈以指导元件上的大对准标记将其中心移动到与有限组的工作测试点对准，所以元件调整处理不能继续进行。对于电阻探测，使用较大对准标记的效果类似于使用单测试点探头的效果，其中由单测试点探头覆盖的区域非常窄，类似于较小测试探头或较小参考标记的效果。不管怎样，在单测试点探头的情况下，较小参考标记能够检测到更高的放置准确度，除非参考标记的尺寸太小而不能够检测。

在初始放置之后，元件被置于参考标记之外。在这种情况下任何工作测试点都不会检测到导通电流。这表明放置元件的设置不正确，或者低估了元件放置中最差情况下的偏移，使大小标记走到了尺寸过小的参考标记之外。从而可以容易地监测到不正确的***设置或操作错误。

为了改进测试探头的耐用性并确保对准标记和参考标记接触良好，如图12所示，各向异性导电弹性体(ACE)1205能够层叠在一般性的电阻探头1200的表面作为互连界面1201，用于测试点与对准标记和参考标记接触。图12所示的测试探头层压由各向异性导电弹性体(ACE)作为互连界面，以改进测试点和对准标记、参考标记之间的接触条件。在这个图中，每一个测试点由探头1200内部的导电管1202组成。这幅图仅仅是示例，不应认为是对本发明范围的限制。例如，探头示出为圆形，但也可以是其它形状，诸如方形、矩形、三角形、梯形、其它不规则形状或甚至柔 性电缆。还有，尽管测试点在图中以规则阵列(与测试探头关联的测试点阵列1203)示出，但阵列的测试点能够根据应用需要以任何构形放置。

为了解决元件放置中方位误差，可以在元件的相反侧面结合两个对准标记。具有大的触点阵列或超精细接触管脚的元件中更容易产生方向误差。

图13示出在元件上结合两个对准标记以修正元件放置中的方位误差的示例。假定在初始放置之后元件逆时针倾斜，并且假定对准标记的尺寸与参考标记的尺寸相同。图中两个大实线圆表示元件上两个对准标记1301、1302。图中连接这两个对准标记1301、1302的假想实线示出初始放置之后元件的想象方位。目标平台上两个对应的参考标记1303、1304以大虚线圆示出，通过假想虚线连接以表示理想的目标方位。实线和虚线相交的锐角是在初始放置之后的方位误差。如果没有位移误差，则交叉点是元件1300的中心C。假定两个测试探头用来监视含有两个对准标记的元件的放置，但是如果对于每次探测，防止设备都能记录工作测试点和测试探头的中心，则一个就足够。

在放置元件之前，探头必须与目标参考标记对准。对于电阻探头，这通过使探头接触参考标记以确定工作测试点相对于参考标记中心的范围和坐标而来完成。接着，随着探头向上运动，将元件拾起并置于目标焊接区图案处。如果元件放置没有方位误差，则两个对准标记1301、1302将精确地位于参考标记1303、1304的顶部并且与工作测试点的范围匹配。如果有方位误差，那么探头上一些工作测试点将在对准标记的范围之外并且不导通电流。如果组件中的元件拾取头能够进行角位置调节，则通过监视工作测试点的导电状态即可得知调节的方向，即，通过将元件或对准标记向工作测试点没有检测到电流的一侧转动。

在图13中，元件上的两个对准标记1301、1302在右上和左下位置。如果逆时针方位误差在元件放置之后发生，那么用于上探测的检测导电电流的工作测试点1305将在左手边倾斜并且用于下部检测的检测导电的工作测试点1307将在右手侧倾斜。通过将元件从工作测试点检测到电流的一侧向没有检测到电流的一侧转动，即顺时针方向转动，元件的方位误差 能够得到修正。但是，假如在两次探测中电流感测测试点出现在相同侧，譬如都在左手侧，那么位移误差已经发生并且元件应该向右偏移以修正位移误差。具体地，在图13中，以附图标记1306示出了在对准标记的外部没有传导电流的工作测试点、以附图标记1307示出在对准标记内部的传导电流的工作测试点、以附图标记1308示出在对准标记的外部没有传导电流的工作测试点以及以附图标记1309示出探头上的不工作测试点。

对准技术可以根据应用的需要而调整。例如，如果放置***本身是歪斜的，使得一个方向的放置误差比另一方向大，则可以选择矩形参考标记，并使其长边对应于偏移较大的方向。优选地，探头尺寸比参考标记尺寸大，以便对准探头和在探头上自动地确定工作测试点的范围。优选地，参考标记的尺寸大于对准标记的尺寸，或者大小相近。

电阻探测需要直接接触测量，在需要将放置的元件在目标平台上移动的情况下，可能在目标焊接区图案周围引起焊锡的污染。层叠有ACE作为互连界面的元件没有这种问题。层叠有ACE互连界面的元件还与目标平台上的焊接区图案接触良好。

为了避免可能存在焊锡污染的不良影响，还可以在PCB上的焊接区图案表面上层叠一薄层焊料，这与PCB制造过程中封装上的焊球材料类似。接着可以取消表面安装装配中的焊膏印制步骤，因而没有焊膏污染。

图14示出在目标平台上的串联对准链1401，间接对准路径1402和在元件上具有间接对准路径的组合的上、下对准1403，并且还示出了信号或电压源1404和监视器件1405。自顶向下的对准标记和间接电对准路径能够组合并且在同一元件中结合使用。自顶向下的对准标记能够提高放置的准确度，间接对准路径能够串连成链状，以监视链中所有元件的接触状态，如图14所示。这对于用层叠有ACE互连的元件装配成电子***尤其有用。

使用电容探头的对准

电对准还能够使用非接触方法实现。除了使用电阻探头测量直接接触点处的开/关电阻，还能用电容探头以非接触的方法对准元件。

图15示出由Lion Presion of St.Paul,Minnesota制造的电容传感器示例，该电容传感器使用防护体1503来聚焦传感器1502的电场。为了提高测量准确度，需要将来自传感器的电场限制在传感器的表面和参考目标之间的空间中。单独的导体保持与传感器自身相同的电压，该导体用作围绕传感器的侧面和后面的保护体。当AC信号施加到传感器时，单个的电路向该保护体施加完全相同的激发电压。因为传感器和保护体之间没有电压差，所以它们之间没有电场。除了传感器，电容探头1501旁边或后面的任何其它导体与保护体而不是传感器形成电场。只有未受保护的传感器前端形成到参考目标的电场。传感器产生的电场是其大小和形状的投影。例如，圆形传感器能够向参考目标投影圆柱形电场。在LionPresion的电容传感器中，圆柱形电场在传感器直径40％的有效范围处能够扩展高达30％。

由于AC信号施加到传感器表面，AC电流将流经传感器与目标参考之间的间隙所形成的电容。流过的电流大小取决于传感器与目标参考之间的电容大小，即由间隔大小和表面之间的重叠程度确定。如果传感器完全对准参考目标，则在间隙中形成的电容最大，AC电流最高。如果传感器完全在参考目标之外，则没有重叠的表面区域和相关的电容，只要在参考目标旁边没有外来的导体在传感器范围内。

如图16所示，可以将一组防护的电容传感器组成阵列，形成用于非接触电探测的多传感器电容探头1600。阵列中的传感器1601还能够根据应用需要选择性地启动。例如，图16示出九传感器的探头。但是如果仅仅激活探头四个角的传感器用于放置检测，则其成为四传感器的电容探头。

对于探测对准，由探头上每一个传感器检测的确切的电容不是主要问题。这是因为在对准应用中，电容传感器不测量平行物体之间的精确间隔，所以精确的电容读数不是必须的。由探头表面和目标参考区域之间的区域重叠程度确定的相对电容起着关键作用。如果没有外来导体在传感器电场的范围内干扰相对电容的测量，则用于测量放置准确度时多传感器电容探头的有效范围大于单个传感器的范围。

由于AC激发施加到探头上所有有效传感器，所有传感器将在传感器和目标参考之间监测到相同的电容，因而如果探头完全与参考目标对准，将测得相同大小的AC电流。如果存在未对准，则探头检测区域上与参考目标重叠的部分有效传感器导通的电流最大，而参考目标之外的部分有效传感器将导通很小的电流。通过比较有效传感器阵列中AC电流的相对大小，能够获知偏移的方向。该偏移能够通过在电容探头下对准元件对准标记或通过向有效传感器检测到较小AC电流的方向移动偏移元件来调整。在这个过程中不需要探头与目标平台或元件接触的探头。

电容传感器通常校准为接地的目标。电容探头的本体或外部插座应该用电连接至接地以提高探头准确度。参考目标也需要正确地接地。参考目标不正确接地将降低探头的灵敏度和精确度。还好，许多目标尽管不直接接地，但与地之间有很大的电容通过其环境，诸如元件拾取头。在AC激励情况下，大电容最终会使目标参考对地短路。因而，将在目标平台上的参考标记连接到接地面或将元件表面处的对准标记连接到本地接地面是有益的，但不是必要的，只要目标对地的电容与目标对传感器的电容之比相当大。象两个电容串联的情况一样，超过10的比率使电容测量的误差小于10％。

使用电容探头对准元件时，只有元件的顶部的表面标记是相关的。在元件顶部上对准标记的表面区域确定了电容传感器检测的电容值。不再象电阻探测的情况那样需要从元件顶部到底部的导通路径作为电对准标记。然而，顶部的对准标记和元件底部处的触点阵列之间的直角坐标关系应该与参考标记和目标平台上的目标焊接区图案之间的坐标关系相配。假定探头已经对准参考标记，则在电容探头下与对准标记对准可以通过在电容探头下移动对准标记，并对对准标记上方的所有有效传感器检测到超过某最小阈值的相同电流的地方进行监视来完成。在对准标记对准探头之后，对准的元件能够接着向下降低以准确地置于目标焊接区图案上。

使用非接触探测，诸如电容探测，将探头对准目标参考和将对准标记对准探头能够独立完成。因而，只要探头检测范围大到足以覆盖元件上的对准标记和目标平台上的参考标记，则二者之间的尺寸关系不再如在接触 探测中那么重要。因而，利用非接触探测，具有大对准标记的元件仍然能够在较小的参考标记上准确地对准。

电对准技术还能够用于监视封装芯片堆叠的准确度，其中，可以从封装芯片的顶部到底部***导通路径作为电对准标记。电对准技术还能够用来监视裸管芯堆叠的准确度，其中在裸管芯中从顶部到底部的导通路径可以使用离子注入、扩散或其它方法形成。

图17示出使用电对准技术监视元件的堆叠的示例，使用电对准技术能够监视元件堆叠的准确度。在示例中示出几个变型以说明不同情形下的应用。元件堆叠的准确度能够通过直接将探头(探头端1701)置于顶部元件对准标记的顶部和底部元件对准标记的底部而得知。其中，以附图标记1702示出了被放置的顶部元件、以附图标记1703示出了作为要被对准的目标平台的底部元件，以及以附图标记1700示出了电对准信号。如果堆叠的元件将要置于支持面1704上，则可以将底部元件底部的对准标记连接到支持面上的接地参考点(接地端1705)以产生从探头到接地面的监视路径。或者，可以在待堆叠的元件上结合一对电对准标记，它们可以连接到支持面中的导通路径供探头监视堆叠元件上两个对准标记顶部的堆叠精度。在该图中小圈表示到其它堆叠元件或支持面的接触针。图中还示出了电流计1706和信号源1707。

图18示出使用电对准方法将两个物体一起对准的另一种应用。图18示出的是使用电对准技术，将具有四传感器对准标记的物体对准到具有四个三角形参考标记的第二物体。四个三角形参考标记可以是四个单个的三角形，也可以靠在一起形成单个三角形。在这个示例中，4个传感器组成的阵列结合在第一物体中(例如，在第一物体上的四个传感器对准标记1801)，4个三角形组成的阵列作为参考目标结合到第二物体中(例如在第二物体上的四个三角形作为四个单独的参考目标1802)用于监视对准的准确度。四个参考三角形可以分成四个参考标记，也可以衔接在一起形成所示的一个(例如在第二物体上的四个三角形靠在一起形成单个参考目标1803)。四个传感器可以是采用接触测量的一组电阻探头或采用非接触方法的一组电容探头。

该结构以类似方式工作。假定第一物体向左下方偏离第二物体，使得第一物体上的两个左边对准传感器在与第二物体关联的四分之一个三角形参考标记的外部。如果假定传感器阵列的范围和参考阵列的范围匹配，那么感测电子设备会产生向右手侧方向偏移第一物体的指令。但在第一物体向右手侧偏移之后，两个右下传感器将接着落在第二物体上的参考标记区域(三角形C、D)之外，而此时两个上部传感器仍然在参考三角形的范围内。通过向上，即向传感器已经检测到电流的方向移动第一物体，四个对准传感器能够接着移动到参考标记的范围内，两个物体最终得到对准。

使用光学探头对准

如果元件顶部的对准标记和目标平台上的参考标记是高反射性的，则光学探头能够用于元件对准。图19示出元件1900上的透明光开口能够用作光对准标记。如果与目标平台上的匹配的反射垫1904结合，则其能够用来改进元件放置的准确度。如图19所示，对准标记也可以是元件上的透明光路1901，它使激光束(例如，入射光1902)可以经过下面的参考标记并且从该参考标记反射回来(例如，反射光1903)。元件顶部反射性表面标记或元件上的光路都能够用作光对准标记。

在光探测中，不需要将元件上的对准标记或光路接地，也不需要将目标平台上的参考标记接地。然而，顶部的对准标记和元件底部的触点(接触点1905)阵列之间的空间关系应该与参考标记和目标平台上相关焊接区图案之间的空间关系匹配，这与其它探测技术相同。

图20示出一组光电检测器2001或光二极管组成的阵列，形成用于非接触探测的多传感器光学探头，并且还示出了表示光电检测器的重新分组的假想的线2002。阵列的传感器可以根据分辨率要求选择性分组。例如，图20示出十六传感器的探头。但是如果反射光束的边界离焦并且略有模糊，或者如果反射光束的尺寸相当大，则可以将光学探头上的十六个光电检测器重新布置成四组以形成四传感器的光学探头。重新设置传感器可以通过重新设置输往探头电子装置中的输入信号而完成。在另一种示例中，如果能够对入射光束进行调节和聚焦，则只需选择探头中心的四个传感器 做为对准的目标传感器以增加对准准确度，尽管所有16传感器的整个范围用作有效传感器以增加入射光束的搜索范围。

如果测试传感器阵列组成的一般性测试探头是电阻探头，则其测量每一个触点处的连接电阻或DC电流。如果是电容探头，则其测量每一个测试传感器处的AC电流，该电流反映每一个传感器的表面和目标参考之间的重叠区域。如果是光学探头，则在每一个光电检测器处检测光电流，该电流表示反射光束的位置。

使用光学对准，在元件放置开始时探头位置必须与目标平台上的参考标记的中心对准。在光学对准中，参考标记可以是简单的反射垫。入射光束的直径最好与参考标记的尺寸相符。否则，无论入射激光束的尺寸太大或参考标记的尺寸太大，都会产生不确定性。在检测器侧，入射光束应该正确地聚焦以确保其在光电检测器的范围内。在将探头对准参考标记的中心之后，将元件移入并且置于焊接区图案处。接下来将对准标记的位置与探头的位置对准。对于非接触探测，元件放置的最终精度是由两步间接对准方法确定的。取决于光束如何以光学方法准直，对准标记和参考标记的相对的尺寸没有在电阻探测情况下那么重要。

图21示出一种光学拾取头的示例，它含有带四个光电检测器的探头和用于检测偏移元件偏移的相关I/V放大器。每一个I/V放大器包括电流电压转换器和电压放大器。随着光入射到探头上的光电检测器(例如光电二极管2101)而产生电流，该电流接着被I/V放大器放大。图中还示出从目标参考反射的圆形光束(反射束2102)。如果元件完全对准参考目标，则反射光束将在光学拾取头的中心。

在图21中，光学拾取头产生四个不同的电压VA、VB、VC和VD。可以用一组比较器来比较来自这些I/V放大器的电压输出。可以通过将每一个I/V放大器的输出电压与预定阈值电压相比较而确定调节方向。由比较器检测的高输出电压表示探头，目标参考具有重叠区域。由比较器检测的低输出电压表示对应的区域还未对准。通过将元件从比较器检测高输入电压的位置偏移到比较器检测低输入电压的位置，未对准能够被修正。如果没有比较器检测草果预定阈值电平(VT)的电压电平，即没有有关的反射 束被任何四个光电检测器检测，其表示元件完全错位或光学探头根本没有与目标参考对准。如果所有四个电压电平达到预定阈值电平，元件精确地在目标平台上对准。

对准程序

使用对准技术改进元件放置精度的程序概括如下。

a.准备在组件中放置元件，一些有关信息诸如焊接区图案的中心的坐标或与目标平台上焊接区图案关联的参考标记的坐标、探头构造、待放置的元件上对准标记的尺寸等，输入放置***的数据库。这些信息在放置自动化中是有用的。

b.将目标平台装载到组装设备。在目标平台上的参考点选择作为原点，以匹配存储在放置数据库中的坐标***的原点。

c.探头可以是用于监视放置精度的单传感器探头，或可以是用于修正偏移元件的偏移的多传感器探头。为了修正没有精确放置的元件的偏移，需要在将元件置于目标平台上之前将探头对准目标参考标记的中心。探头可以是电阻探头，其测量从探头传感器通过对准标计，借助于直接接触方法到参考标记的开/关导通。探头可以是电容探头，其借助于非接触方法检测探头和目标参考之间区域重叠的程度。探头还可以是光学探头，其测量探头和目标参考之间的光对准。

将探头移到根据放置数据库的参考标记的坐标，并如果需要的话，调节探头位置，直到检测到电流的所有传感器是在探头中心周围的内部传感器，这样，能够实现将探头对准参考标记的中心。对于电阻探头，探头必须向下降以直接接触参考标记。对于非直接接触电容探头，探头需要移到没有外来导电物体在其电场范围的范围。对于光学探头，探头需要调节高度以使光束匹配目标参考的直径。

检测电流的内部传感器基于通过参考标记的测量确定探头上工作传感器的范围。利用正确的调节，这些工作传感器的中心能够自动匹配参考标记的中心。探头上的工作传感器的中心和范围是待对准的元件上的对准标记的新位置和目标。多传感器探头能够为元件位置调节提供反馈，该探头 不同于仅仅能够检测放置精度的单传感器探头。

d.拾取元件并且将其置于目标焊接区图案上。这种放置是基于目标焊接区图案的中心的坐标或参考标记的坐标。

e.调节元件拾取头直到元件对准标记的位置对准探头。调节的方向是使更多工作监测器检测到电流的方向。当对准标记位于探头上所有工作传感器能够检测其存在时，对准就实现了。

由于参考标记和目标平台上的焊接区图案之间的空间关系能够预先制造以匹配元件对准标记和触点阵列之间的关系，所以，元件能够很好地对准目标焊接区图案。在这种对准技术下，一些不合规格不严重的元件还能够用在组件中。

f.对于具有嵌入的间接对准路径的元件，所有间接对准路径能够按照菊花链进行连接，以形成串联的对准链或几个更短的对准链。当***投入使用时，对准链能够用来检测链中所有元件的连接状态。

以上顺序的步骤示出根据本发明实施例的方法。当添加步骤、除去一个或多个步骤，或者以不同顺序提供一个或多个步骤时，还可以提供其它备用方案，而不脱离此处权利要求的范围。

这种对准技术不限于在组装中PCB上放置元件，其还能够用在各种应用中，诸如监视芯片封装，其中待被安装到衬底上的管芯被视为元件而封装的衬底视为目标平台。最后，这种对准标记和探测技术能够应用到多封装堆叠、裸管芯堆叠、多芯片载体模块组件、模块组件、封装卡组件和母板组件，等等。所属领域的技术人员将认识到许多变型、修改或替换。

Claims (18)

1.一种包括传感器阵列的装置，操作地根据呈现在元件和目标平台上的对准标记将元件与目标平台对准，所述装置操作地使用所述传感器阵列的子组将所述元件与所述目标平台对准，其中所述传感器阵列的子组的数目小于所述传感器阵列的数目，所述传感器阵列的子组是在将所述元件与所述目标平台对准期间通过如下方式在过程中被确定的：在所述传感器阵列与所述目标平台之间没有元件的情况下，选择传感器阵列的子组，以使所选择的子组与呈现在所述目标平台上的对准标记中的一个对准，并使该子组中的最外侧传感器靠近呈现在所述目标平台上的对准标记中的所述一个的边界。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置还操作地：

在第一对准期间相对于呈现在所述目标平台上的对准标记的中心对准所述传感器阵列；以及

在第二对准期间基于由所述传感器阵列的一部分检测的信号相对于呈现在所述元件上的对准标记对准所述传感器阵列的子组。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器阵列中的一个包括直接接触传感器。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器阵列中的一个包括从包括电容传感器、光学传感器和光电检测器的组中选取的非直接接触传感器。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器阵列是电阻探头，以及

各向异性的导电弹性体层叠在所述电阻探头的表面上。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述元件从包括裸管芯集成电路、裸管芯集成电路的堆叠、多IC堆叠器件、多封装堆叠器件、多芯片载体和层叠有各向异性的导电弹性体(ACE)膜的集成电路器件的组中选择。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述目标平台从包括印刷电路板、母板、陶瓷板、裸管芯集成电路和封装器件的组中选择。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，呈现在所述元件上的所述对准标记与在所述元件上的接触阵列具有预定空间关系。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，呈现在所述目标平台上的所述对准标记与在所述目标平台上的接触焊接区图案具有预定空间关系。

10.一种用于通过包括传感器阵列的装置将元件放置到目标平台上的方法，所述方法包括以下步骤：

根据呈现在所述元件和所述目标平台上的对准标记将所述元件与所述目标平台对准；

使用所述传感器阵列的子组将所述元件与所述目标平台对准，其中所述传感器阵列的子组的数目小于所述传感器阵列的数目；以及

在将所述元件与所述目标平台对准期间通过如下方式在过程中确定所述传感器阵列的子组：在所述传感器阵列与所述目标平台之间没有元件的情况下，选择传感器阵列的子组，以使所选择的子组与呈现在所述目标平台上的对准标记中的一个对准，并使该子组中的最外侧传感器靠近呈现在所述目标平台上的对准标记中的所述一个的边界。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

在第一对准期间相对于呈现在所述目标平台上的对准标记的中心对准所述传感器阵列；以及

在第二对准期间基于由所述传感器阵列的一部分检测的信号相对于呈现在所述元件上的对准标记对准所述传感器阵列的子组。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述传感器阵列中的一个包括直接接触传感器。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述传感器阵列中的一个包括从包括电容传感器、光学传感器和光电检测器的组中选取的非直接接触传感器。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述传感器阵列是电阻探头，以及其中所述方法还包括：

在所述电阻探头的表面上层叠各向异性的导电弹性体。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，所述元件从包括裸管芯集成电路、裸管芯集成电路的堆叠、多IC堆叠器件、多封装堆叠器件、多芯片载体和层叠有各向异性的导电弹性体(ACE)膜的集成电路器件的组中选择。

16.根据权利要求10所述的方法，其中，所述目标平台从包括印刷电路板、母板、陶瓷板、裸管芯集成电路和封装器件的组中选择。

17.根据权利要求10所述的方法，其中呈现在所述元件上的所述对准标记与在所述元件上的接触阵列具有预定空间关系。

18.根据权利要求10所述的方法，其中呈现在所述目标平台上的所述对准标记与在所述目标平台上的接触焊接区图案具有预定空间关系。