CN1297675A - 布置在膜上电子电路的定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于将布置在膜(2)上的电子电路,例如芯片(1)在印刷电路板(11)上,陶瓷基片上或按倒装晶片法的类似物上定位的一种装置。借助于布置在膜(2)下的冲压针(4)从膜(2)中抬起芯片(1),和由吸针(3)或吸头抓住芯片,并且回转180°,由其它的吸针(10)承接芯片,和为了接触线路的直接连接定位在印刷电路板(11)上。不仅用于从膜(2)中抬起芯片(1)的冲压针(4),而且用于承接的吸针(3)实施同步的,尤其是直线的,或垂直的运动。吸针(3)是安排在活动地支承在臂(6)中的吸针支座(5)中的,并且此臂(6)是经180°旋转运动用的驱动装置(9)可驱动的。其它的吸针(10)同样是支承在吸针支座(12)中的,此吸针支座保证吸针(10)四个运动自由度,即x、y和z方向和旋转。

Description

布置在膜上电子电路的定位装置
本发明涉及用于将布置在膜上的电子电路，例如芯片在印刷电路板上，陶瓷基片上或按倒装晶片法的类似物上定位的一种装置，在此借助于布置在膜下的冲压针从膜中抬起芯片，和由吸针或吸头抓住芯片，并且回转180°，由其它的吸针承接芯片，和为了接触线路的直接连接定位在印刷电路板上。
通常将电子电路或芯片以与接点相背的侧面置放在印刷电路板上，并且用细导线连接接点和接触线路。例如通过超声波焊接实现导线与接点的连接。这种方法也称为引线键合。此方法的缺点是明显的。一方面用于制作成品印刷电路板的许多工序曾是必要的，另一方面通过芯片固定的这种方式和方法难于掌握离散影响。
用于引线键合的一种替代方法是倒装晶片法。如开始时指明的那样，在此将芯片的接点直接与印刷电路板的接触线路连接。在此方法上产生了较高的接点可靠性，特另在高频上的较短连接路程，和取消费事的引线键合。为了补偿不同的膨胀系数，在接点接通之后用粘合剂或充填材料充满芯片和印刷电路板之间的空腔。
在此方法上重要的是，芯片和印刷电路板的接点准确地上下重叠。为了达到这一点，必须测量每个芯片和每个印刷电路板的位置和计算修正动作。当印刷电路板的几何形状足够正确时，测量印刷电路板的两个基准点和换算各个安放位置是足够的。否则单个地测量每个单个的安放位置。
芯片额定位置的编程是特别困难的，因为结果的目视修正是不可能的。即芯片和印刷电路板的结构重叠。只能经破坏性的方法检查接点以其重叠的精度。
因此本发明的任务在于，创造开始时所述方式的一种装置，此装置一方面避免现有技术的缺点，而另一方面通过分集调节的可编程性和可再现性具有高度的操作舒适性，并且以简单的构造为特征。
按本发明装置的特征在于，不仅用于从膜中推出芯片的冲压针，而且用于承接的吸针实施同步的，尤其是直线或垂直的运动，吸针是安排在活动地支承在臂中的吸针支座中的，并且此臂是经180°旋转运动用的驱动装置可以驱动的，并且其它的吸针同样是支承在保证吸针四个运动自由度的，即x、y和z方向和旋转的吸针支座中的。
用本发明第一次可能用一个电机不仅实现180°旋转，而且实现垂直的芯片取下运动，和如此控制芯片取下运动，以至于芯片取下运动是与冲压针的运动同步的。这种同步的推出运动是一种决定性的质量优点，因为在此在整个过程期间用冲压针和吸针之间的恒定力抓住芯片。此外在此从来不导致冲压针和吸针之间的，必然会破坏芯片表面的水平相对运动。
此外用本发明能够建立极其合理化制造用的或提高印刷电路板装备中的自动化程度用的机械装置。除此之外用本发明能够极大地提高如此制作的印刷电路板的质量。一个其它的重大优点可见于，通过用于芯片定位的运动过程用的仅一个驱动装置的布置，按本发明装置的构造是很简单的和因此也是经济的。通过第二吸针的运动自由度保证了印刷电路板上芯片的高度质量的定位。
按本发明的一个特别特征安排了两个测量摄像机，在此一个测量摄像机用于印刷电路板的测量，而第二个测量摄像机用于芯片的测量，并且两个测量摄像机是连接到一个计算机上的，并且通过将两个图像叠化到一致上来实现两个测量摄像机的标定，和在计算机中存储了此标定的位置。通过两个测量摄像机可以实现进一步的质量提高。固定地定位和在两点上经测量摄像机测量每个印刷电路板或每个基片。在此已经可能导致对于编程的，原先基片的差值。将印刷电路板的采集，定义的值输入和存储入计算机中。第二测量摄像机测量每个芯片，在此也将这些值输入计算机中。当然也在计算机中存储通过叠化两个图像实现的标定位置。
按本发明的一个进一步发展计算机计算，或在芯片测量之后确定与标定位置的目视偏差，并且按照差值操纵其它的吸针。通过经第二测量摄像机的芯片数据的测量或采集，和经合适软件的相应的分析处理产生了在印刷电路板上芯片定位用的编程辅助。按计算机中的计算值操纵第二吸针。控制的可编程性对于装置在此首先是有利的，在此例如途径、速度和/或时刻或类似的是可编程的。此外有广泛意义的是，所有的值或数据是尤其经计算机设备可再现的。调节的可再现性在如此高度专业化的工艺技术中是不可少的必要性，首先也为了保证完美的质量。
如已提及的那样，按现有技术的芯片额定位置的编程是特别困难的，因为结果的目视修正是不可能的。为了现在对于操作者尽可能简单地制订此过程，己开发按本发明的方法，用此方法将摄像机从芯片结构已摄取的图像和其它摄像机的印刷电路板的叠化图像带到一致就足够了。计算机从此过程中自行求出芯片安放的额定位置。
按本发明的一个特别发展安排了一个步进电机作为臂180°旋转运动用的驱动装置。在此有利的是，步进电机一方面是成熟的驱动元件，而另一方面是可以以极小的尺寸单元很准确地控制的。
按本发明的一个其它的发展，臂是径向地布置在转轴上的，在此此转轴是支承在同心的空心轴中的，并且空心轴是配备了臂贯穿用的缝隙的，此缝隙具有比180°较大的，尤其是191°的角度，并且空心轴是经皮带传动由步进电机可以驱动的。通过比180°较大的角度有利地保证了，在从膜承接芯片时可以实施吸针的垂直运动。此外通过又是支承在空心轴中的转轴上的臂的布置产生了简单而功能可靠的设计。
按本发明的一个特别发展，不仅转轴而且空心轴具有径向的栓，在此转轴的栓通过空心轴中的缝隙或缺口探出，而这两个栓是经一个拉力弹簧互相连接的。这种构成的优点可见于，通过技术上简单的构件保证了可靠而少维护的运行。
按本发明的一个其它的特征布置在转轴上的径向臂实施通过挡块限制的准确180°的旋转这动。对于一方面从冲压针向吸针和另一方面从吸针向吸针的芯片的准确转交，准确的180°旋转运动是保证顺利过程的有利的基本要求。
按本发明的一个进一步发展，空心轴具有一个其它的径向栓，并且吸针支座是配备了挡块的，在此在臂的水平位置中径向栓挨靠在此挡块上。因此可以有利地用简单的设计有控制地实施吸针的直线的、准确的垂直运动。
按本发明的一个其它的特征吸针支座是在臂中可运动地，对抗弹簧力支承的。以这种构成产生的优点在于，用技术上最简单的构件可以实施高度技术化的工作过程。
按本发明的一个其它的特征吸针支座是在臂中可运动地支承的，在此安排了一方面与吸针支座，而另一方面与径向栓连接的弹簧。以这种构成产生的优点在于，用技术上最简单的构件可以实施高度技术化的工作过程。首先当臂支承在挡块上时，可以经径向栓实施的角度，也就是超出180°的角度，准确地规定由吸针作用于芯片上的力。这一点是有利的，因为在较大芯片上比在小芯片上施加较大的力，实际上是一种工艺技术上的必要性。此外当采用不同工具时，规定力的施加也是有利的。在橡胶制的工具上比当钢工具得到采用时较大的力会得到应用。除此之外在推出过程中可以使作用到芯片上的力极大程度地保持恒定。
按一个有利的进一步发展弹簧是拉力弹簧。因此产生的优点在于，在径向栓和吸针支座上的径向栓挨靠其上的挡块之间的距离实际上是零。但是弹簧因此也总是维持相同长，以至于产生恒定的力。
按本发明的一个进一步发展，空心轴是对抗拉力弹簧的力可以继续旋转的。通过经步进电机驱动空心轴是可能准确而完善地控制运动的，在此按本发明的基本努力拉力弹簧迎合简单性、可靠性和经济性。
借助于表示在图中的实施例详述本发明。
图1以原理图展示装置，
图2a至2d展示吸针的运动过程，和
图3a至3d展示在吸针支座上弹簧装置上的吸针运动过程。
按图1用于一般称为芯片1的电子电路定位的装置具有-未表示的-机框，在此机框上按其功能固定或活动地布置了以下指明的构件。
在倒装晶片法上将置放在膜2上的芯片1布置在吸针3的行动范围中。在具有芯片1的膜2下安排了具有冲压针4的装置。为了从膜2抬起芯片1，冲压针4刺穿膜2，在此-在此位置上虚线表示的-吸针3支承在芯片1的相对侧面上。经冲压针4和吸针3的准确、直线、垂直和同步的运动实现芯片1的抬起，在此经-像以后说明的那样的-准确的垂直运动实现这一点。吸针3是布置在吸针支座5中的，在此吸针支座5是支承在臂6中的。在通过吸针3从膜2承接芯片1之后优先绕水平轴线地180°回转吸针3。经与驱动装置9经皮带传动8连接的旋转机械装置7实现回转或旋转运动。现在为了在基片上，尤其在陶瓷基片上或印刷电路板11上的定位由一个其它的吸针10承接芯片1。吸针10同样是安排在吸针支座12中的，在此吸针10的吸针支座12保证四个运动自由度。四个运动自由度是x、y和z方向和旋转。这四个运动自由度对于芯片1在印刷电路板11上的定位是必要的。除此之外每个吸针3、10在它的吸针支座5、12中有垂直的弹簧行程，以便可以完全柔软地接纳或转交芯片1。
在印刷电路板11上定位芯片1之前由测量摄像机13测量芯片1。同样地事先经测量摄像机14测量印刷电路板11。两个测量摄像机13、14是连接在一个计算机15上的，在此该计算机存储测量的数据。
通过两个图像的叠化实现两个测量摄像机13、14的标定，在此在计算机15中存储此标定的位置。通过用测量摄像机13测量芯片1，在计算机15中计算或确定标定位置的可能偏差。现在经计算机15按差值控制吸针10，和在印刷电路板11上定位芯片1。存放在计算机15中的软件因此用作编程辅助。
按图2a至2d指明了从芯片接纳直到转交到第二吸针10上的吸针3运动过程。
按图2a在吸针支座5中布置了吸针3，在此吸针支座5是对抗弹簧16的压力纵向可移动地支承在臂6中的。在吸针3的行动范围中安排了具有芯片1布置在其上的膜2，在此在膜2的与吸针3相背的侧面上布置了冲压针4。
臂6是经旋转机械装置7可以旋转或回转准确达180°的。为了实现准确的180°旋转运动，在回转轴线的两侧安排了限制臂6旋转运动的各一个挡块17。旋转机械装置7由支承在同心空心轴19中的转轴18组成。臂6是径向或切向地固定在转轴18上的，在此空心轴19具有臂6贯穿用的缝隙20。此缝隙20是如此尺寸设计的，以至于臂6相对于空心轴19可以实施比180°较大的旋转角度。臂6尤其应相对于空心轴19可以实施191°的角度。将在180°和191°之间的旋转转化为吸针3的垂直运动。除此之外不仅转轴18，而且空心轴19具有与拉力弹簧23连接的径向栓21、22。转轴18的栓21同样通过空心轴19的缝隙20探出。空心轴19当然也可以具有栓21贯穿用的自已的缺口。此外空心轴19具有挨靠在安排于吸针支座5上的挡块25上的径向栓24。经皮带传动8运动旋转机械装置7，在此皮带传动8驱动空心轴19。采用步进电机作为皮带传动8用的驱动装置9。
借助于图2b指明从膜2抬起芯片1。如开始时已提及的，吸针3和冲压针4的同步动作对于从膜2抬起芯片1是必要的，以便在提取期间获得冲压针4和吸针3之间的恒定力。能够比较容易地实施冲压针4的准确垂直运动。为了现在实现从吸针3向冲压针4的直线的，在本情况下垂直的同步运动，在臂6挨靠在挡块17上的点之后继续旋转空心轴19，因此在膜2的方向上移动径向栓24。同时拉紧栓21、22之间的拉力弹簧23。基于弹簧16的拉力在膜2的方向上将以挡块25挨靠在径向栓24上的吸针支座5移动到芯片1上，在这里吸针3的抽吸作用起作用。冲压针4贯穿膜2，并且挨靠在芯片1上。通过步进电机的装置毫无问题地反转驱动装置9的旋转方向。
按图2c逆时针转动具有径向栓24的空心轴19，直至缝隙限位挨靠在转轴18的栓21上时为止。松弛拉力弹簧23，并且径向栓24对抗弹簧16的力向上地直线移动吸针支座5。与此同步地直线移动冲压针4，直至芯片1已从膜2脱开时为止。在通过吸针3承接芯片1之后实施臂6的180°旋转运动，并且降下冲压针4。在此时刻冲压针4不得再对芯片背面有接触，因为通过180°旋转运动芯片1在围绕旋转轴线的中心点的圆轨道上运动，也就是非垂直地运动。否则冲压针4会损伤芯片1的背面。
按图2d臂6支承在第二挡块17上，并且可以从第二吸针10承接芯片1。为了测量用吸针10将芯片1带到测量摄像机13上方，并且随后按计算机辅助的控制数据定位在印刷电路板11上。
按图3a至3d指明了从芯片接纳直到转交到第二吸针10上的吸针3的运动过程。
按图3a吸针3是布置在吸针支座5中的，在此吸针支座5是纵向可移动地支承在臂6中的。在吸针3的行动范围中安排了具有芯片1布置在其上的膜2，在此冲压针4是布置在膜2的与吸针3相背的侧面上的。
臂6经旋转机械装置7是可以旋转或回转准确达180°的。为了实现准确的180°旋转运动，在回转轴线的两侧安排了限制臂6旋转运动的各一个挡块17。旋转机械装置7由支承在同心空心轴19中的转轴18组成。臂6是径向或切向地固定在转轴18上的，在此空心轴19具有臂6贯穿用的缝隙20。此缝隙20是如此尺寸设计的，以至于臂6相对于空心轴19可以实施比180°较大的旋转角度。臂6尤其应相对于空心轴19可以实施191°的角度。将在180°和191°之间的旋转转化为吸针3的垂直运动。除此之外不仅转轴18，而且空心轴19具有与拉力弹簧23连接的径向栓21、22。转轴18的栓21同样通过空心轴19的缝隙20探出。空心轴19当然也可以具有栓21贯穿用的自已的缺口。此外空心轴19具有挨靠在安排于吸针支座5上的挡块25上的径向栓24。经皮带传动8运动旋转机械装置7，在此皮带传动8驱动空心轴19。采用步进电机作为皮带传动8用的驱动装置9。
经径向栓24间接地决定臂6中吸针支座5的纵向可移动性。安排了一方面铰接在径向栓24上固定点27上的，而另一方面铰接在吸针支座5上固定点28上的弹簧26，尤其是拉力弹簧。
借助于图3b指明从膜2抬起芯片1。如开始时已提及的，吸针3和冲压针4的同步动作对于从膜2抬起芯片1是必要的，以便在提取期间获得冲压针4和吸针3之间的恒定力。能够比较容易地实施冲压针4的准确垂直运动。为了现在实现从吸针3向冲压针4的直线的，在本情况下垂直的同步运动，在臂6挨靠在挡块17上的点之后继续旋转空心轴19，因此在膜2的方向上移动径向栓24。同时拉紧在栓21、22之间的拉力弹簧23。基于弹簧16的拉力在膜2的方向上将以挡块25挨靠在径向栓24上的吸针支座5移动到芯片1上，在这里吸针3的抽吸作用起作用。冲压针4贯穿膜2，并且挨靠在芯片1上。通过步进电机的装置毫无问题地反转驱动装置9的旋转方向。
按图3c逆时针转动具有径向栓24的空心轴19，直至缝隙限位挨靠在转轴18的栓21上时为止。松弛拉力弹簧23，并且径向栓24直线向上地移动吸针支座5，在此通过弹簧26的力挡块25总是挨靠在径向栓24上。与此同步地直线移动冲压针4，直到芯片1已从膜2脱开时为止。在通过吸针3承接芯片1之后实施臂6的180°旋转运动和降下冲压针4。冲压针4在此时刻对芯片背面不得再有接触，因为通过180°旋转运动芯片1在围绕旋转轴线的中心点的圆轨道上运动，也就是非垂直地运动。否则冲压针4会损伤芯片1的背面。
按图3d臂6支承在第二挡块17上，并且可以由第二吸针10承接芯片1。用吸针10为了测量将芯片1带到测量摄像机13上方，并且随后按计算机辅助的控制数据在印刷电路板11上定位。
最后应把握住的是，在不同说明的实施例中相同的部分是用相同的相关号，或用相同的构件名称配备的，在此含有在整个说明书中的表述可以意义相当地借用到具有相同的相关号上，或相同的构件名称的相同部分上。甚至在说明书中选择的，例如像上，下，测向等等针对直接所说明的以及所示的图的位置说明，在位置变化时应意义相当地借用到新的位置上。此外来自展示和说明的不同实施例中的单个特征或特征组合也可能自行是独立的，有发明才能的或按本发明的解决方案。
从说明书中可以获悉基于独立的，有发明才能的解决方案的任务。
为了有条理起见最后要指明，为了较好地理解驱动机构的构造已部分地不按比例和/或放大和/或缩小地表示组成部分。

Claims (12)

1．用于将布置在膜上的电子电路，例如芯片在印刷电路板上，陶瓷基片上或按倒装晶片法的类似物上定位的装置，在此借助于布置在膜下的冲压针从膜中抬起芯片，和由吸针或吸头抓住芯片，并且回转180°，由一个其它的吸针承接芯片和为了接触线路的直接连接定位在印刷电路板上，其特征在于，不仅用于从膜(2)抬起芯片(1)的冲压针(4)，而且用于承接的吸针(3)实施同步的，尤其是直线的或垂直的运动，在活动地支承在臂(6)中的吸针支座(5)中安排了吸针(3)，并且此臂(6)是经180°旋转运动用的驱动装置(9)可驱动的，并且其它的吸针(10)同样是支承在吸针支座(12)中的，此吸针支座保证吸针(10)四个运动自由度，即在x,y和z方向和旋转。
2．按权利要求1的装置，其特征在于，安排了两个测量摄像机(13,14)，在此一个测量摄像机(14)用于印刷电路板(11)的测量，而第二测量摄像机(13)用于芯片(1)的测量，并且两个测量摄像机(13,14)是连接在一个计算机(15)上的，并且通过将两个图像叠化到一致上来实现两个测量摄像机(13,14)的标定，并且此标定的位置是可以存储在计算机(15)中的。
3．按权利要求2的装置，其特征在于，计算机(15)在芯片(1)的测量之后计算或确定标定位置的可能偏差，并且按差值操纵其它的吸针(10)。
4．按权利要求1至3之一或多个的装置，其特征在于，安排了一个步进电机作为臂(6)的180°旋转运动用的驱动装置(9)。
5．按权利要求1至4之一或多个的装置，其特征在于，臂(6)是径向地布置在转轴(18)上的，在此此转轴(18)是支承在同心的空心轴(19)中的，并且空心轴(19)是用臂(6)贯穿用的缝隙(20)配备的，此臂具有比180°较大的，尤其是191°的角度，并且空心轴(19)是经皮带传动(8)由步进电机可驱动的。
6．按权利要求1至5之一或多个的装置，其特征在于，不仅转轴(18)，而且空心轴(19)具有一个径向栓(21,22)，在此转轴(18)的栓(21)通过缝隙(20)，或空心轴(19)中的缺口探出，并且此两个栓(21,22)是经一个拉力弹簧(23)互相连接的。
7．按权利要求1至6之一或多个的装置，其特征在于，布置在转轴(18)上的径向臂(6)实施通过挡块(17)限制的、准确的180°旋转运动。
8．按权利要求1至7之一或多个的装置，其特征在于，空心轴(19)具有一个其它的径向栓(24)，而吸针支座(5)是用挡块(25)配备的，在此径向栓(24)在臂(6)的水平位置中挨靠在此挡块(25)上。
9．按权利要求1至8之一或多个的装置，其特征在于，吸针支座(5)是对抗弹簧(16)的力在臂(6)中活动地支承的。
10．按权利要求1至9之一或多个的装置，其特征在于，吸针支座(5)是在臂(6)中活动地支承的，在此安排了一方面与吸针支座(5)，而另一方面与径向栓(24)连接的弹簧(26)。
11．按权利要求1至10之一或多个的装置，其特征在于，弹簧(26)是拉力弹簧。
12．按权利要求1至11之一或多个的装置，其特征在于，空心轴(19)是对抗拉力弹簧(23)的力可以继续旋转的。
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