DE2944810C2 - Montagekopf zum Montieren von elektronischen Bauteilen - Google Patents
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Description
a) ein quaderförmiger Block (29) weist eine erste zentrale Bohrung und zwei in seiner Außenwandfläche
ausgebildete und parallel zur zentralen Bohrung verlaufende Paare von
Nuten (31) auf,
b) eier quaderförmig^ Block (29) ist an seiner
Unterseite mit einem eine in Richtung der ersten zentralen Bohrung verlaufende zweite
zentrale Bohrung aufweisenden Kor.taktblock (46) verbunden, wobei das untere Ende des
Kontaktblocks (46) im wesentlichen dieselben Flächenabmessungen wie das elektronische
Bauteil (1) besitzt,
c) in den Nuten (31) sind zwei Paare um einen Punkt (32) in ihrer Mitte in Richtung auf die
zentralen Bohrungen schwenkbare Justierarme (33) vorgesehen, deren untere Enden (33a, 33b)
über das untere Ende des Kontiiktblocks (46) hinausragen und zum Halten des Bauteils (I) bei
Bedarf geöffnet und geschlossen werden können,
d) das Abnehmerelement (30) ist in den zentralen Bohrungen verschiebbar geführt, so daß es sich
aus dem Kontaktblock (46) nach unten verschieben laßt,
e) es ist ein Justierarmaniriebselement zum öffnen
und Schließen der Justierarme (33) vorgesehen (Fig.5Abis5C,Fig.6).
2. Montagekopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) das Justierarmantriebselement weist eine mit einer im wesentlichen quadratischen inneren
Bohrung (42) versehene ringförmige Platte (41) auf, die drehbar am oberen Ende des quaderförmigen
Blocks (29) gelagert ist,
b) die oberen Enden der Justierarme (33) sind so in der quadratischen inneren Bohrung (42) angeordnet,
daß
bi) sie nach innen gedruckt und damit die unteren Enden (33a, 33b) der Justierarme
(33) geöffnet werden, wenn sie mit den Flachseiten der quadratischen inneren Bohrung (42) in Berührung stehen,
b2) sie auseinandergedrückt und damit die unteren Enden (33a, 336J der Justierarme
(33) geschlossen werden, wenn sie sich in den vier Ecken der quadratischen inneren
Bohrung (42) befinden.
3. Montagekopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klebmittelauftrageinrichtung
vorgesehen ist, die eine KJebmittelschicht vorbestimmter Dicke und Größe abzunehmen und
auf ein Substrat zu übertragen vermag, an dem das elektrische Bauteil montiert werden soll.
Die Erfindung betrifft einen Montagekopf zum Montieren von elektronischen Bauteilen, wie z. B.
Halbleiter-Chips, Oberflächenwellenelementen, Elementen von Flüssigkristalleinhciten und Leiterplatten,
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der US-PS 36 57 790 ist bereits eine Vorrichtung zum Montieren von elektronischen Bauteilen bekannt,
bei der ein elektronisches Bauteil an das Vorderende einer Saugdüse angesaugt und sodann zu einem
ίο bestimmten Bereich eines Substrats zur Verbindung von
Bauteil und Substrat überführt wird. Die Saugdüse hat einen Hohlraum in der Form eines umgekehrten
Pyramidenstrumpfs, so daß das elektronische Bauteil beim Ansaugen selbsttätig orientiert wird, wenn es mit
den Hohlraumwänden in Berührung kommt.
Der DE-OS 24 31 507 ist außerdem eine Vorrichtung zum Handhaben eines dünnwandigen, eine empfindliche
Oberfläche aufweisenden Bauteils entnehmbar, bei der Zentrierbacken während des Schließens das Bauteil
zuverlässig orientieren, wodurch erreicht wird, daß jede Berührung der zu behandel.iden Oberfläche des Bauteils
vermieden wird.
Mit diesen bekannten Vorrichtungen ist es aber nicht möglich, abwechselnd Bauteile verschiedener Gestalt
aufzunehmen und zu justieren.
Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum Montieren eines elektronischen Bau:e'ls, z. B. eines
Halblei'er-Chips, wird gemäß Fig. 1 ein aus einer
Scheibe bzw. einem Plättchen ausgeschnittener Halblei-
JO tcr-Chip 1, der durch einen nicht dargestellten
Koordinatentisch in eine Abnahmestellung A gebracht worden ist, durch ein erstes Abnahmewerkzeug 2 in eine
Justierstellung B überführt, zur Orientierung durch Justierplatten 3 auf gegenüberliegenden Seilen der
» Justierstcllung B festgehalten und mittels eines zweiten
Abniihmewerkzeugs 4 in eine Montagestellung C auf
einem Substrat 5 gebracht.
Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung, bei der die
Justierstellung B übergangen wird, wird gemäß Fig. 2 eine Saugdüse 6 als Abnahmewerkzeug benutzt. Dabei
wird ein Chip 1 durch Unterdruck gegen eine Schrägfläche 7 an der Innenkante der Saugdüse 6
angesaugt und in diesem Zustand überführt.
Diesen bekannten Vorrichtungen haften jedoch die im folgenden angegebenen Mangel und Nachteile an.
Bei der mit den beiden getrennten Abnahmewerkzeugen 2 und 4 arbeitenden Vorrichtung ist nämlich die
Justierstellung B für den Chip 1 erforderlich, so daß der Aufbau der Vorrichtung kompliziert wird und die
so Musteroberfläche des Chips 1 durch die wiederholte Berührung mit den beiden Abnahmewerkzeugen 2 und 4
stark beschädigt werden kann. Außerdem ist dabei das äußerste Ende des zweiten Abnahmewerkzeugs 4 zur
Überführung des orientierten Chips 1 flach geformt, so daß infolge der Beschleunigung beim Weiterschalten
der gesamten Vorrichtung eine Verschiebung der Position des Chips 1 aufgrund von Trägheitskräften
auftreten oder der Chip möglicherweise nicht abgenommen werden kann. Im Fall von Chips großer
Abmessungen ist daher die Justiergenauigkeit auf dem Substrat 5 mangelhaft.
Bei Verwendung der Saugdüse 6 wird andererseits der Chip 1 an der Schrägfläche 7 innerhalb der Saugdüse
6 orientiert, wobei möglicherweise am Außenende der Saugdüse 6 anhaftendes Gold (Au) (beim eutektischen
Au-Si-Montageverfahren), Lötmittel (beim Anlötverfahren)
oder Klebmittel (beim Absetzverfahren) oder beim Stumpfmontageverfahren schließlich auf den
nächsten Chip 1 übertragen werden und Störungen verursachen kann. Wenn z. B. ein Chip 1 mit der Dicke t
durch die Saugdüse 6 angesaugt wird, liegt das Vorderoder Außendende der Saugdüse 6 in einem Abstand i/2
über dem Substra: 5, so daß das auf des Substrat 5
aufgetragene Kiebmittel mit großer Wahrscheinlichkeit auch am Ende der Saugdüse 6 anhaftet Außerdem ist
eine derartige Justierung mittels der .Saugdüse 6 zwar auf quadratische oder rechteckige Chips 1 anwendbar,
jedoch nicht auf Chips mit anderer Form, etwa auf rhomboidförmige Chips.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Vorrichtung zum Montieren von kleinen elektronischen
Bauteilen verschiedener Gestalt unter Verbesserung der Montagegenauigkeit sowie unter Vereinfachung des
Aufbaus und Beschleunigung der Arbeitsweise bei weitgehender Vermeidung einer Beschädigung der
Bauteile während der Montagevorgänge.
Diese Aufgabe wird bei einem Montagekopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß
durch die in dessen kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 und 3 angegeben.
Im folgenden sind der Stand der Technik sowie bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Darstellung der wesentlichen Teile einer bekannten Vorrichtung zum Montieren
von Halbleiter-Chips,
F i g. 2 eine Schnittansicht des wesentlichen Teils der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene perspektivische Darstellung eines Montagekopfes gemäß
einem Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4A bis 4C Schnittansichten zur Veranschaulichung
der Arbeitsreihenfolge beim Montagekopf nach Fig. 3 und
F i g. 5 eine Aufsicht zur Verdeutlichung der Arbeitsweise
der Justie-arme des Montagekopfes nach den Fi g. 3 und 4.
Die Fig. 1 und 2 sind bereits eingangs erläutert worden.
Im folgenden ist anhand der Fig. 3 bis 5 ein Montagemechanismus beschrieben.
Ein Montagekopf 27 ist am Vorderende einer Stange 28 angebracht, die mittels eines nicht dargestellten
Kurvenmechanismus o. dgl. geradlinig vor- und zurückschiebbar und außerdem in waagerechter Lage aufwärts
und abwärts bewegbar ist.
Der Montagekopf 27 weist einen zylindrischen Abnehmer 30 auf. der lotrecht verschiebbar in eine
zentrale Bohrung eines quaderförmigen Blocks 29 eingesetzt ist, der an seinen vier Seiten mit Nuten 3i
versehen ist, in welche Justierarme 33 eingesetzt sind, die um ihre jeweiligen mittigen Achsen 32 herum
schwenkbar sind. Der Abnehmer 30 ist in lotrechter Richtung durch einen Hebel 38 bewegbar, der unter
einer Rolle 35 einer oberseitigen Montageplatte 34 angeordnet ist, einen Steuerteil 36 über einen nicht
dargestellten Kurvenmechanismus hin- und herbewegt und um eine Achse oder Welle 37 lotrecht schwenkbar
ist bzw. durch eine nicht dargestellte Schraubendruckfeder, die sich an der Oberseite der Montageplatte 34
abstützt, nach unten gedrückt wird. Das obere Ende des Abnehmers 30 ist über einen Schlauch 39 mit einer
Unterdruckquelie verbunden, während sein unteres Ende flach geformt ist. Die oberen Enden der vier
Justierarme 33 sind jeweils init Rollen 40 versehen, die in eine innere Bohrung 42 einer ringförmigen Platte 41
eingesetzt sind, die ihrerseits auf die durch die Pfeile angedeutete Weise verdrehbar ist und aeren kreisförmige
Umfangsfläche mit Rollen 43 in Berührung steht, welche von den vier Ecken an der Oberseite des Blocks
29 nüch oben ragen. Die innere Bohrung 42 besitzt eine
im wesentlichen quadratische, flachseitige Form. In einen oberen Abschnitt jeder Nut 31 im Block 29 ist
ίο jeweils eine Schraubendruckfeder 44 eingesetzt, welche
den oberen Teil des betreffenden Justierarms 33 nach außen drängt. Die Rollen 40 werden somit gegen die
Innenumfangsfläche der Bohrung 42 angedrückt.
Wenn die ringförmige Platte 41 so verdreht wird, daß die vier Rollen 40 in die vier Eckabschnitte der Bohrung
42 zu liegen kommen, werden die Unterteile 33a, 33£>der
Arr.ie 33 einander angenähert und dabei in eine Schließstellung gebracht. Wenn die ringförmige Platte
41 andererseits so verdreht wird, daß die vier Rollen 40 an den vier Seitenflächen der Bohrung 42 anliegen,
werden die Unterteile 33a, 336 der Arme 33 voneinander getrennt und dabei in eine Offenstellung
gebracht.
Die Bewegung der ringförmigen Platte 41 kann durch 2s Bewegung eines Steuerteils 45 mittels eines nicht
dargestellten Kurvenmechanismus o. dgl. erfolgen.
An der Unterseite des Blocks 29 ist ein Kontaktblock
46 (Fig.4Λ) angebracht, dessen Bodenfläche im wesentlichen dieselben Abmessungen besitzt wie die
Fläche eines Chips 1 und dessen unteres Ende gegenüber den unteren Enden 33a, 336 der Arme 33
etwas nach oben zurückversetzt ist. Der Kontaktblock 46 wird von einer zentralen Führungsbohrung durchsetzt,
die mit der zentralen Bohrung des Blocks 29 in y, Verbindung steht und in welcher der Abnehmer 30
verschiebbar ist.
Der Kontaktblock 46 hält den vom Abnehmer 30 angesaugten Chip 1 in waagerechter Lage und dient
auch als Anschlag für die Schließbewegung der AO Justierarme 33.
Im folgenden ist die Arbeitsweise des Montagekopfes 27 beschrieben. Zunächst wird eine Chip-Mulde 48 auf
einen Tisch aufgesetzt und in eine Abnahmeposition A verbracht. Sodann wird der Abnehmer 30 herabgcfahren,
und der Chip 1 wird durch den Unterdruck von der nicht dargestellten Unierdruckquelle an das untere
Ende des Abnehmers 30 angesaugt. Durch anschließendes Hochfahren des Abnehmers 30 mit dem angesaugten
Chip 1 und Verdrehen der ringförmigen Platte 41 5« wird sodann der Chip 1 so ausgerichtet, daß er an der
Unterseite des Kontaktblocks 46 von den Unterteilen 33a, 33b der Justierarme 33 umschlossen ist. Da die
Außenabmessungen des Kontaktblocks 46 im wesentlichen denen des Chips 1 entsprechen, wird dieser in
keinem Fall unzulässig beansprucht, weil sich die Unterteile 33a, 33f>der Arme 33 in deren Schließstellung
an die Seiten des Kontaktblocks 46 anlegen. Sodann wird die Stange 28 zum Verfahren des Chips 1 in dieser
Ausrichtstellung zu einer Montageposition C verschobt) ben, worauf die Justierarme 33 geöffnet werden und der
Abnehmer 30 heiabgefahren wird. Hierauf wird der Chip 1 gegen die mit Klebmittel beschichtete Fläche des
Substrats 5 angedrückt, worauf der Montagevorgang abgeschlossen ist. Die Fig. 4A bis 4C veranschaulichen
to dies" Arbeitsgänge, wobei ein Arbeitszyklus von der
Abnahme bis zur Montage die Sequenz Fig. 4A, F i g. 4B, F i g. 4C. F i g. 4B, F i g. 4A umfaßt.
Bei entsprechender Änderung der Form der Innenum-
fangsfläche der ringförmigen Platte 41 können außerdem die vier Arme 33 sequentiell so betätigt werden,
daß gemäß F i g. 5 die Betätigung des einen gegenüberstehenden Paars der Justierarme 33 gegenüber dem
anderen verzögert werden kann. Bei Anwendung dieser Betätigungssequenz können die Unterteile 33a und 33f>
der Justierarme 33 auch mit einem rhomboidförmigen Chip 1 sanft in Berührung gebracht werden, so daß eine
genaue Ausrichtung ohne Ausübung einer unzulässig hohen Kraft auf den Chip 1 gewährleistet wird.
Im folgenden ist die Arbeitsweise der gesamten Montagevorrichtung näher erläutert.
In einer ersten Position wird das Klebemittel, das durch einen Nivellierer auf regelmäßige Dicke eingestellt
worden ist, abgenommen und durch einen Auftrager auf die Oberseite des Substrats 5 aufgetragen.
In einer zweiten Position wird der Chip 1 durch den
Montagemechanismus an der mit Klebmittel bestrichenen Fläche des Substrats 5 angebracht, worauf der
Chip-Montagevorgang abgeschlossen ist. In beiden Positionen wird das Substrat 5 durch Justiereinrichtungen
in der richtigen Stellung genau festgelegt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also ein Klebmittel mit gleichmäßiger Dicke abgenommen oder
abgezogen und auf ein fixiertes Substrat aufgebracht, worauf ein elektronisches Bauteil auf diese beleimte
Fläche des Substrats aufgesetzt wird und dabei mit hoher Genauigkeit und verbesserter Festigkeit mit ihm
verklebt werden kann. Auf diese Weise werden das Problem der intensiven Wärmeentwicklung beim
bisherigen eutektischen Au-Si-Verfahren oder beim Anlöten sowie die ungleichmäßige Klebmittelabgabe
oder die Minderung der Klebefestigkeit aufgrund wiederholter Abgabe vermieden, wie sie für die
bisherigen Klebmittel-Abgabeverfahren unter Verwendung eines Klebmittelspenders typisch sind.
Außerdem wird das elektronische Bauteil durch ein Abnahmewerkzeug des Montagekopfes angesaugt,
durch mehrere den Abnehmer umschließende Justierarme festgehalten und ausgerichtet und an der beleimten
Fläche des Substrats angeklebt. Infolgedessen läßt sich das Bauteil mit erhöhter Genauigkeit am Substrat
anbringen, und die Möglichkeit für eine Beschädigung des Bauteils wird herabgesetzt. Außerdem wird das
Bauteil beim Zuführ- oder Vorschubvorgang ohne die Notwendigkeit für eine getrennte, herkömmliche
Justiereinrichtung orientiert, so daß die gesamte Vorrichtung kompakt gebaut sein und einfach gewartet
werden kann. Da das elektronische Bauteil durch mehrere den Abnehmer umschließende Justierarme
festgehalten und ausgerichtet wird, ergeben sich zahlreiche weitere Vorteile, wie Vermeidung von
Fehlern beim Abnehmen, schnellere Arbeitsweise der Vorrichtung insgesamt, verbesserte Montagegenauigkeit
unter Ermöglichung der Weglassung zusätzlicher Justiervorrichtungen beim Anschluß der Leitungsdrähte
o. dgl. bei den nachfolgenden Arbeitsgängen, verbesserte Güte der Halbleitervorrichtungen usw.
Bei Anwendung einer speziellen Betätigungssequenz für die verschiedenen Justierarme entsprechend der
Konfiguration des Bauteils kann darüber hinaus ein beispielsweise rhomboidförmiges elektronisches Bauteil
mit hoher Genauigkeit ausgerichtet werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Montagekopf zum Montieren von elektronischen Bauteilen, mit einem Abnehmerelement, das
so ausgebildet ist, daß es sich an das Bauteil anzulegen und dieses ansaugen kann, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
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