TW202408345A - 元件取放系統、裝置及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種元件取放系統，包括控制單元、用於輸送複數個元件托盤的至少一輸送線，以及用於傳送複數個取放(pick-and-place，PnP)裝置的至少一傳送線。該複數個PnP裝置中的每一PnP裝置有控制和閥門單元、自動間距轉換單元具有至少一行/模組及至少一列拾取頭位於停放區域及活動區域。自動間距轉換單元包括X間距轉換機構和Y間距轉換機構。該X間距轉換機構具有第一驅動馬達、用於傳送第一驅動馬達的旋轉運動以使一對X間距帶在線性方向移動的複數個運動傳送元件，以及一對可滑動地接合到X間距帶的一對接合臂，用於依次接合一行拾取頭，以移動到一需求的X間距位置。Y間距轉換機構包括第二驅動馬達、用於傳送第二驅動馬達的旋轉運動以使一對Y間距桿在線性方向移動的複數個運動傳送元件，以及一對可滑動地接合到Y間距桿的一對拾取頭保持器，用於同時將至少一列拾取頭移動到所需求的Y間距位置。

Description

元件取放系統、裝置及其方法

本發明涉及用於半導體元件取放操作的處理系統，特別是一種具有能夠在X坐標及Y坐標中進行自動間距轉換的多個取放站及多個獨立的取放裝置的取放系統、裝置及方法。

半導體元件在不同封裝介質或工作站之間的處理和轉移是一個耗時且重復的過程。這些過程包括取放操作被自動化實施，以滿足技術和/或效率需求，提供靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD）保護，以避免對元件造成物理損害。隨著半導體元件製造和加工市場競爭的日益激烈，對於現有的元件處理系統和取放設備的速度和產量提升存在持續的需求。

為了增加機器的產量，取放設備中利用多個取放頭，以便同時取放多個元件。不同的產品可能使用尺寸不同的元件，因此托盤孔的大小，包括元件之間的間距也會不同。檢查操作可能只允許同時檢查特定數量的元件。因此，取放頭的數量和它們之間的間距必須進行配置，以滿足不同元件尺寸和機器的加工能力。

傳統的取放設備通常被設計為單個設備，具有單排排列的多個取放頭。這些設備能夠根據不同的產品和加工能力進行自動間距轉換。然而，這些設備速度較慢，無法滿足製造商如今對機器產量的目標要求。

前案美國專利號US 9776334揭示了一種用於取放頭的自動間距轉換裝置，包括兩個外部自動間距調整站，用於在X和Y坐標上調整取放設備的拾取器/夾爪的間距。該裝置能夠從一種托盤中取出元件，將元件轉移到另一種托盤和/或檢查站。位於一對自動間距調整站的自動間距轉換機制用於調整拾取頭的間隔（間距）。然而，由於只有一對自動間距調整站，它們必須在多個取放設備之間共享。因此，當需要進行間距轉換時，該取放設備會被傳輸系統按順序移動，例如一次只移動一個設備到一對外部自動間距調整站，以進行間距轉換。

為了解決或減輕上述缺點，本文揭露了一種具有能夠在X坐標及Y坐標中進行自動間距轉換的多個取放站及多個獨立的取放裝置的取放系統、裝置及方法，以進一步提高機器的產量。

本發明的第一方面提出了一種元件取放系統，包括控制單元、至少一輸送線以及至少一傳送線，其中輸送線用於輸送複數個元件托盤。傳送線用於傳送複數個取放裝置。複數個取放裝置中的每一取放裝置包括控制與閥門單元以及自動間距轉換單元，其中自動間距轉換單元具有至少一行及至少一列拾取頭，拾取頭位於停放區域及活動區域，自動間距轉換單元更包括X間距轉換機構以及Y間距轉換機構，X間距轉換機構包括第一驅動馬達、複數個運動傳送元件以及一對接合臂，其中運動傳送元件用於傳送第一驅動馬達的旋轉運動，以使X間距帶在線性方向移動。接合臂可滑動地接合到X間距帶，用於依次接合一行拾取頭，以移動到一需求的X間距位置。Y間距轉換機構包括第二驅動馬達、複數個運動傳送元件以及一對拾取頭保持器，其中運動傳送元件用於傳送第二驅動馬達的旋轉運動到一對Y間距臂，以使一對Y間距桿在線性方向移動。拾取頭保持器可滑動地接合到Y間距桿，用於同時將至少一列拾取頭移動到所需求的Y間距位置。

在一些實施例中，X間距機構包括第一對導軌，並且複數行拾取頭中的每一行拾取頭沿著第一對導軌依次移動到X間距位置。

在一些實施例中，X間距機構更包括與第一對導軌間隔開的第二對導軌，並且每一行拾取頭沿著第二對導軌依次移動到X間距位置。

在一些實施例中，每一行拾取頭沿著第一對導軌依次移動，隨後沿著第二對導軌依次移動，其中每一行之間的X間距是可變的。

在一些實施例中，每一取放裝置被配置以從沿著輸送線的複數個元件托盤中拾取多個元件，進行即時Y間距轉換，並且將多個元件置放在沿著另一輸送線的複數個元件托盤中。

在一些實施例中，沿著輸送線的多個Y間距不同。

在一些實施例中，更包括可程式化軟體程式庫，被配置以執行X間距轉換及Y間距轉換。

在一些實施例中X間距轉換機構更包括一個或多個行感測器，被配置以確定拾取頭在X間距方向上的實際位置，以及其中Y間距轉換機構更包括一個或多個列感測器，被配置以確定拾取頭在Y間距方向上的實際位置。

在一些實施例中，每一拾取頭的吸附部分被配置以利用快速釋放機構來進行移除。

在一些實施例中，每一接合臂包括銷汽缸及推動器，以及其中控制與閥門單元被配置以啟用銷汽缸來使推動器接合或脫離接合臂。

在一些實施例中，每一列拾取頭適於可滑動地附接到Y間距桿，使得拾取頭同時移動，以進行Y間距轉換。

在一些實施例中，Y間距轉換機構包括一個或多個連桿臂，連桿臂適於將第二驅動馬達的旋轉運動傳送到Y間距臂，以及其中一個或多個連桿臂的長度是可延伸的，以增加拾取頭的列數量。

在一些實施例中，更包括平衡機構，適於與Y間距轉換機構同步運動，且平衡機構經由軸桿與Y間距轉換機構連接。

在一些實施例中，自動間距轉換單元更包括縮放機構，被配置以使每一列拾取頭之間的間距彼此保持等距。

本發明的另一方面提出了一種傳送半導體元件的取放裝置，包括複數個取放模組以及傳送機構，其中每一取放模組包括至少三個取放頭。傳送機構用於將取放模組移動到托盤或工作站上方的元件X間距位置，傳送機構包括第一驅動馬達、複數個運動傳送元件以及間距調整機構，其中運動傳送元件用於傳送第一驅動馬達的旋轉運動，以使X間距帶在線性方向移動；以及一對接合臂可滑動地接合到X間距帶，用於依次接合取放模組，以移動到一元件X間距位置。間距調整機構用於調整至少三個取放頭的Y間距，間距調整機構包括第二驅動馬達、複數個運動傳送元件以及一對拾取頭保持器，其中複數個運動傳送元件用於傳送第二驅動馬達的旋轉運動到Y間距臂，以使Y間距桿在線性方向移動。拾取頭保持器可滑動地接合到Y間距桿，用於同時將複數列的拾取頭移動到所需求的Y間距位置。

在一些實施例中，傳送機構包括第一對導軌，並且取放模組沿著第一對導軌依次移動到X間距位置。

在一些實施例中，傳送機構更包括第二對導軌，其中取放模組沿著第二對導軌依次移動到X間距位置。

在一些實施例中，取放模組沿著第一對導軌依次移動，隨後沿著第二對導軌依次移動，以及其中每一行之間的X間距是可變的。

在一些實施例中，間距調整機構更包括一對拾取頭保持器，可滑動地接合到Y間距桿，用於同時將複數列的拾取頭移動到所需求的Y間距位置。

在一些實施例中，間距調整機構包括一個或多個連桿臂，連桿臂適於將第二驅動馬達的旋轉運動傳送到Y間距臂，連桿臂的長度是可延伸的，以增加拾取頭的列數量。

本發明的又一方面提出了一種元件取放系統的自動間距轉換的方法，方法包括步驟選擇元件來與控制單元中的程式庫一起運行、從程式庫中獲取托盤格式或矩陣資訊、利用控制單元來確定托盤矩陣的X間距及Y間距是否與取放裝置相同以及當確定X間距及Y間距與取放裝置不同時，利用控制單元來輸入命令，以在取放裝置上執行X間距轉換及/或Y間距轉換。

在一些實施例中，更包括下列步驟，將每一行拾取頭移動到取放裝置的停放區域，然後進行掃描以確定停放區域中的拾取頭的X間距位置。

在一些實施例中，更包括下列步驟，依次將每一行拾取頭從停放區域移動到活動區域中的正確X間距位置。

在一些實施例中，更包括下列步驟，掃描活動區域中的每一行拾取頭，以確認拾取頭的X間距位置。

在一些實施例中，更包括下列步驟，將每一行拾取頭移動到原始位置，從而使每一拾取頭之間的Y間距成為最小。

在一些實施例中，更包括下列步驟，同時將每一行拾取頭移動到正確Y間距位置。

在一些實施例中，更包括下列步驟，掃描每一行拾取頭，以確認拾取頭在活動區域中是位在正確Y間距位置上。

在一些實施例中，控制單元被配置以當仍確定X間距及/或Y間距與取放裝置不同時輸入命令，以在取放裝置上執行X間距轉換及/或Y間距轉換。

本揭露經概念化以提供一種具有能夠在X坐標及Y坐標中進行自動間距轉換的多個取放站及多個獨立的取放裝置的取放系統、裝置及方法。因此，此能夠進一步提高機器產量。

為了說明本揭露的實施例的技術方案，以下將結合附圖對本揭露的實施例進行描述。應當理解到，所參考的附圖是本揭露的一些示例或實施例。在未作出進一步創造性勞動的情況下，本領域普通技術人員可以根據這些附圖將本揭露應用於其他場景。例如，雖然圖4中的圖式總共顯示了48個拾取頭，但是在未付出創造性勞動的情況下，本領域普通技術人員能夠將本揭露應用於無論是在X間距方向或是Y間距方向中任意數量的拾取頭，以實現用戶所需的最大數量或機器性能。

參考圖1，取放系統10包括複數個取放裝置60（以下稱為PnP）及複數個托盤100。多條輸送線分別沿著數條單獨的線攜載該複數個PnP裝置60及托盤100。如圖1所示，多個PnP裝置60可以置放在沿著一組托盤輸送線101、102定位的數個托盤100上。該等PnP裝置60可以沿著另一組相異的PnP裝置傳送線103、104、105、106被攜載，以從托盤及/或工作站110拾取及/或置放元件。同樣地，托盤100可以沿著輸送線101、102被輸送，用以將元件傳送或輸送到另一個位置。

傳送線101、102、103、104、105、106的數量是可擴展的，並且僅受機器空間和部署區的容量所限制。以此方式，多個間距轉換可以在數個PnP裝置60同時運行的情況下同時發生。此方式不同於現有技術系統，而在現有技術系統中僅有沿單一軸線或方向的單一PnP裝置可以被使用。在圖1所示的示例中，JEDEC托盤100（或其他載具）沿著線101及102移動，而四個PnP裝置60(1)、60(2)、60(3)及60(4)沿著線103、104、105及106移動。裝置60(1)可以從沿著線101上任意位置的托盤100中拾取元件到工作站，以進行例如視覺檢查，並沿著線103返回到其原始位置。裝置60(2)可以個別地從沿著線101上任意位置的托盤100中拾取元件到另一個位置（例如，另一個托盤或工作站），並沿著傳送線104返回到其原始位置。裝置60(3)可以個別地從沿著輸送線101、102上任意位置的托盤100中拾取元件且將所拾取的元件置放在另一個位置（例如，另一個托盤或工作站110），並沿著傳送線105返回到其原始位置。裝置60(4)可以個別地從托盤100中拾取元件到又另一個工作站110且將所拾取的元件置放在另一個位置（例如，另一個托盤或工作站），並沿著傳送線106返回到其原始位置。

雖圖1顯示該等PnP裝置及該等輸送線彼此垂直，但該等傳送/輸送線是可以相對於彼此以不同角度進行排列，以最大化機器空間。每一PnP裝置60都可配置以根據需求而移動到任意托盤及/或工作站。以此方式，PnP操作的數量僅受系統10中可能的傳送線數量所限制。本領域的技術人員將理解到，PnP的軸線及托盤輸送線的軸線可彼此互換，使得該等PnP裝置可以沿著此兩條軸線中的任意一者進行輸送，以保持機器佈局的靈活性。此方式在圖2A及圖2B中示出，其中該等托盤分別定位在彼此垂直及成一直線的方向上。因此，用戶可以根據需求而對盡可能多的PnP裝置60進行程式化，以最大化系統配置，從而為每個產品運行來實現機器的最佳產量。

圖2A及圖2B示出了JEDEC托盤100可以如何置放在PnP裝置60下方，以用於提取多個元件。因為多個元件被嵌套在固定位置列及行的多個凹口（pockets）中，所以JEDEC托盤也稱為“矩陣”托盤。每個元件凹口（槽）的間隔（間距）是由JEDEC標准所定義。此允許自動化PnP機器按尺寸定位且從托盤中拾取元件，並將所拾取的元件置放到另一個介質或工作站上。在本揭露中，托盤X（橫向）坐標及Y（縱向）坐標被用來針對參考的奇異性（singularity）作為PnP裝置拾取頭的X間距及Y間距的參考。因此，在整個揭露中，Y間距被描述為沿著PnP裝置的橫向方向，而X間距被描述為沿著PnP裝置60的縱向方向。

圖3顯示控制單元50的示意方塊圖。控制單元50可以控制多組可配置的托盤輸送線及PnP傳送線的操作，並且進一步向控制與閥門（control and valve）單元62提供指令，以操作PnP裝置及拾取頭。軟體程式庫（software recipe）51及相關聯的感測器46、48被配置以對X及Y間距馬達1、16執行命令，以進行行（X間距）及列（Y間距）轉換。用於不同托盤矩陣的X間距及Y間距可以在軟件程式庫51上輕易進行程式化。控制與閥門總成62更包括用於執行氣動（pneumatic）取放操作的複數個控制閥。

圖4顯示PnP裝置60與托盤及拾取頭間關係的配置。一組非活動拾取頭65停放在PnP裝置60的一端部（停放區域），而另一組活動拾取頭65定位於PnP裝置的另一端部（活動區域）。在活動區域的活動拾取頭65是用於從托盤（諸如圖2A和圖2B中所示的JEDEC托盤100）中拾取並置放元件，或拾取並置放元件至工作站110（諸如圖1中所示的檢查站）。雖然圖4顯示總共48個拾取頭，但拾取頭的數量僅受用戶所需的最大數量或機器性能所限制。無論在X間距方向或Y間距方向上，任何數量的拾取頭65都是可能的。

如圖2A及圖2B所示，拾取頭65的數量包括在Y間距方向上以彼此等距離（Y間距）排列成一列的三列A、B、C的三個拾取頭65。然而，在本揭露中顯示為三列的拾取頭65的列數量是可變的，並且可以配置為從一列到用戶在產品運行的初始配置或變換期間所確定的多列數量。由於每一行或每一模組可以單獨移動到對應於托盤或工作站上方的X間距位置的位置，因此每一行的拾取頭也可以稱為取放模組。如圖4所示，每一模組中的拾取頭65可以因此配置為從停放區域移動到活動區域的X間距位置的總成。針對Y間距轉換，對於三個拾取頭配置而言，位於列或模組中心的列B中的拾取頭65是處於固定位置，而其他兩個拾取頭（列A及列C）可以朝向列B中的拾取頭移動或離開列B中的拾取頭來改變Y間距。在本揭露的下文中，術語“行”及“模組”將互換使用。然而，為了易於說明，術語“行”將會在描述間距轉換機構時被使用。

在X間距方向中，PnP裝置60可以容納排列在行M、N、O、P、Q等行中任意數量的拾取頭65。行M、N、O、P、Q中的每一行都可以沿著X方向移動到“停放區域”或“活動區域”。因此，僅有在“活動區域”中的拾取頭65將被用於拾取元件，而在“停放區域”中的拾取頭將不會被使用。對於X間距方向中的間距轉換，每一組行（或模組）M、N、O、P、Q可以沿著X間距方向移動到一間距位置。此外，在裝置60的操作期間，還可以使用快速釋放機構66（圖9所示）來移除任意一個拾取頭65的吸附部分，以進一步根據用戶的需求來改變活動拾取頭65的操作配置。

圖5顯示可配置的PnP裝置60，其包括自動間距轉換單元61及附接到底盤63的控制與閥門單元62。真空吸力是由連接在控制與閥門單元62及自動間距轉換單元61之間的空氣管64所提供，使得拾取頭65配置有真空吸力，以從例如JEDEC托盤100或其他元件載具中拾取並抓持電子元件到另一個托盤或檢查站110。控制與閥門單元62可以直接附接到PnP裝置60來減少響應時間，但也可以設置在離開PnP裝置60之處，以減少總成的重量。當設置在離開PnP裝置60之處時，控制與閥門單元62可以設置在PnP裝置60的旁邊（頂部、相鄰處或底部）。雖然此種排列減少了PnP裝置的重量及尺寸，並且可以節省功率，但缺點是管子將會很長，並且需要使用纜鏈進行內部佈線（routing）以連接到控制與閥門單元62。因此，響應時間會變長，且系統產量也會下降。因此，總成的靈活性留給用戶及/或機器性能來確定。

圖6顯示圖5的自動間距轉換單元61，並顯示X間距轉換機構70及Y間距轉換機構80。可設有盡可能多行M、N、O、P、Q（等等行）的活動拾取頭（圖6中分組在自動間距轉換單元61右側的多個拾取頭），而其數量僅受機器性能及用戶需求所限制。此意指當機器運行時，該等行 M、N、O、P、Q的活動拾取頭65是靈活的，並且很容易根據托盤矩陣或檢查矩陣而沿著X間距方向進行配置。X間距轉換機構70包括驅動馬達1及多個驅動元件，以驅動多個接合臂71，進而將該等行M、N、O、P、Q移動到其在X間距方向上的需求位置（參見圖7）。Y間距轉換機構80包括驅動馬達16及多個驅動元件，以在Y間距方向上移動用於該等列A、B、C的Y間距轉換的一對桿42（參見圖12）。

X間距轉換機構

如圖7至圖10所示，X間距驅動馬達1經由連接到驅動計時帶輪6A的複數個運動傳送元件（位在驅動馬達1的計時帶輪3、計時帶2、計時帶輪4）來傳送運動。 如圖7所示，驅動馬達1的多個運動傳送元件位在自動間距轉換單元61的右端部分。以此方式，當驅動馬達1沿著順時針或逆時針方向轉動時，驅動計時帶輪6A可以在線性運動（左到右或反之亦然）中移動計時帶37A。

傳送驅動軸桿38可轉動地附接到計時帶輪4，以將驅動馬達1的運動傳送到位在自動間距轉換單元61的右端部分（從圖7的右端部分看）的另一端的另一計時帶輪6B。以此方式，當驅動馬達1與計時帶37A同步地沿著順時針或逆時針方向轉動時，計時帶輪6B可以在線性運動（左到右方向或反之亦然）中移動計時帶37B。

右接合臂71A及左接合臂71B分別藉由夾具33A及夾具33B固定地附接到該對計時帶37A及計時帶37B（參見圖7及圖8）。右接合臂71A及左接合臂71B可滑動地附接到相應的一對導軌32A及32B，使得該對計時帶37A、37B可以沿著導軌32A、32B移動右接合臂71A及左接合臂71B。右接合臂71A及左接合臂71B彼此相對，並且位在公共軸線K上（參見圖9）。以此方式，右接合臂71A及左接合臂71B可同步地在X間距方向中從自動間距轉換單元61的一端移動到另一端，以相對於驅動馬達1的轉動來移動各拾取頭行M、N、O、P、Q。

移動行M、N、O、P、Q的接合/脫離程序

圖10A和圖10B是顯示接合臂71A、71B的細節的各種視圖。接合臂71A、71B彼此相同，並且包括氣動銷汽缸5A、5B、帶有指狀件8A、8B的推動器7A、7B及滑動導軌19A、19B。當命令從控制與閥門單元62發送時，汽缸5A、5B將同步啟動推動器7A、7B，使得指狀件8A、8B可沿著滑動導軌19A、19B向前移動來接合或向後移動來脫離拾取頭保持器25A、25B。以此方式，接合臂71A、71B可被控制以在X間距轉換期間接合/脫離拾取頭保持器25A、25B。

圖10B是顯示左接合臂71A的左剖視圖。一對上鎖軸桿及下鎖軸桿36鄰近於左接合臂71A。該對鎖軸桿36上下平行排列，並且分別附接到自動間距轉換單元61的左側壁及右側壁上。拾取頭保持器25A可滑動地保持在該對鎖軸桿36之間。同樣地，一對上鎖軸桿及下鎖軸桿36鄰近於右接合臂71B。拾取頭保持器25B可滑動地保持在此對鎖軸桿36之間。兩個拾取頭保持器25A、25B分別接合到拾取頭行M、N、O、P、Q的兩側，即拾取頭列A及拾取頭列C（參見圖2A、圖2B及圖6）。拾取頭保持器25A、25B包括一對摩擦塊29A、29B，用於鎖定鎖軸桿36及/或解鎖與鎖軸桿36的接合。

如圖10B所示，當X間距轉換機構70被啟動時，加載彈簧的推動指8A將***拾取頭保持器25A，以從鎖軸桿36釋放摩擦塊29。此動作允許例如由拾取頭保持器25所抓持的拾取頭列M沿著導軌32A、32B在X方向上移動到所需求的X間距位置。拾取頭保持器25A、25B的每一者具有一感測器，用於確定行M、N、O、P、Q及列A、B、C等的每一個拾取頭65的坐標。當到達所需的X間距位置時，推動指8將被釋放，且拾取頭列M將被鎖軸桿36及摩擦塊29鎖定在該X間距位置。

該程序會根據控制單元50的程式化而對行N及其他行中的拾取頭重複進行。由於X間距轉換的操作是逐行進行，因此每行拾取頭之間的X間距可以是相同的或彼此不同的（即可變的）。例如，行M及行N之間的間距可以調整為X間距1，而行N及行O之間的間距可以是X間距1或X間距2等等。可變的間距調整有利地允許用戶自由配置盡可能多的與PnP裝置之使用類型有關的格式/矩陣，用以將元件傳送到其他類型的載具及/或具有不同格式/矩陣的工作站。

圖11A及圖11B顯示附接到相應的拾取頭保持器25A、25B的一對軸承塊24A、24B。拾取頭行M、N、O、P、Q藉由接合臂71A、71B而沿著一對導軌23A、23B（圖 11C）在X間距方向上可滑動地移動，而該對導軌23A、23B縱向地延伸橫越間距轉換單元61的長度。由於線性運動滑軌（例如，包括導軌及軸承塊的線性運動導軌）易於獲得且使用成本低廉，因此其通常用於此目的。然而，此種現成的組件包括了具有最小間距長度（例如：15.6mm）的軸承塊，而此最小間距長度是軸承塊相互接觸並防止進一步移動的最接近尺寸。此最小間距長度可能無法滿足更小的X間距尺寸（例如：8mm）。因此，拾取頭行M、N、O、P、Q的交替排列可用於克服此限制。

圖11C顯示根據另一實施例的具有兩對導軌23A、23B及23C、23D的配置。該兩對導軌23A、23B、23C、23D能以平行方式進行排列，並且縱向地延伸橫越間距轉換單元61的長度。第一對導軌23A、23B與第二對導軌23C、23D被間隔開。附接到相應的拾取頭保持器25A、25B及25C、25D的軸承塊24A、24B及24C、24D分別可滑動地附接到導軌23A、23B及23C、23D。以此方式，拾取頭行M可以由可滑動地附接到第一組軸承塊24A、24B的第一組拾取頭保持器25A、25B所攜載。類似地，第二行N的拾取頭可以由可滑動地附接到第二組軸承塊24C、24D的第二組拾取頭保持器25C、25D所攜載。以此方式，行M及行N彼此獨立地操作，使得行N可以被配置以移動到小於行M及行N附接到相同導軌23A、23B的情況下的X間距位置。本領域的技術人員將容易理解到此種排列的益處，使得X間距可以被調整到盡可能小的值。此種交替的拾取頭行排列也可以被擴展而包括多對交替的導軌，以進一步減小X間距尺寸。

Y方向間距轉換機構

圖11A顯示處於打開位置的三個拾取頭行M，而圖11B顯示在Y間距方向上處於關閉位置（原始位置）的拾取頭65。拾取頭行總成由停留在一對可滑動導軌24A、24B上的拾取頭保持器25A、25B所抓持（見圖7及圖10B）。

如圖12、圖13及圖14所示，Y間距轉換機構80包括Y間距馬達16，用於沿導軌41A（自動間距轉換單元61的右側）及導軌42B（自動間距轉換單元61的左側）將運動傳送到一對間距桿42A、42B，從而將拾取頭行M、N、O、P、Q的列A及列C移動到所需求的Y間距。

Y間距轉換機構80包括驅動馬達16，其驅動一組運動傳送元件（位在驅動馬達16上的蝸輪10、小齒輪11、計時帶輪9及計時帶12），以驅動帶輪13A。驅動帶輪13A再經由連桿臂39來移動Y間距臂14A及14B。連桿臂39A在其縱向長度的中心位置處可轉動地樞轉，使得驅動帶輪13A的順時針/逆時針轉動會引起連桿臂39的端部沿著Y間距臂14A、14B的槽口而滑動到驅動帶輪13A，並且連桿臂39A經由可轉動軸承（未顯示）可滑動地附接到Y間距臂14A及14B，從而將驅動帶輪13A的旋轉運動轉化為線性運動，以將Y間距臂14A及14B推開或推向彼此，藉以提供間距距離調整（Y間距轉換）。應注意到，在三列拾取頭總成中，列A、B、C中的列B會固定在沿著中心線CL的位置上（見圖9）。可選的彈性構件（未顯示）例如拉伸彈簧可進一步用於將Y間距臂14A、14B拉到關閉位置（原始位置）。

自動間距轉換單元61的左端部安裝有平衡機構90，而平衡機構90具有對應於多個傳送元件（位在驅動馬達1的計時帶輪3、計時帶2、計時帶輪4）的一組運動傳送元件。如圖13及圖14所示，驅動帶輪13A經由計時帶18將運動傳送到另一驅動帶輪17A，將運動傳送到連結至驅動帶輪17A的傳送軸桿43以將來自驅動馬達16的旋轉運動傳送到自動間距轉換單元61左端部的驅動帶輪17B，並傳送到平衡機構的Y間距臂14C、14D，其中該Y間距臂14C、14D經由相同的連桿臂39B可滑動地附接到引導件41B。平衡機構90會與主要的Y間距轉換機構80同步運動，以確保Y間距轉換運作時的平衡及穩定性。

再次參見圖11至圖14，每列拾取頭A、B、C是經由軸承安裝件21可滑動地附接到間距桿42A、42B。在Y方向間距轉換期間，間距桿42A、42B會沿著由軌道41A、41B所引導的Y方向的線性方向上移動拾取頭列A及C。所有行M、N、O、P、Q會同時移動以進行Y間距轉換，亦即無論是在停放區域或是在活動區域，該等行M、N、O、P、Q會在相同的時間移動。

前述的揭露說明了三個拾取頭列的配置。然而，活動拾取頭65的數量可以變化，且其數量是可擴展的並且可根據JEDEC托盤或其他類型的載具矩陣而進一步被調整。在每一PnP裝置60的行M、N、O、P、Q中的拾取頭65的數量並沒有限制。圖15顯示可由用戶所配置的不同數量的拾取頭65的佈局示例。為了進行轉換，當數量是奇數（1、3或5）時，中心位置CL（也參見圖9）上的拾取頭是固定的，而中心位置左右的拾取頭是可沿著Y間距方向移動，以啟用間距轉換。當數量為偶數個拾取頭（2、4）時，所有拾取頭都能以中心位置CL作為基準位置而沿著Y間距方向移動。拾取頭的吸附部分也可以由用戶利用快速釋放機構66（參見圖9）來手動移除，以啟用用於檢查等工作的其他拾取頭配置。

如圖11A及圖11B所示，每行中拾取頭的列數可以從單列增加到與圖15所示同樣多的列數。間距轉換可以藉由增加連桿臂39A、39B的長度以及間距桿42A、42B的數量而被類似地應用。正如本領域技術人員將理解到的，其它機構（例如：縮放機構）也可用於提供手段（means），以確保拾取頭列D、C、B、A、E之間的間距彼此是等距的。

此外，在產品的Y及X間距轉換完成後，仍然可以在元件被PnP裝置拾取後且被放置到另一個托盤（具有不同的X及Y間距）之前或在另一個工作站被檢查之前改變Y及X間距。然而，由於所需的X間距處理時間可能過多並從而導致機器產量降低，因此對於X間距轉換，此種即時（on-the-fly）轉換可能是不可取的。因此，只有在絕對需要如此做時（例如，當存在初始格式錯誤或輸入錯誤時）才應執行此類轉換。另一方面，Y間距轉換可以在類似情況下利用不同的Y間距托盤或檢查站而輕易被完成。即時間距轉換可如圖1所示，其中沿著輸送線101的托盤中的Y間距可以不同於沿著輸送線102的托盤中的Y間距。在此示例中，PnP裝置60(3)可以從沿著輸送線101的JEDEC托盤100（或其他載具）中拾取元件，且即時進行Y間距轉換，並將所拾取的元件置放在沿著輸送線102的JEDEC托盤100（或與輸送線101不同間距的其他載具）。

操作/過程

如圖16所示，如果X間距及Y間距在托盤矩陣及PnP裝置之間相同，則生產會開始進行。如果PnP裝置及托盤矩陣的間距不同，自動間距轉換會開始進行。如圖17所示，控制系統50會開始對X間距進行轉換，然後是如圖 18所示對Y間距進行轉換。

圖17顯示X間距轉換的程序。控制系統50首先會識別所有行M、N、O、P、Q及列A、B、C的拾取頭位置。此識別任務是由槽口感測器46所執行，並例如由附接到用於列M的拾取頭保持器25A的感測旗標（拾取頭保持器25B用作感測旗標以節省空間）而完成。感測器46及感測旗標25B的位置如圖9所示。感測器46在X間距方向上參考右接合臂71B及左接合臂71A，以確定行M、N、O、P、Q拾取頭位置的位置。如果X間距轉換被需求，則左接合臂71A及右接合臂71B會前進到每一行M、N、O、P、Q的拾取頭65，一次對其解鎖並依次將其移動到自動間距轉換單元61的“停放區域”。

在“停放區域”中，控制系統50會重新掃描並重新確認行M、N、O、P、Q的位置。在確認位置後，左接合臂71A及右接合臂71B會接合拾取頭保持器25A、25B（或如果使用交替配置時，會接合拾取頭保持器25C、25D）並依次移動每一行M、N、O、P、Q到“活動區域”的所需位置（即跟隨托盤或載具的矩陣）。在脱離接合臂71A、71B並移動到下一行拾取頭之前，控制系統50會在遇到間距位置時再次對每一行M、N、O、P、Q進行掃描並確認所有位置。在X間距轉換完成後，該程序會進行Y間距轉換。

Y方向自動間距轉換的程序如圖18所示。列A、B、C的位置首先是由槽口感測器48A及感測旗標49A來確認。槽口感測器48A及感測旗標49A的位置如圖14所示。在轉換到跟隨托盤或載具矩陣的正確間距位置之前，控制系統50首先會將列A及C移動到原始位置（關閉位置）。當到達Y間距位置時，控制系統50會對每一列A、B、C再次進行掃描並重新確認所有Y間距位置。

在X及Y間距轉換完成後，控制系統50會向系統10發出生產運行的命令。當引入不同的產品（不同的托盤或檢查矩陣）時，該程序將對自動間距轉換進行重複，如圖16、圖17及圖18所示。

自動間距轉換的程序步驟將如下說明。

圖16顯示用於PnP裝置的自動間距轉換的總體程序流程200。

步驟201：用戶使用控制單元50中的程式庫51來選擇要運行的產品。

步驟202：控制單元50的軟體會從程式庫51中獲取托盤格式/矩陣資訊。

步驟203：確定PnP裝置是否與托盤格式/矩陣相同。如果PnP裝置與托盤格式/矩陣相同，則程序會進行步驟206以運行生產。

步驟204：如果PnP裝置與托盤格式/矩陣不相同，則控制單元50會輸入命令，以在PnP裝置上進行X間距及/或Y間距轉換。

步驟205：當步驟204完成後，控制單元50會再次確定PnP裝置格式/矩陣是否與托盤格式/矩陣相同。若PnP裝置與托盤格式/矩陣不相同，則程序步驟會返回步驟204。

步驟206：如果PnP裝置與托盤格式/矩陣相同，則系統10會進行運行生產。

正如本領域技術人員將很好理解到的，雖然程序步驟涉及托盤格式/矩陣，但類似的程序將適用於工作站格式/矩陣。

圖17顯示自動X間距轉換的程序流程210。

步驟211：控制單元50輸入X間距轉換的命令。

步驟212：控制單元50確定X間距是否與托盤矩陣相同。若X間距相同，則進行步驟219。

步驟213：如果X間距與托盤矩陣不相同，則控制單元50會對多行拾取頭的X位置進行掃描。

步驟214：將所有行M、N、O、P、Q的拾取頭移動到停放區域。

步驟215：掃描並確認停放區域中的所有拾取頭行M、N、O、P、Q的位置。

步驟216：依次移動每一行拾取頭，以校正活動區域中的X間距位置。

步驟217：掃描活動區域的所有行M、N、O、P、Q的拾取頭。

步驟217：確認行M、N、O、P、Q的拾取頭的X間距位置在活動區域中是正確的。若X間距不正確，則進行步驟214。

步驟219：如果行M、N、O、P、Q的拾取頭的所有X間距位置都正確，則進行Y間距轉換。

圖18顯示自動Y間距轉換的程序流程220。

步驟221：控制單元50輸入Y間距轉換的命令。

步驟222：掃描並確認列A、B、C中的拾取頭的Y間距位置。若拾取頭的Y間距與托盤矩陣相同，則進行步驟226以運行生產。

步驟223：如果Y間距與托盤矩陣不相同，則將列A及C移動到原始位置（最小間距）。

步驟224：移動列A及列C，以校正Y間距位置。

步驟225：掃描並確認列A、B、C的拾取頭的Y間距在活動區域中是正確的。若Y間距不正確，則進行步驟223。

步驟226：如果Y間距正確，則進行運行生產。

本發明提供數個優點。首先，PnP裝置可以定位於機器的任何位置。其次，托盤的輸送線數量以及PnP裝置與拾取頭的傳送線數量是可以擴展的。這些優點有效地消除了維護傳統 PnP裝置所需的許多不同轉換套件的需求。如果除了即時間距轉換能力之外還需要間距轉換，則整合到PnP裝置中的雙X及Y間距轉換機制另可在產品更換期間提供快速響應時間。這些優點共同提高了系統10的產量。

在此顯而易見的是，具有能夠在X坐標及Y坐標中進行自動間距轉換的複數個取放站及複數個獨立的取放裝置的取放系統、裝置及方法已經在說明書中以足夠的特性進行描述以被本領域普通技術人員所理解。此外，對於本領域的技術人員顯而易見的是，在實質上不脫離本發明範圍的情況下，對於裝置的特徵存在有各種修改、變化、替代及等效物。

本領域技術人員更應理解到，上述特徵的變化及組合（而非替代或取代）可以被組合以形成落入本發明預期的範圍內的又一實施例。

A、B、C:列 CL:中心位置 M、N、O、P、Q:行 1、16:馬達 2:計時帶 3、4:計時帶輪 5A、5B:汽缸 6A、6B:計時帶輪 7A、7B:推動器 8A、8B:指狀件 9:計時帶輪 10:取放系統、蝸輪 11:小齒輪 12:計時帶 13A:驅動帶輪 14A、14B、14C、14D:Y間距臂 16:驅動馬達 17A、17B:驅動帶輪 18:計時帶 19A、19B:滑動導軌 21:軸承安裝件 23A、23B、23C、23D:導軌 24A、24B、24C、24D:軸承塊 25A、25B、25C、25D:拾取頭保持器 29:摩擦塊 32A、32B:導軌 36:鎖軸桿 37A、37B:計時帶 38:傳送驅動軸桿 39A、39B:連桿臂 41A、41B:導軌 42A、42B:間距桿 43:傳送軸桿 46、48:槽口感測器 48A、48B:槽口感測器 49A、49B:感測旗標 50:控制系統 51:程式庫 60:取放裝置 60(1)~60(4):PnP裝置 61:自動間距轉換單元 62:控制與閥門總成 63:底盤 64:空氣管 65:拾取頭 70:X間距轉換機構 71A、71B:接合臂 80:Y間距轉換機構 90:平衡機構 100:托盤 101、102:輸送線 103、104、105、106:傳送線 200、210、220:程序流程 201~206:步驟 211~219:步驟 221~226:步驟

圖1係根據本揭露一實施例的多個PnP設備和托盤輸送線的取放系統的俯視圖。 圖2A係根據本揭露一實施例的將一台PnP設備橫跨或垂直於JEDEC托盤的縱向軸線的俯視圖。 圖2B係根據本揭露一實施例的將一台PnP設備沿著或與JEDEC托盤的縱向軸線保持對齊的俯視圖。 圖3係根據本揭露一實施例的控制系統的電路方塊圖。 圖4係根據本揭露一實施例的PnP設備與托盤及拾取頭之間配置關係的透視圖。 圖5係底盤、控制與閥門單元以及自動間距轉換單元的***圖。 圖6係自動間距轉換單元，顯示X和Y間距轉換機構以及拾取頭的A、B、C列和M、N、O、P、Q行的放大視圖。 圖7係自動間距轉換單元，顯示X間距轉換機構的頂部透視視圖。 圖8係自動間距轉換單元，顯示X間距轉換機構的頂部斜視圖。 圖9係X間距轉換機構的剖面圖。 圖10A係X間距轉換機構的細節側視圖。 圖10B係圖9中左接合臂的細節剖面圖。 圖11A係Y間距拾取頭在打開位置的透視圖。 圖11B係Y間距拾取頭在關閉（初始）位置的透視圖。 圖11C係根據本揭露一實施例的兩個可沿著各自的導軌滑動的PnP裝置行/模組，以便按順序定位每個取放裝置模塊的透視圖。 圖12係Y間距轉換機構的頂部透視圖。 圖13係Y間距轉換機構的側面透視圖。 圖14係Y間距轉換機構的底部透視圖。 圖15係可在Y間距行中配置的拾取頭的可擴展性的俯視圖。 圖16係繪示程序控制系統的示意流程圖。 圖17係一行拾取頭的X間距的間距轉換的示意流程圖。 圖18係一列拾取頭在Y方向上可配置的間距轉換的示意流程圖。

60:取放裝置

65:拾取頭

100:托盤

Claims (28)

1. 一種元件取放系統，包括： 一控制單元； 至少一輸送線，用於輸送複數個元件托盤；及 至少一傳送線，用於傳送複數個取放裝置； 其中該複數個取放裝置中的每一取放裝置包括： 一控制與閥門單元； 一自動間距轉換單元，其具有至少一行及至少一列拾取頭，該至少一行及至少一列拾取頭位於一停放區域及一活動區域，且該自動間距轉換單元更包括： 一X間距轉換機構，包括： 一第一驅動馬達； 複數個運動傳送元件，用於傳送該第一驅動馬達的旋轉運動，以使一對X間距帶在一線性方向移動；及 一對接合臂，可滑動地接合到該對X間距帶，用於依次接合該至少一行拾取頭中的每一行拾取頭，以移動到一需求的X間距位置； 一Y間距轉換機構，包括： 一第二驅動馬達； 複數個運動傳送元件，用於傳送該第二驅動馬達的旋轉運動到一對Y間距臂，以使一對Y間距桿在一線性方向移動；及 一對拾取頭保持器，可滑動地接合到該對Y間距桿，用於同時將該至少一列拾取頭移動到一所需求的Y間距位置。
2. 如請求項1之系統，其中該X間距機構包括一第一對導軌，並且該複數行拾取頭中的每一行拾取頭沿著該第一對導軌依次移動到該X間距位置。
3. 如請求項1或2之系統，其中該X間距機構更包括與該第一對導軌間隔開的一第二對導軌，並且該複數行拾取頭中的每一行拾取頭沿著該第二對導軌依次移動到該X間距位置。
4. 如請求項3之系統，其中該複數行拾取頭中的每一行拾取頭沿著該第一對導軌依次移動，隨後沿著該第二對導軌依次移動，其中每一行之間的X間距是可變的。
5. 如前述請求項中任一項之系統，其中該複數個取放裝置中的每一取放裝置被配置以從沿著該輸送線的該複數個元件托盤中拾取多個元件，進行一即時Y間距轉換，並且將該多個元件置放在沿著另一輸送線的該複數個元件托盤中。
6. 如請求項5之系統，其中沿著該輸送線的多個Y間距不同。
7. 如請求項1之系統，更包括： 一可程式化軟體程式庫，被配置以執行一X間距轉換及一Y間距轉換。
8. 如前述請求項中任一項之系統，其中該X間距轉換機構更包括一個或多個行感測器，被配置以確定該等拾取頭在一X間距方向上的實際位置，以及其中該Y間距轉換機構更包括一個或多個列感測器，被配置以確定該等拾取頭在一Y間距方向上的實際位置。
9. 如前述請求項中任一項之系統，其中每一拾取頭的一吸附部分被配置以利用一快速釋放機構來進行移除。
10. 如前述請求項中任一項之系統，其中該對接合臂中的每一接合臂包括一銷汽缸及一推動器，以及其中該控制與閥門單元被配置以啟用該銷汽缸來使該推動器接合或脫離該對接合臂。
11. 如前述請求項中任一項之系統，其中該至少一列拾取頭中的每一列拾取頭適於可滑動地附接到該對Y間距桿，使得該至少一列拾取頭中的每一列拾取頭同時移動，以進行該Y間距轉換。
12. 如前述請求項中任一項之系統，其中該Y間距轉換機構包括一個或多個連桿臂，該連桿臂適於將該第二驅動馬達的旋轉運動傳送到該對Y間距臂，以及其中該一個或多個連桿臂的長度是可延伸的，以增加該等拾取頭的列數量。
13. 如前述請求項中任一項之系統，更包括： 一平衡機構，適於與該Y間距轉換機構同步運動，且該平衡機構經由一軸桿與該Y間距轉換機構連接。
14. 如前述請求項中任一項之系統，其中該自動間距轉換單元更包括： 一縮放機構，被配置以使每一列拾取頭之間的間距彼此保持等距。
15. 一種傳送半導體元件的取放裝置，包括： 複數個取放模組，其中每一取放模組包括至少三個取放頭； 一傳送機構，用於將該複數個取放模組中的每一取放模組移動到一托盤或一工作站上方的一元件X間距位置，其中該傳送機構包括： 一第一驅動馬達； 複數個運動傳送元件，用於傳送該第一驅動馬達的旋轉運動，以使一對X間距帶在一線性方向移動；以及一對接合臂，可滑動地接合到該對X間距帶，用於依次接合該複數個取放模組中的每一取放模組，以移動到一元件X間距位置；及 一間距調整機構，用於調整該至少三個取放頭的Y間距，且該間距調整機構包括： 一第二驅動馬達； 複數個運動傳送元件，用於傳送該第二驅動馬達的旋轉運動到一對Y間距臂，以使一對Y間距桿在一線性方向移動；及 一對拾取頭保持器，可滑動地接合到該對Y間距桿，用於同時將該複數列的拾取頭移動到一所需求的Y間距位置。
16. 如請求項15之取放裝置，其中該傳送機構包括一第一對導軌，並且該複數個取放模組中的每一取放模組沿著該第一對導軌依次移動到該X間距位置。
17. 如請求項16之取放裝置，其中該傳送機構更包括： 一第二對導軌，其中該複數個取放模組中的每一取放模組沿著該第二對導軌依次移動到該X間距位置。
18. 如請求項17之取放裝置，其中該複數個取放模組中的每一取放模組沿著該第一對導軌依次移動，隨後沿著該第二對導軌依次移動，以及其中每一行之間的X間距是可變的。
19. 如請求項15之取放裝置，其中該間距調整機構更包括： 一對拾取頭保持器，可滑動地接合到該對Y間距桿，用於同時將該複數列的拾取頭移動到一所需求的Y間距位置。
20. 如請求項15之取放裝置，其中該間距調整機構包括一個或多個連桿臂，該連桿臂適於將該第二驅動馬達的旋轉運動傳送到該對Y間距臂，以及其中該一個或多個連桿臂的長度是可延伸的，以增加該等拾取頭的列數量。
21. 一種元件取放系統的自動間距轉換的方法，該方法包括下列步驟： (a) 選擇一元件來與一控制單元中的一程式庫一起運行； (b) 從該程式庫中獲取一托盤格式或一矩陣資訊； (c) 利用該控制單元來確定一托盤矩陣的一X間距及一Y間距是否與一取放裝置相同；以及 (d) 當確定該X間距及該Y間距與該取放裝置不同時，利用該控制單元來輸入一命令，以在該取放裝置上執行一X間距轉換及/或一Y間距轉換。
22. 如請求項21之方法，更包括下列步驟： 將每一行拾取頭移動到該取放裝置的一停放區域，然後進行掃描以確定該停放區域中的該拾取頭的一X間距位置。
23. 如請求項22之方法，更包括下列步驟： 依次將每一行拾取頭從該停放區域移動到一活動區域中的一正確X間距位置。
24. 如請求項23之方法，更包括下列步驟： 掃描該活動區域中的每一行拾取頭，以確認該拾取頭的該X間距位置。
25. 如請求項24之方法，更包括下列步驟： 將每一行拾取頭移動到一原始位置，從而使每一拾取頭之間的Y間距成為最小。
26. 如請求項25之方法，更包括下列步驟： 同時將每一行拾取頭移動到一正確Y間距位置。
27. 如請求項26之方法，更包括下列步驟： 掃描每一行拾取頭，以確認該拾取頭在該活動區域中是位在該正確Y間距位置上。
28. 如請求項23或26中任一項之方法，其中該控制單元被配置以當仍確定該X間距及/或該Y間距與該取放裝置不同時輸入一命令，以在該取放裝置上執行該X間距轉換及/或該Y間距轉換。

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