TWI740966B - 用來在組件拾取操作中自動地設定、校準及監視或測量拾取頭位置和力量的裝置和方法 - Google Patents

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Abstract

一種系統，係揭露用於通過組件處理裝置從載體或支撐表面校準在組件擷取過程中施加在組件上的壓縮力。該系統包括感測器、具有參考結構的組件拾取組合件、殼體、和耦接到吸嘴的彈簧引導保持器。彈性構件可以駐留在殼體和參考結構內，使得彈簧引導保持器和殼體彼此間隔開，以在其間限定可變第一間隙。由參考結構和位於殼體上的護套形成閘門，藉此參考結構與殼體間隔開，以在其間限定可變第二間隙。檢測結構位於可變第二間隙內，使得感測器能夠檢測檢測結構的部分。第二間隙尺寸的檢測結構或元件的檢測部分與可變第一間隙的高度相關，並且可變第一間隙的高度與由彈性構件施加在組件上的參考預定閾值壓縮力相關。

Description

用來在組件拾取操作中自動地設定、校準及監視或測量拾取頭位置和力量的裝置和方法
本發明所揭露的內容大致上係關於拾取和放置諸如半導體組件的物體的半導體組件處理裝置。更具體地說，本發明揭示內容的態樣涉及自動設定拾取頭對組件施加的力的系統、設備、裝置及過程，例如，在動態或接近即時的基礎上組件拾取操作由組件處理系統和/或自動校準和監視，測量和/或調整組件處理系統，設備或裝置中的一個或多個拾取頭的行程(例如，垂直行進)。
半導體積體電路(IC)通常以晶圓形式或封裝形式製造。在製造過程之後，每個晶圓或封裝通常被分成多個組件。這些組件可以包括半導體晶粒或塑料封裝，例如四方平面無引腳(QFN)、晶片尺寸(CSP)或球柵陣列(BGA)封裝。半導體組件在準備好從半導體製造設備封裝並分發到其他目的地之前，例如用於隨後的銷售，半 導體組件通常經歷許多處理步驟，包括檢查、測試和處理過程。
每個處理步驟通常發生在一個獨特的或不同的處理站或模組。通常，半導體組件首先由位於第一或當前站處的組件處理裝置取得，並在第二站或下一站轉移並隨後存放或分離。根據處理要求，半導體組件在處理站處於動作狀態或在處理站暫時靜止時被處理。將組件從一個處理站取得、處理和存放到另一個處理站的方式在確保組件不被損壞方面發揮關鍵作用，尤其是當半導體組件處理操作在緊湊的空間和高速環境中自動化時。
用於傳送半導體組件的現有組件處理裝置可以包括例如本領域公知的機器人組合件或可旋轉組合件或任何其它拾取和放置系統。各種類型的組件處理裝置具有多個組件拾取頭組合件或機構，其也可以被稱為組件拾取頭或組件處理器，其用於擷取、接收、保持和傳送組件。通常，由拾取頭保持已經被擷取或接收的半導體組件通過拾取頭被傳送到不同的處理站並且位於不同的處理站，因為拾取頭的位移沿著預定行進概況或路徑。
通常，拾取頭必須精確地或非常精確地定位在每個組件的拾取表面(例如，組件頂表面，底表面或側表面)上方，該組件需要在重複、連續或不間斷的基礎上進行轉移，以確保該組件拾取操作以一致、可預測、無錯誤方式發生。此外，拾取頭施加在由其擷取的組件上的力必須(a)足夠大以確保組件被拾取頭牢固可靠地保持或固 定，並且(b)足夠小使組件損壞的可能性最小化。最小化組件損壞的可能性在涉及脆弱組件(例如薄或非常薄的半導體晶粒)的組件拾取情況中可能是特別重要的，特別是當在組件拾取發生的製造階段的每個脆弱組件的經濟成本或價值是不平凡的或顯著的(例如，已經執行了多個或許多複雜組件製造過程或步驟之後)時的每個脆弱組件的經濟成本或價值。
組件拾取頭通常被具有或包括柔軟或可變形的尖端元件組合使用，該尖端元件可以是可替換的元件，其附接到組件拾取頭的預定端，組件在組件拾取頭處被擷取，並且其作為組件擷取或拾取過程的一部分與每個組件接觸。由於連續的組件拾取操作，因此，尖端元件可能因時間而退化或衰減，並且因此尖端元件的長度或高度隨時間變得越來越小。因此，組件拾取操作的精度和可靠性可隨著時間的推移而退化或衰減，因為尖端元件的遠端和組件拾取表面之間的垂直距離可以隨著時間而增加，可能以不均勻或不太容易預測的方式增加。
在某些類型的組件拾取情況下，例如，當半導體晶粒位於或附著到由膜片架承載的可變形(例如，可垂直變形的)表面(例如傳統膠帶)上時，拾取頭構造成使得尖端元件接合並有意地稍微按壓拾取表面的每個組件，同時組件位在帶上，從而在組件拾取表面上施加預定量的向下的壓縮力，以便提供足夠的抓握力以一致地克服將組件保持在帶上並且拾起或移除磁帶組件。在這種情況下， 如果拾取頭在其上或其上被按壓時在組件拾取表面上施加過大的力，則可能損壞組件。這種壓縮力能夠根據預定的目標壓縮力水平取決於所考慮的類型和半導體元件的厚度來建立。然而，在傳統的組件處理系統、設備和裝置中，精確的校準、測量、調整和施加到組件的壓縮力的監測難以實現並且實際上是不可行的，特別是由於拾取頭的小型緊湊性以及組件處理裝置操作的高侷限空間。
鑑於上述情況，為了以安全或無損害的方式，適當且一致地取出半導體組件，在開始正常、持續、不間斷或後校準組件拾取操作之前，需要精確校準拾取頭的位置和垂直行進。該校準通常由技術人員手動執行。然而，手動過程拾取頭校準過程涉及大量時間，對生產量產生不利影響；以及大量的嘗試錯誤，其容易發生人為錯誤，並且導致在後校準組件擷取操作期間施加到半導體組件的組件拾取不足或不一致和/或不足或過大的壓縮力。另外，在組件處理裝置操作期間，沒有用於確定或監視施加在組件上的壓縮力的現有裝置或機構。
因此，為了解決或減輕與常規組件處理裝置相關聯的上述問題和/或缺點，需要一種用於自動設置預期壓縮閾值的系統、設備、裝置和過程，以防止拾取頭在組件擷取操作期間不足夠地或過度地壓在半導體組件上和/或自動精確校準行進(例如，垂直行進)組件拾取頭到組件拾取表面，並且其可以促進或使得能夠隨時間而監測或測量拾取頭性能和組件拾取一致性。
根據本發明的各種實施例，公開了一種系統、設備、裝置和過程，例如，在組件處理系統的組件拾取操作期間以動態或接近即時的方式和/或自動校準和監測，測量和/或調整組件處理系統、設備或裝置的一個或多個拾取頭的行進，以自動地將拾取頭施加的力施加在組件上。
在各種實施例中，系統可以包括感測器、具有諸如真空蓋的參考結構的組件拾取組合件、殼體、和耦接到吸嘴的彈簧引導保持器。諸如彈簧的彈性構件可以位於在殼體和參考結構內，使得彈簧引導保持器和殼體彼此間隔開，以在其間限定可變第一間隙。閘門可以由參考結構和位於殼體上的護套形成，使得參考結構可以與殼體間隔開，以在其間限定可變第二間隙。此外，檢測結構或元件可以位於可變第二間隙內，使得感測器能夠檢測該檢測結構或元件的部分。第二間隙尺寸的檢測結構或元件的檢測部分可以與可變第一間隙的高度相關，並且可變第一間隙的高度可以與通過彈性構件施加在組件上的參考預定閾值壓縮力相關。
在本揭露的一個方面，感測器可以包括雷射感測器或圖像擷取裝置，並可調節地配合到組件處理裝置的結構。
在本揭露的一個方面，參考結構可以包括組件拾取組合件的參考邊界或結構，其包括組件拾取組合件的真空蓋的預定邊界、邊緣或邊緣結構或部分。
在本揭露的一個方面，吸嘴可以配合到彈簧引導保持器，使得尖端元件可以沿著殼體的縱向軸線彈性地滑動，以在組件上施加預定的壓力，該組件可能駐留在載體或支撐面上。
當護套處於感測器的光學行進路徑的視線或視場的方向時，該護套阻擋或部分阻擋從該感測器導引至該檢測結構和從該檢測結構反射至該感測器的照明。
在本揭露的一個方面，當檢測結構是反射器並且感測器是雷射感測器時，從檢測結構反射並且由感測器檢測到的照明的量或強度可以與可變第二間隙的大小、尺寸或高度相關。
在本揭露的一個方面，當檢測結構是可以包括反射聚碳酸酯材料並且感測器是圖像擷取裝置的校準標記時，由檢測結構承載並由感測器擷取的標記可與可變第二間隙的大小、尺寸或高度相關。
在本揭露的一個方面，當組件拾取組合件處於初始校準位置時，校準可變第一間隙的初始高度，使得組件拾取組合件的初始校準位置與組件的拾取表面的預定位置處於最接近的空間關係。
在本揭露的一個方面，護套可以充當閘門，用於提供：(i)完全閉合的可變第二間隙位置，使得感測器不能檢測檢測結構；(ii)部分打開的可變第二間隙位置的範圍，使得該感測器能夠檢測該檢測結構的部分；和(iii)完全打開可變第二間隙位置，使得感測器能夠檢測該檢測 結構的最大部分。以這種方式，可以將閘門從關閉位置打開到對應於第二間隙高度的完全打開位置，以對應於允許或可接受的第一間隙高度。
在本揭露的一個方面，當對應於可變第二間隙的閘門處於完全關閉位置時，彈簧不被壓縮，使得彈簧不會對組件施加壓縮力。
在本揭露的一個方面，當閘門處於完全打開位置時，彈簧不可壓縮以吸收施加在組件上的過大之力。
在本揭露的一個方面，感測器可以通信地鏈接到控制器，用於通過圖像處理操作基於對由感測器擷取的檢測結構的照明的強度、或大小、尺寸或高度的分析來計算施加在對應於可變第一間隙高度的組件上的壓縮力。
在本揭露的一個方面，控制器還可以被配置為提供自動校準機構以：(i)將組件拾取組合件定位在初始校準位置的一微米的精度內；以及(ii)動態地調整組件拾取組合件的垂直行進的位置，使得組件拾取組合件可以在組件拾取操作期間(a)保持在預定的垂直行進範圍內；和(b)防止在組件拾取過程中過度地壓在組件上。
在一個實施例中，揭露了一種在組件處理裝置從載體或支撐表面校準在組件擷取過程中施加在組件上的壓縮力的方法。該方法可以包括以下步驟：將感測器鏈接到控制器；提供組件拾取組合件，其包括參考結構、殼體、和彈簧引導保持器，彈簧引導保持器耦接到位在殼體和參考結構內的吸嘴和彈性構件；將彈簧引導保持器和殼 體彼此間隔開，以在其間限定可變第一間隙；形成由參考結構和位於殼體上的護套形成的閘門；將參考結構與殼體間隔開，以在其間定義可變第二間隙；提供位於可變第二間隙內的檢測結構，通過該第二間隙，感測器能夠檢測該檢測結構的部分；將檢測結構在第二間隙尺寸的檢測部分相關於可變第一間隙的高度；使得可變第一間隙的高度可以與施加在組件上的預定閾值壓縮力相關。
在本揭露的一個方面，該方法還可以包括設定組件拾取組合件的初始位置的自動校準方法。這種方法可以包括以下步驟：移動組件處理裝置的組件拾取組合件以通過控制器將組件拾取組合件設定在預定的初始組件處理裝置高度處；啟動感測器；以第一增量脈衝向下移動組件拾取組合件，直到感測器檢測到該檢測結構為止；記錄第一組件拾取組合件高度；以第一增量脈衝向上移動組件拾取組合件；以第二增量脈衝向下移動組件拾取組合件，直到感測器檢測到該檢測結構為止；記錄第二組件拾取組合件高度；以第二增量脈衝向上移動組件拾取組合件；以及由控制器建立包括第一和第二組件拾取組合件高度的校準組件拾取組合件高度，使得第一和第二組件拾取組合件高度對應於複數個組件拾取組合件高度，並且使得第一增量脈衝的幅度大於第二增量脈衝。
在本揭露的另一方面，該方法還可以包括自動監視、測量和調整組件拾取組合件的校準位置的方法。這種方法可以包括以下步驟：移動組件處理裝置的組件拾 取組合件以通過控制器將組件拾取組合件設置在預定的初始組件處理裝置高度處；啟動感測器；以第一增量脈衝向下移動組件拾取組合件，直到感測器檢測到該檢測結構為止；記錄第一組件拾取組合件高度；以第一增量脈衝向上移動組件拾取組合件；以第二增量脈衝向下移動組件拾取組合件，直到感測器檢測到該檢測結構為止；記錄第二組件拾取組合件高度；以第二增量脈衝向上移動組件拾取組合件；以及由控制器建立包括第一和第二組件拾取組合件高度的校準組件拾取組合件高度，使得第一和第二組件拾取組合件高度對應於複數個組件拾取組合件高度，並且其中，第一增量脈衝的幅度大於第二增量脈衝。
10‧‧‧系統
12‧‧‧支撐結構
14‧‧‧輸入站或模組
16‧‧‧排出台站或模組
18‧‧‧輸入拾放站或模組/機構、拾取和放置機構
19‧‧‧拒絕採集和放置站或模組
20‧‧‧感測子系統或單元
22‧‧‧捲帶站
24‧‧‧廢棄托盤站或模組
26‧‧‧組件搬運站
27‧‧‧控制面板
28‧‧‧控制器
29‧‧‧處理單元
30‧‧‧拾取-放置機構
31‧‧‧翻轉機構
33‧‧‧用戶介面
34‧‧‧旋轉滑板
36‧‧‧拾取頭
38‧‧‧主基座塊
40‧‧‧線性電達
42‧‧‧推動器臂
44‧‧‧Z軸
45‧‧‧Z軸彈簧、Z彈簧
46‧‧‧線性滑動件
48‧‧‧線性滑動臂
50‧‧‧吸嘴保持器
52‧‧‧尖端元件、吸嘴
54‧‧‧殼體
56‧‧‧彈簧引導保持器
58‧‧‧空心軸
60‧‧‧拾取頭彈簧
62‧‧‧真空帽
64‧‧‧導銷
66‧‧‧球軸承保持器
68‧‧‧空氣通道、氣道、通道
70‧‧‧間隙結構、間隙、第一間隙、下間隙、第一間隙高度
72‧‧‧間隙結構、間隙、第二間隙、上間隙、第二間隙高度
74‧‧‧護套
80‧‧‧反射器/標記、反射器/標記結構、標記結構
81‧‧‧雷射感測器/照相機、感測器
100‧‧‧半導體組件
102‧‧‧拾取表面
105‧‧‧距離
106‧‧‧第一間隙高度
114‧‧‧光學行進路徑
下面參考附圖描述本發明的代表性實施例，其中：第1圖是代表半導體組件處理系統的立體圖；第2圖是代表性的半導體組件處理裝置的透視圖，其具有翻轉機構、拾取頭以及根據本發明揭露的實施例的壓縮閾值機制；第3圖是根據本發明揭露實施例的翻轉機構和拾取機構的透視圖；第4圖是根據本發明揭露的實施例的拾取頭的橫截面圖；第5A-5B圖是根據本揭露的實施例的推動臂， Z軸和拾取頭的位置的側視圖；第6A-6C圖是示出感測器偏轉器相對於殼體和彈簧引導保持器之間的間隙高度暴露於雷射感測器的側視圖；第7圖是自動壓縮閾值設定機構的流程方塊圖。第8圖是自動校準處理的非限制性示例的處理流程圖；及第9圖是拾取頭位置監視/調整處理的非限制性代表性示例的處理流程圖。
在本發明揭露中，特定附圖中的特定元件編號的考慮或使用或者給定元件的描述或者對應的描述材料中的引用能夠涵蓋在另一附圖或與其關聯的描述材料中標識的相同，等效或類似元件或元件編號。圖中存在“/”或文本被理解為是指“和/或”，除非另有說明。本文中特定數值或值範圍的敘述應被理解為包括或作為近似數值或數值範圍的列舉，例如在+/- 20%，+/- 15%，+/- 10%，+/- 5%，+/- 2%或+/- 0%。“基本上全部”之用語可以指示大於或等於90%的百分比，例如95%，98%，99%或100%。
如本案所使用，「集合」一詞，根據已知的數學定義，呼應或被定義為以數學方式表現至少為基數1的元素非零有限組織(亦即，本案將集合定義為單位元、單線或單一元件組或多元件組的對應詞)(例如，以【數學原理 簡介】中所描述的對應方式)：數字、集合和函數，「第11章」：有限集合的特質(例如，如第140頁所示)，Peter J.Eccles，劍橋大學出版社(1998))。一般而言，集合元素會包括或者會是一套系統、儀器、裝置、結構、物件、流程、實際參數或數值，一切取決於考慮集合的類型而定。
根據本案描述本發明揭露的代表性實施例增加或最大化可能性，對應於自動化組件或物件處理系統、設備或裝置的一組拾取頭可以一致地、精確地、重複地和可靠地擷取，擷取，接收或以可預測和安全或無損害的方式拾取組件或物件(例如，半導體晶粒或其他類型的組件或其他物件)。根據本揭露的各種實施例提供了一種自動或自動製程，通過該製程可以精確地校準(a)相對於組件拾取表面(例如，組件序列內的每個組件的頂部，底部或側面)的拾取頭位移或行進(例如，垂直行進)中的一個或多個；(b)相對於組件拾取表面的拾取頭位移或行進可以在一個或多個時間或在一個或多個時間段(例如，基於週期性，動態或接近即時的基礎)進行監視，測量和調整；和(c)在組件拾取操作期間由拾取頭施加在組件上的壓縮力可以在一次或更多次或在一次或更多次的時間期間(例如，在周期性，動態或近即時的基礎上)被估計、計算或調整。根據本發明揭露的多個實施例提供自動化制程，通過其可以在組件拾取操作期間(例如，在給定或每個組件的拾取期間即時運行，或者從一個組件的拾取器到隨後的、下一個或立即連續的組件)識別、定址、補救或校準(例 如，通過拾取頭位移控制子系統使用的電磁信號反饋)相對於組件拾取表面的不足或過大的拾取頭位移或由組件拾取頭施加在組件上的不足或過大的壓縮力。
在組件拾取過程的初始部分或組件拾取操作的集合期間(例如，當半導體管晶粒於可變形或可壓縮的表面上時，例如由薄膜框架支撐的粘合帶，並且拾取頭需要精確地、可靠地並且安全地對每個半導體晶粒施加足夠的吸力或真空力以克服將半導體晶粒保持在膠帶上的粘合力)，在拾取頭尖端元件(例如，柔軟的，柔軟的和/或可彈性變形的尖端元件，例如軟聚合物或橡膠尖端元件)構造成用於在每個組件的拾取表面上施加預期或預定水平或壓縮力(例如，向下的壓縮力)的位置以將尖端元件與拾取表面接合的情況下。根據本發明揭露的各種實施例減少了拾取頭將對這些組件施加不適當或過大的壓縮力的可能性，這可能導致組件的故障/不正確的取回，組件的損壞和/或可能的損壞拾取頭。根據本發明揭露的實施例，自動化、簡化和減少機器設置時間，和通過提供拾取頭相對於組件拾取表面的位置的自動或自動校準來減少、大大降低或消除校準誤差的可能性，特別是人為引起的校準誤差。根據本揭露的實施例，進一步提供了一種自動方式來確定和監視允許的距離範圍，拾取頭可以通過該允許距離範圍以適合於拾取特定類型的組件的預期的、預定的或校準的距離範圍具有最小或可忽略的偏差來壓縮到組件拾取表面上。
第1圖示顯示用於加工和處理半導體組件100 (第3圖所示)的系統10的代表性實施例，其包括多個處理站，並且可以被配置為用於半導體組件處理、檢查和測試操作。系統10通常包括用於將系統10可調整地定位或佈置在支撐表面上的支撐結構12，如地板。支撐結構12通常包括安裝在其中或其上的一組隔振器(未顯示)，用於在加工站操作期間防止衝擊和/或振動撞擊支撐結構12。系統10還包括複數個加工站，例如輸入站或模組14、排出台站或模組16、輸入拾放站或模組/機構18、拒絕採集和放置站或模組19、捲帶站22、廢棄托盤站或模組24以及組件搬運站26，在這些處理站之間進行組件100的擷取、傳送和釋放或存放，以便於或使組件從一個處理站傳遞到另一個處理站。輸入的拾取和放置站和拒收取放站包括拾取-放置機構30(如第3圖所示)。
在代表性的實施例中，組件處理站26可以包括或者是機器人組件，其利用適當的物理機制，被配置為根據用於傳送組件100的相應物理主體進行操作。機器人組件可以包括機器人夾具工具、抽吸裝置、真空裝置和/或其它合適的裝置。這樣的機器人組件還可以包括例如可以進一步耦接到組件供應系統(未顯示)和組件包裝系統(未顯示)的控制器28(第7圖所示)。
在另一個代表性的實施例中，組件搬運站26包括可轉動的組合件，例如具有多個拾取-放置機構30的轉台(未顯示)或用於接收、保持和傳遞組件100的組件處理裝置。轉台的旋轉使拾取-放置機構30沿著預定的行 進曲線或路徑移動。通常，拾取-放置機構30接收和保持的組件100被傳送到位於不同的處理站中，以便隨著拾取-放置機構30沿著預定的行駛軌跡移動。每個拾取-放置機構30或組件處理器包括用於在第一位置拾取、擷取或接收半導體組件100的機構，以及用於在隨後的、下一個或第二位置釋放、存放或分離半導體組件的機構。
在另一個代表性的實施例中，組件處理台26包括具有翻轉機構31(第3圖所示)的滑座，例如，其可圍繞旋轉軸線可旋轉地位移，並且其可以使相關領域的技術人員容易理解的方式拾取和旋轉、翻轉或反轉組件100。翻轉機構31可以包括可移動地耦接到滑座的可旋轉軸(未顯示)。軸(未顯示)還可以耦接到一個旋轉滑板34(第3圖所示)附接到拾取頭36(第2圖所示)。軸可以相對於滑座旋轉，用於將拾取頭36定位在第一位置和第二位置之間，用於擷取組件100並將組件個別從第一位置移動到第二位置。
組件處理站26還可以被配置為以預定或可選擇/可編程的方式可控地移動組件100。例如，組件處理站26和拾取-放置機構30可以包括用於檢測裝置或組件的一個或多個光感測器(未示出)、和/或可操作以在預定位置聚焦在設備或組件上的一個或多個照相機/感測器(未示出)。控制器28可操作用於處理來自這些照相感測器和/或照相機的數據，以將組件處理站26放置在組件或物件上的預定位置。拾取-放置機構30然後用於拾取組件100，將 其移動到另一個預定位置，然後釋放組件100。
為了簡明起見，根據本發明揭露實施例的描述，在下文中被限制到具有對應於或形成翻轉機構31的一部分的拾取-放置機構30的組件處理站26。然而，相關領域的技術人員將會顯而易見，這樣描述的機制不排除根據本發明揭露的實施例對其他類型的組件處理站和/或情況的適用性，其中根據本發明揭露的各種實施例中的基本原理，例如操作、功能和/或性能特徵，是期望的或需要的。例如，根據本發明揭露的系統、設備或製程可用於精確、可靠、安全和/或不損壞其他類型的組件和物件的無損害擷取和處理，例如拾取頭行進到組件拾取表面的物件和/或由拾取頭施加到組件拾取表面的壓縮力應當或必須被精確地控制和/或監視或測量。
第2圖是根據本發明揭露的實施例的代表性半導體組件處理子系統、裝置或裝置的透視圖，其包括翻轉機構31；拾取-放置機構30具有耦接到翻轉機構31的至少一個拾取頭36，以及由拾取頭36執行的一組拾取操作校準、監測和/或測量元件；和感測子系統或單元20。拾取操作校準/監測/測量元件和感測子系統20促進或實現拾取頭功能、操作或性能參數的自動校準、監測、測量和/或調整，使得組件拾取操作可以以精確、一致的、和無損害的方式發生。這樣的拾取頭參數可以與一個或多個時間相關，對應於或包括相對於組件拾取表面的拾取頭位移或行進距離和/或施加在組件100上的拾取頭壓縮力。在這種 實施例中，拾取-放置機構30可以包括主基座塊38，線性馬達40(例如，音圈)和翻轉機構31安裝到主基座塊38。
進一步參考第3圖，拾取-放置機構30可以包括旋轉滑板34，翻轉機構31可旋轉地安裝在旋轉滑板34上。拾取頭36與翻轉機構31相耦接或附接。線性電達40耦接到推動器臂42(第2圖所示)，當翻轉機構31處於組件100上的取回位置時，該推動器臂42可被定位在翻轉機構31的Z軸44上方，例如，如第3圖和第5A-5B圖所示。拾取頭36以可滑動位移的方式耦接到Z軸44，例如通過線性滑動件46和鏈接Z軸44和拾取器頭36的線性滑動臂48，並被配置用於沿著線性滑動件46的位移。以這種方式，線性馬達40可以經由推動臂42沿軸線推動彈簧加載的Z軸44(例如，如第6A-6C圖所示的Z軸104或以其他方式定義的軸，以相關領域的普通技術人員容易理解的方式)使得拾取頭36可以進入組件100的拾取表面102的靠近或非常緊密的附近，或者壓在組件100的拾取表面102上，用於在預期或預定的拾取位置擷取組件100。Z軸彈簧45(如第5A-5B圖所示)用於在拾取組件100時自動將拾取頭36返回到其非拾取位置。Z軸104可以是垂直軸，使得拾取頭36在組件擷取過程期間以垂直向下運動行進。
第4圖是根據本發明揭露的實施例的拾取頭36的橫截面圖。這種拾取頭36可以包括具有尖端元件或吸嘴52的吸嘴保持器50，例如可變形的、柔韌的或柔軟 的彈性尖端(例如，橡膠尖端)，其構造成用於與組件100的拾取表面102接合，作為拾取過程的一部分。拾取頭36還可以包括殼體54，彈簧引導保持器56可滑動地耦接或附接到殼體54。這可以通過在彈簧引導器保持器56內設置彈簧加載的空心軸58來實現，例如，彈簧引導器保持器56可以在其中包括拾取頭彈簧60，其可以被構造成沿著與Z軸104對準或基本平行或平行於Z軸線104的軸線在殼體54內滑動移位。彈簧加載的空心軸58可以進一步可拆卸地配合到與抽吸或真空源流體連通的真空蓋62。為了有助於滑動動作，殼體54可復包括配備有球軸承保持器66的一對導銷64。通過這樣的拾取頭結構，彈簧引導保持器56可以有利地在吸嘴52與組件100接觸時壓縮拾取頭彈簧60(例如，相應於吸嘴52對組件拾取表面102的向下衝擊或組件拾取表面102在吸嘴52上與吸嘴52與組件拾取表面102的耦接相關聯的向上衝擊)，使得當吸嘴52和組件100彼此接觸和/或施加力時，提供“緩衝效應”，從而減少或最小化組件損壞的可能性(例如，提供相對於組件拾取表面的拾取頭位移已被適當校準)。
吸嘴52的形狀和尺寸可用於在第一或當前處理站拾取組件100(例如，為了可靠地擷取或附接半導體組件或物件)，隨後在第二、下一個或後續的處理站分離或釋放所附連的組件100。這樣的吸嘴52可以由相關領域的普通技術人員容易理解的方式由彈性材料製成，例如一種或多種類型的塑料或橡膠材料。吸嘴的邊緣或下邊界可被 配置成在與組件接合時提供良好的密封接合。如第4圖所示，吸嘴52被配置為與真空源流體耦合的空氣通道或氣道68流體連通。通過空氣通道68施加真空或吸力以拾取組件100。真空源可以能夠與控制器28通信地連接，用於設置、控制和調節引入和流出通道68的空氣的體積和壓力中的至少一個。由控制器28提供用於擷取、保持和釋放組件100的真空或抽吸力的控制和調節。
真空源的操作使得可以基於拾取頭36的位置產生信號以觸發真空源操作或提供正、零或負壓力。典型地，對相關領域的普通技術人員來說是顯而易見，當拾取頭36設置在預定的組件拾取位置時，負真空壓力將被激活，在這種情況下，意圖通過(a)激活真空或吸力，使得真空或吸力在吸引頭52與組件拾取表面102的物理接觸之前將組件100向上吸引到吸嘴52；(b)在激活真空或抽吸力之前，吸嘴52向組件拾取表面102向下壓縮接觸；或(c)基本上同時激活真空或抽吸力以及吸嘴52和組件拾取表面102之間的物理接觸，以使吸嘴52和組件拾取表面102之間的耦接發生。
該真空源的使用使得即使在拾取-放置機構30沿著預定行程輪廓的移動速度範圍內，組件100也能夠穩固地保持到吸嘴52。具有相關領域的普通技術人員將理解，在不脫離本發明的範圍的情況下，可以使用真空源的替代設計和結構來實現類似的，基本相同的或相同的功能。
第5A圖說明了在起始位置處的推動器臂42、 z軸44和吸嘴52相對於彼此的代表性位置。該起始位置是拾取頭處於準備組件擷取位置或準備下一組件擷取位置的位置。該起始位置可以是與位於處理站的組件100的拾取表面102的預定位置的空間關係的一組x、y、z坐標，以相關領域的普通技術人員容易理解的方式。
第5B圖說明了在“組件拾取”位置處的推動器臂42、z軸和吸嘴52相對於彼此的代表性位置，吸嘴52的遠端設置在預期的或預定的距離範圍內，或者距組件100的拾取表面102預期或預定的距離處，其能夠或者預期能夠實現精確、一致和安全的組件拾取。作為行進到組件拾取位置的一部分，拾取頭36向下移動，例如，其被推動器臂42向下推動精確的距離，以便擷取、接收或拾取組件100。當通過吸嘴52與組件拾取表面102的耦接來擷取組件100時，推動器臂42返回起始位置，並且Z彈簧45將拾取頭36返回到起始位置。
為了使拾取頭36適當地取回組件100，起始位置在校準或設置過程期間被初始地校準或設置。從起始位置，拾取頭36將行進穿過預期或預定的距離105(例如，在一些代表性實施例中為3-4mm)以精確、一致地且安全地擷取組件100。拾取頭36的行進距離，投擲，對應於預定距離105的行程被建立為包圍或對應於拾取頭的彈簧引導保持器56能夠或應該行進以提供上述緩衝效果的預期安全距離範圍或距離(例如，耦接或耦接力緩衝距離)，彈簧引導保持器56通過吸嘴52在與組件拾取表面102耦接 期間被壓縮的小距離範圍或距離內吸收至少一些力。結果是，組件拾取可能發生在一致、可靠和損害的限制，基本上無損害或無損害方式，包括在通過真空源將真空或抽吸力施加到組件拾取表面102之前，吸嘴52向組件100施加向下的壓縮力的情況下，使得可以建立預期或期望的壓縮力(例如，小於目標最大壓縮力的目標最小或閾值壓縮力)，以促進組件100的適當拾取。第5B圖還顯示了在與組件100的拾取表面102接觸時或之後的吸嘴52的位置。
如上所述，在各種拾取頭實施例中，彈簧引導保持器56配置成相對於殼體54移位。更具體地，彈簧引導保持器56可以配置成朝向殼體54向上位移，使得拾取頭彈簧60可以吸收或緩衝在接合之間發生的吸嘴52和組件100之間的接觸或衝擊力。如下面進一步詳細說明，拾取頭36可以被配置成提供一組間隙結構或間隙70、72(第4圖所示)，其指示或限定彈簧引導保持器56相對於殼體54移位的最大預期範圍或範圍，並且其通過光信號檢測和/或圖像擷取操作有助於或使得能夠精確地校準、檢測、監測和/或測量當前彈簧引導器保持器相對於外殼的位移。
第6A圖說明了當拾取頭36剛剛垂直轉換到能夠啟動組件拾取的組件拾取位置(或起始位置)的外部或上限時，拾取頭殼體54相對於彈簧引導器保持器56的代表性位置，而該吸嘴52因此被定位成非常靠近組件100，以為了組件拾取的目的，使得(a)由上述真空源提供的向 上定向的真空或吸力可以向上吸引或拉出組件100(例如克服將組件100保持在組件拾取位置的載體或支撐表面上的相反的向下定向的真空或吸力)，從而將組件拾取表面與吸頭52耦接；或(b)吸嘴52剛好與組件100的拾取表面102耦接。
第6B圖說明了在組件擷取過程期間，拾取頭殼體54相對於彈簧引導器保持件56的代表性位置，在可接受或預期的拾取頭行程位置處，可以發生吸嘴52的遠端和組件拾取表面102之間的一致的、可靠的、無損害的耦接。在可接受或預期的拾取頭行進位置，拾取頭彈簧60對組件100施加特定的力(例如，向下的力)，其可以被估計或計算(例如，根據拾取頭彈簧60的彈簧參數或彈簧特性)，如下面進一步詳述。
第6C圖說明了拾取頭殼體54相對於彈簧引導器保持器56的代表性位置，其位置處於或超過拾取頭36的過度行進存在的拾取頭行程距離104(例如，垂直拾取頭移動距離)，並且發生組件100抵靠吸嘴52的過度壓縮。這種超行進導致拾取頭殼體54接觸彈簧引導器保持器56，導致不期望的過度壓縮狀態。
如第4圖和第6A-6C圖說明，根據本發明揭露的各種拾取頭實施例被構造成在彈簧引導保持器56和拾取頭殼體54之間以提供第一或下間隙70；以及由拾取頭殼體54承載的護套74和拾取器頭36的參考邊界或結構之間的第二或上間隙72，例如真空蓋62的預定邊界，邊 緣或邊緣結構或部分。第一間隙70可以對應於或限定預定或最大預期的接合距離或高度，拾取頭的彈簧引導保持器56配置在該距離或高度上，為了相對於殼體54行進，在其內或橫向可以發生(a)吸嘴52和組件拾取表面102之間的牢固耦接，和(b)可以發生上述緩衝效果。最大預期的接合距離可以被稱為參考最大間隙高度或參考最大高度(例如，在一些代表性實施例中其高達0.7mm)。彈簧引導保持器56相對於拾取頭殼體54的位移導致第一間隙70改變，使得當彈簧引導保持器56向殼體54向上位移時，第一間隙70下降。更具體地，由於向殼體54安裝吸嘴52的彈簧引導器支架56的下部向上移位，第一間隙70可以朝向或最小或參考最小間隙高度減小或減小，其可以為零(例如，在一些代表性實施例中為約0.0mm)。因此，在各種實施例中，第一間隙70可以具有高達最大參考高度的初始高度，其對應於彈簧引導器保持器56向殼體54的零向上位移；並且最小高度為0.0mm，對應於彈簧引導器保持器56的下部向殼體54的最大向上位移(例如，此時彈簧引導保持器56和殼體54彼此接觸)。此外，可以建立第一間隙70以具有能夠減小形成校準目標最大第一間隙高度106max(其可以達到參考最大間隙高度，即參考最大間隙高度或小於參考最大間隙高度，如第6A圖所示)至校準目標最小第一間隙高度106min的高度106(其可以少至0.0mm，即小於校準目標最大第一間隙高度106max的值，例如比校準的目標最大第一間隙高度106max小0.1至0.5mm，如第6C 圖所示)。精確、一致和無損組件拾取操作打算、配置或控制在校準的目標最大第一間隙高度106max和校準的目標最小第一間隙高度106min之間的拾取頭垂直位置處發生，如第6B圖所示。
第二間隙72具有隨彈簧引導保持器56相對於殼體54移動而從初始第二間隙高度增加到參考最大高度的高度，例如，當彈簧引導保持器56的下部向上移位時。因此，當彈簧引導器支架56的下部向殼體54向上移位時，該第二間隙72的高度相對於第一間隙70的當前高度或與當前高度相反地變化。也就是說，第二間隙高度110隨著彈簧引導器保持器56的下部向殼體54行進而第一間隙高度106減小。初始第二間隙高度110最小值可以小至大約0.0mm。
在各種實施例中，第二間隙72的尺寸或高度對應於或限定尺寸或照明反射和/或檢測區域，在照明反射和/或檢測區域內，反射器和/或可校準或校準標記結構80駐留在可移位的護套74之後，該護套74耦合到或者形成為殼體54的一部分，如第6A-6C圖所示。當第一間隙高度106等於參考最大高度106max時，即當初始第二間隙高度110min等於0.0mm時，護套74的上邊界或邊緣能夠抵靠真空帽62的上述預定邊界、邊緣或邊緣結構或部分。彈簧引導保持器56的下部朝向殼體54的增加或逐漸向上的位移導致反射器/標記結構80從護套74後面的增加或逐漸地暴露。當第二間隙72具有非零高度時，對應於彈簧引導保持 器56朝向殼體54的非零向上位移，指向反射器/標記80的照明沿著預期或預定的光學行進路徑114(第2圖所示)行進並穿過第二間隙72，並沿著相同和/或另一預定或預定的光學行進路徑114反射離開反射器/標記80。這種反射照明可以由一組光學感測器81(第2圖所示)(例如，一個或多個光電檢測器和/或圖像擷取裝置)來檢測，目的是精確可靠地校準、監測、測量和/或調整拾取頭36相對於所考慮的組件100的拾取表面102的垂直行進或位置。更具體地，從反射器/標記80反射並且在任何給定時間由感測子系統檢測到的照明的量或強度可以精確地與第二間隙72的當前尺寸或高度相關或指示，因此第一間隙70的當前高度，因此彈簧引導保持器56相對於殼體54已經移位的程度或距離。
鑑於上述情況，在一些代表性的實施例中，在吸嘴52和組件100的拾取表面102之間的初始接觸之後，吸嘴52可以壓縮或移動和/或拾取頭36可以行進約0.05-0.35mm(例如，約0.1-0.3mm)的更遠的距離。該距離範圍可以產生合適的、有效的或最佳的接觸條件，從而組件100可以被一致地和安全地擷取。在這樣的接觸狀態下，拾取頭彈簧60可以提供大約0.1-0.3mm的“緩衝效應”，並施加預定的壓縮力，例如小於或等於100gmF，在組件100的拾取表面102上，而不損壞組件100。
在根據本發明揭露的一些代表性實施例中，校準、建立或確定0.1-0.7mm的預定第一間隙高度106以 相對於殼體54提供可接受的、目標的或理想的彈簧引導器保持器行進範圍，目的是保持施加在組件100上不超過100gmF的允許壓縮，而不損壞組件100和/或拾取頭36。在0.1-0.7mm之間的這種預定第一間隙高度106為拾取頭36提供適當的、可接受的目標或理想的參考或“緩衝”或公差，以安全地擷取該組件。然而，相關領域的普通技術人員將能夠確定對應於不同拾取頭實施例的預期或預定的參考最大第一間隙高度和對應的壓縮力，和/或要拾取的不同尺寸和類型的組件。
在常規系統、設備或裝置中，起始位置在組件拾取或擷取操作開始之前由技術人員進行校準。進一步來說，用於設置這種原位的當前做法是利用光學鏡來放大技術人員對拾取-放置機構30的視圖，並手動地定位拾取頭36，由此吸嘴52可以盡可能靠近組件100的表面設置，用於組件拾取操作。然後由技術人員基於一系列手動重複來確定最終起始位置以確定最佳“適合”位置。將最終起始位置對應於實際可以發生組件拾取的垂直位置，其中吸嘴52設置成最靠近組件100的表面。然而，校準這個起始位置的過程涉及大量的試驗和誤差，這可能導致組件100上的不足或過度的壓縮力，其容易出現人為錯誤，並且消耗大量的時間，從而不利地影響製造量。
再次參考第2圖，顯示了根據本揭露的實施例的自動或自動拾取頭位置校準、檢測、監視、測量和/或調整子系統或機構的代表性佈置的部分。在各種實施例 中，拾取頭位置校準、檢測、監測、測量和/或調整子系統或機構基於包括至少一個照明源或設備和至少一個光信號檢測和/或圖像擷取設備的感測子系統20。照明源或設備可以包括或是雷射，如下面進一步詳細描述的。合適的感測器81可以相應地包括或者是可調節地安裝到支架82(第2圖所示)上的雷射感測器，其可以進一步附接到組件處理裝置或工作站26的臂或結構。在一些實施例中，反射器/標記結構80包括由合適的反射材料製成的反射器，例如聚碳酸酯材料，其可以耦接或附接到拾取頭36的真空帽62的預定部分、或拾取頭36上的任何其它適當位置。可以根據反射器位置的可用空間和配置適當地確定反射器的尺寸。例如，在一些代表性的實施例中，反射器可以具有大約10mm的寬度，大約2mm的高度和大約0.4-0.5mm的厚度。
反射器可以進一步與感測器81以面對面或光學等效的方向安裝，使得雷射光束可以沿著一組預定的光學行進路徑114引導到反射器，例如，在組件拾取操作期間以非中斷的方式。如第6A-6C圖所示的代表性實施例所示，反射器可以以這樣一種方式被安裝，使得形成殼體54的突出物形成護套74，使得當護套74處於雷射光束的路徑中時，護套74至少部分地阻擋來自雷射感測器的雷射反射器反射的照明。通過這種方式，護套74作用於提供完全閉合的第二間隙位置的閘門(第6A圖)，由此雷射感測器不能檢測從反射器反射的照射；雷射感測器能夠檢測至少 一些從反射器反射的光的部分打開位置的範圍(例如，如第6B圖所示)；和完全打開位置(第6C圖)，雷射感測器能夠檢測從反射器反射的最大量的照明。可以將閘門從關閉位置打開到對應於第二間隙高度的完全打開位置，以對應於彈簧引導保持器56和殼體54之間允許或可接受的0.1-0.7mm的第一間隙高度。同樣，可以將閘門從打開位置關閉到對應於第二間隙高度的完全關閉位置，以對應於彈簧引導保持器56和殼體54之間的允許或可接受的0.1-0.7mm的第一間隙高度。
附加地或替代地，感測器81可以包括可調節地安裝到相同或不同的支架82的攝像機，其可以進一步附接到組件處理裝置或工作站26的臂或結構。標記攜帶與第二間隙72的大小、尺寸或高度相對應的標記可以附接到拾取頭36的真空帽62的預定部分或拾取頭36上的任何其它適當位置。可以按照類似於反射器的方式，根據雷射照相機的位置的可用空間和配置適當地確定這種標記。
標記可以進一步與照相機以面對面或光學上等同的方向安裝，使得攝像機的視線(LOS)或視場(FOV)可以在組件拾取操作期間以非中斷的方式被引導到標記和從標記引導。如第6A-6C圖所示，標記可以以這樣的方式安裝，使得形成護套74的殼體54的突出部被設置成使得當護套74處於雷射光束的路徑中時，護套74將相機的視野遮擋住標記(和/或其他照明源，取決於實施例細節)。以這種方式，護套74用作用於提供完全關閉位置的閘門 (第6A圖)，因此相機不能擷取標記的圖像；依據閘門打開的程度，照相機相對於哪個位置能夠擷取標記的圖像的部分打開位置(例如，如第6B圖所示)的範圍；和完全打開位置(第6C圖)，照相機能夠檢測標記的最大高度和面積。閘門從關閉位置到完全打開位置的打開可以被設定為預定長度，以對應於在彈簧引導保持器56和殼體54之間的允許或可接受的0.1-0.7mm的第一間隙高度106。
在下文詳細描述以進一步幫助理解的特定非限制性代表性實施例的上下文中，第6A圖示出了起始拾取位置或剛好在吸嘴52與組件100的拾取表面接觸之前。殼體54和彈簧引導器保持器56之間的上述第一間隙高度可被校準或設置在該位置，直到參考最大高度(例如高達0.7mm的高度)。拾取頭彈簧60在這個位置上沒有被壓縮，並且因此在該位置中由拾取頭彈簧不會對組件100施加壓縮力。在所示的代表性實施例中，閘門在此處處於完全關閉位置，因此第二間隙72為0.0mm。雷射感測器/照相機81將不能檢測或擷取從反射器/標記80反射的照明，因為閘門當前完全關閉。
在該特定非限制性代表性實施例的上下文中，第6B圖示出了當吸嘴52處於預期接近理想位置的目標閾值範圍內時的拾取頭位置，用於一致、牢固和安全的組件拾取，這可以包括吸嘴52在通過吸嘴52激活真空或吸力之前與組件100壓縮接觸的情況。這樣的吸嘴位置可以在拾取過程期間對應於拾取頭彈簧引導保持器56和殼體54 之間的大約0.1-0.3mm的第一間隙高度106，在這種情況下，彈簧60被壓縮，並且通過拾取頭彈簧60可以將高達100gmF的近似最佳或最佳壓縮力安全地施加在組件100上而不損壞組件100。閘門現在處於部分打開位置，第二間隙72具有由參考最大高度減去當前第一間隙高度給出的高度。雷射感測器/照相機81現在能夠在這樣的一部分打開的閘門位置的範圍內檢測從反射器/標記80反射的照明，並且可以監測0.1-0.3mm的第一間隙高度70，和/或基於由反射器反射並由感測器捕捉的照明的強度來估計或計算第一和/或第二間隙高度，因為這種強度將以本領域普通技術人員容易理解的方式在數學上與第二間隙或閘門的高度和面積相關。
對於正在考慮的特定非限制性代表性實施例，當吸嘴52相對於組件100剛好處於或超過過壓縮位置時，第6C圖示出了對應於過壓縮狀態的位置。彈簧引導保持器56和殼體54之間的第一間隙70具有0.0mm的高度(彈簧引導保持器56和殼體54接觸，使得彈簧引導保持件56的下部不能向殼體54進一步向上移位)，閘門現在處於完全打開位置的狀態，或者等同地，第二間隙高度等於參考最大高度。由於拾取頭彈簧60不再可壓縮以吸收過大的力，所以這種過大的力可能會超過100gmF，這將施加在組件100上。雷射感測器/照相機81現在能夠檢測閘門在完全打開位置處與反射器/標記80反射的照明的最大量或強度，使得控制器28可以指示在該具體代表性實施例中為0.7mm 或更大的不可接受的第二間隙高度110最大值。
雷射感測器可以是適用於這樣的目的的市售的多功能數字雷射感測器，其可以包括作為照明源的雷射器。雷射感測器可以輸出至少一個區域光束，其受振動目標或背景影響最小。即使感測器反射器位置不同，雷射器也可以利用適度寬或寬的雷射光束來提供穩定的檢測。第一間隙高度106的當前或最近的尺寸與從反射器反射的光的量相關聯或可被估計或可確定，如相關領域的普通技術人員將容易理解的那樣。雷射感測器可以通信地鏈接到控制器28。
相機可以是適合於這種目的的市售攝像機(例如，高速攝像機)，並且可以通信地鏈接到控制器28。對於視頻圖像序列或流內的各個視頻圖像序列，可以通過圖像處理操作來計算第一間隙高度106的當前或最近的大小，基於如由標記指示的在組件拾取操作期間對應於最大擷取的第二間隙大小或高度的拍攝圖像內的相機拍攝的標記的分析，其對應於在組件拾取操作期間由於彈簧引導器保持器56的下部向殼體54向上移位的結果的最小第一間隙高度108。由標記指示的最大擷取的第二間隙大小或高度可以使相關領域的普通技術人員容易理解的方式與第一間隙高度相關。
可以以至少兩種方式有利地利用根據本揭露的實施例，而無需技術人員(人)干預。第一個是用自動或自動校準過程來替換手動校準過程。根據本揭露的自動 校準機構可以被配置為提供拾取頭在起始位置的大約1微米精度內的精確或高精度的定位。這種自動校準機構消除了與常規手動拾取頭校準過程相關的人為錯誤和延長的設置/校準時間。第二個是自動估計、確定、監測和/或測量與下彈簧引導器保持器朝向殼體的最大移動程度相對應的第一和/或第二間隙高度，可能與施加到線性馬達(例如，音圈)的反饋控制信號的產生相關聯，使得在組件拾取操作的序列期間可以調整(例如，動態地或即時地)拾取頭的垂直行進的位置(例如，通過動態地調整線性馬達40的推動器臂42的位移)使得拾取頭36在組件拾取操作期間(a)保持在預期的、預定的、接近最佳的或最佳的垂直行進範圍內，例如，隨著時間的推移，不管吸嘴磨損、和/或由吸嘴更換導致的改變的或非最佳的吸嘴遠端位置；和(b)在組件拾取過程中防止過度地壓在組件100上。
第7圖是根據本發明揭露實施例的自動拾取頭垂直位置校準和監視、估計、確定和/或調整子系統或機構的流程方塊圖。如上所述，反射器/標記80可構成拾取頭36的一部分。當擷取由反射器/標記80反射的照明時，感測子系統20可以與控制器28進行通信，控制器28包括被配置為執行程序指令(例如，存儲器駐留的程序指令)的處理單元29，當執行程序指令時，它分析由雷射感測器輸出的信號和/或處理由相機拍攝的圖像，以一次或多次或作為時間的函數(例如，在重複、近即時或即時的基礎上)估計或確定第一和/或第二間隙高度，從而在一個或多個組 件拾取操作期間估計或確定彈簧引導器保持器56相對於拾取頭殼體54的當前或最大位移。計算出的第一間隙高度106和/或第二間隙高度110可進一步由控制器28轉換成由拾取頭彈簧施加在組件上的壓縮力的估計或測量。此後可以生成一系列信號(例如，通過程序指令的控制器執行)以移動或調整拾取頭的垂直行進，以便(i)在拾取和放置機構18的操作或進一步操作之前自動校準或重新校準原始位置，和/或(ii)自動檢測和監測在組件拾取操作期間是否對任何組件100施加不足或過大的力。給定時間的第二間隙高度72，如反射照明信號強度和/或檢測到的標記所指示的那樣，可以在數學上與第一間隙高度70和/或由拾取頭彈簧60在該時間施加在組件拾取表面上的力相關，以相關領域的普通技術人員容易理解的方式根據傳統的數學運算。
第7圖的子系統描述了自動校準的非限制性示例。例如，描述拾取頭垂直行進和起始位置自動校準過程。消除了由技術人員手動進行的試錯誤校準順序，使得可以自動完全設置起始位置。在一個實施例中，雷射感測器/照相機81經由用戶介面33接通，或者在拾取頭36位於組件100上方之後可以啟動控制面板27上的“起始”開關/GUI。雷射感測器/照相機81現在能夠檢測反射器/標記80，然後可以自動確定起始位置。
在第8圖中示出了用於子系統的非限制性的代表性的程序起始位置校準序列200，如第7圖所示。例 如，響應於向線性馬達40(例如，音圈)施加單個電脈衝而發生的拾取頭36的精細垂直定位增量對應於預定的垂直行進增量，例如1微米。
在步驟201中，拾取頭Z-down移動發生，以將拾取頭36設置在初始垂直位置，其是預期的、估計的或測量的/已知的垂直距離，例如高於目標組件拾取位置的0.3mm。在步驟202中，拾取頭Z-down以100脈衝增量(在該非限制性代表性示例中為100個脈衝=100微米)，直到由反射器/標記80反射的光或者超過最小照明閾值檢測水平的檢測結果來感測器記錄為“ON”(例如，作為第二間隙72獲得相應的閾值第二間隙高度110最大值的結果)。
在步驟203中，控制器28記錄當前的拾取頭高度。在步驟204中，拾取頭Z-up為100脈衝。在步驟205中，拾取頭Z-down以10脈衝增量，直到感測器“ON”如上。在步驟206中，控制器記錄拾取頭高度。在步驟207中，拾取頭Z-up 10個脈衝。在步驟208中，拾取頭Z-down以1脈衝遞增，直到感測器“ON”如上。在步驟209中，控制器28將當前拾取頭垂直位置作為目標垂直分量拾取位置。在步驟210中，拾取頭Z-up(即，向上垂直移位)穿過預定距離或預定數量的脈衝以建立起始位置(例如，使得構造成用於在Z軸44上施加力以向下移動Z軸44的推動器臂42的尖端位於Z軸44)的上端的正上方。
這樣的自動或自動校準序列可以執行至少一次，並且可以重複任意次數，以建立或重新建立校準組件 拾取位置和相應的校準起始位置，其可精確地在1.0-3.0微米(例如，約1.0微米)範圍內可重現，這通過常規的手動校準程序是不可能的。
在校準“起始”位置時，拾取和放置機構18準備好執行元件拾取操作，作為元件拾取和放置操作的一部分。除了上述非限制性代表性示例之外，例如使用子系統第7圖來描述自動拾取頭監視，測量和調整過程。
第9圖中示出了非限制性過程300。在步驟301中，組件拾取組合件或拾取頭36設置在校準的起始位置。在步驟302、303和304中，拾取頭在Z方向上移動遠離起始位置並且朝向組件拾取表面102移動到組件拾取位置。例如，當反射器/標記80被暴露時到達組件拾取位置。作為檢測從反射器反射的照明會聚或剛剛超過最小照明閾值檢測水平的結果(例如，作為第二間隙的結果達到相應的閾值第二間隙高度)，感測器81處於“接通”狀態。
在組件100承載在剛性的、不可垂直變形的組件支撐表面、真空或抽吸力的情況下，以足夠的水平通過吸嘴52打開以克服將組件100保持在組件支撐表面上的任何相反的真空或吸力。這樣將組件100從組件支撐表面向上抽吸到吸嘴52並且在吸嘴52和組件拾取表面102之間建立牢固的耦接。
在組件100被攜帶在粘性或可垂直變形的表面上的情況下，例如由膠片框架支撐的膠帶，拾取頭沿Z方向向下移動並繼續直到反射器/標記80露出。感測器81 記錄與目標第二間隙高度範圍或高度對應的反射照明強度，該目標第二間隙高度範圍或高度與目標間隔距離範圍或彈簧導向保持器56的底部與殼體54之間的距離相關或對應，從而表明已經達到吸嘴52和組件拾取表面102之間的壓縮耦接，並且壓縮力分別落入或處於目標壓縮力範圍或水準，之後真空或抽吸力被打開，以可靠地保持吸嘴52和組件拾取表面102之間的耦接。
在步驟305中，控制器28基於與感測器81的信號通信，確定或記錄當前拾取頭垂直位置，當前感測器信號電平以及當前第一和/或第二間隙高度。在步驟306中，控制器28基於當前拾取頭垂直位置，當前第一和/或第二間隙高度以及拾取頭彈簧參數來計算拾取頭彈簧60施加在組件100上的當前壓縮力。在步驟307中，如有需要，控制器28增加或減少拾取頭Z向下，以確保由拾取頭彈簧60施加在組件100上的最小閾值壓縮力，或者不會超過由拾取頭彈簧60施加在組件上的最大壓縮力，例如，在動態的基礎上或即時的。
在步驟307中，如有必要，控制器28確定調整的起始位置，或者在當前組件拾取操作期間或在下一個組件拾取操作之前，例如在動態基礎上或即時地建立重新校準的原始位置，基於當前拾取頭垂直位置和當前感測器信號輸出，指示當前第二間隙高度，在該第二間隙高度處，由拾取頭彈簧60施加在組件100上的最小閾值壓縮力達到或者不超過由拾取頭彈簧60施加在組件100上的最大壓縮 力。在步驟308中，拾取頭返回其原始位置或調整後的起始位置，隨後的下一個或連續的組件拾取操作可從該位置開始繼續進行一系列的拾取和放置操作。
在上面的描述中，已經描述了根據本揭露的特定實施例的非限制性的代表性示例系統、子系統、設備、裝置和製程。相關領域的普通技術人員將容易理解，在不脫離根據本揭露的實施例的範圍的情況下，可以對上述實施例的特定形式、佈置和/或結構進行各種修改。
10‧‧‧系統
12‧‧‧支撐結構
14‧‧‧輸入站或模組
16‧‧‧排出台站或模組
18‧‧‧輸入拾放站或模組/機構、拾取和放置機構
19‧‧‧拒絕採集和放置站或模組
22‧‧‧捲帶站
24‧‧‧廢棄托盤站或模組
26‧‧‧組件搬運站

Claims (20)

  1. 一種用於在組件擷取過程中根據載體或支撐表面施加在組件的拾取表面上的預定閾值壓縮力校準組件拾取組合件的垂直位置的系統，該系統包括：一感測器；該組件拾取組合件，其中，該組件拾取組合件包括參考結構、殼體、及耦接到位在該殼體和參考結構內的吸嘴和彈性構件的彈簧引導保持器，使得該彈簧引導保持器和該殼體彼此間隔開，以在其間限定可變第一間隙；一閘門，係由該參考結構和位於該外殼上的護套形成，使得該參考結構與該殼體間隔開，以在其間定義一可變第二間隙；以及一檢測結構，係位於該可變第二間隙內，該感測器藉由該第二間隙能夠檢測該檢測結構的部分，其中，該檢測結構的檢測部分與該可變第一間隙的高度相關，以及其中，該可變第一間隙的該高度與由該載體或支撐表面在該組件擷取過程中施加在該組件上的該預定閾值壓縮力相關。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中，當該護套處於該感測器的光學行進路徑的視線或視野中時，該護套阻擋或部分阻擋從該感測器導引至該檢測結構和從該檢測結構反射至該感測器的照明。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的系統，其中，當該檢測結構包括反射器並且該感測器包括雷射感測器時，從該檢 測結構反射並由該感測器檢測的照明的量或強度與該可變第二間隙的大小、尺寸或高度相關。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的系統，其中，當該檢測結構包括校準標記並且該感測器包括圖像擷取裝置時，由該檢測結構承載並由該感測器擷取的標記與該可變第二間隙的大小、尺寸或高度相關。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的系統，其中，當該組件拾取組合件處於初始校準位置時，校準該可變第一間隙的初始高度，其中，該組件拾取組合件的該初始校準位置與該組件的該拾取表面的預定位置處於最接近的空間關係。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的系統，其中，該護套充當該閘門，用於提供：該可變第二間隙的完全閉合位置，使得該感測器不能檢測檢測結構；該可變第二間隙的部分開放位置的範圍，使得該感測器能夠檢測該檢測結構的部分；以及該可變第二間隙的完全開放位置，使得該感測器能夠檢測該檢測結構的最大部分，其中，該閘門從該可變第二間隙的該完全閉合位置打開到該可變第二間隙的該完全開放位置對應於該可變第二間隙的高度，該可變第二間隙的該高度被建立為對應於允許或可接受的該可變第一間隙的該高度。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的系統，其中，該感測器通 信地鏈接到控制器，用於通過圖像處理操作基於對由該感測器擷取的該檢測結構的該照明的該強度、或大小、尺寸或高度的分析來計算施加在對應於該可變第一間隙的該高度的該組件上的該預定閾值壓縮力。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的系統，其中，該控制器復被配置為提供自動校準機構以：將該組件拾取組合件定位在該初始校準位置的一微米的精度內；以及動態地調整該組件拾取組合件的垂直行進的位置，使得該組件拾取組合件在組件拾取操作期間保持在預定的垂直行進範圍內，以及在該組件拾取過程中防止過度地壓在該組件上。
  9. 一種在組件擷取過程中根據載體或支撐表面施加在組件的拾取表面上的預定閾值壓縮力校準組件拾取組合件的垂直位置的方法，該方法包括：將感測器鏈接到控制器；提供該組件拾取組合件，其中，該組件拾取組合件包括參考結構、殼體、和耦接到位在該殼體和該參考結構內的吸嘴和彈性構件的彈簧引導保持器；將該彈簧引導保持器和該殼體彼此間隔開，以在其間限定可變第一間隙；形成包含該參考結構的閘門和位於該殼體上的護 套；將該參考結構與該殼體間隔開，以在其間定義可變第二間隙；提供位於該可變第二間隙內的檢測結構，通過該第二間隙，該感測器能夠檢測該檢測結構的部分；以及將該檢測結構在該可變第二間隙處的的檢測部分相關，該可變第二間隙的尺寸與該可變第一間隙的高度相匹配，其中，該可變第一間隙的該高度與由該載體或支撐表面在該組件擷取過程中施加在該組件上的該預定閾值壓縮力相關。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中，當該護套處於該感測器的光學行進路徑的視線或視野中時，該護套阻擋或部分阻擋從該感測器導引至該檢測結構和從該檢測結構反射至該感測器的照明。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的方法，復包括：當該檢測結構包括反射器並且該感測器包括雷射感測器時，將從該檢測結構反射並由該感測器檢測的照明的量或強度相關於該可變第二間隙的大小、尺寸或高度。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的方法，復包括：當該檢測結構包括校準標記並且該感測器包括圖像擷取裝置時，將由該檢測結構承載並由該感測器擷取的標記相關於該可變第二間隙的大小、尺寸或高度。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的方法，復包括：當該組件拾取組合件處於初始校準位置時，校準該可變第一間隙 的初始高度，其中，該組件拾取組合件的該初始校準位置與該組件的該拾取表面的預定位置處於空間關係。
  14. 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中，該護套充當該閘門，用於致使：該可變第二間隙的完全閉合位置，使得該感測器不能檢測該檢測結構；該可變第二間隙的部分開放位置的範圍，使得該感測器能夠檢測該檢測結構的部分；及該可變第二間隙的完全開放位置，使得該感測器能夠檢測該檢測結構的最大部分，其中，該閘門從該可變第二間隙的該完全閉合位置打開到該可變第二間隙的該完全開放位置對應於該可變第二間隙的高度，該可變第二間隙的該高度被建立為對應於允許或可接受的該可變第一間隙的該高度。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中，該彈性構件是彈簧，當對應於該可變第二間隙的該閘門處於該可變第二間隙的該完全閉合位置時，該彈簧不被壓縮，使得該彈簧不會對組件施加壓縮力。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的方法，其中，該彈性構件是彈簧，當該閘門處於該可變第二間隙的該完全開放位置時，該彈簧不可壓縮以吸收施加在該組件上的過多的力。
  17. 如申請專利範圍第12項所述的方法，復包括：通過圖像處理操作基於對由該感測器擷取的該檢測結構的照 明的強度、或大小、尺寸或高度的分析來計算施加在對應於該可變第一間隙的該高度的該組件上的該預定閾值壓縮力。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的方法，其中，該控制器復被配置為提供自動校準機構以：將該組件拾取組合件定位在該初始校準位置的一微米的精度內；以及動態地調整該組件拾取組合件的垂直行進的位置，使得該組件拾取組合件在組件拾取操作期間保持在預定的垂直行進範圍內，以及在該組件拾取過程中防止過度地壓在該組件上。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的方法，復包括設定該組件拾取組合件的初始位置的自動校準方法，係包括：移動組件處理裝置的該組件拾取組合件以通過控制器將該組件拾取組合件設置在預定的初始組件處理裝置高度處；啟動該感測器；以第一增量脈衝向下移動該組件拾取組合件，直到該感測器檢測到該檢測結構為止；記錄第一組件拾取組合件高度；以第一增量脈衝向上移動組件拾取組合件；以第二增量脈衝向下移動該組件拾取組合件，直 到該感測器檢測到該檢測結構為止；記錄第二組件拾取組合件高度；以第二增量脈衝向上移動該組件拾取組合件；以及由該控制器建立包括該第一和第二組件拾取組合件高度的校準組件拾取組合件高度，其中，該第一和第二組件拾取組合件高度對應於複數個組件拾取組合件高度，其中，該第一增量脈衝的幅度大於該第二增量脈衝。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的方法，復包括自動監測、測量和調整該組件拾取組合件的該校準位置的方法，係包括：通過該控制器將該組件拾取組合件設置在該校準組件拾取組合件高度處；當該組件被擷取時，檢測該檢測結構的部分；基於該感測器和該控制器之間的信號通信來確定該複數個組件拾取組合件高度；通過該控制器計算該預定閾值壓縮力；根據該組件上的該預定閾值壓縮力調整該複數個組件拾取組合件高度，或在當前組件拾取操作上或在下一個組件拾取操作之前建立重新校準組件拾取組合件高度；以及將該組件拾取組合件返回該預定的初始組件處理裝置高度或該重新校準組件拾取組合件高度，使得連續 的組件拾取操作繼續進行一系列的組件擷取過程。
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