CN101090087B - 用于晶片的夹紧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将晶片可松开地固定在可移动的晶片台上的夹紧装置，该夹紧装置包括支承元件、布置在所述支承元件上的固定的夹紧元件和可移动的夹紧元件，该可移动的夹紧元件同样布置在所述支承元件上并且可以在打开位置和关闭位置之间移动。由此当可移动的夹紧元件处于关闭位置时，晶片可以在固定的夹紧元件和可移动的夹紧元件之间夹紧。该夹紧装置还包括弹簧元件，该弹簧元件如此地同可移动的夹紧元件耦连，使得可移动的夹紧元件在关闭位置的方向上被预紧，其中可移动的夹紧元件如此地构造，使得它在支承元件朝着取出位置移动时，可以借助固定的接触元件而带到所述打开位置。

Description

用于晶片的夹紧装置
技术领域
本发明涉及将未包装的元器件从晶片输送到用于将元器件从装配头取下的取下位置。本发明尤其涉及一种用于将晶片可松开地固定在可移动的晶片台上的夹紧装置。
本发明还涉及一种晶片供给设备，用于将处在晶片中的未包装的并且分离的元器件输送到取下位置，特别是用于为自动装配机器提供元器件。
此外，本发明涉及一种用于以元器件自动地对元器件载体进行装配的装配设备。
背景技术
由于电子元器件的超微型化不断发展，在不久的将来，这个问题已经不再是经济学的问题，电子元器件(它们应该被装配到电子的电路基板上)为了对装配过程的可靠供给而进行再包装。为了在装配过程中单件供给电子元器件，在专用的元器件供应输送带中，这样的再包装现在很常见。急待期望现代化的装配系统，即直接从晶片获取元器件，并且放置到电子电路基板或者元器件载体的相应位置上。
为了简化处理未包装的电子元器件(所谓裸露晶片)，整个晶片在元器件分离以前被放置到粘性的载体薄膜上。常用的分离方法是高度精密的机械切割工艺或化学蚀刻工艺。
元器件从载体薄膜被吸式夹具接收，并供给给装配过程。从粘性的载体薄膜上揭开元器件通常以已知的方式通过所谓的顶出针进行，这例如由EP 565781 A1公开。
为了可靠地实施装配工艺，需要将单个元器件尽可能精确地提供到自动装配机器的接收位置，由此它们由装配体借助借助于拿持机构(典型地是吸式夹具)接收。由于这个原因，必须将晶片稳定地可松开地固定到定位台上，该定位台也经常被称为晶片台。晶片的固定不仅以已知的方式通过所谓的晶片夹紧装置在定位台或者晶片台上进行。
JP 11-116046 A公开了用于输送晶片的机器人臂。机器人臂有线性移动的夹钳，它和机械执行机构耦连，该夹钳将在固定位置上顶着一个固定的夹钳挤压晶片。
JP 07-037969 A公开了用于输送晶片的机器人手。机器人手有一个驱动装置，它用机械方式和夹紧指耦连，使得通过对驱动装置的适当控制，三只夹紧指能同时以适当的方式移动，用以固定晶片或松开已固定的晶片。
EP 0 250 064 A2公开了一种保持和输送晶片的装置。其中晶片在转动到抓取位置的夹紧销和承载元件之间被夹紧。在这个位置，晶片由于夹具驱动装的弹簧的弹力被保持。
JP 11-181565 A公开了用于晶片的保持装置，在这个装置中，晶片在一个两部分的环体中被夹紧。借助于执行机构可移动的的支承元件能让环体自动打开和关闭。
EP 0 250 064 A2公开了用于晶片的夹紧装置。该夹紧装置依赖于要夹紧的晶片的直径具有多个单独夹紧机构，它们沿着要夹紧的晶片的圆周而布置。单独夹紧机构借助启动的执行结构可以共同地进行调整。
JP 07-153785 A公开了一种在很大程度上无应力的晶片夹紧装置，在这种夹紧装置中，晶片可固定在上压板和下压板之间。
US 6,155,773公开了一种手动装置，它可在闸门室和不同的过程室之间同时输送两个晶片，在其中晶片被进行处理。两个晶片的传送借助于两个有适当双臂的夹紧装置来进行。晶片夹紧各自通过机械上相对繁琐的弹簧机构和换向机构来实现。在手动操作方向的定位确定时，夹紧装置的打开自动地通过嵌接元件(它嵌接到弹簧机构中)来实现。
发明内容
本发明的任务在于提供一种用于将晶片可松开地固定在可移动的晶片台上的夹紧装置，该夹紧装置实现机械上最简单的并仍然可靠的晶片固定。
这项任务通过一种用于将晶片可松开地固定在可移动的晶片台上的夹紧装置来完成。所述装置具有
·支承元件，
·固定的夹紧元件，该夹紧元件布置在所述支承元件上，
·可移动的夹紧元件，该可移动的夹紧元件同样布置在所述支承元件上，并且该可移动的夹紧元件可以在打开位置和关闭位置之间移动，其中当该可移动的夹紧元件处于关闭位置中时，晶片可以在固定的夹紧元件和可移动的夹紧元件之间夹紧，
·弹簧元件，该弹簧元件如此地同所述可移动的夹紧元件耦连，使得可移动的夹紧元件朝着关闭位置的方向被预紧，
其中所述可移动的夹紧元件如此地构造，使得它在支承元件朝着取出位置移动时，可以借助固定的接触元件而被带到打开位置。
本发明还提供一种供给设备，用于将处在晶片中的未包装的元器件输送到取下位置，该供给设备具有
·晶片台，
·第一驱动装置，用于对所述晶片台进行定位，
·按照本发明的夹紧装置。
本发明还提供一种用于以元器件自动地对元器件载体进行装配的装配设备，它具有
·按照本发明所述的供给设备，用于将元器件输送到取下位置，
装配头，用于从取下位置接收元器件，用于输送元器件和用于将元器件放置到元器件载体上预定的位置上。
本发明还给出了优选的实施方式。
本发明描述了一种用于将晶片可松开地固定在可移动的晶片台上的夹紧装置。该夹紧装置包括(a)支承元件、(b)固定的夹紧元件，该固定的夹紧元件布置在所述支承元件上，和(c)可移动的夹紧元件，该可移动的夹紧元件同样布置在所述支承元件上，并且该可移动的夹紧元件可以在打开位置和关闭位置之间移动。其中当可移动的夹紧元件处于关闭位置时，晶片可以在固定的夹紧元件和可移动的夹紧元件之间夹紧。该夹紧装置还包括(d)弹簧元件，该弹簧元件如此地同所述可移动的夹紧元件耦连，使得可移动的夹紧元件在关闭位置的方向上被预紧。其中可移动的夹紧元件如此地构造，使得它在支承元件朝着取出位置移动时，可以借助固定的接触元件而被带到打开位置。
本发明的基本思想在于，简单并同时有效地使晶片在晶片台上固定，而可以不需要使用自身的执行机构(机电执行机构，例如电机，或者气动执行机构，例如往复运动活塞)。根据本发明，使用驱动装置来操纵可移动的夹紧元件，该驱动装置仅用于使晶片台移动。由此这种晶片夹紧装置可以使用非常小巧的结构实现。
因为晶片的定位不需要自身的驱动装置和/或致动装置，由此所述的止动机构能以非常紧凑的结构型式实现。由于既不需要电动和也不需要气动的被动式结构，所述的夹紧装置不需要能量供应(这种能量供应使得所述夹紧装置的制造变得困难并且相应增加制造费用)。综上所述，本发明实现了一种结构紧凑且节省成本的晶片夹紧装置。
晶片(它典型地具有大量分离的未包装的元器件，这些元器件优选附着粘性的载体薄膜上)固定在机械稳定的载体框架中。这种载体框架常常称为晶片框架。以这种方式，通过晶片的二维运动，晶片的每个任意的元器件被移动到预定的固定取下位置上，元器件可以从该取下位置由装配头的拿持机构来接收。这种从载体薄膜上的元器件分离可以用已知的方法利用顶推针来实现。
固定的接触元件可以通过简单接触，也可以通过可移动的夹紧元件嵌入到空隙(Aussparung)中，将可移动的夹紧元件从其由弹簧元件的弹簧张力所确定的理论位置带走。相应的机械耦连可以在此直接在固定的接触元件和可移动的夹紧元件之间实现，或者也可以间接地通过机械的连接件来实现。
根据本发明的一种优选技术方案，夹紧装置还可以附加地具有其他固定的夹紧元件，这些固定的夹紧元件也同样布置在所述支承元件上。其中当可移动的夹紧元件处于关闭位置时，所述晶片可以在固定的夹紧元件、所述其他固定的夹紧元件和可移动的夹紧元件之间被夹紧。这样的优点是，晶片通过至少一个三点夹紧机构固定在晶片台上的精确确定的空间位置上。
根据本发明的一种优选技术方案，支承元件是框架。这样的优点是，晶片框架可以平面地放置在支承元件上，使得晶片可特别精确地实现相对于晶片台的固定。
根据本发明的一种优选技术方案，支承元件具有空隙，可移动的夹紧元件安放在该空隙中。这样的优点是，夹紧装置可用简单的方法这样实现，即当可移动的夹紧元件处于关闭位置时，除了至少一个固定的夹紧元件之外，夹紧装置没有其他组件伸出于支承元件的支承面之上。由此，可以通过操作人员的手动操作以特别简单的方法实现放入或取出晶片，因为夹紧装置除了至少一个固定的夹紧元件之外，没有其他部件在支承元件的支承面上妨碍对晶片的手动操作。
根据本发明的一种优选技术方案，可移动的夹紧元件可在旋转轴线内摆动地被支承，并借助于摆动运动可以在关闭位置和打开位置之间摆动。由此可用有利的方式，将机械上非常简单地实现的夹紧元件的运动应用于实现可靠的晶片夹紧。
根据本发明的一种优选技术方案，旋转轴线平行于支承元件的支承面而延伸。使用这种方法，晶片可以实现对称夹紧，其中可移动的夹紧元件相对于预定的晶片的中轴线以对称的方式和方法被引导到晶片边缘上。优选该中轴线是通过两个固定的夹紧元件确定的中垂线，该中垂线延伸穿过通常为圆形的晶片的中点。由此当可移动的夹紧元件关闭时，会可靠地避免晶片相对于支承元件的不期望的移动。由此无意地夹紧晶片框架的偶然性几乎被排除了。
根据本发明的一种优选技术方案，夹紧装置附加地包括(a)滑移元件，该滑移元件相对于所述支承元件可移动地被支承，并且当支承元件朝着取出位置进行移动时，该滑移元件可以通过同固定的接触元件的机械接触而移动，和(b)柔韧的力传递元件，该力传递元件同滑移元件及可移动的夹紧元件连接。其中该柔韧的力传递元件在旋转轴线外作用到所述可移动的夹紧元件上。
这种柔韧的力传递元件允许一种特别简单的转换，由在固定的接触元件和支承元件或者晶片台之间的平移的相对运动转变为可移动的夹紧元件的期望的摆动运动。通过力传递元件在可移动的夹紧元件上的偏心固定，以简单的方式将力转化为转矩。例如，这种力传递元件可以是链条或绳索.
根据本发明的一种优选技术方案，这种力传递元件可以是柔韧的带子。这样的优点是，力传递元件可以很扁平，使得整个夹紧装置都可以尤其扁平地实现。
根据本发明的一种优选技术方案，柔韧的带子可以用尼龙纤维制成。使用尼龙纤维带的优点是，它有良好的弯曲性，使得在滑移元件和可移动的夹紧元件之间的力传递可以相对无损失地进行。还要指出的是，尼龙纤维带同扁平的金属带(它显然也能用作力传递元件)相比具有明显长的使用寿命。这意味着，使用尼龙纤维带制造上述的夹紧装置可以比使用其它带子更频繁地打开和关闭。
本发明提供了一种供给设备，用于将处在晶片中的未包装的元器件输送到取下位置，特别是用于为自动装配机器提供元器件。该供给设备具有(a)晶片台、(b)用于对所述晶片台进行定位的第一驱动装置和(c)根据本发明所述的夹紧装置。
根据本发明的供给设备基于这样的思想，即上述的夹紧装置可以有利地应用于元器件供给设备，在该设备中，元器件直接从以上述夹紧装置进行固定的晶片提供给自动装配机器。在此晶片台可以例如在二维的位置范围内移动，使得位于每个晶片上的元器件都能为了取下而通过装配头的拿持机构、在适用于所有元器件的固定的取下位置中被够着。
根据本发明的一种优选技术方案，供给设备附加地具有第二驱动装置，用于使夹紧装置相对于晶片台进行定位。其中所述第一驱动装置用于使该晶片台沿着滑移方向一维地进行定位。由于将由两个驱动装置所产生的运动进行适当叠加，可以获得晶片的平行于晶片表面的二维运动。在两个驱动装置足够大的运动范围时，每个元器件都可以通过晶片相应的平行移动而带到期望的取下位置。
根据本发明的一种优选技术方案，设置有第二驱动装置，用于使所述夹紧装置围绕着回转轴线进行转动。该旋转轴线在此垂直于晶片的表面，并且优选延伸通过晶片的中点。由此可以将通过第一驱动装置所产生的线性移动和通过第二驱动装置所产生的转动运动进行叠加，使得每个位于晶片上的元器件都能输送到期望的取下位置。
本发明提供了用于以元器件自动地对元器件载体进行装配的装配设备。该装配设备具有(a)根据上述实施例中所述的用于将元器件输送到取下位置供给设备和(b)装配头，该装配头用于从取下位置接收元器件、用于输送元器件和用于将元器件放置到元器件载体上预定的位置上。
根据本发明设计的装配设备的思想在于，上述的供给设备可以特别有利于地用于自动装配机器，不需要成本过高的元器件的再包装，将未包装的元件直接从晶片取出，取出的元器件用已知的方法放置到元器件载体上预定位置上。
本发明的其他优点和特征可以从优选实施方式的后面作为示例的说明给出。
附图说明
附图以示意图示出：
图1装配设备，通过该装配设备可以将未包装的元器件直接从晶片取下。
图2晶片支承元件，它具有两个固定的限位元件，
图3a处于关闭位置的晶片止动机构，在关闭位置中，晶片被牢固夹紧在闭锁弓和未示出的夹紧元件之间，
图3b在图3a中示出的、处于打开位置的晶片止动机构，在打开位置中，可以放入晶片或者可以取出放入的晶片。
在附图中，相同或者相应的元件的附图标记仅仅在第一个数字不同。
附图标记列表
100  自动装配机器
105  装配头
106  空心杆
107  吸管
110  取下位置
120  供给设备
121  底座
125  晶片台
126  晶片台驱动装置
127  滑移方向
128  转盘驱动装置/转动驱动装置
129  旋转轴线
129a 旋转方向
130  支承元件/框架/转盘
131  夹紧元件/挡块
150  晶片
151  晶片框架
152  粘性的载体薄膜
155  分离的元器件
160  止动机构
230  支承元件/框架/转盘
231a 夹紧元件/挡块
231b 夹紧元件/挡块
235  空隙
236  连接板
330  支承元件/框架/转盘
351  晶片框架
360  止动机构
361  可移动的夹紧元件/闭锁弓
362  旋转轴线
363  支承机构
354  旋转方向/摆动方向
365  弹簧元件/蝶形弹簧
370  滑移元件
371  滑移方向
375  力传递元件/柔韧的带子/尼龙带子
380  固定的接触元件/固定挡块
具体实施方式
图1示出了根据本发明实施例的一种自动装配机器100，通过该自动装配机器，未包装的元器件155可以直接从晶片150被取下。该自动装配机器100有装配头105，该装配头可以以已知的方式，借助未示出的x-y-定位系统在示出的取下位置和未示出的装配区域之间进行移动。在装配区域内，元器件155用已知的方式被装配到元器件载体上。装配头105包括一根空心的杆106，该杆106可以用已知的方式利借助未示出的驱动装置相对于装配头105沿着z轴方向进行移动。在空心杆上106上有吸管107，用于临时地直接从晶片150接收元器件155。
晶片150有晶片框架151。在晶片框架151上有粘性的载体薄膜152，在该载体薄膜152上附着有未包装的并以已知方式分离的元器件155。
根据在此示出的本发明的实施例，元器件155的接收是通过一种供给设备120的装配头105在固定的取出位置110上进行的。
为了接收元器件必须将元器件155从载体薄膜152上松开，这可以用未示出的顶推针来实现，该顶推针可直接布置在取出位置之下。
在取出位置中可以从晶片150上一个接一个地提供全部元器件155。根据在此示出的本发明的实施例，这是两个运动的叠加。第一运动是，晶片台125借助驱动装置126相对于固定的底座121沿着滑移方向127在x方向上进行移动。第二运动是晶片150绕着旋转轴线129的旋转运动129a，该旋转轴线129优选但不是必需地同晶片150的中点重合。为了产生旋转运动129a，设置有驱动装置128，它用适当的方法同转盘130耦连。根据在此示出的本发明的实施例，该转盘130是一种框架，该框架用作晶片框架151的支承元件。
晶片框架151通过锁紧机构在转盘130上可松开地被固定在固定的限位元件131和止动机构160之间，。
图2示出了转盘130，它用附图标记230表示。转盘230有两个固定的限位元件231a和231b。限位元件231a和231b在未示出的晶片框架和晶片230之间确定了相对的空间位置。其中在将晶片放置到转盘230上时，晶片的框架对着两个限位元件231a和231b移动。接着操纵在图2中未示出的止动机构，该止动机构布置在框架230的空隙235中。为了不降低转盘230的机械稳定性，该转盘230在空隙235的位置上具有连接板236。
图3a示出了晶片止动机构360，它位于在图2中示出的空隙235中。该止动机构360示出为处于关闭位置，在关闭位置中，位于转盘330上的晶片框架351可以在可移动的夹紧元件或者闭锁弓361和在图3a未示出的固定的限位元件(参见图2)之间被夹紧。闭锁弓361借助支承机构363可摆动地支承在旋转轴线362中。相应的摆动方向用附图标记364表示。
闭锁弓361借助弹簧365(该弹簧365优选是所谓的蝶形弹簧)被预紧到在图3a中示出的关闭位置中。用这种方法，仅仅通过弹簧365的弹力将晶片框架351自动地夹紧，而不需要为产生相应的夹紧力，使用专门用于晶片夹紧的机械执行机构。
为了打开闭锁弓361。设置有力传递元件375，根据在此示出的本发明的实施例，该力传递元件375是具有尼龙纤维的柔韧的带子。带子375的第一端固定在滑移元件370上，它可以相对于支承元件230沿着滑移方向371移动。
在支承元件230朝着取出位置移动时，在固定的接触元件或者固定挡块380和滑移元件370之间产生机械的接触，使得滑移元件370可相对于支承元件230向左移动。其中这种机械接触可以是简单接触，也可以通过嵌入到滑移元件的空隙中来实现。
带子375的第二端固定在闭锁弓361上。当滑移元件370移动时，闭锁弓361克服弹簧365的弹力摆动到打开位置。图3b示出了处于该打开位置的晶片止动机构360，在打开位置中，可以取出预先被牢固夹紧的晶片，或者将晶片安放到由两个限位元件(参见图2)确定的位置中。
需要指出的是，这里所述的实施方式仅仅是本发明的可能实施变型中的一种受限的选择。特别是闭锁弓361不仅可以只有一个夹钳，还可以有两个或多个夹钳，使得晶片止动机构360可以作用于晶片框架351上的多个位置。当然也可以将单个实施方式的特征以合适的方式相互组合，使得对于专业技术人员而言，通过在此详尽说明的实施变型，大量不同的实施方式是显而易见的。

Claims (13)

1.用于将晶片(150)可松开地固定在可移动的晶片台(125)上的夹紧装置，它具有
·支承元件(130、230、330)，
·固定的夹紧元件(131、231a)，该夹紧元件(131、231a)布置在所述支承元件(130、230、330)上，
·可移动的夹紧元件(160、360)，该可移动的夹紧元件(160、360)同样布置在所述支承元件(130、230、330)上，并且该可移动的夹紧元件(160、360)构造成在打开位置和关闭位置之间移动，其中当该可移动的夹紧元件(160、360)处于关闭位置中时，晶片(150)在固定的夹紧元件(131、231a)和可移动的夹紧元件(160、360)之间夹紧，
·弹簧元件(365)，该弹簧元件(365)如此地同所述可移动的夹紧元件(160、360)耦连，使得可移动的夹紧元件(160、360)朝着关闭位置的方向被预紧；
·滑移元件(370)，该滑移元件(370)相对于所述支承元件(130、230、330)可移动地被支承，
·柔韧的力传递元件(375)，该力传递元件(375)同滑移元件(370)及可移动的夹紧元件(361)连接，
·固定的接触元件(380)，
当支承元件(130、230、330)朝着使晶片取出的位置移动时，所述滑移元件(370)相对于所述支承元件(130、230、330)朝着使晶片取出的位置滑动，所述柔韧的力传递元件(375)将所述可移动的夹紧元件(160、360)从关闭位置移动到打开位置，固定的接触元件(380)被用来连接所述滑移元件(370)和可移动的夹紧元件(160、360)以将可移动的夹紧元件(160、360)保持在打开位置中。
2.根据权利要求1所述的夹紧装置，附加地具有其他固定的夹紧元件(231b)，所述其他固定的夹紧元件(231b)同样布置在所述支承元件(130、230、330)上，其中当所述可移动的夹紧元件(160、360)处于关闭位置中时，晶片(150)在固定的夹紧元件(131、231a)、所述其他的固定的夹紧元件(231b)和可移动的夹紧元件(160、360)之间夹紧。
3.根据权利要求1或2所述的夹紧装置，在该夹紧装置中，所述支承元件是框架(130、230、330)。
4.根据权利要求3所述的夹紧装置，在该夹紧装置中，所述支承元件(130、230、330)具有空隙(235)，所述可移动的夹紧元件(160、360)安放在该空隙(235)中。
5.根据权利要求1或2所述的夹紧装置，在该夹紧装置中，所述可移动的夹紧元件(160、360)在旋转轴线(362)内可摆动地被支承，并借助于摆动运动(364)在关闭位置和打开位置之间移动。
6.根据权利要求5所述的夹紧装置，在该夹紧装置中，所述旋转轴线(362)平行于所述支承元件(130、230、330)的支承面而延伸。
7.根据权利要求1所述的夹紧装置，所述力传递元件是柔韧的带子(375)。
8.根据权利要求7所述的夹紧装置，所述柔韧的带子(375)具有尼龙纤维。
9.供给设备(120)，用于将处在晶片(150)中的未包装的元器件(155)输送到取下位置(110)，该供给设备(120)具有
·晶片台(125)，
·第一驱动装置(126)，用于对所述晶片台(125)进行定位，
·根据权利要求1到8中任一项所述的夹紧装置。
10.根据权利要求9所述的供给设备，附加地具有第二驱动装置(128)，用于使夹紧装置相对于晶片台(125)进行定位，其中所述第一驱动装置(126)用于使该晶片台(125)沿着滑移方向(127)一维地进行定位。
11.根据权利要求10所述的供给设备，所述第二驱动装置(128)用于使所述夹紧装置围绕着垂直于晶片的表面的回转轴线(129)进行转动。
12.根据权利要求10所述的供给设备，所述供给设备用于为自动装配机器(100)提供元器件(155)。
13.用于以元器件(155)自动地对元器件载体进行装配的装配设备，它具有
·根据权利要求9到12中任一项所述的供给设备，用于将元器件(155)输送到取下位置(110)，
·装配头(105)，用于从取下位置(110)接收元器件(155)，用于输送元器件(155)和用于将元器件(155)放置到元器件载体上预定的位置上。
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