CN101558485A - 用于元件尤其是电子元件的操纵工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于元件(2)尤其是电子元件(2)的操纵工具(1)，其包括能够被施加负压(PU)的保持开口(18)，待操纵的元件可依靠负压(PU)保持在该保持开口(18)上。在此设计，在该保持开口(18)中设有至少一个反向支承(8)，该反向支承在工作位置上朝外突出于开口平面(20)。本发明还涉及一种操纵元件尤其是电子元件的方法，包括以下步骤：依靠负压吸取元件并且通过负压保持该元件；在该元件被施加负压的表面的区域内支撑依靠负压来保持的元件，使该表面尤其是元件从负压侧看呈凹形弯曲。

Description

用于元件尤其是电子元件的操纵工具
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的、用于元件尤其是电子元件的操纵工具。
本发明还涉及根据权利要求9的前序部分的、操纵元件尤其是电子元件的方法。
背景技术
用于元件尤其是电子元件的操纵工具是已知的。它们例如被用在贴装机和粘片机中，用于制造电子电路，其中，元件通过操纵工具即拾取粘贴机被拾取，尤其通过负压被拾取，借助操纵工具被放置到电路板上并固定在那里。从现有技术中知道的操纵工具是如此构成的，即具有被施加负压的保持开口，从而元件在触及保持开口时通过存在于操纵工具内的负压与环境大气压相互作用而被保持在保持开口中。在此，元件在保持开口处根据其厚度，就是说尤其是其材料厚度和材料柔韧性而弯入保持开口中，从而出现了元件进入保持开口中的变形/弯曲。该变形在应被固定于线路或基板的元件侧上形成空腔(凹形构造)，该空腔在元件放置时导致空穴和夹杂气体。特别是如果元件被放置于环氧树脂、焊剂或封装玻璃上时，此时出现导致高废品率的或至少不利地影响了贴片质量的不可逆缺陷。而且，如果元件的材料厚度小，则元件可能由于负压在保持开口处弯曲受损。
发明内容
本发明的任务是提供一种用于元件尤其是电子元件的操纵工具，其避免上述缺陷。
为此，本发明提出一种用于元件尤其是电子元件的操纵工具，其包括能够被施加负压的保持开口，待操纵的元件可依靠负压被保持在保持开口上。本发明设计，在保持开口中设有至少一个反向支承，该反向支承在工作位置上朝外突出于开口平面(在这里，工作位置是指操纵工具的这样一个位置，在此位置上，待操纵的元件通过负压被保持在保持开口上)。因此，与现有技术不同，保持开口因而不是完全开放，而是具有至少一个反向支承，该反向支承在工作位置上反作用于朝向作用于元件的负压方向(就是说进入保持开口中)的元件变形。该反向支承甚至能实现在正好相反方向上的(轻微)元件变形，从而从贴装平面看，没有形成凹形构造，而是出现凸形构造，因此元件首先不是以边缘部分被放置到基板上，而是以中央部分(该部分被反向支承向外压，即向着基板的方向压)被放置到基板上。如果贴装侧由平坦的粘合面构成，如在现有技术中常见的那样，则因而首先放置元件的中央部分，从而可能存在的气体在铺放元件时通过操纵工具被向外压向边缘，而不是被首先放置的边缘滞留在元件中央部分中。在此情况下，避免了在放到粘合介质上时因表面夹杂物而形成空穴。此外，可以避免因非平行地搁放元件所引起的偏斜，这是因为通过在搁放元件时形成凸形构造补偿了相对基板的偏移。
在另一种实施方式中设计，在反向支承上可轴向移动地支撑有具有该保持开口的套筒。根据待拾取的元件的材料厚度及其因施加负压而出现的变形，可克服其重力轴向移动的套筒沿轴向朝后移动，从而反向支承与静止状态下相比从保持开口突出一段。在此情况下，元件的变形仅仅取决于元件的材料厚度和元件在保持开口处被施加的负压的大小。因此，得到了足够的变形并且在放置到基板上的元件侧形成凸形构造。当切断负压以放开元件时，该套筒因其重力而向前滑动超过反向支承，从而使元件离开反向支承。
在另一种优选实施方式中，套筒可克服弹簧力轴向移动地被支撑。在此，代替其自重，规定的弹簧力使轴向移动复位，其中，该套筒也可以通过例如从现有技术中知道的其它外部装置设计成可调节，例如通过螺纹，借助该螺纹调整弹簧行程，因此可以精密地分配弹簧力加载。
在另一种特别优选的实施方式中设计，负压大小能够借助控制装置来单独、尤其是根据元件来控制。在这里，在负压孔处施加于元件的负压此时可以被控制/调整，以获得尽可能有利且总是期望的元件变形，当然也能获得为了尽量可靠且无故障地操纵元件所需要的保持力。尤其是，材料厚度较小的元件例如薄芯片需要施加很小的负压，因为它一方面只有很小的重量，就是说很快达到保持力，而另一方面，如果它变形太厉害，则会遭受不可忽视的断裂危险。材料厚度大的元件需要施加较大的负压，因为反向支承和可轴向移动的套筒不是很容易地按照所期望的方式使这些元件在保持开口处变形，从而产生所期望的凸形构造。此实施方式实现了，根据元件厚度和元件特性来分别调整负压，从而所有元件在朝向基板那侧获得基本相同的凸形构造，就此而言，可以实现很可靠的加工并且避免在放置时产生空隙和由此产生的空穴。
在一种优选实施方式中设计，反向支承被至少一个负压导入通道贯穿。据此，负压开口的负压施加是通过反向支承来实现，而不是通过其他的结构装置。这带来以下优点，尤其是在包括可轴向移动的套筒的实施方式中，实现了一种最大程度密封且可很简单地实现的结构设计，在该结构设计中，套筒可移动地仅仅套装在反向支承上，其中套筒在其(不朝向开口平面的)端部例如被螺旋压力弹簧加载弹簧力。只用很少构件，就可以制造出很有效的操纵工具。
在另一种尤其优选的实施方式中，反向支承居中设置在负压开口中。在此实施方式中，可以顺利地在元件上正好居中形成凸起变形。同样，操纵工具的结构设计可以非常简单，例如形式为总体呈圆柱形或者杆形的反向支承和圆柱形的套筒。
在另一种非常优选的实施方式中，反向支承具有倒圆的尖端，尤其是锥形尖端。包括倒圆尖端的实施方式防止损伤或不利地影响元件表面，允许在负压施加和变形的瞬间通过反向支承均匀地对元件施力。
在一种尤其优选的实施方式中，倒圆的尖端是可更换的反压尖端。反压尖端由此能在其几何形状和材料特性方面容易地适应相应的应用领域和待加工元件的要求。这在以下情况下非常有利，即加工的是敏感的电子元件和/或操纵工具加工的是经常更换的各种具有不同性能和敏感性的元件。在此，反压尖端的更换可以优选在料仓或类似装置中备有多个反压尖端的条件下通过操作人员手工完成或者自动完成。
另外，本发明提出一种操纵元件尤其是电子元件的方法，包括以下步骤：
-依靠负压吸取元件并且通过负压保持元件；
-在元件被施加负压的表面的区域内支撑依靠负压来保持的元件，使该表面尤其是元件从负压侧看呈凹形弯曲。
因此与现有技术不同，元件总体上不是在平面状态下通过负压被保持，而是(从负压侧看)在凹形状态下。因此，元件按照这样的方式变形，即在其上要放置元件的基板的相对位置上形成凸形结构，尤其是在元件表面的中央。就这方面而言，元件能够在多个位置上支撑在操纵工具上，这些多个位置即尤其在负压侧的元件中央处并且朝向元件边缘的多个位置，其中，位于元件边缘上的支撑点在抽吸方向的下游，从而得到所述的元件弯曲。通过这种方式保证了元件以与基板相对的凸形中央表面首先靠到基板上，从而不会形成在元件整个表面上分布的空穴和/或空穴聚积区(Lunkerseen)。
在另一方法实施方式中设计，实现元件的贴靠在被施加负压的保持开口的边缘上实现，其中，从抽吸方向看，在贴靠处的上游实现支撑。因而，元件的贴靠是在保持开口上实现，该保持开口例如可以成管状，尤其是圆柱形。通过给保持开口施加负压，元件依靠负压被保持在保持开口上，其中在贴靠处上游实现支撑(沿抽吸方向看)。这是通过如下方式产生，即保持开口沿抽吸方向(就是说向下游)移动，尤其是通过保持开口的相对支撑点可纵向移动的支承件来实现移动，该支撑点在表面中央处支撑元件，就像关于上述操纵工具所公开的那样。
在方法的另一种优选设计中设计，负压大小能可调节地来选择。这样，可以对使元件保持在保持开口上的负压进行调整，尤其是可使其适应元件的特性和结构。而且，通过这种方式，在相对支撑点能够纵向移动地布置保持点尤其是保持开口的情况下，也可以在一定范围内调节弯曲程度。尤其是可以由此防止元件因弯曲而受损。
由从属权利要求及其组合当中可得到多种有利实施方式。
附图说明
以下将结合附图来详细说明本发明，其中：
图1以纵截面图表示按照本发明的操纵工具；
图2表示包括可更换的反压尖端的反向支承的一种实施方式；
图3表示采用本发明操纵工具时的明显改善的独特的残余空穴布置。
具体实施方式
图1表示用于电子元件2即芯片3的操纵工具1。操纵工具1包括负压体4，该负压体具有圆柱形的孔5，该孔与未示出的负压发生系统相连。负压体4在其端部6具有锥形结构7并借此构成反向支承8，用于支撑元件2。锥形结构7在尖端侧具有倒圆的尖端37。反向支承8具有两个负压导入通道9，负压导入通道开始于负压体4的孔5且在外侧结束于反向支承8的锥形侧面10，因此，孔5与包围反向支承的吸附区域11相连。反向支承8被一个基本成圆柱形的套筒12包围，该套筒可轴向移动地设置在反向支承8上。套筒在其前端部13具有变薄壁部14，因此在其端部13中的套筒壁15与在其后方的区域16的套筒壁相比逐步减薄。在此，端部13是在空间上与反向支承8的锥形结构7相匹配的区域。套筒12的端部13尤其是其内壁17与(由反向支承8的锥形侧面10限定)的锥形结构7一起构成吸附区域11，该吸附区域朝向元件2方向构成操纵工具1的保持开口18。保持开口18因套筒12在此呈圆柱形而呈圆形。反向支承8以其锥形结构7居中设置在保持开口18内，其中，反向支承8的锥形尖端19略微外突，就是说朝外超出由保持开口18构成的开口平面20。套筒12在反向支承8上的轴向可移动性受到一个可通过螺纹21且尤其是细螺纹22调节的行程限制套23的限制。行程限制套23安置在设于套筒12的后部区域16上的细螺纹22上并且通过细螺纹22可以轴向调整。行程限制套23基本呈环形地覆盖在反向支承8上，其中在反向支承8(即其反向支承外壁24)和行程限制套23之间形成调整间隙25。调整间隙25在一侧由与套筒12相连接的细螺纹22限定，而在另一侧在与细螺纹22相对的区域内由滑动贴靠在反向支承8或负压体4上的导环26限定。导环26在外侧就是说在其表面27支撑抵靠在螺旋压力弹簧28上，螺旋压力弹簧本身支撑在负压体4的压力支座29上，此压力支座例如可以作为圆柱形的负压体4的圆周扩大部30而构成。由此可得出，套筒12是通过行程限制套23由螺旋压力弹簧28加载弹簧力，从而套筒12在静止状态下(就是说当没有元件2通过负压被抓取时)力求与压力支座29保持尽量远的距离，其中在此尽量远的距离由限位套环31来给定。通过细螺纹22，可以精密地调整反向支承8超出保持开口18的程度。
如果现在通过孔5和负压导入通道9该吸附区域11施加负压PU并且将操纵工具1安放到元件2上，则保持开口18在放置瞬间被元件2封闭。在吸附区域11内，按照与通过孔5施加负压一样的程度形成负压PU，由此套筒12克服螺旋压力弹簧28的弹簧力，沿轴向移向压力支座29，并且元件2通过大于孔5内压力的环境大气压PE以及因而在吸附区域11内存在的负压PU被保持在保持开口18上。元件2通过作用于元件上的环境大气压PE在套筒12进一步略微轴向移动的情况下发生变形，从而在元件朝向在此未示出的基板的底面32上获得略微凸形构造，该凸形构造是由反向支承8的锥形尖端19产生，由于环境大气压PE和负压PU之间存在的压力比，锥形尖端略微超出在保持开口18中形成的开口平面20。在此，元件2的凸形变形造成元件的边缘区域33从元件2的最初的底面平面34抬起，元件2的底面32因此不再平坦。边缘区域33从底面平面34抬起因为反向支承8的锥形尖端19居中布置在保持开口18内而发生在元件2的各个方位上，因此，在现在将元件2的底面32搁置到未示出的基板上时，底面32首先是在一个基本居中设置在元件2上的隆起35处被放置，在此，将可能存在的夹杂气体向边缘区域33压出，从而在用操纵工具1放开元件2时，即消除负压PU时，通过套筒12由于被螺旋压力弹簧28加载弹簧力而相应向前滑动以及随之发生的元件2被推开脱离保持开口18，元件2从内(从隆起35开始)向外(朝向边缘区域33)被搁放到基板上。因此，实际上彻底排除了夹杂空气和/或凹穴的出现。
图2以局部视图表示图1所示反向支承8的一种实施方式，该反向支承包括可更换的反压尖端36。为了更加清楚起见而未示出操纵工具1的其余组成部分。倒圆的尖端37在此作为可更换的反压尖端36来形成，该反压尖端借助适当的紧固部38被安置到反向支承8或负压体4的孔5中。紧固部38在此被设计为插接紧固部39，不过，在此也可以想到设计成螺纹装置或类似的适当固定装置。反压尖端36具有负压导入通道9，其如在上述图1中那样被实施为局部贯穿反压尖端36，并且实现了反向支承8的孔5和包围反压尖端的吸附区域11之间的压力连通。在此，可更换的反压尖端36可以被设计成具有不同的形状和材料特性，以便能符合甚至是极其敏感的不同元件的特殊要求。而且，在出现磨损或损坏时可以简单廉价地替换可更换的反压尖端36，而不必更换整个操纵工具1或者至少更换负压体4。因此，获得了针对甚至是极其敏感的各种元件的非常多样的应用可能性，而且获得了很高的操纵工具1易维修性，因而显著降低了成本。
图3以放大简化图表示基板42表面41的局部40，在此未示出的元件2尤其是芯片3(在此同样未示出)已被搁置到该表面局部上。在基板42的表面41上，在表面43的中央处有散布的残余凹穴44(很夸张地示出)，该表面43对应于在此未表示的元件的延伸尺寸，这些单个的残余空穴共同形成空穴聚积区45。在采用在此未示出的本发明操纵工具1时，空穴聚积区45总是以这样的或类似这样的方式在表面43中央处形成，其中，这要归因于使用了在此未示出的反向支承8尤其是在此未表示的锥形尖端19和/或可更换的反压尖端36(在此未示出，对此参照图1和图2)。之所以在表面43中央处形成凹穴，是因为未示出的元件2在此位置上先接触基板42。一旦元件2被放置，则可能导致进一步形成凹穴和/或在基板42中产生其他夹杂物的气体可以在使用本发明操纵工具1时逃向表面外边缘46，从而不会在靠近表面外边缘46的区域内，或者在表面43上大面积地出现夹杂物和因此形成的残余凹穴44。有时，在使用本发明的操纵工具1时，也会形成其它的散布的小的残余凹穴44，它们在几何形状方面对应于套筒12(在此未示出)的端部13的几何形状。在此，形成了空穴环47(在此很夸张地示出套筒12的圆形形状)，在空穴环47中，散布的空穴按照对应于套筒形状的布局而形成。在该上下文中，术语空穴环47是指散布的残余凹穴44与未示出的操纵工具1所用的套筒12(未示出)的几何形状对应的任何几何形状。因此，得到对在此未示出的操纵工具1或本发明方法的使用来说总是独特的残余凹穴44的描绘。在此，各个残余凹穴44的布局总是对应于在未示出的操纵工具1中存在的几何形状，即尤其是用于可能的空穴环47的套筒12的几何形状或反向支承8的几何形状(尤其是可更换的反压尖端36或锥形尖端19；参照图1和图2)。从这样独特的残余凹穴44构造总能推断出使用了本发明的操纵工具1或者使用了本发明的元件操纵方法。也就是说，与在现有技术中发现的凹穴构造不同，在此会出现的(很少的)空穴构造具有特殊几何形状。这些空穴构造不符合随机分布，尤其没有在整个表面43上基本相同地分布。相反，残余空穴44在表面43上的聚积仅出现在这样的位置上，在这些位置上通过本发明的操纵工具1施加压力，即在套筒12的区域内(包括空穴环47构造)或者在反向支承8的区域内和/或在锥形尖端19的区域内或者在可更换的反压尖端36的区域内，通过基本在表面43的中央处形成空穴聚积区45。

Claims (11)

1.一种用于元件尤其是电子元件的操纵工具，包括能够被施加负压的保持开口，待操纵的元件能够依靠负压被保持在该保持开口上，其特征是，在所述保持开口(18)中设有至少一个反向支承(8)，该反向支承在工作位置上朝外突出于开口平面(20)。
2.根据权利要求1所述的操纵工具，其特征是，在所述反向支承(8)上，可轴向移动地支撑有具有所述保持开口(18)的套筒(12)。
3.根据前述权利要求之一所述的操纵工具，其特征是，所述套筒(12)能够克服弹簧力地轴向移动。
4.根据前述权利要求之一所述的操纵工具，其特征是，所述负压(PU)的大小能够借助控制装置单独尤其是根据元件来控制。
5.根据前述权利要求之一所述的操纵工具，其特征是，所述反向支承(8)被至少一个负压导入通道(9)贯穿。
6.根据前述权利要求之一所述的操纵工具，其特征是，所述反向支承(8)居中设置在所述保持开口(18)中。
7.根据前述权利要求之一所述的操纵工具，其特征是，所述反向支承(8)具有倒圆的尖端(37)尤其是锥形尖端(19)。
8.根据前述权利要求之一所述的操纵工具，其特征是，所述倒圆的尖端(37)是可更换的反压尖端(36)。
9.一种操纵元件尤其是电子元件的方法，包括以下步骤：
-依靠负压吸取元件并且通过负压保持元件；
-在所述元件被施加负压的表面的区域内支撑依靠负压来保持的元件，使该表面尤其是元件从负压侧看呈凹形弯曲。
10.根据权利要求9的方法，其特征是，所述元件贴靠在被施加负压的保持开口的边缘上，其中沿抽吸方向看，在贴靠点上游实现支撑。
11.根据权利要求9和10的方法，其特征是，能够可调地选择所述负压的大小。
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