CN110113931A - 确定电子元件取向的方法、传感器系统及装配机 - Google Patents

Abstract

本发明确定电子元件取向的方法、传感器系统及装配机，电子元件具有多个连接触点，该方法具有：（a）照亮该元件，使得来自元件的两个相对侧表面的倾斜照射方向的照明光线只入射到这两个侧表面之一上，根据待确定的取向只入射到该元件的下方表面或上方表面上；（b）拍摄该元件的图像，被照亮的表面至少在此图像中成像；（c）评估所摄图像是否存在明亮区域，明亮区域的基础分别是照明光线在连接触点之一上的反射；（d）如果存在至少一个这样的明亮区域，则评估所摄图像以获得该明亮区域相对于壳体的相对位置；（e）基于关于至少一个这样的明亮区域的存在的第一信息，和/或基于关于至少一个明亮区域的相对位置的第二信息，来确定该元件的取向。

Description

确定电子元件取向的方法、传感器系统及装配机

技术领域

本发明通常涉及制造装配技术这一技术领域，准确的说，涉及待装配到元件载体上的电子元件的光学测量。本发明尤其涉及用来确定电子元件的取向的方法和传感器系统，该电子元件具有从元件壳体中突出的弯曲的连接触点。此外，本发明还涉及一种具有传感器系统的自动装配机。

背景技术

元件载体与电子元件的自动装配典型地在具有装配头的自动装配机中进行，该装配头（i） 将待装配的元件从元件-供应装置的元件-拾取位置中拾取出来；（ii） 将拾取出来的元件传递到装配区域中，待装配的元件载体位于此装配区域中；以及（iii）在各预先设定的元件-安装位置将传递到该装配区域中的元件安放在该元件载体上。为了拾取该元件，典型的装配头应用了一个或多个元件-拾取装置，它们典型地构成为真空-抽吸夹具。

在装配工艺中通常还对相对于z-方向具有非对称连接结构的元件进行加工，沿着z-方向确定经装配的元件的高度。这意味着，只有当该元件以正常的取向安放在元件载体上时，该元件才能与设置在相关元件载体上的元件-连接面形成导电接触。在元件的取向错误（颠倒“upside down”）时，导电接口朝上并因此远离元件载体，因此不能朝相关的元件载体建立导电接触。

具有非对称导电连接结构的元件例如是包装在所谓的SOT（小外形晶体管SmallOutline Transistor）壳体中的元件。这种元件具有多个弯曲的导电连接触点，它们分别包括双重弯曲的金属条。金属条的上方平坦部段（典型的是，水平地）从壳体包装的上方区域中突出来，并且在上方弯曲部段处终止，该上方平坦部段与相关的经包装的芯片导电连接。（倾斜）朝上指且通常未弯曲的中间部段连接到此上方弯曲部上，该中间部段在下方弯曲部段处终止。金属条的（水平延伸的）下方平坦部段连接到此下方弯曲部段，其在元件装配时平放在预定的元件-连接面上，并且（在钎焊之后）朝元件载体的导体电路结构建立导电接触。

弯曲的导电连接触点在此文献中称为“鸥翼-连接触点”，或者用英文的且实践中常用的概念“鸥翼式（Gullwing）-连接触点”表示。除了上面提到的SOT壳体形状以外，具有这种“鸥翼式（Gullwing）-连接触点“的壳体形状例如还可以是以下壳体形式：DIP（双列直插式封装技术Dual in-line package）、SO（小外形封装small Outline）、 TSSOP（薄收缩小外形封装Thin-Shrink Small Outline Package）、QFP（四面扁平封装Quad FlatPackage）、 BQFP（保險桿四面薄型扁平接腳封裝Bumpered Quad Flat Package）、 TQFP（四面薄型扁平接腳封裝thin quad flat pack）、LQFP（薄型扁平Low-profile Quad FlatPackage）。

已公开的是，具有这种弯曲连接触点的电子元件在装配过程中必须以正确的取向安放在元件载体上，这些弯曲连接触点位于（铸造的）元件包装之外。在以错误取向装配的情况下，此时弯曲连接触点朝上并因此远离元件载体的表面，相关的元件不能与元件载体的导体电路结构电连接。

在典型的装配工艺中，这些元件（包装在所谓的元件带中）由构成为带式输送器的元件-供应装置传递到拾取位置中，并在该处被装配头拾取。但尤其对于较小的元件来说（其例如以所谓的SOT23壳体形状构成），在拾取过程中有时会出现这些元件以错误的“颠倒”取向被装配头的相关吸管拾取的情况。为了在这种情况下避免元件载体的错误装配，在装配工艺的范畴内必须可靠地识别出，这种设置有弯曲连接触点的元件被“颠倒”拾取了。如果是这种情况，则必须将该元件从该装配工艺中剔出。

通过评估灰度图像，能够以已知的方式实现元件的“颠倒”取向，该灰度图像是从由元件-拾取装置保持的元件（从下面）获得的。同样为此能够应用多个灰度图像，它们在不同的照明情况下（尤其从不同的照射方向）拍摄到。在评估该灰度图像时，（A）识别壳体上侧上是否存在标记，其中上侧这一概念涉及的是经装配的元件，不是涉及被元件-拾取装置保持的元件。备选的或组合的是，还能试图在评估灰度图像时识别弯曲电连接触点的弯曲类型、尤其是“弯曲方向”。

但具有弯曲连接触点的元件通常没有合适的标记，这些标记能够用来按原理（A）确定元件的取向。按原理（B）来识别弯曲类型很容易出错，因为灰度图像中的不同弯曲几乎是完全不同的。

由JP 2009 130034 A已知一种用来以光学方式识别电子元件的方法。在此，吸在吸管上的元件从（水平的）侧表面方向被照相机拍摄，以获得被吸住的元件的侧表面的图像。在此，对被吸住的元件的右端部或左端部的高度位置或者被吸住的元件的两个端部的高度位置以及其最下方端部的高度位置进行测量，并且从中计算出差值。根据该差值是否小于与元件前侧或背侧关联的识别阈值，来决定该元件被吸管接纳的取向。

本发明的目的是，能够简单且可靠地以光学方式确定具有弯曲电连接触点的电子元件的取向。

发明内容

此目的通过独立权利要求的内容得以实现。在从属权利要求中描述了本发明的有利的实施例。

按本发明的第一角度，描述了一种用来确定电子元件的取向的方法，该电子元件包括芯片、包围芯片的壳体以及多个接触该芯片的弯曲连接触点。这种元件的壳体具有（i）上方表面、（ii）与该上方表面相对而置的下方表面以及（iii）多个侧表面。各弯曲连接触点具有（i） 上方平坦部段，其在侧面表面之一上从壳体的上方部位中突出来；（ii）上方弯曲部段，其连接到上方平坦部段上；以及（iii）中间部段，其连接到上方弯曲部段并且在壳体之外从上方弯曲部段开始朝下延伸。按本发明的方法具有以下步骤：（a）照亮该元件，使得来自两个相对侧表面的倾斜照射方向的照明光线只入射到这两个侧表面之一上，根据待确定的取向只入射到该元件的下方表面或上方表面上；（b）尤其从拍摄方向拍摄（被倾斜照亮）的元件的图像，该拍摄方向至少几乎垂直于经照亮的表面，因此该被照亮的表面至少在此图像中成像；（c）评估所摄图像是否存在明亮区域，这些明亮区域的基础分别是照明光线在连接触点之一上的反射；（d）如果存在至少一个这样的明亮区域，则评估所摄图像以获得该明亮区域相对于壳体的相对位置；以及（e）基于关于至少一个这样的明亮区域的存在的第一信息，和/或基于关于至少一个明亮区域的相对位置的第二信息，来确定该元件的取向。

所述方法是以下面的知识为基础：在倾斜地且单侧地照亮该元件时，一部分照明光线在弯曲的电连接触点上这样反射，使得相应反射的光线入射到拍摄元件图像的照相机上。由于弯曲连接触点相对于元件的高度延伸部位是不对称的，所以这些反射是通过弯曲连接触点的这些表面区域产生的，即这些表面区域相对于产生照明光线的照明装置和照相机的位置这样取向，使得入射角=反射角这一条件成立。弯曲连接触点的所述非对称性的结果是，根据元件的各取向，（i）根本不存在这种满足入射角=反射角这一条件的表面区域，或者（ii）在所摄图像中存在着至少一个特别明亮的区域，其以这种反射为基础并且其相对于壳体的空间位置将元件的取向指示出来。在此有利的是，在所摄图像中不仅能看到明亮反射，还能看到壳体（相应较黑），因为随后能够在所摄图像中建立壳体和所述至少一个明亮反射之间的可靠空间关系。如果已知有关壳体位置的所谓“先验（a-priori）知识”，则不必也在所摄图像中识别元件的壳体。

尤其可考虑所述的上方弯曲部段作为产生明亮反射的表面区域，因为它由于其曲度具有大量不同的倾斜表面区域，这些表面区域通常具有至少一个满足入射角=反射角这一条件的表面区域。

在装配技术领域，典型的是，元件-拾取装置将待装配的元件的上方表面保持在其上，使得它们的下表面能够借助随后以正确的方式安放在待装配元件载体上。这意味着，在该元件的正确取向（对于正确装配来说）中该元件-拾取装置作用在该元件的上侧或上方表面上，并且在对于所述方法来说合适的测量站中由该元件-拾取装置接纳的元件在其下侧或下方表面上被照亮并且被照相机探测到，使得能够在所摄图像中识别到该元件的下方表面。在这种情况下，典型的是，该上方弯同部段的任何表面区域均不会倾斜到满足入射角=反射角这一条件的程度。这一点既适用于相对于（单侧定位的）照明装置位于壳体之前的（弯曲）连接触点，也适用于相对于（单侧定位的）照明装置位于元件壳体之后的（弯曲）连接触点。如果这些弯曲连接触点仅具有一个弯曲部段，即上方弯曲部段，则在该元件正确取向的情况下，在所摄图像中就识别不到明亮反射。与此相反，如果该元件（对于正确的装配来说）错误取向的情况下，则存在着至少一个连接触点（其尤其仅具有一个弯曲部段，即上方弯曲部段）的至少一个表面区域，该表面区域满足入射角=反射角这一条件并且在所摄图像中提供明亮反射。在这种情况下，明亮反射的存在已经指示了被元件-拾取装置接纳的电子元件的取向。

应指出，在大多数考虑用此文献描述的方法的元件中，连接触点不仅上有，还具有另一下方弯曲部段，其中上方弯曲部段的曲度与下方弯曲部段的曲度不同。典型的是，一个弯曲部段是凸起的，另一个弯曲部段是凹下的。在下面将详细讨论的这种更频繁出现的情况中，元件的正确和不正确的取向通常都会在所摄图像中引起至少一个明亮反射，共中该反射的相对空间位置指示了该电子元件的取向。

实施所述方法所需的照明装置能够是常规的照明装置，其以已知的方式用于自动装配机的光学测量站。在此只需注意，该照明装置这样配置或驱动，使得该元件只从一侧被倾斜地照亮。所需的照相机也能够是常规的照相机，其在已知的自动装配机中经常用于常规的位置测量。其优点是，能够借助已知的且久经考验的硬件执行在此文献中描述的方法，并且只需对测量站的处理器这样进行编程，使得能够以按本发明的方式对由照相机拍摄的图像进行评估。

该元件的连接触点优选以已知的方式通过相应弯曲的金属条构成，其表面具有高的反射率。照明光线的颜色或光谱能够可选地与此表面的反射情况相匹配。

那么，至少当不设置另外的（下方）弯曲部段时，各连接触点的中间部段优选以直线的方式从元件的上方区域延伸至一平面中并且在其上方或下方延伸出来，该平面与壳体的下方表面重合。只有这样才能确保，连接触点一直延伸到通过下方表面定义的平面之下，这对于经装配的电子元件在各元件载体上的可靠接触来说是必要的。如果该连接触点（如同借助本发明的实施例描述的一样）还具有另一（下方）弯曲部段，则只需将该另外的（下方）弯曲部段的端部以相应的程度在下方表面的平面下方突出来。

“芯片”这一概念在此文献中可理解为任意种类的半导体-零件，其源自分开的半导体晶片并且（还）未处于壳体或合适的包装中。（未封装的）芯片尤其能够是半导体芯片（英语“Die"）连同设置在它上面的集成电路。

在此文献中描述的方法的优点是，即使没有学习阶段并且没有预先输入某些特定应用参数，它也可以在确定元件取向时产生可靠和直观的结果。

按本发明的实施例，所述方法还具有：（a）借助元件-拾取装置、尤其是自动装配机的装配头的元件-拾取装置抓住该元件；以及（b）将抓住的元件传递到传感器系统的预设的探测区域中，该传感器系统具有用来产生照明光线的照明装置和用来拍摄图像的照相机。其优点是，能够在已知的自动装配机中执行所述方法，而是不必修改自动装配机，尤其不必修改自动装配机的相应光学测量站。

按本发明的另一实施例，弯曲连接触点还分别具有：（iv）下方弯曲部段，其连接到中间部段上；以及可选地（v）下方平坦部段，其连接到该下方弯曲部段上。在此实施例中，借助第二信息确定该元件的取向。

如果该连接触点具有至少两个（不同弯曲的）弯曲部段，则至少一个连接触点与该元件取向无关地具有至少一个适当取向的表面区域，该表面区域在所摄图像中引起了明亮反射，该连接触点在被照亮的元件侧表面上或在与之相对而置的侧表面上突出来。这意味着，在所有情况下均在所摄图像中存在着至少一个明亮反射。因此，所述方法能够以尤其高的可靠性来执行。

按本发明的另一实施例，如果在所摄图像中存在着明亮反射，该明亮反射相对于倾斜入射的照明光线位于壳体的后面，则在确定取向时假定该元件在元件载体上的后续安装过程中是正确取向的。备选的或组合的是，如果在所摄图像中存在着明亮反射，该明亮反射相对于倾斜入射的照明光线位于壳体的前面，则在确定取向时假定该元件在元件载体上的后续安装过程中是不正确取向的。在此，表述“壳体的后面”以及“壳体的前面”指沿着轴线的方向，该轴线由照明光线的在相关被照亮的（上方或下方）表面上的投影（照明方向）产生。在照相机的优选垂直的照明方向上，相应的平面（在正确的光学图像中，其获得元件的清晰图像）至少几乎相当于照相机的物体平面。

按本发明的另一实施例，该壳体具有边缘，该边缘是指被照亮的表面和（被照亮的）侧表面之间的边界，所述至少一个弯曲连接触点从该侧表面中突出来。此外，在拍摄图像时，该元件相对于照明光线的倾斜照明方向这样取向，即壳体的边缘与照明光线的倾斜照明方向围成一个角度，该角度在60°和90°之间的范围内，尤其在70°和90°之间的范围内，尤其在80°和90°之间的范围内。这清楚地指，当倾斜的照明光线投射在一个与被照亮表面重合的平面中时，具有至少一个弯曲连接触点的侧表面至少几乎在正面或垂直地被照亮。因此避免照亮无弯曲连接触点的侧表面。

上面提到的至少几乎从正面或垂直地照亮该至少一个弯曲连接触点，其优点是，反射到连接触点的适当取向的表面区域上的照明光线反射到照相机“里面”。换言之，避免了相关反射光线不入射到照相机中并因此不能被探测到的情况。这里描述的元件取向具有如下结果：利用该文献中描述的方法能够以尤其高的精度和可靠性性确定待确定的元件的取向。

应指出，在该上下文中，元件的取向是指与该元件围绕主轴线的旋转有关的取向。在此，该主轴线垂直于上方表面和/或下方表面。该主轴线尤其是用于上方表面或下方表面的中间垂直线。

按本发明的另一实施例，通过选择性地激活具有多个照明节段的照明装置的至少一个照明元件，实现该元件相对于照明方向的取向，在此取向中壳体的边缘至少几乎垂直于该照明方向。其优点是，电子元件不必为了调节到特别适合执行所述方法的取向而围绕其主轴线进行机械旋转。因为能够纯电动地并因此尤其快速地有选择性地适当激活照明装置，所以能够尤其快速地执行此文献中描述的方法。快速地进行光学测量以及在此额外地快速确定电子元件取向，是重要的前提条件，以便加速装配过程并因此提高自动装配机的装配功率。在此装配功率是指在预定的时间段内由自动装配机安放在元件载体上的元件数量。

按本发明的另一实施例，通过元件的旋转实现该元件相对于照明方向的取向，在此取向中壳体的边缘至少几乎垂直于该照明方向。其优点是，以简单的方式，例如通过激活用于元件-拾取装置的旋转驱动装置，能够建立壳体边缘相对于照明方向的期望的取向，该取向适合直观或较少出错地确定元件的取向。在此，该元件优选围绕其主轴线旋转，该主轴线如同上面描述的一样垂直于上方表面和/或下方表面，并且尤其是下方表面或下方表面的中间垂直线。该主轴线尤其能够与元件-拾取装置的纵向轴线平行，该元件-拾取装置抓住该元件或保持住此该元件。

按本发明的另一实施例，所述方法在照亮元件之前还具有：（a）拍摄该元件的另一图像；（b）评估该另外的图像，以便相对于该元件围绕着其主轴线的旋转来确定该元件的角度位置，该主轴线垂直于上方表面和/或下方表面，其中在所确定的角度位置的基础上实现该元件相对于照明方向的取向，在此取向中壳体的边缘至少几乎垂直于该照明方向。

直观地表达是，在此实施例中在确定该元件的取向之前，首先相对于围绕其主轴线的旋转来测量其（原始的）角度位置。该角度位置的准确识别则随后用来确定元件（围绕其主轴线）的旋转角度，以便将该元件带到期望的取向中，在此取向中该照明光线至少几乎垂直地或从正面入射到元件壳体的前述边缘上。

应指出，当然也可能出现的情况是，该元件的原始角位置已经使得该元件处于期望的取向中。在这种情况下，不需要进一步对准该元件。该另外图像的所述评估只用来验证元件相对于围绕其主轴线的旋转已经存在的至少近似的最佳取向。

按本发明的另一实施例，此方法在拍摄元件的另一图像时还包括：以至少一个任意照明方向借助另一照明光线另外地照亮该元件。其优点是，能够以简单的方式改进该所摄的另外图像的质量，并因此也改进该另外图像的评估，在确定元件取向时，这能够提高可靠性。

可以利用任何照明特性（例如关于照明装置和/或照明光线的照明颜色或光谱分布）进行该进一步的照明，该照明特性尤其适合照亮元件的表面，使得能够可靠地确定角度位置。在使用能够以不同照明角度照射元件的照明装置的情况下，特别是在使用具有多个照明元件的照明装置（这些照明元件在该元件上方围绕其主轴线呈环形分布），所有这些照明元件都能够被激活，以产生尽可能明亮的环境条件，以便确定该元件的角度位置，从而拍摄该元件的另外图像。

尤其在上面描述的实施例中，此时元件的期望取向通过元件的旋转实施，有利的是，该另外的照明光线具有与上述照明光线相同的照明特性。“照明特性”这一表述在此尤其指相对于下方表面或上方表面的照明角度，并且与元件的待定取向或实际取向无关。应用相同照明特性的优点是，该照明装置能够在器械方面以有利的方式实现。在许多情况下，该优点能够补偿于拍摄该另外图像而言不是最佳照明的潜在缺点。

按本发明的另一角度，描述了一种用来确定电子元件的取向的传感器系统，该电子元件包括芯片、包围芯片的壳体以及多个接触该芯片的弯曲连接触点。这种元件的壳体具有（i）上方表面、（ii）与该上方表面相对而置的下方表面以及（iii）多个侧表面。每个弯曲连接触点分别具有：（i）上方平坦部段，其在侧面表面之一上从壳体的上方部位中突出来；（ii）上方弯曲部段，其连接到上方平坦部段上；以及（iii）中间部段，其连接到上方弯曲部段并且在壳体之外从上方弯曲部段开始朝下延伸。所述传感器系统具有：（a）照明装置，用来照亮位于该传感器系统的探测区域中的元件，使得来自两个相对侧表面的倾斜照射方向的照明光线只入射到这两个侧表面之一上，根据待确定的取向只入射到该元件的下方表面或上方表面上；（b）照相机，用来尤其从拍摄方向拍摄（被倾斜照亮）的元件的图像，该拍摄方向至少几乎垂直于经照亮的表面，因此该经照亮的表面至少在此图像中成像；（c）数据处理装置，其接在照相机之后并且在程序技术方面这样设计，即（c1）用来评估所摄图像是否存在明亮区域，这些明亮区域的基础分别是照明光线在连接触点之一上的反射；（c2）如果存在至少一个这样的明亮区域，则评估所摄图像以获得该明亮区域相对于壳体的相对位置；以及（c3）基于关于至少一个这样的明亮区域的存在的第一信息，和/或基于关于至少一个明亮区域的相对位置的第二信息，来确定该元件的取向。

所述传感器系统也是以下面的知识为基础：在倾斜地且单侧地照亮该元件时，只有一部分照明光线出的通过直接的反射抵达照相机，这部分光线在连接触点的弯曲部段上反射，该弯曲部段仅位于元件的一侧上。也就是说，另一相对侧上的连接触点没有这样的表面区域，即该表面区域相对于发射照明光线的照明装置和照相机的空间位置具有符合入射角=反射角这一反射定律的取向。对于具有两个不同曲度的弯曲部段的连接触点来说，该传感器系统、尤其是照明装置和照相机的空间位置能够这样进行选择，使得壳体这一侧上的连接触点或壳体另一相对侧上的连接触点引起照明光线的直接反射，该照明光线入射到照相机上。在所摄图像中，由于只在壳体一侧上出现明亮反射，所以亮度差如此之大，以致通过简单的亮度对比就能可靠且直观地确定，对于后继的装配来说，该元件是否已在正确的取向或在错误的取向被装配头的元件-拾取装置接纳。

按本发明的实施例，照明装置包括：大量照明元件，如果该元件位于探测区域中，则这些照明元件根据元件的取向在元件的上方或下方在元件的主轴周围呈环状分布；以及（b）控制装置，其设计得能有选择性地激活单个的照明元件。其优点是，该照明光线不仅以倾斜的照明角度入射到壳体的下方表面或上方表面，而且能够通过适当地激活单个的照明元件如此调节倾斜照明的入射方向，使得壳体的边缘至少几乎垂直于照明方向，该边缘是指被照亮的表面和被照亮的侧表面之间的边界，所述至少一个弯曲连接触点从该侧表面中突出来。

直观地表达是，照明光线（根据元件的取向倾斜地从上方或倾斜地从下方）在正面入射到壳体的所述边缘上。这意味着，照明光线沿着一个方向发射出来，该方向平行于通过连接触点的曲度或弯曲定义的平面，或位于此平面中。因此，只要存在适当取向的弯曲部段，则以可靠的方式确保经反射的光线实际上也入射到照相机上。

应指出，环状照明装置的多个照明元件（它们空间上紧贴在一起）能够组合成照明节段，其中照明装置的不同照明节段能够由控制装置有选择性地激活或使之失效。

这些照明元件尤其能够借助发光二极管实现，它们具有效率高的优点。就照明元件的光色而言，能够根据壳体表面和/或弯曲连接触点的表面的光学特性，来选择照明光线的合适的光谱分布。

按本发明的另一实施例，该照明装置这样进行配置，即照明光线以至少一个预定的角度入射到位于探测区域中的元件的下方表面或上方表面上，其中该角度处于40°至80°、尤其50° 至70°、更尤其55°至65°的角度范围内。其优点是，根据该元件的具体结构形状，能够大大减少相对于照明在元件背侧上的阴影效果，因此在这两种可能的元件取向情况之一中（尤其在对后续装配来说正确的取向情况下），位于此背侧上的连接触点也会在照相机中引起照明光线的直接反射。因此在所摄图像中借助其明亮反射总是识别到至少一个连接触点，其相对于壳体的空间位置（在所摄图像中）对于元件的取向来说是明确的。在此上下文中还需注意，只在元件两侧的一侧上识别到至少一个明亮反射，另一侧上没有明亮反射。因此能够以尤其高的可靠性确定元件的取向。

按本发明的另一实施例，该照明装置这样配置，即发射具有不同光谱分布的照明光线。此外，该照相机是光谱分辨的照相机，并且数据处理装置在程序技术方面配置地这样对所摄的图像这样进行评估，使得第一信息包括一个或多个第一光谱的局部信息和/或第二信息包括一个或多个第二光谱的局部信息。“不同光谱分布的照明光线”这一表述涉及时间和/或空间。

“不同光谱分布的照明光线”这一表述在此上下文中尤其指，该照明光线在一时间点具有第一光谱分布，而在随后的第二时间点具有与此不同的第二分布。其作用例如能够是，给同一个元件拍摄不同颜色的图像，并且在确定元件的取向时，使用那个相对于特定取向提供了可靠结果的彩色图像。备选地，还能一起评估不同的彩色图像。

“不同光谱分布的照明光线”这一表述在此上下文中尤其指，照明装置的不同照明元件或照明节段发出不同光谱的光线，这些照明元件或照明节段尤其能够相互独立地激活。例如在三个照明节段中，具有红色（单色）的节段、具有绿色（单色）的第二节段以及具有蓝色（单色）的第三节段倾斜地照亮该元件。那么，该光谱分辨照相机能够通过将颜色通道分离到不同的节段（并因此分配到不同的照明方向）来分配所产生的不同（颜色的）反射。这意味着，例如，如果例如“红色”照明节段相对于上述边缘从适当的方向照亮该元件，则仅可以观察到相机图像的红色通道，并且对于该颜色通道来说能够实现期望的倾斜的、单侧的（红色）照明，这是确定元件方向所必需的。

按本发明的另一角度，描述了一种自动装配机，其用来自动地给元件载体装配电子元件。描述的自动装配机包括（a）装配头，其（a1）分别用来从元件-供应装置的拾取元件-拾取位置拾取元件；（a2）用来将拾取的元件传输到装配区域中；以及（a3）用来将传输过来的元件安放在位于装配区域中的元件载体上；和（b）上述类型的传感器系统，其用来确定被装配头接纳的电子元件的取向。

所述自动装配机是以下面的知识为基础：上述传感器系统以有利的方式应用在装配技术中。通过可靠地确定被接纳的电子元件的取向，即通过将错误取向的元件从装配工艺中移除，能够避免元件载体的错误装配。

应指出，本发明的实施例已参照不同的发明内容进行描述。尤其描述了本发明的具有装置权利要求的几个实施例，并且描述了本发明的具有方法权利要求的其它实施例。对于专业人员来说在阅读该申请时能够立即明白，如果没有另外的详细说明，则除了这些属于这类发明内容的特征组合以外，还可能实现这些特征的任意组合，这些任意的特征组合属于其它类型的发明内容。

本发明的其它优点和特征从目前优选的实施例的以下示例性描述中得出。本文件的单个附图只是未意性的并且比例是不正确的。

附图说明

图1示出了具有SOT壳体包装的电子元件，该SOT壳体包装是各种壳体包装中的一种，在此文献中描述的方法可用于这种SOT壳体包装。

图2a和2b分别示出了按本发明实施例的传感器系统，其中图2a示出了位于正确装配取向中的元件的测量，图2b示出了位于错误取向中的元件的测量。

图3a和3b示出了两个以倾斜角度被照亮的元件的图像，其中对于元件载体的后继装配来说，一个元件是正确取向的（图3a），而另一元件是错误取向的（图3b）。

图4以平行于传感器系统的照相机的光学轴线的视线方向示出了传感器系统。

图5a-5c分别示出了环状照明装置的经激活的节段的图像。

图6示出了以倾斜角度被适当激活的照明节段照亮的元件。

附图标记说明

190电子元件

192壳体

194弯曲连接触点

200传感器系统

210照明装置

210a照明光线

220照相机

225数据处理装置

280装配头

285元件-拾取装置

225数据处理装置

294a上方平坦部段

294b上方弯曲部段

294c中间部段

294d下方弯曲部段

294e下方平坦部段

298a表面区域

298b表面区域

350a图像（错误取向的元件）

350b图像（正确取向的元件）。

具体实施方式

应指出，在下面的详细描述中不同实施例的特征或部件（它们与其它实施例的相应特征或部件相同或者至少功能相同）设置有相同的参考标记或者不同的参考标记，所述参考标记在最后两个字母上与相同的或至少功能上相同的特征或部件的参考标记相同。为了避免不必要的重复，已经借助前面描述的实施例阐述的特征或部件在后面不再详细阐述。

图1示出了具有壳体192的电子元件190，该壳体以所谓的SOT壳体包装实现。这种壳体只是不同的壳体包装种类中的一个例子，借助它能够执行在此文献中描述的方法。按此处所示的实施例，该元件190是指晶体管，其在两个相对而置的侧表面上具有弯曲连接触点194。在此，这些连接触点194中的两个设置在这两个所述侧表面中的第一个侧表面上，第三连接触点194设置在与此第一侧表面相对而置的第二侧表面上。

应指出，在此处描述的实施例中，该元件190的总共四个侧表面原本是由两个“下方部件表面”(Unterteilflächen)构成的，它们容易相互“弯曲”。但该轻微的“弯曲”对于下面详细描述的方法并不重要。这两个下方部件表面分别能够看作是共同的侧表面。

图2a和2b分别示出了按本发明实施例的传感器系统200。图2a示出了在测量元件190时的传感器系统200，该元件被装配头280的元件-拾取装置285保持在一个取向中，该取向可使元件190正确地装配到未示出的元件载体上。与此相反，在图2b中被元件-拾取装置285保持的元件190处于错误的（所谓的“颠倒”）取向中。该元件在元件载体上的装配可能是错误的，因为该元件190可能借助其上侧放置在元件载体上，因此不能接触该电子元件190。

传感器系统200包括照明装置210，其发出照明光线210a。如同从这两个图2a和2b所示的一样，该照明光线210以倾斜的角度入射到元件190的壳体192上。在元件190的取向正确时，该照明光线210a入射到壳体192的下方表面上。如果元件190的取向对于后继装配来说是错误的，则该照明光线210a（同样以倾斜的角度）入射到壳体192的上方表面上。对于在此文献中描述的发明来说最重要的是，倾斜的照明光线210a只从侧面或从一个方向入射到元件190上。因此，在此文献中相应的照明也称为（单侧）倾斜照明。

传感器系统200还具有照相机220，其对元件190进行探测。该照相机接在数据处理装置225的后面。借助该数据处理装置225，对从单侧且以倾斜角度被照亮的元件190的由照相机220拍摄的图像进行评估。随后借助图3a和3b对所述评估进行阐述。

从这两个附图2a和2b中还可看到与弯曲连接触点194的形状。这种连接触点194具有在此非常短的上方平坦部段294a，其从壳体192的相应侧表面中突出来。该上方平坦部段294a连接到上方弯曲部段294b，其又过渡到中间部段294c。该中间部段294c的作用是，各连接触点194一直“往下延伸”到元件190的下方表面之下，这对于元件190在元件载体上的正确接触来说是必要的。对于在此描述的元件190来说，下方弯曲部段294d连接到该中间部段294c上，该下方弯曲部段过渡到下方平坦部段294e，该下方平坦部段是指各连接触点194的“下方端部”。对于经装配的元件190来说，该下方平坦部段平放在元件载体的表面。

这些弯曲的连接触点194由金属材料制成，尤其由弯曲的金属条制成。因此，它们对于照明光线210a来说具有强烈的映射或反射特性。结果，相对于入射照明光线210a和照相机220的预定位置，反射定律“入射角=反射角”适用于该弯曲连接触点194的所有这些会引起反射的表面区域，该反射在由照相机220探测到的图像中可视为明亮区域。

从弯曲连接触点194的相对于元件190的高度坐标非对称的形状中，可以看出，当元件190正确定位时，在所摄图像中只能从壳体192的右边看到至少一处明亮反射。相应的弯曲连接触点194的表面区域在图2a中用参考标记298a标出。在该元件190正确取向时，该表面区域298a从属于弯曲连接触点194的下方弯曲部段294d。对于在图2b中示出的错误取向的元件190来说，相应的表面区域用参考标记298b标出，其在照相机图像中产生明亮反射。在错误取向的元件190中，该表面区域298b从属于上方弯曲部段294b。

直观地表达是，在元件190正确定位时（图2a），位于壳体292右边的至少一个连接触点194借助所摄图像中的明亮反射进行识别，该反射是由下方弯曲部段294d引起的。在错误取向的元件190中（图2b），相应地只能识别到位于壳体192左边的那个弯曲连接触点194。在错误取向的元件190中，这些明亮反射分别由上方弯曲部段294b产生。通过壳体192右边或左边的至少一个明亮光反射的位置（其与元件190的取向有关），能够（以可靠的方式）确定该元件190的取向。

图3a和3b示出了两个以倾斜角度被照亮的元件的图像。图3a示出了图像350a，在此图像中在下方区域中可看到两处明亮反射。该图像350a的上方区域中没有特别的明亮区域。该图像350a因此相当于一个元件，其对于元件载体的后继装配来说是正确取向的。图3b示出了图像350b，在此图像中在上方区域中可看到两处明亮反射。该图像350b的下方区域中没有特别的明亮区域。该图像350b因此相当于一个元件，其对于后继装配来说是错误取向的。

图4沿观察方向示出了传感器系统200，该观察方向平行于传感器系统200的照相机的光学轴线，具有正方形CCD芯片的照相机位于传感器系统200的中间。该照相机的光学轴线垂直于图面。在照相机的周围设置有对于本发明来说并不重要的照明装置，其光源位于近似正方形的结构中，该结构对称地设置在光学轴线的周围。在该照明装置的周围，与光学轴线同心地设置有对本发明来说至关重要的照明装置。

按此处所示的实施例，该照明装置还具有多个节段。每个节段又具有多个构成为LED的照明元件。相对于图2a和2b中的视图该照明装置是环状的照明装置，其节段在待测量元件的下方或上方在其主轴线或光学轴线的周围呈环形分布。通过有针对性地激活单个节段，能够从特定的方向或特定的方向范围产生本发明所需的倾斜照明。但图2a和2b也能够这样进行阐述，即在此只示出了环状照明装置的经激活的照明节段。

图5a和5c分别示出了环状照明装置210的经激活的节段的图像。在相应的激活情况下，每个节段均从特定的方向倾斜地照亮该元件。如果这些连接触点（在图面上看）被从前面照亮，这些连接触点位于元件的侧面上或元件壳体的相应侧表面上，则能够以最可靠的方式确定元件的取向。

图6示出了元件190，其以倾斜的角度被照明节段照亮。在此激活这样的照明节段，和/或使由未示出的元件-拾取装置保持的元件围绕着轴线垂直于图面旋转到这样的角度位置中，使得这两个连接触点在壳体的一侧上从前方被照亮。这一点在图5中通过两个相互平行的虚线示出。这两个虚线偏置的原因是，该元件不是精确地在传感器系统的中心位于照相机的光学轴线上。

Claims (14)

1.一种用来确定电子元件（190）的取向的方法，所述电子元件包括芯片、包围芯片的壳体（192）以及多个接触该芯片的弯曲连接触点（194），其特征在于：

其中，该壳体具有（i）上方表面、（ii）与该上方表面相对而置的下方表面以及（iii）多个侧表面，并且：

其中，各弯曲连接触点（194）分别具有（i）上方平坦部段（294a），其在侧面表面之一上从壳体的上方部位中突出来；（ii）上方弯曲部段（294b），其连接到上方平坦部段（294a）上；以及（iii）中间部段（294c），其连接到上方弯曲部段（294b）并且在壳体（192）之外从上方弯曲部段（294b）开始朝下延伸，所述方法具有：

照亮该元件，使得来自两个相对侧表面的倾斜照射方向的照明光线（210a）只入射到这两个侧表面之一上，根据待确定的取向只入射到该元件（190）的下方表面或上方表面上；

拍摄该元件（190）的图像（350a、350b），因此至少该被照亮的表面在该图像（350a、350b）中成像；

评估所摄图像（350a、350b）是否存在明亮区域，这些明亮区域的基础分别是照明光线（210）在连接触点（194）之一上的反射；

如果存在至少一个这样的明亮区域，则评估所摄图像（350a、350b）以获得该明亮区域相对于壳体（192）的相对位置；以及

以及基于关于至少一个这样的明亮区域的存在的第一信息，和/或基于关于至少一个明亮区域的相对位置的第二信息，来确定该元件（190）的取向。

2.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，该方法还具有：

借助元件-拾取装置（285）、尤其是自动装配机的装配头（280）的元件-拾取装置（285）抓住该元件（190）；以及

将抓住的元件（190）传递到传感器系统（200）的预设的探测区域中，该传感器系统具有用来产生照明光线的照明装置（210）和用来拍摄图像（350a、350b）的照相机（220）。

3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：

每个弯曲连接触点（194）分别还具有：（iv）下方弯曲部段（294d），其连接到中间部段（294c）上；以及可选地（v）下方平坦部段（294e），其连接到该下方弯曲部段（294d）上，并且其中

借助第二信息确定该元件（190）的取向。

4.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于：

如果在所摄图像（350a）中存在着明亮反射，该明亮反射相对于倾斜入射的照明光线（210a）位于壳体（192）的后面，则在确定取向时假定该元件（190）在元件载体上的后续安装过程中是正确取向的，

如果在所摄图像（350b）中存在着明亮反射，该明亮反射相对于倾斜入射的照明光线（210a）位于壳体（192）的前面，则在确定取向时假定该元件（190）在元件载体上的后续安装过程中是不正确取向的。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于：

该壳体（192）具有边缘，该边缘是指被照亮的表面和侧表面之间的边界，所述至少一个弯曲连接触点（194）从该侧表面中突出来，

在拍摄该图像（350a、350b）时该元件（190）这样取向，即该边缘与照明光线（210a）的倾斜照明方向围成一个角度，该角度在60°和90°之间的范围内，尤其在70°和90°之间的范围内，尤其在80°和90°之间的范围内。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

通过选择性地激活具有多个照明节段的照明装置（210）的至少一个照明元件，实现该元件（190）相对于照明方向的取向，在此取向中壳体（192）的边缘至少几乎垂直于该照明方向。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

通过元件（190）的旋转实现该元件（190）相对于照明方向的取向，在此取向中壳体（192）的边缘至少几乎垂直于该照明方向。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，还具有：在照亮该元件（190）之前拍摄该元件（190）的另一图像；

评估该另外的图像，以便相对于该元件（190）围绕着其主轴线的旋转来确定该元件（190）的角度位置，该主轴线垂直于上方表面和/或下方表面，其中在所确定的角度位置的基础上实现该元件（190）相对于照明方向的取向，在此取向中壳体（192） 的边缘至少几乎垂直于该照明方向。

9.根据上述权利要求所述的方法，其特征在于，还具有：在拍摄该元件（190）的另外图像时，

在具有另一照明光线的至少一个任意照明装置的下方另外地照亮该元件（190）。

10.一种用来确定电子元件（190）的取向的传感器系统（200），所述电子元件包括芯片、包围芯片的壳体（192）以及多个接触该芯片的弯曲连接触点（194），其特征在于：

其中，该壳体（192）具有（i）上方表面、（ii）与该上方表面相对而置的下方表面以及（iii）多个侧表面，

其中每个弯曲连接触点（194）分别还具有：（i）上方平坦部段（294a），其在侧面表面之一上从壳体（192）的上方部位中突出来；（ii）上方弯曲部段（294b），其连接到上方平坦部段（294a）上；以及（iii）中间部段（294c），其连接到上方弯曲部段（294b）并且在壳体（192）之外从上方弯曲部段（294b）开始朝下延伸，所述传感器系统（200）具有：

照明装置（210），用来照亮位于该传感器系统（200）的探测区域中的元件（190），使得来自两个相对侧表面的倾斜照射方向的照明光线（210a）只入射到这两个侧表面之一上，根据待确定的取向只入射到该元件（190）的下方表面或上方表面上；

照相机（220），用来拍摄该元件（190）的图像（350a、350b），因此至少该被照亮的表面在该图像（350a、350b）中成像；

数据处理装置（225），其接在照相机（220）之后并且在程序技术方面这样设计，即

评估所摄图像（350a、350b）是否存在明亮区域，这些明亮区域的基础分别是照明光线在连接触点（194）之一上的反射；

如果存在至少一个这样的明亮区域，则评估所摄图像（350a、350b）以获得该明亮区域相对于壳体（192）的相对位置；以及

以及基于关于至少一个这样的明亮区域的存在的第一信息，和/或基于关于至少一个明亮区域的相对位置的第二信息，来确定该元件（190）的取向。

11.根据上述权利要求所述的传感器系统（200），其特征在于：

所述照明装置（210）具有：

大量照明元件，如果元件（190）位于探测区域中，则这些照明元件根据元件（190）的取向在元件（190）的上方或下方在元件（190）的主轴周围呈环状分布；以及

控制装置，其设计得能有选择性地激活单个的照明元件。

12.根据上述权利要求所述的传感器系统（200），其特征在于：

其中所述照明装置（210）这样配置，

即照明光线（210a）以至少一个预定的角度入射到位于探测区域中的元件（190）的下方表面或上方表面上，其中该角度处于40°至80°、尤其50°至70°、更尤其55°至65°的角度范围内。

13.根据上述两个权利要求至中任一项所述的传感器系统（200），其特征在于：该照明装置（210）这样配置，即发射具有不同光谱分布的照明光线（210a），该照相机（220）是光谱分辨照相机，

并且数据处理装置（225）在程序技术方面配置地这样对所摄的图像（350a、350b）进行评估，

使得第一信息包括一个或多个第一局部信息和/或

第二信息包括一个或多个第二局部信息。

14.一种用来自动地给元件载体装配电子元件190的自动装配机，其特征在于，该自动装配机具有：

装配头（280），

用来分别从元件-供应装置的拾取元件-拾取位置取下该元件（190），

并且用来将取下的元件（190）传输到装配区域中，

并且用来将传输过来的元件（190）安放在位于装配区域中的元件载体上；以及

根据上述三个权利要求至中任一项所述的传感器系统（200），用来确定由装配头（280）接纳的电子元件（190）的取向。