CN116782625A - 用于为自动装配机提供晶片的设备和方法以及装配系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述一种用于为自动装配机提供带有零散芯片的晶片的设备。该设备包括：(a)接纳装置，用于接纳所提供的晶片以通过自动装配机的装配头移取芯片；(b)具有多个存储位的存储装置，用于容纳各个晶片；以及(c)晶片输送装置，用于在存储装置与接纳装置之间输送晶片。晶片输送装置至少具有第一输送位和第二输送位，且配置为首先可将第一晶片从接纳装置转移到第一输送位并然后可将第二晶片从第二输送位转移到接纳装置。本发明还描述了一种用于提供晶片的方法以及一种用于为元件载体装配芯片的系统，其包括这种用于提供晶片的设备。

Description

用于为自动装配机提供晶片的设备和方法以及装配系统
技术领域
本发明总体上涉及通过自动装配机为元件载体装配电子元件的技术领域。本发明特别地涉及将电子元件直接从晶片供给到自动装配机。本发明具体地涉及一种用于为自动装配机提供带有零散芯片的晶片的设备及方法。本发明还涉及一种用于为元件载体装配芯片的系统，该系统具有这种用于提供晶片的设备。
背景技术
几乎每种电子设备中均包含电子元件组的制作，其中包括为元件载体(例如印刷电路板)装配电子元件。元件载体不仅代表元件的机械承载结构，它还包含大量的电触头(即所谓的焊盘)以及连接到焊盘的导体线路，装配后的元件采取适当方式电气“接线”到这些导体线路。
通常在自动装配机中装配元件载体，该自动装配机具有至少一个元件供应装置、装配头和用于元件载体的输送系统。在装配作业期间，装配头拾取由元件供应装置在拾取位置提供的元件，并将该元件放置于元件载体上的指定位置，在装配前通过输送系统将元件载体带入自动装配机的装配区域中，并在至少部分装配后从装配区域中取出元件载体，以便将至少部分装配后的元件载体供应给进一步的处理过程。这种进一步的处理过程可以例如是在下游自动装配机中进一步装配或将装配后的元件焊接到相应的电连接触头，通常在所谓的回流炉中进行这一过程。
目前，一般是通过元件带将元件传送到提供位置。在元件带中，大量元件保存在各个凹口中，这些凹口又称为元件带袋口。通过接合到元件带的侧向穿孔中的可旋转针轮将元件带逐渐朝向提供位置的方向输送。在该提供位置，装配头从元件带袋口中取出相关的元件。通过切割装置将采取这种方式清空元件的元件带部段从剩余的元件带上切下并送往废物处理。然而，将元件封装在元件带中相对繁复。此外，封装在元件带中的元件占用大量空间，废物处理不仅体积庞大且成本高昂，而且对环境造成负担。
构造为半导体芯片的电子元件也可以直接由晶片供应，以避免元件带的上述缺陷。就此而言，晶片是一种除了实际晶片(即由半导体材料制成的盘片)还包括膜和框的布置，其中框张拉膜并且实际晶片粘附到膜上。这种(粘附)膜通常又称为“晶片膜”。粘附在箔上的晶片也会已经散离(通过锯切工艺)，使得多个单独的半导体芯片粘附在箔上。这种由框、膜和零散的半导体芯片组成的布置通常又称为“晶片膜框”。另外，就此而言，晶片或“晶片膜框”也可以是所谓的“重组晶片(Reconstituted Wafer)”，其中在装配到膜上之前已经将有缺陷的芯片或一定公差外的芯片分拣出来。通过张拉粘附膜，零散的半导体芯片可以被略微“拉开”并被元件保持装置拾取，例如装配头的所谓吸移钳。可以由喷射器支持半导体芯片的拾取，该喷射器通过至少一根针刺穿粘附膜或至少将粘附膜拱起，使得相关的半导体芯片在粘附膜上的附着力降低。
然而，由于晶片通常仅包含一种类型的电子元件或半导体芯片，而电子元件一般却有许多不同的元件，因此例如在将大约25个到1000个半导体元件放置在更大的元件载体上之后，需要在自动装配机中将带有第一种类型元件的晶片置换成带有第二种类型元件的其他类型晶片。在这样的置换期间，装配作业中断，因此这种置换应尽可能快地完成以免降低装配性能。
本发明的目的是能够直接从晶片尽可能无中断地供应不同的半导体元件。
发明内容
本发明用以达成上述目的的解决方案为独立权利要求的主题。本发明的有利实施方案参阅从权利要求。
根据本发明第一方面，描述了一种用于为自动装配机提供带有零散芯片的晶片的设备。所述设备包括：(a)接纳装置，用于接纳所提供的晶片以通过自动装配机的装配头移取芯片；(b)具有多个存储位的存储装置，用于容纳各个晶片；以及(c)晶片输送装置，用于在存储装置与接纳装置之间输送晶片。晶片输送装置至少具有第一输送位和第二输送位，且配置为首先可将第一晶片从接纳装置转移到第一输送位并然后可将第二晶片从第二输送位转移到接纳装置。
所述晶片提供设备是基于以下认识：在已移取第一晶片之后，在晶片输送装置中“预备”第二晶片，从而能够特别快速地或无严重时滞地将第二晶片引入到接纳装置中。这样，移取芯片以及自动装配机的整个装配作业必须中断的晶片更换时间就能保持极短。直接结果是能够提高自动装配机的装配性能。就此而言，术语“装配性能”是指装配头可在特定的时间段(例如1小时)内拾取并放置到元件载体上预定装配位置的芯片数目。
根据所使用的装配工艺，可以顺序移取芯片，即先后移取芯片，也可以并行移取芯片。在平行移取中，同时移取至少两个芯片，特别是可以使用所谓的多重装配头来完成，该多重装配头具有两个或更多个芯片保持装置，这些芯片保持装置可以(特别是通过负压)保持各个芯片。
在上述内容中，第一晶片是在晶片更换之前(前一刻)为装配过程提供元件的晶片。
(A)在第一种类型的晶片更换中，第一晶片至少近乎完全清空了芯片。第二晶片则通常包含相同类型的芯片。当晶片更换的同时需要自动装配机装配一种新类型的芯片，则第二晶片只会包含不同类型的芯片。
(B)在第二种类型的晶片更换中，第一晶片仍然包含一些未完全清空的芯片。一般是因为进一步的装配过程需要不同类型的芯片才会更换晶片。由于新的晶片通常包含非常多个芯片，因此实践中绝大多数情况下会发生第二种类型的晶片更换。于是，可以将未“用尽”的第一晶片存入存储装置中，必要时可以在更晚的时机再次使用，即引入接纳装置。
正如上述，在本文中，晶片尤指所谓的晶片膜框，根据应用情形，该晶片膜框在其粘附膜上具有(i)通过锯切工艺散离的半导体芯片或(ii)贴装的半导体芯片。具有(选取)装配的半导体芯片的晶片膜框通常又称为人造晶片。又如上述，晶片或晶片膜框还包括张紧弹性膜的框结构。晶片膜框的框结构可以特别是免于不必要高度膨胀的扁平金属框，也可以保证晶片膜框能轻松安全地操纵。这种操纵可以例如通过机械臂或明显更简单的操纵装置来进行，该操纵装置通过夹具夹持所述框结构，并通过适当的运动使晶片或晶片膜框，例如，仅沿预定方向平移。
本文中描述的技术主要涉及操纵晶片膜框，而非处理半导体晶片(盘片)。因此，本文中一般仅用更简明的术语“晶片”来表示“晶片膜框”。
在本文中，芯片是指任何可从晶片上移取的可装配电子元件。芯片特别是一种未封装或“裸露”的电子元件，它基本上由半导体材料构成并与同一个半导体晶片上的其他芯片一起被处理或制造。除了原始晶片的半导体材料外，芯片还可以具有金属连接触点，在适当后处理的环境下，这些触点是同时针对晶片的所有芯片而形成。在球形连接触点的情形下，芯片则可特别是未封装的所谓倒装芯片球栅阵列(Flip Chip Ball Grid Array，简称FCBGA)。此外，芯片还可以具有电镀的凸起连接触点，这些触点还包含适当的导电和导热接合材料(焊料)。一般此类元件称为芯片级封装(Chip Scale Packages，简称CSPs)。将未封装的芯片装配在例如印刷电路板(PCB)等元件载体上之后，装配后的芯片必要时则可通过适当的涂层和/或灌封化合物来保护免遭有害的环境影响。就此更广义而言，灌封化合物也可以是在装配元件下方引入的底填材料(Underfill Material)。
所述晶片输送装置也可以视为一种(移动式)缓存装置，使得上述第二晶片可以紧邻接纳装置的位置保持准备就绪。在已移取至少部分耗用的第一晶片之后，更准确而言在已将第一晶片传送到第一输送位之后，可以非常快速地将新的第二晶片从第二输送位传送到接纳装置。可以采取公知方式例如通过机械夹紧框结构而将相应的晶片固定于接纳装置之中或之上。
与使用传统的机械臂在存储装置与接纳装置之间传送单个晶片相比，通过利用所述晶片输送装置，也可以使用特别大型的存储装置，与之相关的平均更长的输送路线不会导致不理想地延长晶片更换时间。当然，在根据本发明的设备中，关于可同时存储的晶片数目而言高容量的大型存储装置自然也会导致平均更长的输送路线，因为必须从许多不同的存储位(通常竖向间隔)拾取晶片。然而，由于上述缓存功能，当仍在装配第一晶片的芯片时，晶片输送装置已经可以事先拾取第二晶片。在此装配期间所经过的输送距离自然不会影响晶片更换时间，而这与装配作业的中断有关。
根据本发明实施例，晶片输送装置配置为可在每个存储位与第一输送位之间转移晶片。替代地或组合地，可在每个存储位与第二输送位之间转移晶片。简而言之，至少两个输送位中的每一个均可到达每个存储位来进行晶片转移。这样，在第一输送位上输送何种具体(类型)晶片以及第二输送位上输送何种具体(类型)晶片的选择方面不做任何限制。关于在接纳装置中提供特定类型的晶片，所述晶片提供设备即可以最高的灵活性应用。
根据本发明另一实施例，第一输送位和第二输送位配置为(i)使得第一晶片在第一输送位处的第一定向平行于第二晶片在第二输送位处的第二定向，且(ii)使得两个输送位(仅)垂直于两个晶片的主平面错置。
简而言之，在本实施方案中，晶片输送装置构造为两个晶片若同时位于相应的输送位处则上下布置。这对应于堆叠形式的“间隔”布置，有利地允许晶片输送装置实现紧凑的构型。
在本发明中，主平面是指相关晶片沿其具有最大伸展范围的平面。主平面尤其是由上述代表两个晶片组成部分的弹性粘附膜决定。
所述堆叠状布置的优势在于，通过简单地移位晶片输送装置，可以选择性将第一输送位或第二输送位与接纳装置对准。晶片与相关存储位之间的实际转移即可通过相应晶片主平面内的简单纯平移运动来实现。
根据本发明另一实施例，所述设备还包括移位装置，该移位装置耦合到晶片输送装置且配置为使晶片输送装置沿第一方向平移，从而可到达存储装置的各个存储位以在存储装置与晶片输送装置之间转移晶片。这有利地允许晶片输送装置轻松接近各种不同的存储位。特别是使用简单的轨道系统便可足以允许晶片输送装置能够到达各种不同的存储位。
根据本发明另一实施例，第一方向垂直于第二方向，沿着该第二方向在晶片输送装置与接纳装置之间转移晶片。一方面，这有利地允许存储装置中容纳大量晶片，而自动装配机旁的一侧则无需特别大的空位或安装空间。另一方面，在晶片输送装置与接纳装置之间进行转移必须经过的距离可以保持较短。这样就能实现极短的晶片更换时间。
根据本发明另一实施例，第一方向为垂直z-方向，第二方向为水平x-方向。这样的优势在于，相应的晶片供应到接纳装置中的第二方向，该第二方向垂直于典型的(垂直)芯片移取方向，自动装配机的装配头沿着芯片移取方向移取芯片，之后装配头将相应的芯片输送到自动装配机的装配区中，该装配区中存在待装配的元件载体。在此情形下，采取公知方式，通过相应装配头的元件或芯片保持装置的平移运动方向来确定芯片移取方向。所述沿水平x-方向的晶片转移就有利地实现了沿x-方向引入接纳装置(当然也是从接纳装置中移取晶片)与沿z-方向从引入的晶片移取芯片之间一定程度的解耦。这样就能保证特别是将芯片供应给自动装配机期间的高度工艺可靠性。
根据本发明另一实施例，所述设备还包括输送装置，该输送装置配置为(i)在晶片输送装置与存储装置之间转移晶片和/或(ii)在晶片输送装置与接纳装置之间转移晶片。
关于晶片输送装置与存储装置之间的转移，转移装置优选地与晶片输送装置相关联。这就表明，当晶片输送装置移动(平移或线性移动)时，转移装置会自动随之移动。转移装置即可有利地用于在晶片输送装置与多个存储位中的每一个之间进行晶片转移。
关于晶片输送装置与接纳装置之间的转移，转移装置可以与晶片输送装置或接纳装置相关联。这种晶片转移中不涉及多个不同的可能晶片位置。关于晶片输送装置，仅涉及两个输送位作为可能的晶片位置。在接纳装置中，优选地只有单独一个接纳位置作为晶片位置。
转移装置也可以配置为使其既可用于(i)晶片输送装置与存储装置之间的转移又可用于(ii)晶片输送装置与接纳装置之间的转移。这可以通过具有对应操纵区域的转移装置来实现，该操纵区域在晶片输送装置的相对两侧上延伸。
为了操纵各个晶片，转移装置可以具有适当的操纵组件，例如至少一个夹具、滑杆等。熟知晶片操纵的本领域技术人员可以想到适用于所述晶片提供设备的每种可能应用情况的机构，故本文中不再赘述可能的结构细节。
根据本发明另一实施例，转移装置包括(a)与第一输送位相关联的第一转移机构以及(b)与第二输送位相关联的第二转移机构。
在每种实施例中提供一个转移机构可以进一步有助于在接纳装置处或紧邻接纳装置处特别快速地实现晶片更换。这样进一步加速晶片更换时间可以尤其基于：在已移取第一晶片之后，不必“切换”到第二晶片，例如仅使用两个输送位共享的单一转移机制。
在上述晶片输送装置实施方案的情况下，两个输送位沿垂直z-方向相互错置，即两个晶片呈堆叠形式平行地上下保持在晶片输送装置中，两个转移机构也可以布置于对应的相互垂直间隔的平面中。在此情况下，两个转移机构以及整个晶片输送装置皆可特别是在垂直方向上实现紧凑的构型。两个转移机构可以优选地仅具有可移动的组件，例如夹具或滑杆，它们在晶片输送装置与接纳装置之间以可沿水平第二方向移动的方式被安置或致动。
根据本发明另一实施例，晶片输送装置包括至少一个第三输送位，以便可在存储装置与接纳装置之间传送第三晶片。
所述第三输送位提高了晶片输送装置的“输送能力”，可能特别有利的是，对于特定的装配任务需要以较短间隔进行两次晶片更换，例如从第一晶片换到第二晶片的第一次晶片更换以及不久后从第二晶片换到第三晶片的第二次晶片更换。在此情况下，在使用第二晶片时，即在装配第二晶片的芯片时，不必将第一晶片以晶片输送装置的相应行进路径“存入”存储装置中，也不必将第三晶片以晶片输送装置的相应行进路径从存储装置“放出”并提供到邻近(紧邻)接纳装置的位置。就此而言，很明显，在这种“存入”和“放出”所需的时间段相比从第二晶片装配芯片更长的应用情况下，当从三个不同的晶片(具有不同类型的芯片)装配芯片时，同时事先提供第二晶片和第三晶片会具备显著的时间优势。
所述晶片输送装置可以配置为也可在每个存储位与第三输送位之间转移晶片。另外，根据第一输送位和第二输送位，第三输送位也可以构造为使得容纳于其中的第三晶片相对于其他两个晶片沿垂直z-方向平行错置。
根据本发明另一实施例，存储装置为静止式存储装置，其可位置固定地耦合到自动装配机的机架。
这种静止式存储装置可以特别良好地整合到自动装配机中或稳定地附接到自动装配机上。这样可以构建由自动装配机和所述晶片提供设备组成的装配系统，由于固定的空间分配，该装配系统允许自动装配机可靠地提供或供应用于装配过程的芯片。
根据本发明另一实施例，所述晶片提供设备还包括具有多个另外的存储位的另外的存储装置，用于接纳各个晶片。此外，晶片输送装置配置为在另外的存储装置与接纳装置之间输送晶片。
利用所述另外的存储装置，可以简单地提高关于晶片数目而言的存储容量。此外，当两个存储装置配备有带不同类型芯片的晶片时，可以高效快速地供应给装配过程的芯片种类会显著增多。所述晶片提供设备即可多样化且灵活地应用于许多不同的装配任务。
根据本发明另一实施例，另外的存储装置为移动式存储装置，其可置换地直接或间接附接到设备的机架或附接到存储装置。
利用所述移动式存储装置，可以特别高效地确保晶片的补给。具体而言，随着交付和随后可拆卸地附装配备有适当晶片的移动式存储装置，例如可以呈盒式实现并可以称为“晶片膜框盒”，可以同时支配多个晶片以供所述晶片提供设备中进行操纵。这同样适用于高效地运走至少部分耗用或清空的晶片。运抵和/或运走可以由操作人员手动执行或替代地也可以例如通过自动驾驶车辆自动执行。另外，移动式存储装置可以在外部装载站手动或自动地(事先)填装适用的晶片。这样就能有利地进一步自动化为元件载体装配芯片。
根据本发明另一实施例，晶片输送装置还配置为在存储装置的存储位与另外的存储装置的另外的存储位之间传送晶片。这样能够有利地实现在存储装置与另外的存储装置之间有针对性地或按预期地重新分类晶片。特别是不久后装配所需的晶片可以从另外的存储装置转移到存储装置。另外，可以将大部分耗用或可预见将来不必用于装配的晶片从存储装置传送或转换到另外的存储装置中。采取这种方式，可以在两个存储装置之间分配晶片，以将与将来装配不太相关或不再相关的晶片存入另外的移动式存储装置中。然后可以将另外的移动式存储装置运走并置换为装载有与后续装配任务更高相关性的晶片的其他移动式存储装置或其他另外的存储装置。采取这种方式，能够实现在所述晶片提供设备中始终准备好用于后续装配任务的特别“重要”的晶片。
根据本发明另一方面，描述了一种用于为元件载体装配芯片的装配系统。所述装配系统包括：(a)具有装配头的自动装配机，用于拾取芯片并将芯片放置在元件载体上的预定装配位置处；以及(b)上述用于提供晶片的芯片的设备，在接纳装置中接纳所提供的晶片。
所述装配系统是基于以下认识：可以通过缩短晶片更换时间而特别有效地提高自动装配机的装配性能。如上所述，可以缩短晶片更换时间，因为将来所需的第二晶片已经事先持于两个输送位中的一个输送位之中或之处，而另一个输送位则保持空闲，以便在更换晶片时快速接纳当前仍在使用中的第一晶片。在已移取第一晶片之后，则可立即将第二晶片引入接纳装置中，而无需为此在晶片输送装置与存储装置(或另外的存储装置)之间进行晶片传送。
根据本发明又一方面，描述了一种用于为自动装配机提供具有零散芯片的晶片的方法，其中使用了上述晶片提供设备。所述方法包括：(a)将第一晶片从接纳装置转移到第一输送位；以及(b)将第二晶片从第二输送位转移到接纳装置。
所述方法是基于以下认识：在已移取第一晶片之后，在晶片输送装置中“预备”第二晶片，从而能够特别快速地或无长期时滞地将第二晶片引入到接纳装置中。正如上文详述，这样就能高效地缩短晶片更换时间。这样可以缩短因缺乏提供的芯片而不得不停止或中断装配的非生产时间窗，从而能够提高自动装配机的有效装配性能。
根据本发明实施例，所述方法进一步包括：(a)通过晶片输送装置将第一晶片输送到存储装置中；以及(b)通过晶片输送装置将第三晶片从存储装置输送到接纳装置旁(近旁)的提供位置。简而言之，通过所述预先提供第三晶片，准备另外一次晶片更换，这同样可以在很短时间段内进行。
对于输送第三晶片而言，不强制使用第一输送位。将第一晶片输送到存储装置之后，两个输送位皆变得空闲，因此这两个输送位也可用于接纳第三晶片。
根据本发明另一实施例，所述方法进一步包括：(a)将第二晶片从接纳装置转移到第三晶片未占用的输送位；以及(b)将第三晶片从晶片输送装置转移到接纳装置。
本文描述的另外一次晶片更换也可以在极短时间段内完成，因为事先预备第三晶片是在尽可能靠近接纳装置的位置。原则上，这同样适用于任意次数的后续晶片更换，这些更换因相应事先预备匹配的晶片而启动。
根据本发明另一实施例，所述方法进一步包括改变由相应晶片的框结构张紧且附着零散芯片的粘附膜的机械张力。在此情形下，改变机械张力是随后或在相应晶片位于晶片输送装置时的时间窗中执行。
这显然表明，有别于公知的设备，不是在接纳装置内部而是在接纳装置外部改变粘附膜的张力或张拉状态。这种改变通常也需要一定时间，对于由装配头移取芯片需要通过张拉粘附膜预先“拉开”芯片的应用，也可以进一步缩短有效更换晶片所需的有效时间段或期间无法移取芯片的有效时间段。
相应地，在从展开的粘附膜中移取芯片之后，相应的晶片也可以在其展开状态下从接纳装置转移到晶片输送装置，仅在此时或仅在此处才再度降低机械张力。由于粘附膜松弛或收缩的过程也需要一定时间，这通常比张拉粘附膜所需的时间还要更长，因此在移取部分耗用的晶片时，通过将这个松弛/收缩过程从接纳装置“外包”到晶片输送装置，也可以节省宝贵的时间。这也会对缩短晶片更换时间做出宝贵的贡献。
就此应当指出，先前张拉的晶片(或晶片膜框)也可以引入到所述晶片提供设备的晶片输送装置中。因此，在晶片输送装置的“工作区域”中无需(或不再需要)张拉晶片膜(或晶片膜框)。还应指出，张拉的晶片(或晶片膜框)也可以张拉状态存放在接纳装置和晶片输送装置之外以供后续使用，即用于移取芯片。这种张拉的晶片也可以存放在所述晶片提供设备的存储装置和/或另外的存储装置之内。
当然，由于所述外部改变粘附膜的张拉状态，既需要(A)晶片输送装置之中或之上存在适当构造的机构/元件来引起这种张拉状态变化，又需要(B)提供适当构造的机构/元件在传送和/或来自接纳装置的传送期间以及在接纳装置内部保持变化的张拉状态。本领域技术人员可以想到用于这两种任务(A)和(B)的适当构造的机构/元件。
应当指出，上文已结合不同的发明主题说明本发明的实施方案。特别是，通过产品权利要求描述本发明的某些实施方案，而通过方法权利要求描述本发明的另一些实施方案。但本领域技术人员阅读本申请后可以清楚的是，除属于一种类型发明主题的特征组合之外，也可能存在属于不同类型发明主题的任何特征组合，除非另作明确说明。
通过下文举例说明本发明的优选实施方案，本发明的更多优势和特征将显而易见。
附图说明
图1示出根据本发明实施例具有自动装配机和晶片提供设备的装配系统的示意性侧视图。
图2示出用于两个晶片的转移装置。
图3a至图3h示出从第一晶片到第二晶片的快速晶片更换以及随后预先提供第三晶片的过程。
图4示出在静止式晶片存储装置与移动式晶片存储装置之间重新排列晶片。
附图标记说明：
100 晶片提供设备
102 晶片置换区
104 晶片提供区
110 晶片接纳装置
112 承载台
114 夹紧圈
120 (静止式)存储装置
122 存储位
130 (移动式)另外的存储装置
132 另外的存储位
140 晶片输送装置
141 第一输送位
142 第二输送位
150 移位装置
160 转移装置
161 第一转移机构
162 夹具
163a 第一线性驱动器/静止式导杆
163b 第一线性驱动器/移动式驱动单元
164 第一导轨
166 第二转移机构
167 滑杆
168a 第二线性驱动器/静止式导杆
168b 第二线性驱动器/移动式驱动单元
169 第二导轨
170 自动装配机
172 机架
174 装配头
176 芯片保持装置/吸移钳
180 晶片
180a 框结构
181 第一晶片
182 第二晶片
183 第三晶片
190 芯片
192 元件载体/印刷电路板
495 机械臂。
具体实施方式
应当指出，在下述具体实施方式中，不同实施方案的特征或组件与其他实施方案的对应特征或组件相同或至少功能相同即标有相同的附图标记。为免赘述，下文不再具体阐述已基于前述实施方案说明的特征或组件。
还应指出，下文描述的实施方案仅表明本发明可能变型方案的有限选择。特别是，可采取适当的方式将各种实施方案的特征彼此组合，从而本领域技术人员可以清楚存在本文明确表示的变型方案的多种不同实施方案。
图1示出用于为元件载体192装配芯片190的系统。在本文中，该系统又简称为装配系统，具有(常规)自动装配机170以及用于为自动装配机170提供带有零散芯片的晶片180的设备100。在本文中，该设备还简称为晶片提供设备100。
采取公知方式，自动装配机170尤其是具有机架172和装配头174。装配头可通过龙门系统(未示出)相对于机架172沿至少两个空间方向移动，即x-方向和垂直于附图纸面定向的y-方向。装配头174也可优选地沿竖直的z-方向移动。
装配头174具有至少一个芯片保持装置176，该芯片保持装置176可以采取公知方式通过z-驱动器(未示出)相对于装配头174沿竖直的z-方向移动。根据本图所示的实施例，芯片保持装置176为所谓的吸移钳，其可以通过负压保持芯片190。一旦吸移钳176从上方触及相应的芯片190进而拾取芯片，便同样采取公知方式激活该负压。将芯片190输送至待装配的元件载体192时，负压保持“激活”。这种输送包括：(i)由吸移钳176和/或装配头174提升芯片190；(ii)装配头174水平移动到元件载体192上方的区域中；以及(iii)由吸移钳176和/或装配头174降低芯片190。当将芯片190从吸移钳176传送到元件载体192时，“关闭”负压。必要时，也可以采取公知方式通过短暂的空气喷射来支持芯片传送。
晶片提供设备100在晶片提供区104中具有晶片接纳装置110，该晶片提供区104紧邻自动装配机170或也可能视为自动装配机170的一部分。根据本图所示的实施例，晶片接纳装置110具有承载台112以及可沿竖直的z-方向移动的夹紧圈114。如图1所示，当夹紧圈114处于上位时，则可将晶片180放置到承载台112上或从承载台112移取晶片180。当夹紧圈114处于下位时，将晶片180固定于承载台112上。根据本图所示实施例的单个装配头174移取芯片可穿过夹紧圈114中的开口(图1未示出)完成，如图1所示，在晶片提供区104中和待装配的元件载体192上方皆示出装配头174。
晶片提供设备100在晶片置换区102中包括具有多个存储位122的存储装置120，每个存储位122中均可存入晶片180。根据本图所示的实施例，在存储装置120上方设置有具有多个另外的存储位132的另外的存储装置130，每个另外的存储位132中也均可存入晶片180。根据本图所示的实施例，存储装置120为静止式存储装置，其采取未示出的方式连接到自动装配机170的机架172。与之相比，另外的存储装置130为移动式存储装置，如下详述，其可以置换为填装(填装有其他晶片)的另一个另外的存储装置(未示出)。就此而言，其他晶片是指包含不同类型芯片的晶片。
晶片提供设备100在晶片置换区102中还具有晶片输送装置140。其用途在于，在(i)一方面存储装置120或另外的存储装置130与(ii)另一方面晶片接纳装置110之间传送晶片180。为了从存储装置120或存储装置130拾取(或存入)各自期望的晶片180，通过移位装置150使晶片输送装置140可沿竖直的z-方向移动。晶片输送装置140还具有转移装置(图1未示出)，以在晶片输送装置140的适当高度上在相应的存储位122或另外的存储位132与晶片输送装置140之间转移晶片180。下面参照图1阐述转移装置的具体实施方案。
如图1所示，“双层排列”的晶片输送装置140具有用于接纳各个晶片180的各个输送位。在图1中，上方的第一输送位标以附图标记141，下方的第二输送位标以附图标记142。这样就能同时容纳两个晶片，即位于第一输送位141上的第一晶片181和位于第二输送位142上的第二晶片182。当晶片输送装置140处于适当的高度，则可将第一晶片181或第二晶片182转移到晶片接纳装置110(或从中移取)。
应当指出，在晶片接纳装置110处的优选晶片更换过程中，晶片输送装置140仅短暂地同时容纳两个晶片181、182。下面参照图3a至图3g阐述关于这个“后勤概念”的更多细节。
图2示出用于两个晶片的具体转移装置160。纯粹预加考虑可以指出，这仅代表大量可能构造的实施方案之一，晶片加工或普通机械自动化领域的技术人员通常能够想到其他适当构造的解决方案。
晶片转移装置160具有两个转移机构，即第一转移机构161和第二转移机构166。
根据本图所示的实施例，第一转移机构161具有夹具162，可以用来夹持晶片180的框结构180a并沿x-方向移位。在此情形下，框结构180a在第一导轨164或第二导轨169中滑动。夹具162可以通过包括静止式导杆163a和移动式驱动单元163b的第一线性驱动器沿x-方向往复移动。此外，夹具162具有用于致动构造于夹具162前侧且在闭合状态下可卡接框结构180a的两个夹爪的机构(未示出)。特别地，图1中的晶片180可以在图面中从左下方移往或拉往右上方。在这个移位过程中，框结构180a保留在相应的导轨中，这里为第一导轨164。
根据本图所示的实施例，第二转移机构166具有滑杆167，在图2中，位于第一导轨164或第二导轨中的晶片180可以随滑杆167沿x-方向从“右上方”移往“左下方”。滑杆167可以通过包括静止式导杆168a和移动式驱动单元168b的第二线性驱动器沿x-方向前后移动，在作业期间，晶片180的运动仅需从“右上方”往“左下方”的前进运动。
根据本图所示的实施例，在以下步骤中进行晶片置换：
1.转移装置160沿竖直的z-方向移动，使得(根据本图所示的实施例)第一导轨164精确地位于要移取或置换的(第一)晶片的平面中。
2.然后，夹具162从其缩回位置“右上方”移动到其伸展位置“左下方”。
3.夹具162用其夹爪夹持待置换的(第一)晶片180的框结构180a，并将其沿第一导轨164从其伸展位置“左下方”拉到其缩回位置“右上方”(如图2所示)。
4.在下一步骤中，两个夹爪打开。
5.此后，整个晶片转移装置160(包括夹具162和滑杆167)向上移动，使得第二导轨169处于与第一导轨164先前位置相同的高度上。此外，夹具162以未示出的方式上翻和/或进一步上推，使其不会妨碍通过晶片转移装置160进行进一步的晶片置换。
6.此时，滑杆167定位到不会阻碍上述夹具操作的下翻和/或下推的位置(未示出)，使其可以与位于第二导轨169中的(第二)晶片180卡合。
7.然后，滑杆167与位于第二导轨169中的第二晶片180一起从其缩回位置“右上方”移动到其伸展位置“左下方”(如图2所示)。此时，沿第二导轨169移动进而弹出的第二晶片刚好位于置换过程开始时第一晶片所处的部位，该第一晶片此时在转移装置160中容纳于第一导轨164中。
根据本图所示的实施例，转移装置160附接到晶片输送装置140。借此，也可以由移位装置150使转移装置160沿竖直的z-方向移动。因此，通过适当的高度定位，可以实现使晶片180离开晶片输送装置140以及进入晶片输送装置140的转移与这里使用的任意高度上的夹具162和滑杆167相组合。该高度是(i)由相应的存储位122或另外的存储位132的高度或(ii)由晶片接纳装置110的高度决定。
图3a至图3h示出从第一晶片到第二晶片的快速晶片更换以及随后预先提供第三晶片的过程。在这些图中，仅通过两个水平双箭头A和B示意性示出晶片输送装置140，指示上方第一输送位141和下方第二输送位142。两个竖直双箭头表示这两个输送位141、142可以通过移位装置(未示出)沿竖直方向上下移位。
在图示的过程中，未涉及的晶片标有附图标记180。第一晶片标有附图标记181，如图3a所示，在本图描述的过程开始时使用第一晶片，该第一晶片位于晶片接纳装置110中并为自动装配机(本图未示出)提供芯片。本图所示的过程中同样所涉及的第二晶片标有附图标记182，所涉及的第三晶片标有附图标记183。与其他晶片180相比，所涉及的晶片181、182和183还示以不同的阴影。
当仍从位于晶片接纳装置110中的第一晶片181中移取芯片时，晶片输送装置140在下方第二输送位142处接纳第二晶片182。为此，晶片输送装置140从图3a所示的操作状态开始向上移动，使用转移装置(未示出)移取第二晶片182，随后又向下移动。图3b所示的末端位置选择为使得上方第一输送位141与刚刚使用的第一晶片181处于相同的高度。这就表明，将第一晶片181从晶片接纳装置110后续传送到第一输送位141之上或之中无需使晶片输送装置140进一步竖直移动，而仅需使其沿x-轴水平移动即可，这种水平移动可以单独由转移装置启动。晶片输送装置140即以最佳方式准备在其第一输送位141中接纳第一晶片181。
如图3c所示，在第一晶片181的芯片移取结束后，夹紧圈114向上移动，从而解除第一晶片181的固定。
在图3d所示的下一步骤中，将第一晶片181传送到第一输送位，为了清楚起见，图中未标出第一输送位的附图标记141。由于晶片输送装置140的先前设定的最佳高度，如上所述，仅需水平移动(沿x-方向)。这种移动是由转移装置(未示出)启动。
之后，晶片输送装置140抬升以使第二输送台142与晶片接纳装置110的承载台112的上侧处于相同的高度。另外，第二晶片182从转移装置传送到晶片接纳装置110中。这种状态请参阅图3e。
在图3f所示的下一步骤中，夹紧圈114降低进而将第二晶片182固定在晶片接纳装置110中。此时可以从第二晶片182中移取芯片。
之后，如图3g所示，先前使用的第一晶片181被“再次清理”并存入存储装置120中。根据本图所示的实施例，这种“清理”发生在最低的存储位122中。这又需要晶片输送装置140的竖直移动以及转移装置的相应操纵。
之后，如图3h所示，第三晶片183被传送到下方第二输送位142，并且晶片输送装置140竖直移动，使得第二输送位142的高度与晶片接纳装置110的高度相一致。借此，第三晶片183在其位置方面得到最佳准备，以便稍后从仍使用中的第二晶片182快速更换到第三晶片183。
图4示出静止式第一晶片存储装置120与移动式第二晶片存储装置130之间晶片180、181的重新排列或重新分类。根据本图所示的实施例，移动式晶片存储装置130放置在静止式存储装置120之上。这种放置是通过示意性示出的机械臂495完成，该机械臂495从上方抓持移动式存储装置130，必要时可以将移动式存储装置130置换为包含可能带有其他类型芯片的新晶片的其他移动式存储装置。
根据本图所示的实施例，移动式存储装置130例如具有十二个存储位132。相比之下，静止式存储装置120具有明显更多数目的存储位122。原则上，静止式存储位122的数目不受限制，因此在图4中总体表示为“n”。“n”的可能数值例如为24、32、40，其中数字n取决于一个或多个后续装配任务可能需要的不同晶片或芯片的数目。
为了准备将来提供“正确”类型芯片的装配任务，通过晶片输送装置140可以在静止式存储装置120与移动式存储装置130之间对晶片180进行分类。这一过程在图4中示例性示出，其中晶片180从第6号存储位向下转移到静止式存储装置120的顶部第二个存储位。此外，第一晶片181在图4中刚好位于晶片输送装置140的上方第一输送位141，向上传送到移动式存储装置130的第9号存储位中。
在这种重新分类期间，大部分已完全耗用和/或可预见将来不必用于装配任务的晶片优选地存入移动式存储装置130中。在这样重新分类之后，然后可以由机械臂495拾取移动式存储装置130，并将其置换为包含具有更多数目的芯片和/或具有不久后要装配的芯片类型的其他晶片的其他移动式存储装置。已拾取的晶片180要么作为废物被分拣出来，要么存入中央缓存装置(未示出)以备后用。
在上述移动式存储装置130的置换期间，原则上可以继续进行装配。作为先前重新分类的结果，若静止式存储装置120中包含适当的晶片，则借助适当的快速晶片更换可以使装配高效可靠地持续相当长的时间段。这段时间完全可以用来进行上述移动式存储装置130的置换。借此，机械臂495不必在整个期间保持准备用于上述存储装置的置换。确切而言，机械臂也可用于任何其他目的。这些其他目的仅需在可执行上述存储装置置换的时间段内留出足够的时间即可。
重新分类还可以扩展到相对较长的时间段内，但不会损失配置性能，其中来自静止式存储装置的不同晶片在不同时间耗尽。一旦晶片耗尽，则可将其转移到移动式存储装置130中。这样就能解决不同晶片的“不同步”耗用的问题，而无需额外的自动装配机(图4未示出)停机时间。
为了高效地重新分类，两个存储装置120和130配备晶片应当选择为总有足够数目的空闲存储位122、132可供使用。如果满足这种情况，本文描述的晶片提供设备100提供了多种策略，既能为装配供应大量不同类型芯片而无需自动装配机长时间停机，还能确保充足地补给晶片和高效地处置旧晶片。
应当指出，术语“包括”不排除其他元素，而“一个”不排除多个。而且，结合不同实施例描述的元素可以组合。还应指出，权利要求中的附图标记不应解释为限制权利要求的范围。

Claims (18)

1.一种用于为自动装配机(170)提供带有零散芯片(190)的晶片(180、181、182)的设备(100)，所述设备(100)包括：
接纳装置(110)，用于接纳所提供的晶片(180、181、182)以通过所述自动装配机(170)的装配头(174)移取所述芯片(190)；
具有多个存储位(122)的存储装置(120)，用于容纳各个晶片(180)；以及
晶片输送装置(140)，用于在所述存储装置(120)与所述接纳装置(110)之间输送所述晶片(181、182、183)，其中，
所述晶片输送装置(140)至少具有第一输送位(141)和第二输送位(142)，且配置为首先可将第一晶片(181)从所述接纳装置(110)转移到所述第一输送位(141)并然后可将第二晶片(182)从所述第二输送位(142)转移到所述接纳装置(110)。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中，所述晶片输送装置配置为：
(i)可在每个所述存储位(122)与所述第一输送位(141)之间转移晶片，和/或
(ii)可在每个所述存储位(122)与所述第二输送位(142)之间转移晶片。
3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中，所述第一输送位(141)和所述第二输送位(142)配置为：
使得所述第一晶片(181)在所述第一输送位(141)处的第一定向平行于所述第二晶片(182)在所述第二输送位(142)处的第二定向，且
两个输送位(141、142)垂直于两个晶片(181、182)的主平面错置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备(100)，进一步包括移位装置(150)，其耦合到所述晶片输送装置(140)且配置为使所述晶片输送装置(140)沿第一方向平移，从而可到达所述存储装置(120)的各个存储位(122)以在所述存储装置(120)与所述晶片输送装置(140)之间转移晶片(180、182)。
5.根据权利要求4所述的设备(100)，其中，所述第一方向垂直于在所述晶片输送装置(140)与所述接纳装置(110)之间转移晶片的第二方向。
6.根据权利要求5所述的设备(100)，其中，所述第一方向为竖直的z-方向，且所述第二方向为水平的x-方向。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备(100)，进一步包括转移装置(160)，其配置为：
(i)在所述晶片输送装置(140)与所述存储装置(120)之间转移晶片(180)，和/或
(ii)在所述晶片输送装置(140)与所述接纳装置(110)之间转移晶片(180)。
8.根据权利要求7所述的设备(100)，其中，所述转移装置(160)包括：
与所述第一输送位(141)相关联的第一转移机构(161)；以及
与所述第二输送位(142)相关联的第二转移机构(166)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中，所述晶片输送装置包括至少一个第三输送位，以便可在所述存储装置与所述接纳装置之间传送第三晶片。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中，所述存储装置为静止式存储装置(120)，其可位置固定地耦合到所述自动装配机(170)的机架(172)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的设备(100)，进一步包括：具有多个另外的存储位(132)的另外的存储装置(130)，用于接纳各个晶片(180)，其中，所述晶片输送装置(140)配置为在所述另外的存储装置(130)与所述接纳装置(110)之间输送晶片(180)。
12.根据权利要求11所述的设备(100)，其中，所述另外的存储装置为移动式存储装置(130)，其可置换地直接或间接附接到所述设备的机架或所述存储装置(120)。
13.根据权利要求11或12所述的设备(100)，其中，所述晶片输送装置(140)还配置为在所述存储装置(120)的存储位(122)与所述另外的存储装置(130)的另外的存储位(132)之间传送晶片。
14.一种用于向元件载体(192)装配芯片(190)的系统，所述系统包括：
具有装配头(174)的自动装配机(170)，用于拾取所述芯片(190)并将所述芯片(190)放置在所述元件载体(192)上的预定装配位置；以及
根据权利要求1至13中任一项所述的设备(100)，用于提供容纳于所述接纳装置(110)中的晶片(180、181、182)的芯片(190)。
15.一种通过根据权利要求1至13中任一项所述的设备(100)为自动装配机(170)提供带有零散芯片(190)的晶片(180、181、182)的方法，所述方法包括：
将所述第一晶片(181)从所述接纳装置(110)转移到所述第一输送位(141)；以及
将所述第二晶片(182)从所述第二输送位(142)转移到所述接纳装置(110)。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：
通过所述晶片输送装置(140)将所述第一晶片(181)输送到所述存储装置(120)中；以及
通过所述晶片输送装置(140)将第三晶片(183)从所述存储装置(120)输送到所述接纳装置(110)旁的提供位置。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括：
将所述第二晶片(182)从所述接纳装置(110)转移到所述第三晶片(183)未占用的输送位；以及
将所述第三晶片(183)从所述晶片输送装置(140)转移到所述接纳装置(110)。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，进一步包括：
改变由相应晶片(180)的框结构(180a)张紧且附着零散芯片的粘附膜的机械张力，其中
当相应的晶片(180)位于所述晶片输送装置(140)中时进行所述机械张力的改变。
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