CN1695413A - 用于电子元件的取出装置 - Google Patents
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Abstract
一种包括至少一个用于从一个切割板上取出电子元件的取出器的装置，所述取出器由线性电磁导体致动。使用线性电磁导体，最好使用音圈驱动器来产生所述取出器的运动，允许了取出装置达到非常高的工作速率，等于或者大于大多数实际处理线的速率。与用于所述取出器相同的用于抽取待取出的电子元件的抽吸头(11)的驱动允许优化两个运动的同步因此允许改善取出工艺的品质。
Description
本发明设计一种用于从一个切割的半导体板和/或者“铅框”取出电子元件，特别是用于取出电子芯片和/或者用于取出其它电子元件，例如无引线封装的元件(Leadless Pacage，LLP)的装置。
所述电子芯片和LLP，是尺寸非常小的电子元件。所述电子芯片在整体为10-30厘米的直径的圆形半导体板上成批形成。作为例如LLP的其它电子元件本身通常是在所述称为“铅框”的矩形板上生产的。每个板可以包括达到几百万个元件，例如芯片或者LLP。在生产完之后，所述电子元件彼此分开，然后一个一个的从该板上取出。
根据大多数取出装置所采用的原理，所述板粘合到一个弹性薄片上并且被切割以便使所述元件，例如芯片或者LLP独特化。在这个操作期间，该薄片必须保持不被动过，以便能够随后在刚性框架上拉伸。所述电子元件因此彼此分开。通常通过从下面推动待取出的电子元件的一个或者多个取出器，例如一个或者多个针和从上面抽取该电子元件的抽吸头之间的配合的动作进行从切割的板上单个取出每个元件。
在现有技术的取出装置中，所述取出器的运动通常受一些与凸轮系统相连的气动举升机或者旋转活塞发动机控制，例如在美国专利US5755373中披露的。然而，这些系统的加速受到由移动部件质量导致的惯性限制。因此特别是在短距离中限制了它们的速度，因此限制了该取出装置的最大速率。另外因为运动质量，这样的系统的机构快速老化，因此影响了其寿命。
专利申请EP0565781描述了一种取出装置，其中该取出器在一种针的情况下，被固定，而上面放置了该薄片的支架是可移动的。这样的装置的设计却非常复杂，比其中支架固定并且取出器可移动的装置复杂。另外，因为支架，该板和其框架的大质量而加重上述的装置的缺点。
一旦取出，所述电子元件通常要受到电子检测，通过视觉控制和/或者在蜂窝带，小的盘子或者任何其它用于这样的元件的包装装置中被包装。所有这些操作通常是在单个的元件上通过以高速工作的自动处理线来进行，该高速完全大于现有技术的取出装置的速度，因此对于每个处理线(例如在现有技术的“芯片焊接”线上)来说需要使用多个并联的取出装置，或者需要降低处理线的速度。
现有技术的取出装置集成到处理线中整体上是困难的，因为它们占地。所述取出装置必须能够从切割板上抽取所有的元件，包括靠近边缘的元件。取出点一般是固定的，围绕该取出点的必须的自由空间一般对应于最大尺寸等于保持该切割板的框架的最大尺寸的两倍的周长。在这个条件下，将这样的装置集成到围绕该输送装置铰接的处理线上是困难的，甚至是不可能的，因为该取出点不能够非常靠近输送装置，因为在用输送装置的元件携带装置取出芯片或者LLP时，所述芯片或者LLP被直接抽取。
本发明的一个目的因此是提出一种装置，用于从一个切割板上取出电子元件，该切割板能够以比现有技术的取出装置的速度大的速度工作。
本发明的另外的目的是提出一种用于从能够直接集成到一个处理线上的切割板取出电子元件的装置。
本发明的另外的目的是提出一种具有因机械部件的较小的磨损导致的大的使用寿命的用于从切割板中取出电子元件的装置。
通过具有相应的独立权利要求的特征的一种装置和一种方法，由从属权利要求给出的其它优选实施方式实现了这些目的。
另外，通过一种用于从包括至少一个取出电子元件的针的切割板上取出电子元件的装置，所述针通过线性电磁导体致动。
使用线性电磁导体，最好使用音圈驱动装置来产生取出器的运动，例如取出针的运动，允许了取出装置达到很高的工作速度，等于或者大于大多数目前的处理线的速度。
尽管建议在电子元件取出领域中使用，但该电磁导体的应用还保留用于移动机械元件，该机械元件的运动不需要高的精度并且因为高的质量和/或者附加的弹性元件具有大的惯性。然而，所述电磁导体的运动仅仅要求非常少的运动部件，所述运动部件事实上没有摩擦地移动。它们的惯性因此很小，特别是在音圈驱动装置情况下，其中移动部分是电气线圈，而所述较沉的元件特别是磁体是固定的。通常的所述电磁导体和特别的音圈驱动装置因此能够非常大的被加速，允许了非常快的运动，特别是在短距离上。本发明的装置因此从这些特征中获得了优势：使用线性电磁致动装置，该电磁致动装置的快速运动直接传递到所述取出器上，该取出器的质量和抗运动的阻力也很小。本发明因此允许实施能够达到非常高的速度的取出装置。
根据本发明的优选实施例，该取出装置还具有一些允许沿保持切割板的框架的水平平面旋转的装置，因此大致降低了围绕取出点的必须的自由空间。
本发明将通过图1-6示出的优选实施例的说明而变得清楚。附图包括：
图1是根据本发明的一个优选实施方式的与测试线和/或者处理线相连的元件取出装置的透视图；
图2是根据本发明的一个优选实施方式的取出元件的装置的型面视图；
图3是根据本发明的优选实施方式的元件取出装置的正面视图；
图4是保持切割板的保持机构和取出装置的头部的局部视图；
图5A-5C示出在从一个切割板上取出一个芯片时抽吸头和取出装置的针的运动；和
图6示出了根据本发明的装置的优选实施方式的围绕取出点的必须的自由空间。
在图1示出的优选实施方式中，本发明的取出装置包括输送装置1，优选是圆形的，围绕该输送装置1可以分布一些未示出的处理工位，例如测试或者微焊接的工位。所述输送装置1的运动最好是分度的，因此在其外缘上限定一些预定的位置，所述处理工位可以设置在这些预定的位置上。一些元件携带装置11，最好是抽吸头，在该输送装置1上均匀分布，因此允许从处理工位向其它工位输送一些电子元件。为了便于阅读，仅仅一个抽吸头11在图1中示出。
围绕该输送装置限定的位置中的一个被安装在优选是圆柱形的垂直支架25上安装的引导凸缘3占用，在引导凸缘3的中心设置了图1中未示出的针，用于取出电子元件。该输送装置1每运动一步，一个抽吸头11精确位于引导凸缘3的中心上面并且因此在针的上面。
允许验证在该引导凸缘3上待取出的电子元件的对中的摄像机8设置在该电子元件的上面。该摄像机的目镜80最好向底部取向并且相对该引导凸缘3对中。
设置在摄像机8的目镜80和引导凸缘3之间的推力环4允许控制该抽吸头11的垂直运动，使得空出该摄像机的视野的中心。通过在上部的端部上进行推压，该推力环4允许向下推压抽吸头11。推力环4的运动是通过在位于抽吸头11上面的固定盘50上设置的音圈驱动装置40而产生的，该固定盘50通过一些刚性固定元件51，例如刚性杆，与该装置的结构的固定元件5相连。在该固定盘50上还设置一个测量尺49，该测量尺允许测量音圈驱动装置40的运动，因此测量推力环4的运动。
通过未示出的允许水平运动的X-Y台，未示出的切割板保持在其框架中，在引导凸缘3和抽吸头部11之间，而该电子元件可以从所述切割板中取出。
根据本发明的一个优选实施方式的取出装置的主要元件在图2和3中更详细地示出。除了相反指示外，相同的附图标记表示所述相同的元件。本发明的取出装置的结构和功能在下面在从一个切割半导体板取出电子芯片范围中进行描述。本领域普通技术人员可以理解到：所述的结构和功能还适用于在至少生产过程中的一部分期间取出任何其它类型的在板或者“铅框”中的电子元件，例如从一个切割“铅框”取出LLP。
在顶部设置了引导凸缘3的支架固定在取出装置的参考表面6上。在参考表面6上还固定了其它未示出的在圆形输送装置1周围设置的处理工位。伸长管23通过两个滚珠轴承筒251，252保持在圆柱支架内部，该滚珠轴承筒允许伸长管23垂直滑动。支撑该针2的用于取出芯片的支架21固定在伸长管23的顶部。该针2的端部可以从一个开口由引导凸缘3的中心出来，所述开口还用于通过对柔韧薄膜的抽吸和吹风的空气。
该伸长管23向下通过参考表面6延伸，在该参考表面6下面固定了移动盘22，该移动盘22本身与音圈驱动装置20的可移动线圈201相连。
音圈驱动装置是一些电磁导体，它的移动部分是设置在由固定磁体产生的磁场中的线圈。当电流注入到可移动线圈中时，该可移动线圈受到方向取决于电流方向的力，因此产生移动。该线圈最好例如通过导轨或者在滚珠引导装置中被引导，并且因此可以沿线性轴移动。根据本发明的一个优选实施方式，借助于能够在一个合适的孔中滑动的销钉220，该引导功能通过滚珠轴承筒251和252完成，该销钉220在参考表面6下面并且因此阻止可移动盘22的旋转。
控制该针2以及所述与之相连的元件的运动的音圈驱动装置20最好固定在固定支架60上，该支架60位于参考表面6的下面，该参考表面连接该支架60，例如通过螺纹连接，因此留出用于未示出的X-Y台的参考表面6。音圈驱动装置20最好设置成：使得所述可移动线圈201的移动是沿垂直轴进行的。所述可移动线圈201的电气端子200连接到受该装置的未示出的控制系统控制的电流源上。该控制系统因此可以控制该可移动线圈的向上或者向下的运动，因此控制针2的向上或者向下的运动，使得在可移动线圈201中循环具有预定方向和强度的电流。
可移动盘22的移动，因此针2的移动由测量尺29测量，该测量尺29的信息由控制系统处理。
伸长管23的下端通过导管230连接到未示出并且受该装置的控制系统所控制的气动系统。该气动系统可以通过伸长管23抽吸和/或者吹送空气，该伸长管23的上端在针2的支架21下面开口。在后面说明其应用的没有空气和/或者过压因此可以在引导凸缘3中产生。
在图2和3中仅仅示出其中一个的抽吸头11通过在圆形输送装置的臂10的端部固定的滚珠轴承套筒12固定，在该滚珠轴承套筒中抽吸头11可以垂直滑动。设置在输送装置1的臂10和抽系头11的上部110之间的弹簧在高位置中保持上部110。通过限定该抽吸头11的向上的移动，夹持该抽吸头11的下部的阻挡部件112决定了该高位置。阻挡部件112最好包括一个能够在一个对应的孔中滑动的销钉113，该孔开在输送装置1的臂10中，因此避免了抽吸头11的任何旋转。
推力环4允许该抽吸头11下降，该抽吸头11位于引导凸缘3的上面。该推力环通过销钉42连接到可移动盘41上，该可移动盘41与音圈驱动装置40的可移动线圈401连成一体。该销钉42保持在滚珠轴承套筒52中，该滚珠轴承套筒52固定在固定盘50上并且在该滚珠轴承套筒52中销钉42可以垂直滑动。在固定盘50和可移动盘41之间设置的弹簧43，最好围绕该销钉42，保持该推力环4向上，靠在固定盘50上。在这个位置中，该推力环4不接触抽吸头11，该抽吸头11位于推力环4下面并且该传输装置11可以前进一步以便在推力环4下面具有新的抽吸头11。
该音圈驱动装置40的可移动线圈401的端子400连接到未示出的电流源上，该电流源最好由该装置的控制系统控制。所述可移动线圈401以及因此的推力环4的运动因此受到控制系统的控制，通过使电流循环穿过该可移动线圈401的合适方向，该控制系统可以特别克服弹簧43的力降低可移动盘。降低中的推力环4在其运动中驱动抽吸头11，该抽吸头11位于该推力环4下面，推压该抽吸头11的上部110的端部。为了避免任何不期望的旋转，该推力环4包括一个在套管58中滑动的销钉48，该套管58固定到固定盘50(图3)上。
所述可移动盘41的运动最好由测量尺49测量，该测量尺49的数据由控制系统处理，因此允许该控制系统最好的控制推力环4的运动，因此也最好的控制了位于推力环4下面在引导凸缘3上面的抽吸头11的运动。
摄像机8的位置在图3中示出。目镜80向下取向，在引导凸缘3的上面，在推力环4的开口45对面。当输送装置1运动时，已经抽取一个电子芯片的该抽吸头11与引导凸缘3分开，因此留出了该摄像机8的视野，该摄像机8对位于引导凸缘3上的待取出的芯片摄像。该摄像机8的视野然后重新由新的抽吸头11占据，该抽吸头11通过输送装置1位于引导凸缘3的上面。
图4剖视示出引导凸缘3的局部图，在该引导凸缘3上设置切割板9。该切割板9粘合到弹性薄片90上。弹性薄片90在未示出的框架上伸展。该切割板9设置成：使得下一个待取出的电子芯片91设置在引导凸缘3的中心。该引导凸缘3包括一些与伸展管23连接的喷管30并且该引导凸缘3围绕针2分布，通过针2空气可以被抽吸以便紧紧地将弹性薄片90覆盖在引导凸缘3的上表面上。最好空气还可以通过这些喷管30吹送以便当待取出的电子芯片91对中时易于移动该板9。
一旦对中，待取出的电子芯片91精确位于针2的上面。所述芯片91的取出的主要步骤由图5a-5b示出。在第一时间中，该抽吸头部11被降低直到开始接触芯片91。通过抽吸头11的喷管抽吸空气使得由没有空气的真空保持芯片91。该针2和抽吸头11随后被同时升起，因此略微抬起该电子芯片91并且使它部分地与弹性薄片90分开。针2和抽吸头11的完美的同步运动对于取出的品质和重复性非常重要。该完美的同步被优选地实施，因为驱动的对称性：相同的音圈驱动装置和相同的测量尺用于两个元件，所述装载质量相同。
当取出时，在喷管30的抽吸空气的作用下，所述靠近待取出的芯片的电子芯片贴附该引导凸缘3的表面。该抽吸头11然后在针2重新降低时被最多地抬高。该芯片91然后与回到初始位置地弹性薄片90脱开。该输送装置1可以前进一步，以便向下一个处理工位，例如向测试工位输送该芯片。
在输送装置前进一步期间，在每次电子芯片取出之后，该切割板9通过X-Y台移动，以便将待取出的新的芯片置于该引导凸缘3的中心。在移动所述切割板9期间，最好通过喷管30吹送空气，因此易于在引导凸缘3的表面上滑动该薄片90。在一个新的运动中，该板9被没有视觉控制地移动以便靠近该引导凸缘的中心的下一个待取出的芯片。该待取出的下一个芯片的实际位置由摄像机8摄像，此时物镜80没有任何抽吸头11。所述数据传送到控制系统，该控制系统计算必需的更正，以便该芯片完美的对中。该板9的位置然后根据控制系统在输送装置1的运动的最后时刻期间被修正。然后通过该引导凸缘3的喷管30抽吸空气以便将弹性薄片90贴附在引导凸缘3的表面上。下一个芯片可以从该切割板9上取出。
用于驱动针2和本发明优选实施例的装置的推力环4的音圈驱动装置20，40的运动质量非常小，仅仅大约高于其可移动线圈201，401的质量，这些驱动装置可以受到非常大的加速，因此允许以非常高的速度重复运动，特别是在短的距离内。这样的用于驱动电子芯片取出的针2的致动器的应用允许构思一些这样的取出装置：该取出装置的速度足够用来直接集成到自动处理线上，而不会减慢该自动处理装置。所述芯片因此可以直接从切割板9上通过输送装置的元件携带装置11而取出，该元件携带装置11将芯片输送在所述随后的处理工位上，因此避免了任何中间输送设备。
所述芯片在相对较大的切割板上总体上是大批量生产的。为了从切割板9上取出全部芯片，该切割板必须能够围绕取出点沿至少等于该板的直径的弧度自由移动。这种限制使得取出针2设置在输送装置特别是圆形输送装置1的元件携带装置11的下面是非常困难的，甚至是不可能的，该输送装置1的臂10很少远离输送装置的中心。
根据本发明的优选实施方式的装置的未示出的X-Y台因此最好包括使切割板在水平平面中旋转的致动器，该X-Y台将切割板9保持在引导凸缘3和抽吸头11之间。因此，例如位于最靠近输送装置的中心的切割板的一半中的所述电子芯片可以首先被取出，然后该切割板旋转180度以便允许从该切割板的另一半取出芯片，而该框架不必再靠近该输送装置1的中心。
围绕由切割板9的旋转导致的取出点的降低的占用空间在图6中示出，图6是根据本发明的优选实施方式的装置的俯视图。该装置的输送装置1为具有32个分立位置的圆形输送装置，因此该圆形输送装置具有32个潜在的位置和32个在外缘上的元件携带装置11。
粘结到该弹性薄片90上的切割板9保持在框架99上。该框架99水平位于该未示出的引导凸缘和输送装置1的一个抽吸头11之间。根据图6简示的设置，该切割板9在引导凸缘上对中。本发明的装置包括一个未示出的能够在水平平面中使该框架99，因此使切割板9旋转180度的致动器。首先，只有位于最靠近该输送装置的中心的切割板的一半中的电子芯片被取出。该框架99随后旋转180度，仍然包括待取出芯片的切割板9的一半将靠近输送装置1中心。因此，只有最靠近输送装置1的中心的切割板9中的待取出芯片能够到达引导凸缘的中心的上面。
轮廓98示出了周长，在该周长中根据该方法必须能够由未示出的X-Y台移动框架。根据图6可以清楚地看到因为旋转该引导凸缘可以大致靠近该输送装置的中心，允许由输送装置的元件携带装置11直接从板9上取出所有的芯片，而这些元件携带装置11不必太远离该输送装置1的中心。
本领域技术人员将理解到该切割板9的旋转的方法还可以适于任何现有技术的任何其它取出系统，以便降低围绕电子芯片的取出点的必须的自由空间。
图6还示出围绕引导凸缘的切割板9的移动所必须的空间，总体上防止了使用围绕该输送装置限定的所有位置。为了不在周边98的内部定位，该下一个处理工位100事实上必须设置在被引导凸缘占据的该处理工位的几个位置上。
根据本发明的优选实施方式的取出装置仅仅包括一个取出针。因此该取出装置特别适合于取出非常小的电子元件。本领域技术人员将容易理解到：本发明的装置可以适于包括多个针，这些针因此允许取出较大尺寸的元件。
本领域技术人员还将理解到：所述取出针可以被替换，在本发明的范围内，可以用任何其它类型的可移动的推压待取出电子元件到切割板外面的取出器替换。所述取出器例如可以包括适于一种特别元件类型的上部，该上部贴和特别元件类型的形状，从而避免在取出过程中产生的破坏。
本发明的优选实施方式的取出装置包括圆形输送装置。该装置总是可以构思其它形式的输送装置，例如线性输送装置。
Claims (17)
1.一种包括至少一个用于从切割板(9)中取出电子元件(91)的取出器(2)的装置，其特征在于，所述至少一个取出器(2)被线性电磁导体(20)致动。
2.根据权利要求1所述的装置，所述至少一个取出器是取出针(2)。
3.根据权利要求1或者2所述的装置，所述线性电磁导体是音圈驱动装置(20)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的装置，包括一种用于输送所述电子元件(91)向多个连续处理工位(100)的输送装置(1)。
5.根据权利要求4所述的装置，所述输送装置包括至少一个抽吸头(11)，该抽吸头(11)用于抽取和保持所述电子元件(91)。
6.根据权利要求4或者5所述的装置，所述输送装置(1)是可分度运动的圆形输送装置，所述连续处理工位(100)设置在所述圆形输送装置(1)的外周。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的装置，包括一种用于控制所述至少一个抽吸头(11)在抽取所述电子元件(91)时垂直运动的推力元件(4)。
8.根据权利要求7所述的装置，所述推力元件(4)被第二线性电磁导体(40)致动。
9.根据权利要求8所述的装置，所述第二线性电磁导体是音圈驱动装置(40)。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的装置，包括一个用于控制所述待取出的电子元件(91)的位置的摄像机(8)，该摄像机(8)大致垂直地设置在所述推力元件(4)的上面。
11.根据权利要求10所述的装置，所述控制是在所述输送装置(1)的运动期间进行的。
12.根据上述权利要求中任一项所述的装置，包括一个用于水平旋转所述切割板(9)的致动器。
13.一种用于从切割板(9)上取出电子元件(91)的方法，其特征在于，所述取出是借助于至少一个由电磁导体致动的取出器进行的。
14.根据权利要求13所述的方法，所述取出器是取出针(2)。
15.根据权利要求13或者14所述的方法，所述取出包括下述步骤：
将位于所述切割板(9)的待取出电子元件(91)的上面的抽吸头(11)降低到使所述抽吸头(11)接触所述待取出电子元件(91)，
通过抽吸空气保持所述待取出的电子元件(91)到所述抽吸头(11)上，
同时抬起所述至少一个针(2)和所述抽吸头(11)，
降低所述至少一个针(2)到其初始位置并且同时抬高该抽吸头(11)。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括旋转所述切割板(9)的步骤。
17.根据权利要求15或者16所述的方法，所述抽吸头(11)与输送装置(1)相连。
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