DE10146587A1

DE10146587A1 - Handling device for placement elements, placement system and method for placement on substrates

Info

Publication number: DE10146587A1
Application number: DE10146587A
Authority: DE
Inventors: Yim-Bum Patrick Kwan
Original assignee: Siemens Dematic AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-04-17
Also published as: WO2003028426A1

Abstract

Die Erfindung betifft eine Handhabungsvorrichtung (210) für Bestückelemente (110), ein Bestücksystem sowie ein Verfahren zum Bestücken von Bestückelementen (110) auf Substrate (400-2), bei welchem zu drehende Bestückelemente (110) mittels einer Handhabungsvorrichtung (210) in parallelisierten Prozessschritten gleichzeitig entnommen und gedreht an einen Bestückkopf (300) weitergegeben werden. Hierzu weist die Handhabungsvorrichtung (210) eine ortsfeste Drehachse (215) auf, welche im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse (320) des Bestückkopfs (300) angeordnet ist. Von der Handhabungsvorrichtung (210) sind die Bestückelemente (110) entnehmbar und um eine ihrer Achsen drehbar, so dass sie von dem Bestückkopf (300) bereits gedreht übernommen werden können.The invention relates to a handling device (210) for placement elements (110), a placement system and a method for placing placement elements (110) on substrates (400-2), in which placement elements (110) to be rotated are parallelized by means of a handling device (210) Process steps can be removed and transferred to a placement head (300) at the same time. For this purpose, the handling device (210) has a fixed axis of rotation (215) which is arranged essentially perpendicular to the axis of rotation (320) of the placement head (300). The placement elements (110) can be removed from the handling device (210) and rotated about one of their axes, so that they can be taken over by the placement head (300) already rotated.

Description

Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung für Bestückelemente, ein Bestücksystem sowie ein Verfahren zum Bestücken von Bestückelementen auf Substrate, wobei von der Handhabungsvorrichtung Bestückelemente aus einer ersten Ebene entnommen und in einer zweiten Ebene bereitgestellt werden, welche mit der ersten Ebene einen Schnittwinkel einschließt. The invention relates to a handling device for Placement elements, a placement system and a method for Assembly of placement elements on substrates, whereby of the Handling device placement elements from a first level removed and made available on a second level, which includes an intersection angle with the first plane.

In letzter Zeit sind Bestückprozesse immer wichtiger geworden, bei welchen sogenannte Flip-Chips verarbeitet werden. Bei Flip-Chips handelt es sich um meist gehäuselose Halbleiter-Substrate, welche meist direkt aus dem Halbleiter-Wafer entnommen werden müssen, mit welchen zusammen sie produziert worden sind. Während der Produktion werden an einem derartigen Halbleiter-Wafer eine Mehrzahl von Flip-Chips derart ausgebildet, dass die Anschlussstellen der Flip-Chips an jener Oberfläche des Wafers zu liegen kommen, von welcher aus die Flip-Chips entnommen werden. Daher ist es erforderlich, die Flip-Chips einem sogenannten Dreh- oder Flip-Prozess zu unterziehen, so dass die Anschlussstellen der Flip-Chips mit einem Substrat in Kontakt geraten können und beispielsweise mittels eines Lötverfahrens mit diesem elektrisch leitend verbunden werden können. Assembly processes have become increasingly important lately in which so-called flip chips are processed. Flip-chips are mostly caseless Semiconductor substrates, which are mostly directly from the semiconductor wafer must be extracted with which they are produced have been. During the production process such semiconductor wafers a plurality of flip chips such trained that the connection points of the flip chips on that Surface of the wafer from which the Flip-Chips can be removed. Therefore, it is necessary to Flip chips to a so-called turning or flip process undergo so that the connection points of the flip chips with can come into contact with a substrate and for example by means of a soldering process with this electrically conductive can be connected.

Neben den Flip-Chips kann es auch bei sogenannten Hybrid- Chips erforderlich sein, diese während des Bestückprozesses um eine ihrer Achsen zu drehen. Bei den Hybrid-Chips handelt es sich um Mischformen aus teilweise blankliegendem Halbleitersubstrat mit in Gehäusen untergebrachten elektrischen oder elektronischen Bauelementen. Nachfolgend werden sowohl Flip- Chips, Hybrid-Chips und/oder elektrische Bauelemente als Bestückelemente bezeichnet. In addition to the flip chips, so-called hybrid Chips may be required during the placement process to rotate one of their axes. The hybrid chips are trading it is a hybrid of partially bare Semiconductor substrate with electrical or electronic components. In the following, both flip Chips, hybrid chips and / or electrical components as Designated placement elements.

Es sind mehrere Verfahren bekannt, in einem Bestückprozess Bestückelemente zunächst um eine ihrer Achsen zu drehen, ehe sie an eine vorbestimmte Bestückposition auf einem Substrat aufgesetzt werden. Several methods are known, in an assembly process First turn placement elements around one of their axes it to a predetermined mounting position on a substrate be put on.

Beispielsweise ist aus US 6,171,049 bekannt, zwei Bestückköpfe auf einem gemeinsamen Schwenkarm mit einem Winkelabstand von 45° anzuordnen. Der Schwenkarm ist um eine horizontale Achse mit einer Amplitude von ebenfalls 45° drehbar. Zusätzlich ist nach der US 6,171,049 eine Drehstation vorgesehen, welche in der Mitte des Bewegungsbereichs des gemeinsamen Schwenkarms angeordnet ist. Mit einem ersten Bestückkopf kann ein Bestückelement von einem vertikal angeordneten Wafer entnommen werden und an der Drehstation platziert werden, während von dem zweiten Bestückkopf ein Bestückelement von der Drehstation entnommen und auf ein horizontales Substrat aufgesetzt werden kann. Das Drehen des Bestückelements erfolgt an der Drehstation, während der gemeinsame Schwenkarm zwischen seinen beiden Schwenkpositionen hin und her bewegt wird. For example, two are known from US Pat. No. 6,171,049 Placement heads on a common swivel arm with an angular distance of 45 ° to be arranged. The swivel arm is horizontal Axis can also be rotated with an amplitude of 45 °. In addition, a turning station is provided according to US 6,171,049, which is in the middle of the range of motion of the common Swivel arm is arranged. With a first placement head a placement element from a vertically arranged wafer removed and placed at the turning station, while from the second placement head a placement element from the Turning station removed and on a horizontal substrate can be put on. The placement element is rotated at the turning station, while the common swivel arm moved back and forth between its two pivot positions becomes.

Hierbei besteht jedoch ein Nachteil darin, dass der Schwenkarm vor- und zurückbewegt werden muss, wodurch lange Prozesszeiten verursacht werden. Außerdem ist mit der Vorrichtung nach US, 6,171,049 eine weitere Parallelisierung von Prozessschritten eines Bestückprozesses nicht möglich. Bei der bekannten Vorrichtung und dem bekannten Verfahren müssen somit weitere Prozessschritte, wie beispielsweise Aufbringen von Lotmittel oder Vermessen des Bestückelements an zusätzlich vorzusehenden Vorrichtungen durchgeführt werden. Hierdurch steigt sowohl der Flächenbedarf der Vorrichtung wie auch die Verarbeitungszeit stark an. However, there is a disadvantage in that the Swivel arm has to be moved back and forth, which makes it long Process times are caused. Also with the device according to US, 6,171,049 a further parallelization of Process steps of an assembly process not possible. In the known device and the known method must therefore further process steps, such as applying Solder or measuring the placement element in addition devices to be provided. hereby increases both the area requirement of the device and that Processing time strongly.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Handhabungsvorrichtung, ein Bestücksystem sowie ein Verfahren zum Bestücken von Bestückelementen auf Substrate anzugeben, bei welchen der Flächenbedarf reduziert und die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht sind. It is therefore an object of the invention to Handling device, an assembly system and an assembly method specify placement elements on substrates in which the Reduced space requirements and processing speed are increased.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1, ein Bestücksystem mit den Merkmalen nach Anspruch 5 sowie ein Verfahren zum Bestücken von Bestückelementen auf Substrate mit den Merkmalen nach Anspruch 13. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht. This task is solved by a handling device with the features of claim 1, a placement system with the Features according to claim 5 and a method for loading of placement elements on substrates with the features according to Claim 13. Preferred embodiments of the invention are in the dependent claims.

Durch die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung für Bestückelemente ist es möglich, Bestückelemente kontinuierlich von einer ersten Position in einer ersten Ebene in eine zweite Position in einer zweiten Ebene zu bewegen, wobei die erste Ebene und die zweite Ebene einen Schnittwinkel aufweisen. Hierzu weist die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung eine ortsfeste Drehachse auf, um welche sie mit einem vorbestimmten Drehsinn drehbar ist. Bestückelemente, insbesondere gehäuselose Halbleiterplättchen, wie z. B. Flip-Chips oder Bare-Dies, können an einer Aufnahmeposition, an welcher die Handhabungsvorrichtung festlegbar ist, mittels einer Mehrzahl von Greifern der Handhabungsvorrichtung aus einer Position der ersten Ebene aufgenommen werden, insbesondere von einem Halbleiter-Wafer. Insbesondere sind zwischen 2 und 8 Greifer an der Handhabungsvorrichtung vorgesehen. Through the handling device according to the invention for Placement elements it is possible to place placement elements continuously from a first position in a first level to a move second position in a second plane, the first plane and the second plane have an intersection angle. For this purpose, the handling device according to the invention has a stationary axis of rotation about which you can with a predetermined direction of rotation is rotatable. Placement elements, in particular package semiconductor dies, such as. B. flip chips or Bare dies, can be in a shooting position where the Handling device can be fixed by means of a plurality of grippers of the handling device from one position the first level, especially one Semiconductor wafer. In particular there are between 2 and 8 grippers provided on the handling device.

Eine Ausgabeposition, an welcher die Handhabungsvorrichtung ebenfalls festlegbar ist, ist in dem Drehsinn umfänglich von der Aufnahmeposition beabstandet. Durch die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung ist es möglich, kontinuierlich Bestückelemente aus einer ersten Position der ersten Ebene aufzunehmen und an eine zweite Position der zweiten Ebene abzugeben, wobei ein Vor- und Zurückbewegen der Handhabungsvorrichtung vermieden ist, da durch den einheitlichen Drehsinn der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung und die vorgesehene Mehrzahl von Greifern der Handhabungsvorrichtung gewährleistet ist, dass die Bestückelemente schnell und mit geringem Platzbedarf entnommen werden können. An output position at which the handling device is also definable, is in the direction of rotation spaced from the receiving position. By the invention Handling device it is possible to continuously Placement elements from a first position of the first level record and move to a second position of the second level to deliver, moving the back and forth Handling device is avoided because of the uniform direction of rotation the handling device according to the invention and the intended plurality of grippers of the handling device It is guaranteed that the placement elements quickly and with small space requirement can be removed.

Die Mehrzahl von Greifern der Handhabungsvorrichtung ist hierbei entlang dem Umfang der Handhabungsvorrichtung um die Drehachse gleich verteilt. Hierdurch ist gewährleistet, dass durch Drehen der Handhabungsvorrichtung und einem vorbestimmten, dem Abstand zweier Greifer entlang des Umfangs entsprechenden Winkel immer ein leerer Greifer an der Aufnahmeposition und ein mit einem Bestückelement versehener Greifer an der Ausgabeposition zu liegen kommt. The majority of grippers of the handling device is here along the circumference of the handling device Rotation axis equally distributed. This ensures that by rotating the handling device and one predetermined, the distance between two grippers along the circumference an empty gripper at the appropriate angle Pickup position and a gripper provided with a placement element the issue position comes to rest.

Das erfindungsgemäße Bestücksystem weist die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung sowie einen Bestückkopf auf, von welchem die Bestückelemente an der Ausgabeposition der Handhabungsvorrichtung entnommen werden können und von welchem die Bestückelemente an eine vorbestimmte Bestückposition auf einem zu bestückenden Substrat bewegbar sind. Durch die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung ist hierbei gewährleistet, dass lediglich eine einzige Vorrichtung zum Entnehmen und Drehen der Bestückelemente erforderlich ist. Die Bestückelemente können von dem Bestückkopf des Bestücksystems an der Ausgabeposition der Handhabungsvorrichtung entnommen und von dieser aus direkt oder unter Zwischenschaltung von einer oder mehreren Arbeitsstationen an die vorbestimmte Bestückposition bewegt werden. The placement system according to the invention has the placement system according to the invention Handling device and a placement head on, from which the placement elements at the output position of the Handling device can be removed and from which the Placement elements at a predetermined placement position a substrate to be fitted are movable. Through the Handling device according to the invention is hereby ensured that only a single device for removal and Turning the placement elements is required. The Placement elements can be attached to the placement head of the placement system Issued position of the handling device and from this from directly or with the interposition of one or several workstations to the predetermined placement position be moved.

Der Bestückkopf weist beispielsweise eine Mehrzahl von Greifern auf, welche um eine Drehachse des Bestückkopfs umfänglich gleich beabstandet angeordnet sind. Insbesondere sind an dem Bestückkopf zwischen 4 und 20 oder mehr Greifer vorgesehen, von welchen die Bestückelemente ergriffen bzw. abgesetzt werden können. Hierzu sind die Greifer jeweils im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Bestückkopfs bewegbar. Hierbei ist bevorzugt die Drehachse des Bestückkopfs zur Drehachse der Handhabungsvorrichtung im Wesentlichen senkrecht angeordnet. The placement head has, for example, a plurality of Grippers, which around an axis of rotation of the placement head are circumferentially equally spaced. In particular are on the placement head between 4 and 20 or more grippers provided, from which the placement elements are gripped or set down can be. For this purpose, the grippers are each in the Can be moved essentially parallel to the axis of rotation of the placement head. Here, the axis of rotation of the placement head is preferred Axis of rotation of the handling device substantially perpendicular arranged.

Zwischen der Ausgabeposition der Handhabungsvorrichtung und der Bestückposition können entlang des Umfanges des Bestückkopfs, welchem die Greifer des Bestückkopfs während der Drehung um dessen Drehachse beschreiten, eine oder mehrere der Arbeitsstationen angeordnet sein. Hierdurch ist eine weitgehende Parallelisierung von einzelnen Prozessschritten des Bestückprozesses mittels dem erfindungsgemäßen Bestücksystem möglich. Between the delivery position of the handling device and the placement position along the circumference of the Placement head, which the gripper of the placement head during the Turn around its axis of rotation, one or more of the Workstations should be arranged. This is one extensive parallelization of individual process steps of the Placement process by means of the placement system according to the invention possible.

Als Arbeitsstationen können insbesondere eine Messstation, eine Drehstation, und/oder eine Auftragsstation vorgesehen sein. Von der Messstation kann beispielsweise die Lage des Bestückelements relativ zu dem Greifer ermittelt werden, an welchem das Bestückelement gehalten ist. Von der Drehstation kann der das Bestückelement haltende Greifer um seine Längsachse gedreht werden, wodurch es möglich ist, eine Abweichung des Bestückelements relativ zu dem Greifer von einer vorgegebenen Sollposition durch Drehen des Greifers weitgehend auszugleichen. In particular, a measuring station, a turning station, and / or an application station is provided his. The position of the Placement element can be determined relative to the gripper which the placement element is held. From the turning station can the gripper holding the placement element around its Longitudinal axis are rotated, which makes it possible to have a deviation of the placement element relative to the gripper of one predetermined target position largely by turning the gripper compensate.

Von der Auftragsstation kann beispielsweise bei Flip-Chips oder Hybrid-Chips als Bestückelementen Lotmittel auf dieselben Bestückelemente aufgebracht werden, ehe die Bestückelemente auf das zu bestückende Substrat aufgesetzt werden. Hierdurch wird zusätzlich Prozesszeit sowie Standfläche des erfindungsgemäßen Bestücksystems eingespart. From the order station, for example, with flip chips or hybrid chips as placement elements on solder the same placement elements are applied before the Placement elements are placed on the substrate to be assembled. As a result, the process time and footprint of the assembly system according to the invention saved.

Die Arbeitsstationen des erfindungsgemäßen Bestücksystems können beispielsweise um die Drehachse des Bestückkopfs entsprechend dem Abstand der Greifer des Bestückkopfs zueinander gleich beabstandet angeordnet sein. Hierdurch werden zusätzliche Wegstrecken eingespart, welche ansonsten jeweils zwischen Greifer und des Bestückkopfs und Arbeitsstation zurückgelegt werden müssten. Somit wird hierdurch die Bestückgeschwindigkeit weiter erhöht. The workstations of the placement system according to the invention can, for example, about the axis of rotation of the placement head according to the distance between the grippers of the placement head be equally spaced. This will additional distances saved, which otherwise each between the gripper and the placement head and work station would have to be covered. Thus, the Placement speed increased further.

Die Anzahl der Arbeitsstationen ist in Abhängigkeit von dem Raumbedarf zwischen den Greifern, der Anzahl der Prozessschritte, etc. optimierbar. The number of workstations depends on that Space requirement between the grippers, the number of Process steps, etc. can be optimized.

Die Bestückelemente werden beispielsweise aus einer ersten, zur Drehachse des Bestückkopfs parallelen Ebene entnommen und in eine zweite, zur Drehachse der Handhabungsvorrichtung parallele Ebene bestückt. The placement elements are, for example, from a first, taken from the plane parallel to the axis of rotation of the placement head and in a second, to the axis of rotation of the handling device parallel plane.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestücken von Bestückelementen auf Substrate ist unter Verwenden der beiden kontinuierlich arbeitenden Komponenten des erfindungsgemäßen Bestücksystems ein schnelles Bestücken der Bestückelemente auf die Substrate möglich. Dabei werden die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung zum Entnehmen der Bestückelemente aus einer ersten Ebene und Bereitstellen der Bestückelemente an einer zweiten winkelig zu der ersten Ebene angeordneten zweiten Ebene, und der Bestückkopf, von welchem die bereitgestellten Bestückelemente über eine oder mehrere Arbeitsstationen hinweg zu der Bestückposition verbracht werden können, jeweils kontinuierlich betrieben. By the inventive method for loading Placing elements on substrates is using the two continuously operating components of the invention Placement system a quick placement of the placement elements possible on the substrates. The invention Handling device for removing the placement elements a first level and providing the placement elements a second arranged at an angle to the first plane second level, and the placement head, of which the provided placement elements over one or more Workstations can be brought to the placement position, operated continuously.

Insbesondere resultiert der Geschwindigkeitsvorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren daraus, dass während ein entnommenes Bestückelement an der Ausgabeposition von einem Greifer des Bestückkopfs von der Handhabungsvorrichtung übernommen wird, gleichzeitig mittels der Handhabungsvorrichtung ein weiteres Bestückelement aus einer in der ersten Ebene befindlichen Position entnommen werden kann. In particular, the speed advantage results in the inventive method from that during a removed placement element at the delivery position by a gripper of the placement head taken over by the handling device is, at the same time by means of the handling device Another placement element from one in the first level located position can be removed.

Ebenso kann während von dem Bestückkopf ein Bestückelement an eine Bestückposition bewegt wird, gleichzeitig ein weiteres Bestückelement von der Ausgabeposition der Handhabungsvorrichtung zu einer Arbeitsstation bewegt werden. Erfindungsgemäß sind auch weitere parallelisierte Prozessschritte beispielsweise dadurch möglich, dass weitere Arbeitsstationen entlang des Umfangs des Bestückkopfs angeordnet werden, welchen die Greifer des Bestückkopfs während der Drehung um die Drehachse des Bestückkopfs beschreiben. Likewise, a placement element can be attached to the placement head one placement position is moved, another at the same time Placement element from the output position of the Handling device to be moved to a workstation. Further parallelized process steps are also in accordance with the invention possible, for example, by having additional workstations be arranged along the circumference of the placement head, which the gripper of the placement head rotates around Describe the axis of rotation of the placement head.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: The invention will become more apparent with reference to the drawing explained. The drawing shows:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bestücksystems, Fig. 1 is a schematic plan view of a preferred embodiment of the assembly system according to the invention,

Fig. 2 eine schematische teilweise Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bestücksystems, Fig. 2 is a schematic partial side view of the preferred embodiment of the assembly system according to the invention,

Fig. 3 ein Verlaufsdiagramm des erfindungsgemäßen Bestückverfahrens unter Verwenden des erfindungsgemäßen Bestücksystems nach der bevorzugten Ausführungsform, und Fig. 3 is a waveform diagram of the Bestückverfahrens according to the invention using the assembly system according to the invention according to the preferred embodiment, and

Fig. 4a bis 4d eine herkömmliche Bestückvorrichtung nach dem Stand der Technik in schematischer Seitenansicht. FIGS. 4a to 4d, a conventional Mounting device according to the prior art in a schematic side view.

Aus den Fig. 4a bis 4d ist ein Bestückverfahren nach der US 6,171,049 ersichtlich. Die entsprechende bekannte Vorrichtung weist eine Drehstation 6, ein Entnahmewerkzeug 7, ein Bestückwerkzeug 8, einen Schwenkarm 24 sowie einen Wafer 28 auf. In einem ersten Schritt wird, wie aus Fig. 4a ersichtlich, mittels des Entnahmewerkzeugs 7 ein Bestückelement von dem Wafer 28 entnommen. Anschließend wird der Schwenkarm 24 um 45° nach unten geschwenkt und gleichzeitig die Drehstation 6, an welcher bereits zuvor ein Bestückelement angebracht wurde, geschwenkt. Anschließend wird, wie aus Fig. 4c ersichtlich, mittels des Aufsetzwerkzeugs 8 ein Bestückelement auf einem Substrat (nicht gezeigt) aufgesetzt. Gleichzeitig wird mittels des Entnahmewerkzeugs 7 das von dem Wafer 28 entnommene Bestückelement auf die Drehstation 6 aufgesetzt. In einem vierten Schritt wird, wie aus Fig. 4d ersichtlich, der Schwenkarm 24 zurück in seine Ausgangslage geschwenkt, während gleichzeitig die Drehstation 6 erneut gedreht wird. A placement method according to US Pat. No. 6,171,049 can be seen from FIGS . 4a to 4d. The corresponding known device has a turning station 6 , a removal tool 7 , a placement tool 8 , a swivel arm 24 and a wafer 28 . In a first step, as can be seen from FIG. 4 a, a placement element is removed from the wafer 28 by means of the removal tool 7 . The swivel arm 24 is then swiveled downward by 45 ° and at the same time the swivel station 6 , to which a placement element has already been attached, is swiveled. Subsequently, as can be seen from FIG. 4c, a placement element is placed on a substrate (not shown) by means of the placement tool 8 . At the same time, the removed from the wafer 28 Bestückelement is placed on the turning station 6 by means of the removal tool. 7 In a fourth step, as can be seen from FIG. 4d, the swivel arm 24 is swiveled back into its starting position, while at the same time the rotating station 6 is rotated again.

Bei der bekannten Vorrichtung und dem bekannten Verfahren zum Bestücken von zu drehenden Bestückelementen besteht jedoch der Nachteil, dass die Handhabungsvorrichtung 7, 8, 24während eines Zyklus jeweils vor- und zurückbewegt werden muss. Außerdem ist es nach der US 6,171,049 nicht möglich, mehrere Arbeitsstationen zwischen den beiden Endbereichen des Bewegungsbereichs der Handhabungsvorrichtung 7, 8, 24 anzuordnen. Um ein einziges Bestückelement auf einem Substrat zu bestücken, sind nach der US 6,171,049 vier Einzelschritte erforderlich. Hierdurch wird sehr viel Prozesszeit verbraucht. Außerdem ist diese Vorgehensweise unflexibel, da lediglich die beiden Prozessschritte Entnehmen und Drehen miteinander kombinierbar sind. In the known device and the known method for the placement of placement elements to be rotated, however, there is the disadvantage that the handling device 7 , 8 , 24 must be moved back and forth during a cycle. Furthermore, according to US Pat. No. 6,171,049, it is not possible to arrange a plurality of workstations between the two end regions of the movement range of the handling device 7 , 8 , 24 . According to US Pat. No. 6,171,049, four individual steps are required to equip a single placement element on a substrate. This consumes a lot of process time. In addition, this procedure is inflexible, since only the two process steps, removal and turning, can be combined.

Aus den Fig. 1 bis 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ersichtlich. Wie in der schematischen Draufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform aus Fig. 1 ersichtlich, weist ein erfindungsgemäßen Bestücksystem einen in der X-Z-Ebene angeordneten Wafer 100 auf. Der Wafer 100 ist in der X-Z-Ebene bewegbar. Hierzu wird ein herkömmlicher Antrieb verwendet. Auf der in Y-Richtung von dem Wafer 100 abgewandten Seite ist eine Entnahme-Einrichtung 120 zum Entnehmen von Bestückelementen von dem Wafer 100 angeordnet. Die Entnahmeeinrichtung 120 kann in der Entnahmerichtung E bewegt werden, um Bestückelemente entgegen der Y-Richtung von dem Wafer 100 auf einen Greifer 210-3 einer erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung für Bestückelemente 110 zu zu bewegen. A preferred embodiment of the invention can be seen from FIGS. 1 to 3. As can be seen in the schematic plan view of the preferred embodiment from FIG. 1, a placement system according to the invention has a wafer 100 arranged in the XZ plane. The wafer 100 is movable in the XZ plane. A conventional drive is used for this. A removal device 120 for removing placement elements from the wafer 100 is arranged on the side facing away from the wafer 100 in the Y direction. The removal device 120 can be moved in the removal direction E in order to move placement elements against the Y direction from the wafer 100 to a gripper 210-3 of a handling device for placement elements 110 according to the invention.

Die Handhabungsvorrichtung 210 weist eine beispielsweise in der X-Richtung angeordnete Drehachse 215 auf. Um diese Drehachse 215 ist die Handhabungsvorrichtung in der durch den Pfeil gezeigten Drehrichtung D drehbar gelagert. Die Handhabungsvorrichtung 210 weist eine Mehrzahl von Greifern 210-1, 210-2, 210-3 und 210-4 auf. Jeweils nach dem Entnehmen eines Bestückelements 110 unter Zuhilfenahme der Entnahmevorrichtung 120 durch die Handhabungsvorrichtung 210 wird die Handhabungsvorrichtung 210 in der Drehrichtung D um eine Teilung, d. h. um den Umfangsabstand zwischen zwei benachbart an der Handhabungsvorrichtung 210 angeordneten Greifern, z. B. 210-2 und 210-3 weitergedreht. Hierdurch ist ein erneutes Entnehmen eines Bestückelements 110 von dem Wafer 100 mittels des dem nun dem Wafer zugewandten leeren Greifer möglich. The handling device 210 has an axis of rotation 215 arranged, for example, in the X direction. The handling device is mounted rotatably about this axis of rotation 215 in the direction of rotation D shown by the arrow. The handling device 210 has a plurality of grippers 210-1 , 210-2 , 210-3 and 210-4 . Each time after removal of a placement element 110 with the aid of the removal device 120 by the handling device 210 , the handling device 210 is rotated in the direction of rotation D by a division, ie by the circumferential distance between two grippers arranged adjacent to the handling device 210 , e.g. B. 210-2 and 210-3 rotated further. This makes it possible to remove a placement element 110 again from the wafer 100 by means of the empty gripper now facing the wafer.

Ferner weist das erfindungsgemäße Bestücksystem einen Bestückkopf 300 auf, welcher mit einer Mehrzahl von Greifern (in der Fig. 1 nicht gezeigt) versehen ist. Der Bestückkopf 300 ist um eine Drehachse 320 in einer Drehrichtung K drehbar gelagert. Die Greifer des Bestückkopfs 300 sind entlang dem Umfang 330 des Bestückkopfs an diesem angeordnet, so dass beim Drehen des Bestückkopfs in der Drehrichtung K die Greifer die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 210 sowie die Mehrzahl von Arbeitsstationen 220, 230, 240 und 250 überschreiten. Furthermore, the placement system according to the invention has a placement head 300 , which is provided with a plurality of grippers (not shown in FIG. 1). The placement head 300 is rotatably supported in a direction of rotation K about an axis of rotation 320 . The grippers of the placement head 300 are arranged along the circumference 330 of the placement head, so that when the placement head is rotated in the direction of rotation K, the grippers exceed the handling device 210 according to the invention and the plurality of workstations 220 , 230 , 240 and 250 .

Die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung 210 ist hier aus der Fig. 1 in der 12-Uhr-Position angeordnet ersichtlich. In der Drehrichtung K des Bestückkopfs 300 der Handhabungsvorrichtung 210 ist in der 11-Uhr-Position eine Messstation 220 angeordnet, von welcher die Position des entnommenen Bestückelements 110 relativ zu dem Greifer des Bestückkopfs 300 in der 11-Uhr-Position ermittelbar ist. In der Drehrichtung K der Messstation 220 nachfolgend ist eine Auftragstation 230 in der 10-Uhr-Position angeordnet. Von der Auftragstation 230 kann beispielsweise ein von dem Greifer des Bestückkopfs gehaltenes Bestückelement 110 mit Lotmittel, Flußmittel und/oder einem elektrisch leitfähigen Klebstoff versehen werden. Im Gegenuhrzeigersinn ist der Auftragstation 230 nachfolgend eine Drehstation 240 in der 9-Uhr-Position angeordnet, von welcher durch Drehen des Greifers des von dem Greifer gehaltene Bestückelement entsprechend einer gewünschten Drehstellung drehbar ist. The handling device 210 according to the invention can be seen here in FIG. 1 arranged in the 12 o'clock position. In the direction of rotation K of the placement head 300 of the handling device 210 , a measuring station 220 is arranged in the 11 o'clock position, from which the position of the removed placement element 110 relative to the gripper of the placement head 300 in the 11 o'clock position can be determined. In the direction of rotation K of the measuring station 220 , an application station 230 is arranged in the 10 o'clock position. From the application station 230 , for example, a placement element 110 held by the gripper of the placement head can be provided with solder, flux and / or an electrically conductive adhesive. Counter-clockwise, the application station 230 is followed by a turning station 240 in the 9 o'clock position, from which the fitting element held by the gripper can be rotated according to a desired rotational position by rotating the gripper.

Zusätzlich kann noch in der Drehrichtung K der Auftragstation nachfolgend eine Messstation 250 für das Substrat vorgesehen sein, von welcher die Position des zu bestückenden Substrats 400-2 relativ zu den Greifern des Bestückkopfs 300 bzw. die Position der auf das Substrat 400-2 aufgesetzten Bestückelemente 110 relativ zu diesem zu bestückenden Substrat 400-2 ermittelbar ist. In addition, in the direction of rotation K of the application station, a measuring station 250 can subsequently be provided for the substrate, from which the position of the substrate 400-2 to be equipped relative to the grippers of the placement head 300 or the position of the placement elements placed on the substrate 400-2 110 can be determined relative to this substrate 400-2 to be populated.

Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Bestücksystem mit einer Transportvorrichtung versehen, von welcher zu bestückende und/oder ganz oder teilweise bestückte Substrate 400-1, 400-2 bzw. 400-3 in einer Transportrichtung T durch das erfindungsgemäße Bestücksystem transportierbar sind. Die Transportvorrichtung ist z. B. ein Substrat-Indexer mit Klammern 410, welche an dem Substrat angeordnet sind, wobei die Substrate beim Transportieren in der Transportrichtung T schrittweise fortbewegt werden. In addition, the placement system according to the invention is provided with a transport device, of which substrates 400-1 , 400-2 or 400-3 to be assembled and / or fully or partially equipped can be transported in a transport direction T through the placement system according to the invention. The transport device is e.g. B. a substrate indexer with clamps 410 , which are arranged on the substrate, the substrates being moved step by step during transport in the transport direction T.

Eine Justiervorrichtung (nicht gezeigt) kann zusätzlich vorgesehen sein, um die zu bestückenden Substrate 400-1 oder 400-2 in der X und/oder in der Y-Richtung relativ zu dem Bestückkopf 300 nach der Fig. 1 in der Z-Ebene zu positionieren. Hierzu sind die zu bestückenden Substrate mit Markierungen versehen (nicht gezeigt). Diese können beispielsweise von der Messstation für die Substrate 250 erfasst werden, um die Position der Substrate 400-1, 400-2 relativ zu dem Bestückkopf 300 zu ermitteln. Die Substrate werden von der Justiervorrichtung in X-, Y- und Φ_Z-Richtung positioniert, damit die Bestückelemente jeweils exakt an der vorgesehenen Bestückposition aufgesetzt werden können. Beispielsweise ist ein Substrattisch vorgesehen, auf welchem die Substrate zum Positionieren und Transportieren angeordnet sind. Der Substrattisch weist in der Y-Richtung einen großen Bewegungsbereich und in der X-Richtung einen kleinen Bewegungsbereich auf. Der kleine Bewegungsbereich in der X-Richtung dient dazu, Positionsabweichungen auszugleichen, welche von dem Bestückkopf 300 und/oder den Klammern 410 des Substrat-Indexers verursacht werden. An adjusting device (not shown) can additionally be provided in order to move the substrates 400-1 or 400-2 to be assembled in the X and / or in the Y direction relative to the placement head 300 according to FIG. 1 in the Z plane position. For this purpose, the substrates to be loaded are provided with markings (not shown). These can be detected, for example, by the measuring station for the substrates 250 in order to determine the position of the substrates 400-1 , 400-2 relative to the placement head 300 . The substrates are positioned by the adjusting device in the X, Y and Φ _Z directions so that the placement elements can be placed exactly on the intended placement position. For example, a substrate table is provided on which the substrates for positioning and transporting are arranged. The substrate table has a large range of motion in the Y direction and a small range of motion in the X direction. The small range of movement in the X direction serves to compensate for position deviations which are caused by the placement head 300 and / or the clips 410 of the substrate indexer.

Aus Fig. 2 ist eine teilweise schematische Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bestücksystems ersichtlich. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, sind zusätzlich zu den aus Fig. 1 ersichtlichen Elementen des Bestückkopfs 300 in der X-Y-Ebene an dem Bestückkopf 300 eine Mehrzahl von Greifern 310-1 bis 310-12 angeordnet, von welchem lediglich die Greifer 310-6, 310-10, 310-11, 310-12 in der Fig. 2 gezeigt sind. Sämtliche Greifer 310-X des Bestückkopfs 300 sind in der Z-Richtung und/oder der Φ_Z- Richtung, d. h. der Drehung um die Z-Achse, bewegbar an dem Bestückkopf 300 angeordnet. Durch Drehen des Bestückkopfs in der Drehrichtung K um die Drehachse 320 werden die Greifer 310-X des Bestückkopfs 300 jeweils um einen vorbestimmten Winkel in der Drehrichtung K weiter bewegt. Der vorbestimmte Winkel beträgt hierbei 360° geteilt durch die Anzahl der an dem Bestückkopf 300 vorgesehenen Greifer. From Fig. 2 is a partially schematic side view of the preferred embodiment of the assembly system according to the invention can be seen. As can be seen from FIG. 2, in addition to the elements of the placement head 300 shown in FIG. 1, a plurality of grippers 310-1 to 310-12 are arranged in the XY plane on the placement head 300 , of which only the grippers 310- 6 , 310-10 , 310-11 , 310-12 are shown in FIG. 2. All the grippers 310-X of the placement head 300 are arranged on the placement head 300 so as to be movable in the Z direction and / or the Φ _Z direction, ie the rotation about the Z axis. By rotating the placement head in the direction of rotation K about the axis of rotation 320 , the grippers 310-X of the placement head 300 are each moved further by a predetermined angle in the direction of rotation K. The predetermined angle is 360 ° divided by the number of grippers provided on the placement head 300 .

Die Arbeitsstationen 210, 220, 230 und 250 sind ebenfalls jeweils in einem einem ganzzahligen Vielfachen des vorbestimmten, durch die Anzahl der Greifer festgelegten Winkel beabstandet entlang des Umfangs 330 des Bestückkopfs 300 angeordnet. Daher wird durch Drehen des Bestückkopfs in der Drehrichtung K um den vorbestimmten Winkel jeder der Greifer 310-X von einer Arbeitsstation zur nächsten Arbeitsstation bewegt und es können gleichzeitig eine der Anzahl von Arbeitsstationen entsprechende Anzahl von Prozessschritten des Bestückprozesses durchgeführt werden, ehe die Bestückelemente 110 an der Bestückposition 310-6 des Bestückkopfs 300 angelangt sind und von dem Greifer 310-6 auf das zu bestückende Substrat 400-2 aufgesetzt werden. Die Greifer 310-X können auch in radialer Richtung des Bestückkopfs 300 bewegbar sein. The workstations 210 , 220 , 230 and 250 are likewise each spaced apart at an integral multiple of the predetermined angle determined by the number of grippers along the circumference 330 of the placement head 300 . Therefore, by rotating the placement head in the direction of rotation K by the predetermined angle, each of the grippers 310-X is moved from one work station to the next work station, and a number of process steps of the placement process corresponding to the number of work stations can be carried out simultaneously before the placement elements 110 start of the placement position 310-6 of the placement head 300 and are placed on the substrate 400-2 to be assembled by the gripper 310-6 . The grippers 310-X can also be movable in the radial direction of the placement head 300 .

Aus Fig. 3 ist der Zeitverlauf des erfindungsgemäßen Bestückverfahrens unter Verwenden der erfindungsgemäßen Bestückvorrichtung ersichtlich. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, erweist ein Bestückzyklus des erfindungsgemäßen Bestücksystems im Wesentlichen zwei Zeitabschnitte auf. Im ersten Zeitabschnitt werden gleichzeitig folgende Schritte durchgeführt. Der Wafer 100 wird indiziert und mittels der Entnahmevorrichtung 120 wird ein Bestückelement 110 von dem Wafer abgestoßen. Gleichzeitig wird die Handhabungsvorrichtung 210 um eine Position in der Drehrichtung D weitergedreht. Gleichzeitig wird der Bestückkopf in der Drehrichtung K um eine Position weitergedreht. Gleichzeitig hierzu wird das zu bestückende Substrat 400-2 um einen Schritt in der Transportrichtung T weiterbewegt. From Fig. 3, the time course of the Bestückverfahrens invention using the insertion device according to the invention can be seen. As can be seen from FIG. 3, an assembly cycle of the assembly system according to the invention essentially shows two time segments. The following steps are carried out simultaneously in the first period. The wafer 100 is indexed and a placement element 110 is repelled from the wafer by means of the removal device 120 . At the same time, the handling device 210 is rotated further by one position in the direction of rotation D. At the same time, the placement head is rotated one position in the direction of rotation K. At the same time, the substrate 400-2 to be loaded is moved on by one step in the transport direction T.

In einem zweiten Zeitabschnitt wird erfindungsgemäß gleichzeitig ausgeführt: Mittels der Entnahmeeinrichtung 120 und dem Greifer 210-3 der Handhabungsvorrichtung 210 wird ein Bestückelement 110 von dem Wafer 100 entnommen. Gleichzeitig wird ein an dem Greifer 210-2 der Handhabungsvorrichtung 210 befindliches Bestückelement 110 an den Greifer 310-12 des Bestückkopfs 300 übergeben. Gleichzeitig wird an der Messstation 220 ein übergebenes Bestückelement an dem Greifer 310-11 vermessen. Gleichzeitig wird an der Auftragsstation 230 ein Bestückelement an dem Greifer 310-0 des Bestückkopfs 300 mit Lotmittel versehen. Gleichzeitig wird an der Drehstation 240 ein Bestückelement 110 samt dem das Bestückelement haltenden Greifer 310-9 um einen Korrekturwinkel zur Feinjustierung des Drehwinkels des Bestückelements 110 um die Längsachse des Greifers 310 ^-9 gedreht. Gleichzeitig wird das an dem Greifer 310 ^-6 befindliche Bestückelement 110 in der Bestückposition des Bestückkopfs 300 auf das zu bestückende Substrat 400-2 an der vorbestimmten Bestückposition aufgesetzt. Gleichzeitig wird mit dem Messsystem für Substrate 250 das zu bestückende Substrat 400-2 vermessen. In a second period of time, according to the invention, the following is carried out simultaneously: by means of the removal device 120 and the gripper 210-3 of the handling device 210 , a placement element 110 is removed from the wafer 100 . At the same time, a placement element 110 located on the gripper 210-2 of the handling device 210 is transferred to the gripper 310-12 of the placement head 300 . At the same time, a transferred placement element on the gripper 310-11 is measured at the measuring station 220 . At the same time, a placement element on the gripper 310-0 of the placement head 300 is provided with solder at the application station 230 . At the same time, a placement element 110 together with the gripper 310-9 holding the placement element is rotated at the turning station 240 by a correction angle for fine adjustment of the angle of rotation of the placement element 110 about the longitudinal axis of the gripper 310 ^-9 . At the same time, the placement element 110 located on the gripper 310 ^-6 is placed in the placement position of the placement head 300 on the substrate 400-2 to be assembled at the predetermined placement position. At the same time, the substrate 400-2 to be equipped is measured with the measuring system for substrates 250 .

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, ist es mit dem erfindungsgemäßen Bestücksystem möglich, beispielsweise gleichzeitig bis zu 7 Einzel-Prozessschritte eines Bestückverfahrens parallel auszuführen. Hierdurch ist eine hohe Bestückgeschwindigkeit gewährleistet, da die Bestückgeschwindigkeit lediglich von der Taktzeit des Bestückkopfs 300 oder der längsten Prozeßzeit eines der Einzelprozesse an den Arbeitsstationen abhängig ist. As can be seen from FIG. 3, with the placement system according to the invention it is possible, for example, to simultaneously execute up to 7 individual process steps of a placement process in parallel. This ensures a high placement speed, since the placement speed only depends on the cycle time of the placement head 300 or the longest process time of one of the individual processes at the work stations.

Claims

1. Handling device for placement elements for moving placement elements ( 110 ) lying in a first position in a first plane into a second position located in a second plane, the first plane and the second plane having an intersection angle and the placement elements ( 110 ) in the first level with a first side and the second level with a second side, the handling device ( 210 ) with:
a stationary axis of rotation ( 215 ) about which the handling device ( 210 ) can be rotated with a predetermined direction of rotation,
a plurality of grippers (210-1, 210-2, 210-3, 210-4) which are arranged facing away from the fixed axis of rotation for gripping placement elements ( 110 ), the plurality of grippers ( 210-1 , 210-2 , 210-3 , 210-4 ) with mutually equal distances circumferentially around the axis of rotation ( 215 ) on the handling device ( 210 ),
wherein the handling device ( 210 ) for receiving placement elements ( 110 ) can be fixed in a receiving position, so that by means of the grippers ( 210-1 , 210-2 , 210-3 , 210-4 ) one placement element ( 110 ) each from one position the first level is recordable, and
wherein the handling device ( 210 ) can be fixed at an output position which is circumferentially spaced in the direction of rotation in order to position the placement elements ( 110 ) respectively received by the grippers (210-1, 210-2, 210-3, 210-4) hand in at the second level.

2. Device according to claim 1, wherein the grippers ( 210-1 , 210-2 , 210-3 , 210-4 ) are each movable in a direction radial to the axis of rotation ( 215 ) by means of a drive.

3. Device according to one of the preceding claims, wherein the axis of rotation ( 215 ) is arranged substantially horizontally.

4. Device according to one of the preceding claims, wherein the grippers ( 210-1 , 210-2 , 210-3 , 210-4 ) are vacuum pipettes.

5. placement system with a handling device ( 210 ) according to one of the preceding claims and with a placement head ( 300 ), from which the placement elements ( 110 ) at the output position of the handling device ( 210 ) can be removed and at a respectively predetermined placement position on a substrate in a placement level are movable.

6. placement system according to claim 5, wherein the placement head ( 300 ) has an axis of rotation ( 320 ) about which a plurality of grippers ( 310-6 , ... 310-12 ) is circumferentially equally spaced .

7. placement system according to one of claims 5 or 6, additionally with at least one work station ( 220 , 240 ), which along a substantially the circumference of the grippers (310-6,... 310-12) around the placement head ( 300 ) Circumference ( 330 ) around the axis of rotation ( 320 ) of the placement head ( 300 ) is arranged so that a placement element ( 110 ) received by one of the grippers ( 310-6 , ... 310-12 ) of the placement head ( 300 ) by rotating the Placement head ( 300 ) can be moved to the work station ( 220 , 240 ) and can be processed there by the work station ( 220 , 240 ).

8. placement system according to claim 7, wherein as a work station a measuring station ( 220 ), from which the position of the placement element ( 110 ) relative to the gripper ( 310-6 , ... 310-12 ) can be determined, and / or a turning station ( 240 ) is provided, of which the gripper ( 310-6 , ... 310-12 ) can be rotated about its longitudinal axis relative to the placement head ( 300 ).

9. placement system according to claim 8, wherein as an additional work station ( 230 ) an application station is provided, from which solder, flux and / or conductive adhesive can be applied to the placement elements ( 110 ).

10. placement system according to one of claims 7 to 9, wherein the work stations ( 220 , 230 , 240 ) circumferentially about the axis of rotation ( 320 ) of the placement head ( 300 ) with corresponding to the distance of the grippers ( 310-6 , ... 310-12 ) of the placement head ( 300 ) are equally spaced from one another.

11. Placement system according to one of the preceding claims, wherein the placement elements ( 110 ) are bare die components which can be removed by the handling device ( 210 ) from a wafer ( 100 ) arranged in the first level and for transfer to the placement head ( 300 ). are pivotable to the second level.

12. placement system according to one of the preceding claims, wherein the axis of rotation ( 320 ) of the placement head ( 300 ) is arranged substantially vertically.

13. A method for equipping placement elements on substrates, in which using a placement system according to one of claims 5 to 12:
a placement element ( 110 ) is removed from a position located in a first plane by means of a handling device ( 210 ) according to one of claims 1 to 4 located in a receiving position,
the removed placement element ( 110 ) is rotated in a predetermined direction of rotation from the receiving position into an output position by means of the handling device ( 210 ),
the rotated placement element ( 110 ) is taken over at the delivery position by a gripper ( 310-12 ) of a placement head ( 300 ), while at the same time a further placement element is removed from a position in the first plane by means of the handling device ( 210 ),
by rotating the placement head ( 300 ) the placement element ( 110 ) is moved to a work station ( 220 , 230 , 240 ),
the placement element is processed at the work station ( 220 , 230 , 240 ), while at the same time the further placement element is taken over by a further gripper of the placement head ( 300 ) at the output position of the handling device ( 210 ),
the processed placement element ( 110 ) is moved from the placement head ( 300 ) to a placement position, while at the same time the further placement element ( 110 ) is moved from the output position to the work station,
the placement element ( 110 ) is placed on a substrate ( 400-2 ), while at the same time the further placement element ( 110 ) is processed by the work station ( 220 , 230 , 240 ).

14. The method according to claim 13, wherein each placement element ( 110 ) between the dispensing position and the placement position is moved successively from the placement head ( 300 ) to a plurality of workstations ( 220 , 230 , 240 ) and processed by the same.

15. The method according to claim 13 or 14, wherein the method is carried out cyclically and continuously for a plurality of placement elements ( 110 ).

16. The method according to any one of claims 13 to 15, wherein for each placement element
the position of the placement element ( 110 ) relative to the gripper ( 310-6 , ... 310-12 ) holding the placement element of the placement head is determined,
the placement element ( 110 ) is rotated into a desired target position in accordance with the determined position, and / or
the placement element is at least partially provided with solder, flux and / or conductive adhesive.