DE102013207599A1 - Placement device and placement method for accurately aligning and / or equipping a substrate with a component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Platziervorrichtung zum lagegenauen Ausrichten und / oder Bestücken eines Substrates (1) mit mindestens einem dazu komplementären Bauelement (2), mit einer ersten Haltevorrichtung (10) für das mindestens eine Bauelement (2) oder das Substrat (1) am freien Ende eines um eine Schwenkachse (A) schwenkbaren Hebelarms (11), einer zweiten Haltevorrichtung (3) für das jeweils komplementäre Substrat (1) oder Bauelement, gekennzeichnet durch a) eine erste optische Achse (32) einer ersten Kameravorrichtung (31), die auf die erste Haltevorrichtung (10) mit mindestens einem Bauelement (1) oder einem Substrat (2) ausgerichtet ist, und b) eine zweite optische Achse (34) einer zweiten Kameravorrichtung (33), die auf die zweite Haltevorrichtung (20) mit dem jeweils komplementären Substrat oder Bauelement (1, 2) ausgerichtet ist, und durch c) eine Lageauswertungsvorrichtung (50) zur Erstellung eines Ausgabedatensatzes (41) aus einer Verarbeitung der Bilder der Kameravorrichtungen (31, 33), wobei der Ausgabedatensatz (41) eine Überlagerung der Bilder der ersten und zweiten Kameravorrichtung (31, 33) zur Anzeige auf einer Ausgabevorrichtung (40) aufweist und /oder der Ausgabedatensatz (41) Differenzdaten zu relativen Positionen von Bauelement (2) und Substrat (1), aufgenommen mit der ersten und zweiten Kameravorrichtung (31, 33), aufweist.The invention relates to a placement device for precisely aligning and / or equipping a substrate (1) with at least one component (2) complementary thereto, with a first holding device (10) for the at least one component (2) or the substrate (1) in the open End of a lever arm (11) which can be pivoted about a pivot axis (A), a second holding device (3) for the respectively complementary substrate (1) or component, characterized by a) a first optical axis (32) of a first camera device (31) which is aligned with the first holding device (10) with at least one component (1) or a substrate (2), and b) a second optical axis (34) of a second camera device (33) which is connected to the second holding device (20) with the each complementary substrate or component (1, 2) is aligned, and by c) a position evaluation device (50) for creating an output data set (41) from processing the images of the camera devices (31, 33), the output data record (41) having an overlay of the images of the first and second camera devices (31, 33) for display on an output device (40) and / or the output data record (41) difference data on relative positions of the component (2) and substrate (1), recorded with the first and second camera devices (31, 33).
Description
Die Erfindung betrifft eine Platziervorrichtung zum lagegenauen Bestücken eines Substrates mit einem Bauelement gemäß Anspruch 1 und ein Platzierverfahren zum lagegenauen Bestücken eines Substrates mit einem Bauelement gemäß Anspruch 13. The invention relates to a placement device for positionally accurate loading of a substrate with a component according to
Bei der Herstellung insbesondere von elektronischen, optischen und optoelektronischen Erzeugnissen, sowie von Mikrosystemen besteht die Aufgabe, Bauelemente automatisch auf einem Substrat anzuordnen. Die Bauelemente können z.B. Speicherbausteine oder Mikroprozessoren sein, die auf einem Substrat abgesetzt werden müssen. Andere Beispiele sind die Montage von VCSEL-Bauelementen, Photodioden, MEMS-Bauelementen oder Chip-on-Glass-Bauelementen. In the production of, in particular, electronic, optical and optoelectronic products, as well as microsystems, the object is to arrange components automatically on a substrate. The components may e.g. Memory chips or microprocessors that need to be deposited on a substrate. Other examples include the mounting of VCSEL devices, photodiodes, MEMS devices, or chip-on-glass devices.
Anschließend erfolgt eine Weiterverarbeitung des Substrates zusammen mit dem Bauelement. Insbesondere erfolgt u.U. eine dauerhaftere Verbindung von Substrat und Bauelement, z.B. durch Thermokompression, Ultraschallverfahren, Löten oder Kleben. Subsequently, a further processing of the substrate takes place together with the component. In particular, u.U. a more durable connection of substrate and device, e.g. by thermocompression, ultrasound, soldering or gluing.
Bekannt sind Platziervorrichtungen z.B. aus der
Um immer höhere Platziergenauigkeiten realisieren zu können, werden Platziervorrichtungen und -verfahren benötigt, die einfach und effizient herstellbar und einsetzbar sind. In order to realize ever higher placement accuracies, placement devices and methods are needed that are simple and efficient to manufacture and use.
Diese Aufgabe wird durch eine Platziervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Diese dient dem lagegenauen Ausrichten und / oder Bestücken eines Substrates mit mindestens einem dazu komplementären Bauelement. Sie weist eine erste Haltevorrichtung für das mindestens eine Bauelement oder das Substrat am freien Ende eines um eine Schwenkachse schwenkbaren Hebelarms und eine zweite Haltevorrichtung für das jeweils komplementäre Substrat oder Bauelement auf. This object is achieved by a placement device with the features of
Es werden zwei Kameravorrichtungen verwendet, wobei eine erste optische Achse einer ersten Kameravorrichtung auf eine erste Haltevorrichtung mit mindestens einem Bauelement oder einem Substrat und eine zweite optische Achse einer zweiten Kameravorrichtung auf die zweite Haltevorrichtung mit dem jeweils komplementären Substrat oder Bauelement ausgerichtet sind. Two camera devices are used, with a first optical axis of a first camera device being aligned with a first holding device having at least one component or a substrate and a second optical axis of a second camera device being aligned with the second holding device with the respective complementary substrate or component.
Eine Lageauswertungsvorrichtung dient der Erstellung eines Ausgabedatensatzes aus einer Verarbeitung der Bilder der Kameravorrichtungen, wobei der Ausgabedatensatz eine Überlagerung, ggf. gleichzeitig aufgenommener Bilder der ersten und zweiten Kameravorrichtung zur Anzeige auf einer Ausgabevorrichtung aufweist und / oder der Ausgabedatensatz Bilddaten der ersten und zweiten Kameravorrichtung mit Differenzdaten zu relativen Positionen von Bauelement und Substrat aufweist A position evaluation device serves to produce an output data record from a processing of the images of the camera devices, wherein the output data record comprises an overlay, if necessary simultaneously recorded images of the first and second camera device for display on an output device and / or the output data record image data of the first and second camera device with difference data to relative positions of device and substrate
Somit ermöglicht die Platziervorrichtung auf Grund der gekoppelten Kameravorrichtungen eine Reihe von Bildverarbeitungen. Zum einen können die aufgenommenen Bilder in Form des Ausgabedatensatzes automatisch, z.B. mit einer automatischen Mustererkennung weiter verarbeitet werden. Zum anderen können die aufgenommenen Bilder überlagert werden und für einen Betrachter, z.B. einen Bediener der Platziervorrichtung, auf einer Ausgabevorrichtung (z.B. einem Bildschirm direkt an der Platziervorrichtung) angezeigt werden. Grundsätzlich ist auch eine Kombination der internen Datenverarbeitung des Ausgabedatensatzes und der Anzeige des überlagerten Bildes möglich. Thus, due to the coupled camera devices, the placement device allows a number of image processing. First, the captured images in the form of the output data set can be automatically, e.g. be further processed with an automatic pattern recognition. On the other hand, the captured images can be superimposed and displayed to a viewer, e.g. an operator of the placement device, are displayed on an output device (e.g., a screen directly on the placement device). Basically, a combination of the internal data processing of the output data set and the display of the superimposed image is possible.
Ein einfacher und sicherer Aufbau ergibt sich, wenn die optischen Achsen der ersten und zweiten Kameravorrichtung relativ zueinander feststehend angeordnet sind, insbesondere rechtwinklig zueinander. A simple and safe construction results when the optical axes of the first and second camera apparatus are arranged fixed relative to one another, in particular at right angles to one another.
Zusätzlich oder alternativ sind die optischen Achsen der Kameravorrichtungen parallel zur jeweiligen Objektebene beweglich, insbesondere linear verschiebbar. Damit können mehrere Positionen eines Bauelements und / oder Substrates optisch erfasst werden, was insbesondere bei größeren Bauelementen oder Substraten sinnvoll ist. Additionally or alternatively, the optical axes of the camera devices are movable parallel to the respective object plane, in particular linearly displaceable. In this way, a plurality of positions of a component and / or substrate can be detected optically, which makes sense in particular for larger components or substrates.
Aus dem gleichen Grund kann in einer Ausführungsform zusätzlich oder alternativ mindestens eine der Kameravorrichtungen aus dem Schwenkbereich des Hebelarms verschwenkbar ausgebildet sind. For the same reason, in one embodiment, additionally or alternatively, at least one of the camera devices can be pivoted out of the pivoting range of the lever arm.
Wenn der Schwenkwinkel des Hebelarms kleiner gleich 270° ist, kann die Bestückung der Platziervorrichtung in besonders einfacher Weise erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Winkel gleich 180° oder gleich 90° ist. If the pivot angle of the lever arm is less than or equal to 270 °, the placement of the placement can be done in a particularly simple manner. It is particularly advantageous if the angle is equal to 180 ° or equal to 90 °.
Ferner weist eine vorteilhafte Ausführungsform eine Justiervorrichtung auf, mit der insbesondere eine automatische räumliche Einstellung des Bauelementes und / oder des Substrats in Abhängigkeit von den korrigierten Bildern der Kameravorrichtungen vornehmbar ist. Für die Einstellung der relativen Position von Substrat und Bauelementen zueinander weist eine vorteilhafte Ausführungsform eine Unterlage als Teil der zweiten Haltevorrichtung für das Substrat oder das Bauelement auf, wobei eine Justierung in mindestens einem Freiheitsgrad möglich ist. Die Justierung kann demnach entlang mindestens eines translatorischen Freiheitsgrades und / oder eines rotatorischen Freiheitsgrades erfolgen. Die Unterlage ist somit Teil einer Justiervorrichtung. Furthermore, an advantageous embodiment has an adjusting device with which, in particular, an automatic spatial adjustment of the component and / or of the substrate in dependence on the corrected images of the camera devices is vornehmbar. For the adjustment of the relative position of substrate and components to each other, an advantageous embodiment of a pad as part of the second holding device for the substrate or the component, wherein an adjustment in at least one degree of freedom is possible. The adjustment can therefore along at least one translational degree of freedom and / or a rotational degree of freedom. The pad is thus part of an adjusting device.
Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich, wenn die erste und zweite Kameravorrichtung baugleich ausgebildet sind. A particularly simple structure results when the first and second camera device are of identical construction.
Für eine einfache und stabile Ausführung der Bestückung ist es vorteilhaft, wenn der Schnittpunkt der optischen Achsen der Kameravorrichtungen und die Haltevorrichtungen eine Ebene aufspannen, deren Schnittpunkt mit der Schwenkachse zusammen mit dem Schnittpunkt der optischen Achsen der Kameravorrichtungen und den Haltevorrichtungen ein Quadrat bilden. For a simple and stable implementation of the assembly, it is advantageous if the intersection of the optical axes of the camera devices and the holding devices span a plane whose intersection with the pivot axis forms a square together with the intersection of the optical axes of the camera devices and the holding devices.
Vorteilhafterweise weist die Platziervorrichtung eine Reihe von Korrekturmitteln auf. Durch ein erstes Korrekturmittel werden optische Fehler, insbesondere Verzeichnungen, in den Bildern der Kameravorrichtungen mittels Kalibrierdaten minimiert. Ein zweites Korrekturmittel dient der Verrechnung von mechanischen Fehlern der Platziervorrichtung mit Kalibrierdaten. Ein drittes Korrekturmittel dient der Verrechnung der mechanischen Positionen der Kameravorrichtungen. Diese Korrekturmittel können einzeln oder in Kombination miteinander verwendet werden. Advantageously, the placement device has a number of correction means. A first correction means minimizes optical errors, in particular distortions, in the images of the camera devices by means of calibration data. A second correction means is used to offset mechanical errors of the placement device with calibration data. A third correction means is used to charge the mechanical positions of the camera devices. These correction means may be used singly or in combination with each other.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Darstellung des Ergebnisses der Lageauswertungsvorrichtung in Echtzeit erfolgt, so dass ein Bediener in die Lage versetzt wird, mit einer Justiervorrichtung manuell eine räumliche Einstellung des Bauelementes und / oder des Substrats in Abhängigkeit von der überlagerten Darstellung auf der Ausgabevorrichtung, insbesondere einem Bildschirm, durchzuführen. Furthermore, it is advantageous if the representation of the result of the position evaluation device takes place in real time, so that an operator is enabled, with an adjustment device, manually to spatially adjust the component and / or the substrate as a function of the superposed representation on the output device, especially a screen to perform.
Zusätzlich oder alternativ ist es auch vorteilhaft, wenn mit einer Justiervorrichtung automatisch eine räumliche Einstellung des Bauelementes und / oder des Substrats in Abhängigkeit vom Ergebnis der Lageauswertungsvorrichtung vornehmbar ist. Dies ist z.B. durch ein automatisches Bilderkennungssystem möglich. Additionally or alternatively, it is also advantageous if, with an adjusting device, a spatial adjustment of the component and / or of the substrate can be carried out automatically as a function of the result of the position evaluation device. This is e.g. through an automatic image recognition system possible.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer Platziervorrichtung weist Mittel zur Weiterverarbeitung von Bauelement und Substrat auf, insbesondere Mittel zur Herstellung einer dauerhafteren Verbindung von Substrat und Bauelement durch Thermokompression, Ultraschallverfahren, Löten und / oder Kleben. A further advantageous embodiment of a placement device has means for further processing of the component and the substrate, in particular means for producing a more durable connection of substrate and component by thermocompression, ultrasonic methods, soldering and / or gluing.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Bilder der ersten und zweiten Kameravorrichtung gleichzeitig aufgenommen wurden und im Ausgabedatensatz abgespeichert sind. Furthermore, it is advantageous if the images of the first and second camera device were recorded simultaneously and stored in the output data record.
Die Aufgabe wird auch durch ein Platzierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. The object is also achieved by a placement method with the features of claim 14.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt In the following, embodiments of the invention will be illustrated with reference to drawings. It shows
In
Im vorliegenden Fall ist das Substrat
Damit kann das Substrat
Die erste Haltevorrichtung
Für die erforderliche Präzision für die Platzierung bis in den Submikrometerbereich hinein ist es sinnvoll, dass der Aufbau und die Einrichtung der Platziervorrichtung und die Ausrichtung des Bauelements
Wie in
Der Hebelarm
Für die genaue, relative Ausrichtung der ersten Haltervorrichtung
Die erste optische Achse
Senkrecht zur ersten optischen Achse
Die beiden optischen Achsen
Der Schnittpunkt der optischen Achsen
In der ersten Ausführungsform gemäß
Die beiden Kameravorrichtungen
Damit ist die voneinander unabhängige Bestimmung der räumlichen Position von Bauelement
Die Lageauswertungsvorrichtung
Es ist auch möglich, dass der Ausgabedatensatz
Grundsätzlich ist es auch möglich, die automatische Bildverarbeitung und die Anzeige auf einer Ausgabevorrichtung
Der Ausgabedatensatz
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in den
In den
Für eine flexiblere Darstellung und / oder Auswertung der Bilder können die Kameravorrichtungen
Mit den beiden Kameravorrichtungen
Eine zweite Ausführungsform ist in
Die Kameravorrichtungen
Da die Kameravorrichtungen
Die dritte Ausführungsform gemäß
Wie bei der zweiten Ausführungsform sind die fest miteinander gekoppelten Kameravorrichtungen
Grundsätzlich ist es möglich, die beiden Kameravorrichtungen
Grundsätzlich können die ersten drei Ausführungsformen auch in Zusammenhang mit einem Hebelarm
In
In
In
Die beiden Kameravorrichtungen
Mit einer Ausgabevorrichtung, wie einem Monitor
In
In
So können durch Korrekturschritte
Durch Korrekturschritte
Die weitere Verarbeitung entspricht der in
In
Wie bei der Ausführungsform gemäß
Diese entzerrten Bilder
Dabei erfolgt für beide Bilder
Zusammen mit anderen systematischen Fehlern der Platziervorrichtung
Somit erfolgt durch die automatische Ermittlung der Lagekorrekturwerte eine Rückkopplung, die z.B. durch eine mit der Lageauswertungsvorrichtung
In
Ausgehend von den entzerrten Bildern
In
Ist die relative Position von Bauelement
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Substrat substratum
- 22
- Bauelement module
- 10 10
- erste Haltevorrichtung first holding device
- 11 11
- Hebelarm lever arm
- 20 20
- zweite Haltevorrichtung second holding device
- 21 21
- Unterlage document
- 31 31
- erste Kameravorrichtung first camera device
- 32 32
- erste optische Achse first optical axis
- 33 33
- zweite Kameravorrichtung second camera device
- 34 34
- zweite optische Achse second optical axis
- 35 35
- Bild Substrat Picture substrate
- 35'35 '
- korrigiertes Bild des Substrates corrected image of the substrate
- 36 36
- Bild Bauelement Image component
- 36'36 '
- korrigiertes Bild des Bauelements corrected image of the device
- 37 37
- überlagertes Bild superimposed image
- 40 40
- Ausgabevorrichtung output device
- 41 41
- Ausgabedatensatz Output record
- 5050
- Lageauswertungsvorrichtung Position evaluation device
- 60 60
- Korrekturvorrichtung corrector
- 61 61
- Korrekturschritt für Bild des Substrates Correction step for image of the substrate
- 62 62
- Korrekturschritt für Bild des Bauelementes Correction step for picture of the component
- 63 63
- Bilderkennungssystem Image recognition system
- 64 64
- Bilderkennung Substrat Image recognition substrate
- 65 65
- Bilderkennung Bauelement Image recognition component
- 66 66
- Umrechnung des Substratbildes in Maschinenkoordinaten Conversion of the substrate image into machine coordinates
- 67 67
- Umrechnung des Bauelementbildes in Maschinenkoordinaten Conversion of the component image into machine coordinates
- 68 68
- Berechnung Lagekorrektur Calculation position correction
- 71 71
- erstes Korrekturmittel first correction means
- 72 72
- zweites Korrekturmittel second correction means
- 73 73
- drittes Korrekturmittel third correction means
- 80 80
- Prüfschritt Test step
- 81 81
- Justierschritt adjusting step
- 82 82
- Platzierschritt Platzierschritt
- 83 83
- Weiterverarbeitungsschritt Further processing step
- 100100
- Platziervorrichtung placement device
- AA
- Schwenkachse Hebelarm Swivel axis lever arm
- B B
- Abstand Schwenkachse-Bauelement, Schwenkachse-Substrat Distance pivot axis component, pivot axis substrate
- Ee
- Ebene level
- WW
- Drehwinkel um Schwenkachse A Angle of rotation about pivot axis A
- X, Y, Z X, Y, Z
- Bewegungsmöglichkeiten in Raumrichtungen Movement possibilities in spatial directions
- βx, βy, βz β x , β y , β z
- Bewegungsmöglichkeiten um Raumachsen Movement possibilities around spatial axes
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |