JP4768858B2 - 構成素子、特に電気的な構成素子のためのハンドリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の構成素子、特に電子構成素子のためのハンドリング装置に関する。

本発明はさらに、請求項９の上位概念に記載の形式の構成素子、特に電子構成素子のハンドリングのための方法に関する。

背景技術
構成素子、特に電子構成素子のためのハンドリング装置が公知である。ハンドリング装置は例えば、実装及びボンディングにおいて使用され、電子回路を製造するために働く。この場合、構成素子は、ハンドリング装置、ピックアップ及びボンディング装置によってピックアップされ、特に負圧によってピックアップされ、ハンドリング装置によってプリント配線板上に配置され、ここに固定される。先行技術により公知のハンドリング装置は、負圧を供給される１つの保持開口を有しているように構成されているので、構成素子は、保持開口に接触すると、周囲の空気圧と協働して、ハンドリング装置内に形成されている負圧によって保持開口に保持される。この場合、構成素子は、その厚さに応じて、即ち特のその材料厚さ及び柔軟性に応じて保持開口において、保持開口内に湾曲して入る。これにより構成素子が保持開口内へと変形／湾曲する。このような変形により、プリント配線板若しくは基板上に固定されるべき構成素子の側で中空部（凹形の構成）が形成され、これにより載置時に気孔やガスの封じ込めが生じてしまう。構成素子がエポキシ、はんだ、シールガラス上に載置される場合は特に、高い割合の廃棄物や少なくともボンディングの品質を損なうといった修正不能な欠陥が生じてしまう。さらに、構成素子が僅かな材料厚さしか有していない場合は、負圧によって保持開口で、損傷されるほど湾曲されてしまうことがある。

本発明の課題は、上記欠点を解消するような、構成素子、特に電子構成素子のためのハンドリング装置を提供することである。

発明の開示
このために、ハンドリングしたい構成素子を負圧によって保持することができる、負圧を供給可能な保持開口を有した、構成素子、特に電子構成素子のためのハンドリング装置が提案されている。負圧開口に少なくとも１つのカウンタホルダが配置されていて、このカウンタホルダは運転位置で開口平面を越えて外方に向かって突出している（運転位置とは、この場合、ハンドリングしたい構成素子が負圧で保持開口に保持されるハンドリング装置の位置と理解される）。先行技術とは異なり保持開口は結果として完全には開かれておらず、少なくとも１つのカウンタホルダを有しており、このカウンタホルダは運転位置で、ここに加えられる負圧の方向での（即ち保持開口内への）構成素子の変形に反作用する。さらに、カウンタホルダは、正反対の方向での構成素子の（容易な）変形を可能にするので、実装平面から見て、凹状ではなく凸状の構成が形成される。その結果、構成素子は縁部側ではなく、まず中央で（カウンタホルダから外方へ、即ち基板に向かって押圧されて）基板上に載置される。実装面が、先行技術において通常そうであるように、扁平な接着面から成っているならば、まず、構成素子の真ん中の載置が行われ、これにより場合によって生じるガスは、まず載置される縁部から構成素子の真ん中で保持されるのではなく、構成素子の載置時に、ハンドリング装置によって外方の縁部に向かって押し出される。この場合、接着媒体上に載置する際の表面封じ込めによる気孔の形成は回避される。さらに、凹状の構成による基板に対するずれは、構成素子の載置の際に補償されるので、構成素子の平行でない載着による傾斜は回避される。

別の構成では、カウンタホルダ上には、保持開口を有したスリーブが軸方向摺動可能に支承されている。ピックアップしたい構成素子の材料厚さ及び負圧の付与による変形に応じて、重力に反して軸方向に摺動可能なスリーブが、軸方向後方へと摺動され、これによりカウンタホルダは一部、休止状態における場合よりもさらに、保持開口から突出する。構成素子の変形はこの場合、単に、構成素子の材料厚さ及び、構成素子に保持開口で付与される負圧の強さに依存するものである。これにより、構成素子の、基板に取り付けたい面に関する凸状の構成及び十分な変形が生じる。構成素子を解放するために負圧を遮断すると、スリーブは重力によりカウンタホルダを越えて前方に滑動し、構成素子はカウンタホルダから離される。

別の有利な構成では、スリーブがばね力に抗して軸方向で摺動可能である。自重力の代わりに、この場合、所定のばね力が、軸方向摺動の戻しを行わせる。ばね力は先行技術において公知であるような別の外的な手段を介しても調節可能であるように構成することができる。例えば、ばねの距離を制御し、ひいてはばね力の付与を微細に調節することができるねじ山を介して調節可能であるように構成することができる。

別の有利な構成では、負圧の強さが、制御装置によって個別に、特に構成素子に応じて制御可能である。できるだけ有利かつ所望の構成素子の変形及び、できるだけ確実かつ誤差のない構成素子のハンドリングに必要な所望の保持力を付与するために、構成素子に負圧開口で付与される負圧は、この場合、制御可能／調節可能である。特に僅かな材料厚さの構成素子、例えば肉薄チップは、一方では極めて僅かな重量しか有しておらず、従って保持力は迅速に得られるし、他方では強すぎる変形が生じると深刻な破損の危険にさらされるので、このような構成素子に必要な負圧付与は僅かである。材料厚さのある構成素子はより高い負圧の付与が必要である。何故ならば、このような構成素子はカウンタホルダ及び、軸方向で摺動可能なスリーブによって保持開口で簡単に所望のように変形されて、所望の凸状の構成が生じるものではないからである。このような構成により、構成素子厚さ及び構成素子特性に応じて負圧をその都度制御することができ、これにより全ての構成素子を基板に面した側でほぼ同様に凸状の構成にすることができ、これにより極めて確実な処理、及び載置の際に生じる空所及びこれにより生じる気孔を回避することができる。

有利な構成では、カウンタホルダが少なくとも１つの負圧供給通路によって貫通されている。これにより負圧開口における負圧付与は、カウンタホルダによって行われ、別の構造的な措置によって行われない。これにより、特に、軸方向摺動可能なスリーブを備えた構成では、ほぼシールされた極めて簡単に実行できる構造的な構成が可能であるという利点が得られる。このような構成では、スリーブが単にカウンタホルダ上に軸方向摺動可能に載着されており、スリーブの（開口平面に面していない）一方の端部は例えば圧縮コイルばねによってばね力負荷される。僅かな構成部分によって、極めて効果的なハンドリング装置を製造することができる。

特に有利な別の構成では、カウンタホルダが保持開口の中央に配置されている。このような構成では、簡単に、構成素子において正確に真ん中の凸状の変形の構成が可能である。ハンドリング装置の構造的な構成は極めて簡単に可能であり、例えばほぼ円筒状若しくはロッド状のカウンタホルダ及び円筒状のスリーブの形状により可能である。

特に有利な別の構成では、カウンタホルダが丸く形成された先端を有しており、特に円錐先端部を有している。丸く形成された先端を有する構成により、構成素子の表面の損傷及び障害が回避され、負圧の付与及び変形の瞬間においてカウンタホルダによる構成素子への力の負荷を均一に行うことができる。

特に有利な構成では、丸く形成された先端が交換可能な抗圧先端部として形成されている。抗圧先端部はこれによりそのジオメトリ及びその材料特性を、処理したい構成素子のその都度の使用範囲及び必要性に容易に適合させることができる。これは特に、敏感な電子構成素子を処理する場合、及び／又は異なる特性及び敏感性の、ハンドリング装置を頻繁に交換する形式の構成素子を処理する場合に有利である。抗圧先端部の交換はこの場合、手動で操作者によって行われる。または自動的に、有利には、複数の抗圧先端部をマガジンまたは類似の装置に準備して行われる。

さらに、構成素子、特に電子構成素子をハンドリングするための方法が提案されていて、この方法は以下のステップを有しており、即ち、
構成素子を負圧で吸引し、構成素子を負圧によって保持し、
負圧で保持された構成素子を、負圧を付与される面の領域において、この面が、特に構成素子が、負圧側から見て、凹状に湾曲するように支持する、のステップを有している。

先行技術とは異なり、構成素子はほぼ扁平な位置で負圧によって保持されるのではなく、（負圧側から見て）凹状の位置で保持される。その結果、構成素子は、構成素子が取り付けられる基板の向かい合って位置するところで、特に構成素子の面の真ん中で凸状の構成が生じるように変形される。構成素子はハンドリング装置において複数の個所で支持され、即ち、特に構成素子の真ん中の負圧側から、構成素子の縁部側へと支持され、この場合、構成素子の縁部側に位置する支持点は、吸込方向の下流側に位置しているので、構成素子の前述したような屈曲が生じる。このようにして、構成素子は、基板に向かい合って位置する凸状に形成された中央面でまず最初に基板上に当接するので、構成素子の全面にわたって分布する気孔及び／又は気孔溜まりが形成されることはない。

別の方法では、構成素子を、負圧が付与される保持開口の縁部に当接させ、吸引方向で見て、支持を当接の上流側で行う。これにより構成素子の当接は、例えば管状、特に円筒状に形成することができる保持開口で行われる。このような保持開口の負圧付与により、構成素子は負圧により保持開口に保持され、この場合、支持は（吸込方向で見て）当接部の上流側で行われる。これは、保持開口が吸込方向で（即ち下流側へ）特に、上記公知のハンドリング装置について開示されているように、構成素子を面の真ん中で支持する支持点に対して相対的に、保持開口が長手方向摺動可能に支承されていることにより行われる。

別の有利な方法では、負圧の強さを調節可能に選択することができる。これにより、保持開口において構成素子を保持する負圧を制御し、特に構成素子の特性及び構造に適合させることができる。さらに、支持点に対して相対的に、特に保持開口の保持点が長手方向摺動可能に配置されている場合には、所定の範囲で湾曲の強さも調節することができる。これにより特に、湾曲による構成素子の損傷も回避できる。

有利な構成は請求項２以下及びその組み合わせにより得られる。

本発明によるハンドリング装置の縦断面図である。 交換可能な抗圧先端部を備えたカウンタホルダの構成を示した図である。 本発明によるハンドリング装置の使用時における改善された残留気孔の特徴的な配置を詳しく示した図である。

本発明の実施例
図１には、電気的な構成素子２、即ちチップ３のためのハンドリング装置１が示されている。このハンドリング装置１は負圧体４から成っており、該負圧体４は円筒状の孔５を有していて、該円筒状の孔５は図示されていない負圧発生システムに接続されている。負圧体４は端部領域６に円錐状構成部分７を有しており、この円錐状構成部分７によって、構成素子２を支持するためのカウンタホルダ８を形成している。円錐状構成部分７は先端側に丸く形成された先端部３７を有している。カウンタホルダ８は２つの負圧供給通路９を有していて、これらの負圧供給通路９は負圧体４の孔５から分岐しており、外側でカウンタホルダ８の円錐状の側面１０で終わっており、これにより孔５は、カウンタホルダ８を取り囲む吸引領域１１に接続されている。カウンタホルダ８は、ほぼ円筒状に形成されたスリーブ１２に取り囲まれており、このスリーブ１２はカウンタホルダ８上に、軸方向で摺動可能に配置されている。スリーブ１２は前方の端部領域１３で壁減径部１４を有しているので、スリーブ壁１５は端部領域１３で、後方の領域１６よりも徐々に肉薄となるように形成されている。この場合、端部領域１３は、カウンタホルダ８の円錐状構成部分７に空間的に対応する領域である。スリーブ１２の端部領域１３、特にその内壁１７は、（カウンタホルダ８の円錐状の側面１０によって制限された）円錐状構成部分７と共に、吸引領域１１を形成している。この吸引領域１１は、構成素子２に面していて、ハンドリング装置１の保持開口１８を形成している。保持開口１８は、スリーブ１２が円筒状に構成されているので円形である。カウンタホルダ８はその円錐状構成部分７で、保持開口１８の中央に配置されている。この場合、カウンタホルダ８の円錐先端部１９は僅かに外方に突出しており、即ち、保持開口１８によって形成された開口平面２０を外方に向かって突出している。カウンタホルダ８に沿ったスリーブ１２の軸方向摺動可能性は、ねじ山２１、特に微細ねじ山２２を介して調節可能な距離制限スリーブ２３によって制限されている。距離制限スリーブ２３は、スリーブ１２の後側の領域１６に設けられた微細ねじ山２２上に装着されており、微細ねじ山２２を介して軸方向で調節可能である。距離制限スリーブ２３はカウンタホルダ８をほぼリング状に取り囲んでおり、カウンタホルダ８との間に（即ちカウンタホルダ８のカウンタホルダ外壁２４と距離制限スリーブ２３との間に）制御室２５が形成されている。制御室２５は一方では、スリーブ１２に接続された状態で微細ねじ山２２によって制限されており、他方では、微細ねじ山２２とは反対側の領域で、カウンタホルダ８もしくは負圧体４に滑動可能に当接しているガイドリング２６によって制限されている。ガイドリング２６は外側で、即ち、上面２７で、圧縮コイルばね２８に支持されており、圧縮コイルばね２８自体は負圧体４の圧力支持部２９に支持されている。圧力支持部２９は例えば、円筒状に形成された負圧体４の外周拡大部３０として形成されている。これにより、スリーブ１２へのばね力負荷は距離制限スリーブ２３を介して圧縮コイルばね２８により行われ、スリーブ１２は休止状態で（即ち構成素子２を負圧によって把持していない場合に）、圧力支持部２９からできるだけ大きな間隔を維持するようにされている。この場合、できるだけ大きな間隔は、制限カラー３１によって規定される。微細ねじ山２２を介して、カウンタホルダ８が保持開口１８を越えて突出する程度を微細に調整することができる。

孔５と負圧供給通路９とを介して吸引領域１１に負圧Ｐ_Ｕが供給され、ハンドリング装置１が構成素子２上に置かれると、置かれた瞬間、保持開口１８は構成素子２によって閉じられる。吸引領域１１には、負圧Ｐ_Ｕが、孔５を介した負圧負荷により規定されたように形成され、これによりスリーブ１２は軸方向で圧力支持部２９の方向に、圧縮コイルばね２８のばね力に抗して摺動され、構成素子２は、孔５内における負圧、ひいては吸込領域１１に形成される負圧Ｐ_Ｕよりも高い周囲の空気圧Ｐ_Ｅにより保持開口１８に保持される。この構成素子２は、構成素子２に作用する周囲の空気圧Ｐ_Ｅにより、スリーブ１２が僅かにさらに軸方向に摺動する際に変形し、これにより構成素子２の、基板（図示せず）に面した下面３２は僅かに凸状の形状となる。このような形状は、今や、周囲の空気圧Ｐ_Ｅと負圧Ｐ_Ｕとの間の圧力比に基づき、保持開口１８により形成された開口平面２０を越えて僅かに突出するカウンタホルダ８の円錐先端部１９によって形成される。この場合、構成素子２の凸状の変形により、構成素子２の縁部領域３３が構成素子２の本来の下面平面３４から持ち上がり、その結果、構成素子２の下面３２はもはや扁平ではない。下面平面３４からの縁部領域３３の持ち上がりは、保持開口１８の内側でカウンタホルダ８の円錐先端部１９が中央に配置されていることにより、構成素子２の全ての側で生じるので、構成素子２の下面３２が基板（図示せず）上に載置される際には、下面３２は、構成素子２にほぼ中央に形成された膨出部３５でまず載置され、この際、場合によっては存在する気泡は縁部領域３３の方向で押し出される。これによりハンドリング装置１により、即ち負圧Ｐ_Ｕを解消することにより構成素子２を放す際には、圧縮コイルばね２８のばね力負荷によりスリーブ１２が相応に前方に滑動し、ひいては構成素子２が保持開口１８から突き出されることにより、構成素子２は内側から（膨出部３５から）外側へ（縁部領域３３へ）基板上に載置される。これにより実質的には完全に、空気の封じ込め及び／又は気泡の発生は回避される。

図２には、交換可能な抗圧先端部３６を備えた図１のカウンタホルダ８の構成が詳しく示されている。ハンドリング装置１のその他の構成部分は、図面を見やすくするために図示されていない。丸く形成された先端３７はここで交換可能な抗圧先端部３６として形成されていて、抗圧先端部３６は適当な受容部３８によってカウンタホルダ８若しくは負圧体４の孔５内に取り付けられている。受容部３８はこの場合、差込受容部３９として形成されているが、ねじ又は類似の適当な固定手段として構成されることも考えられる。抗圧先端部３６は負圧供給通路９を有しており、負圧供給通路９は、前記図１について示したように、抗圧先端部３６の本体の所定の領域における貫通孔として形成されていて、カウンタホルダ８の孔５と、抗圧先端部３６を取り囲む吸引領域１１との間の圧力の連通を可能にする。交換可能な抗圧先端部３６は、敏感な種々様々な構成素子の特殊な要求にも対処するように、種々異なるジオメトリ及び材料特性で構成することができる。さらに、摩耗または損傷した際に、交換可能な抗圧先端部３６の容易かつ安価な取り換えが可能であり、この際、ハンドリング装置１全体又は少なくとも負圧体４を交換する必要はない。これにより、多数の敏感な構成素子のために極めて多面的な使用可能性が得られ、ハンドリング装置１の保守整備は極めて容易であり、ひては著しくコストが削減される。

図３には、単純化された拡大図で、基板４２の表面４１の一部４０が示されている。この基板４２にはここには図示されていない構成素子２、特にチップ３（同様に図示されていない）が設けられる。基板４２の表面４１には、構成素子２（図示せず）の延在に相応する面４３の真ん中に、個別の残留気孔４４（著しく誇張して示した）が存在しており、これらはまとまって気孔溜まり４５を形成する。気孔海溜まりは、本発明による図示されていないハンドリング装置１を使用する際には常に、このような形式または似たような形式で面４３の真ん中に形成される。これは、カウンタホルダ８（図示せず）、特に、ここには示されていない円錐先端部１９及び／又は交換可能な抗圧先端部３６（同様に図示せず、図１及び図２参照）を使用することに起因するものである。気孔の形成は、従って、面４３の真ん中で行われる。何故ならば構成素子２（図示せず）はこの個所で最初に基板４２に接触するからである。構成素子２が載置されるとすぐに、基板４２におけるさらなる気孔形成及び／又はさらなる封じ込めにつながるガスは、本発明によるハンドリング装置１を使用する際には、面外縁部４６にまで逃出するので、面外縁部４６の近傍領域若しく面４３の大部分において残留気孔４４の封じ込めひいては形成は行われない。状況によっては、本発明によるハンドリング装置１を使用した場合も、小さな個別の残留気孔４４が生じることがあり、これらのジオメトリは、スリーブ１２の端部領域１３（図示せず）のジオメトリに相当する。この場合、気孔リング４７（ここでは著しく誇張して、スリーブ１２の円形状のジオメトリに合わせて示されている）が形成され、この気孔リングでは個々の気孔がスリーブのジオメトリに相応する配置で形成される。気孔リング４７の概念は、この関係では、個別の残留気孔４４から成る形状的な構成を意図したもので、このような構成は、図示されていないハンドリング装置１の使用されるスリーブ１２（ここには図示されていない）のジオメトリに相応する。従って、ハンドリング装置１（図示せず）もしくは本発明による方法の使用において常に特徴的な残留気孔４４の構成が生じる。この場合、個別の残留気孔４４の配置は常に、図示されていないハンドリング装置１においてそうであるように、即ち特に、場合によっては生じる気孔リング４７についてはスリーブ１２のジオメトリにもしくは（特に交換可能な抗圧先端部３６若しくは円錐先端部１９の、図１及び図２参照）カウンタホルダ８のジオメトリに相当する。残留気孔４４のこのような特徴的な構成は、常に、本発明によるハンドリング装置１もしくは本発明による構成素子のハンドリングのための方法を使用したと推測することができる。先行技術で見られるような気孔の構成とは異なり、ここで生じる（極めて僅かな）気孔構成は即ち、特別なジオメトリを有している。このジオメトリは偶発的な分布で続いているのではなく、特に、面４３にわたってほぼ均一に分配されているのではない。むしろ、面４３における残留気孔４４の発生は、本発明によるハンドリング装置１により圧力付与が行われた個所のみである。即ち、（気孔リング４７の構成を有した）スリーブ１２の領域に、若しくはカウンタホルダ８及び／又は円錐先端部１９若しくは交換可能な抗圧先端部３６の領域で、気孔溜まり４５の構成により面４３のほぼ中央に生じる。

Claims (8)

1. 構成素子、特に電子構成素子のためのハンドリング装置であって、負圧を付与可能な保持開口が設けられていて、該保持開口には、ハンドリングしたい構成素子を負圧によって保持することができる形式のものにおいて、
   保持開口（１８）には少なくとも１つのカウンタホルダ（８）が配置されていて、該カウンタホルダ（８）は、運転位置、即ち、ハンドリングしたい構成素子が負圧で保持開口に保持されるハンドリング装置の位置で、開口平面（２０）を越えて外方に突出していて、少なくとも１つの負圧供給通路（９）によって貫通されており、カウンタホルダ（８）の外周面上には、スリーブ（１２）が軸方向摺動可能に支承されていて、該スリーブ（１２）の構成素子側の端部領域（１３）における内壁（１７）が前記保持開口（１８）を取り囲んでいることを特徴とする、構成素子、特に電子構成素子のためのハンドリング装置。
2. スリーブ（１２）がばね力に抗して軸方向で摺動可能である、請求項１記載のハンドリング装置。
3. 負圧（Ｐ_Ｕ）の強さが、制御装置によって個別に、特に構成素子に応じて制御可能である、請求項１又は２記載のハンドリング装置。
4. カウンタホルダ（８）が保持開口（１８）の中央に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のハンドリング装置。
5. カウンタホルダ（８）が丸く形成された先端（３７）を有しており、特に円錐先端部（１９）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のハンドリング装置。
6. 丸く形成された先端（３７）が交換可能な抗圧先端部（３６）として形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のハンドリング装置。
7. 構成素子、特に電子構成素子をハンドリングするための方法であって、以下のステップ、即ち、
   構成素子を負圧で吸引し、構成素子を負圧によって保持し、
   負圧で保持された構成素子を、負圧を付与される面の領域において、この面が、特に構成素子が、負圧側から見て、凹状に湾曲するように支持する、
   のステップを有している形式のものにおいて、構成素子を、負圧が付与される保持開口の縁部に当接させ、構成素子が保持開口へと吸引される吸引方向で、保持開口が、構成素子を面の真ん中で支持する支持点に対して相対的に長手方向摺動可能に支承されていることにより、吸引方向で見て、前記支持点が保持開口への当接点よりも上流側に形成されることを特徴とする、構成素子、特に電子構成素子をハンドリングするための方法。
8. 負圧の強さを調節可能に選択することができる、請求項７記載の方法。

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