NL2002073C - Inrichting en werkwijze voor het in een bewerkingsgereedschap positioneren van elektronische componenten. - Google Patents

Description

Inrichting en werkwijze voor het in een bewerkingsgereedschap positioneren van elektronische componenten

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting en een werkwijze voor het 5 positioneren van elektronische componenten in een bewerkingsgereedschap waarbij de componenten lineair verplaatsbaar zijn tussen een bovengeleiding en een ondergeleiding.

Bij de productie en verwerking van elektronische componenten is er sprake van een 10 toenemende miniaturisatie van de te verwerken componenten. Tevens betreft het veelal componenten met relatief hoge waarde zodat er strenge eisen worden gesteld ten aanzien van de kwaliteit van manipulatie (“handling”) van deze elektronische componenten. Bij het verwerken van componenten volgens de stand der techniek wordt veelal gebruik gemaakt van een ondergeleiding en een bovengeleiding waartussen de 15 elektronische componenten met een geringe (bijvoorbeeld 0,05 - 0,2 mm) bewegingsvrijheid verplaatsbaar zijn. Bij het uitvoeren van een bewerking op de elektronische componenten worden deze dan aangegrepen door inklemmiddelen zoals bijvoorbeeld een klemblok (“clamping block”). Nadeel van deze bestaande wijze van positioneren is dat de kosten aanzienlijk zijn en dat het bij toenemende miniaturisatie 20 van dc elektronische componenten ook betekent dat de onderdelen voor het positioneren steeds kleiner dienen te worden waardoor deze ook kwetsbaarder zijn.

Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een verbeterde inrichting en een verbeterde werkwijze waarmee op een betrouwbare wijze en ten opzicht van de 25 stand der techniek tegen verminderde kosten elektronische componenten in een bewerkingsgereedschap kunnen worden gepositioneerd.

De onderhavige uitvinding verschaft daartoe een inrichting voor het in een bewerkingsgereedschap positioneren van lineair verplaatsbare elektronische 30 componenten omvattende: een lineaire ondergeleiding voor het over een traject geleidend ondersteunen van de elektronische componenten; en een lineaire bovengeleiding voor het op afstand van de ondergeleiding geleidend beperken van de bewegingsvrijheid van de elektronische componenten, waarbij ten minste één van de geleidingen onderdeel uitmaakt van een vlakke metalen plaat, welke plaat zodanig is 2 voorzien van verzwakkingen dat de geleiding loodrecht op de vlakke metalen plaat ten minste 0,005 mm, bij voorkeur ten minste 0,01 mm verend verplaatsbaar is ten opzichte van het de geleiding omgevende plaatmateriaal. Bij voorkeur is de verend verplaatsbare geleider maximaal 0,05 mm, of nog wenselijker maximaal 0,03 mm, verend 5 verplaatsbaar is ten opzichte van het de geleiding omgevende plaatmateriaal. Aldus is er een beperkte speling van de elektronische componenten tussen de boven- en ondergeleiding tijdens het verplaatsen; dit maakt de kans klein dat producten bijvoorbeeld kantelen tijdens het geleiden. Dit geldt ook voor zeer kleine (discrete) elektronische componenten (bijvoorbeeld de zogeheten “vlo-producten” met afmetingen 10 in de ordegrootte 0,3 - 0,5 mm).

Met “verende verplaatsbaar” wordt daarbij bedoeld een bewegingsvrijheid loodrecht op de vlakke metalen plaat die zodanig is dat bij de gekwantificeerde verplaatsing de geleiding nadat de kracht waarmee de verplaatsing wordt bewerkstelligd wordt 15 verwijderd de geleiding weer volledig (reversibel) terugkeert naar de uitgangstoestand voorafgaand aan de verplaatsing. Door het variëren van de afstand tussen de bovengeleiding en de ondergeleiding kan de bewegingsvrijheid van de elektronische componenten tussen de geleiders worden beïnvloed. Een belangrijk voordeel van de inrichting overeenkomstig de uitvinding is nu echter dat het tevens mogelijk wordt met 20 geringe kans op beschadiging de elektronische componenten in tc klemmen tussen dc geleiders. Aldus kan verplaatsing (het lineair geleiden) van de elektronische componenten tussen de geleiders naar wens worden belemmerd of zelf worden voorkomen zodanig dat de elektronische componenten worden ingeklemd tussen de geleiders. Dit kan bijvoorbeeld voordelig zijn ten behoeve van het uitvoeren van 25 bewerkingen op de elektronische componenten of het uitvoeren van metingen.

Een voordeel van de verende verplaatsbaarheid van ten minste één van de geleidingen ten opzichte van het deze geleiding omgevende en dragende plaatmateriaal is dat bij het in klemmen van de elektronische componenten tussen de geleidingen beperkte 30 afwijkingen in de dimensies van de elektronische componenten kunnen worden opgevangen en/of bij de aanwezigheid van verontreinigingen tussen de elektronische componenten en een geleiding kan worden voorkomen dat de elektronische componenten dan wel de geleidingen beschadigen. Deze functionaliteit wordt, anders dan bij de stand der techniek waar gebruikelijk separate klemmiddelen zijn voorzien 3 naast de reeds aanwezige geleidingen, gerealiseerd zonder dat daartoe separate klemmiddelen met een afzonderlijke en bestuurbare ophangconstructie is benodigd. Aldus wordt volgens de onderhavige uitvinding de gewenste functionaliteit gerealiseerd op een doelmatige en doeltreffende wijze. Uit de vlakke metalen plaat is integraal zowel 5 de verend verplaatsbare geleiding, een verdund (verend) koppeldeel en het omgevende plaatmateriaal dat de houder vormt vervaardigd.

Nog een voordeel is dat er volgens de onderhavige uitvinding slechts een relatief geringe onderlinge bewegingsvrijheid van de boven- en ondergeleiding (tussen de 0,005 10 en 0,05 mm) benodigd is. Dit wordt mogelijk omdat in een enkel onderdeel de functies van geleiden en inklommen worden gecombineerd. Omdat er voor deze functies geen alzonderlijke onderdelen worden toegepast behoeft er ook niet gecompenseerd te worden voor de (zich opstapelende) toleranties van de verschillende onderdelen. De aldus verkregen mogelijkheid te volstaan met een relatief geringe bewegingsvrijheid 15 maakt nu weer de verwerking van relatief kleine elektronische componenten mogelijk.

Bij voorkeur is ten minste één van de geleidingen voorzien van ten minste één opstaande rand voor positionering in zijwaartse richting ten opzichte van de lineaire verplaatsingsrichting. De bovengeleiding en/of ondergeleiding is aldus voorzien van een 20 ópstaande bij voorkeur lineaire gclcidingsrand, of een aantal parallelle lineaire geleidingsranden, waarmee de elektronische componenten naast de begrenzing tussen de boven- en ondergeleiding ook in een zijdelingse richting ten opzichte van de lineaire geleiders wordt begrensd. Zijdelingse verplaatsing van de elektronische componenten wordt samen met de verticale verplaatsing (met “verticale verplaatsing” wordt gedoeld 25 op de verplaatsing loodrecht op de geleiders) met één en hetzelfde onderdeel voorkomen.

In een andere voordelige uitvoeringsvariant zijn meerdere evenwijdig aan elkaar verlopende geleidingen samengebouwd in een enkele vlakke metalen plaat. Met deze 30 uitvoeringsvariant kunnen er gelijktijdig meerdere rijen elektronische componenten naast elkaar worden gepositioneerd. In het bijzonder bij de verwerking van kleinere componenten (zoals afkomstig uil zogeheten “high density frames” en de in deze tekst tevens genoemde “vlo-producten”) worden er parallel meerdere rijen elektronische componenten verwerkt. Door nu meerdere geleidingen in een enkele vlakke metalen 4 plaat aan te brengen kunnen de kosten voor het geleiden beperkt worden gehouden doordat de onderhavige uitvinding een grotere verwerkingscapaciteit (“UPH”) mogelijk maakt. Zo kan de verwerkingscapaciteit van een inrichting overeenkomstig de uitvinding wel 50 tot 100 % toenemen ten opzichte van de vergelijkbare inrichtingen 5 volgens de stand der techniek.

Voor het voortbewegen van de elektronische componenten is het wenselijk de inrichting te voorzien van aandrijfmiddelen zodanig dat de elektronische componenten kunnen worden opgeduwd of worden meegevoerd/meegenomen tussen de bovengeleiding en de 10 ondergeleiding. Deze verplaatsing wordt meestal via een leadframe of drager ovcrgcbracht naar de producten, maar kan ook door middel van het onderling opduwen van de producten worden gerealiseerd. Tevens is het wenselijk om de afstand tussen de houder van de bovengeleiding en de houder van de ondergeleiding te kunnen variëren. Daartoe is de inrichting wenselijk voorzien van een sluitmechanisme waarmee deze 15 afstand regelbaar is. Niet alleen kunnen de elektronische componenten zo naar wens de benodigde vrijheid worden gelaten om verplaatsbaar (verschuifbaar) te zijn tussen de bovengeleiding en de ondergeleiding dan wel worden ingeklemd tussen de ondergeleiding en de bovengeleiding. Het kan tevens voordelig zijn indien de bovengeleiding en de ondergeleiding zover uiteen beweegbaar zijn (te openen) dat 20 elektronische componenten kunnen worden verwijderd, bijvoorbeeld in geval van storing. Om te voorkomen dat de beide houders te dicht bijeen worden bewegen waardoor er ongewenst grote krachten kunnen ontstaan is het verder wenselijk de minimale onderlinge afstand tussen de houders te begrenzen.

25 In weer een andere uitvoeringsvariant is de vlakke metalen plaat met de verend verplaatsbare geleiding voorzien van doorgaande uitsparingen die grenzen aan ten de verplaatsbare geleiding. Naast het op deze wijze verschaffen van de gewenste bewegingsvrijheid van de verplaatsbare geleiding verschaft dit ook doorgang aan gereedschappen waarmee de elektronische componenten tussen de geleidingselementen 30 bewerkt kunnen worden. Met de inrichting kunnen aldus de elektronische componenten worden ingeklemd tussen de bovengeleiding en de ondergeleiding zodanig dat zij zijn gefixeerd. Vervolgens kunnen zij dan in deze gefixeerde toestand worden bewerkt. Hiertoe is het wenselijk dat de inrichting tevens is voorzien van ten minste één gereedschap voor bewerking van tussen de geleidingselementen gehouden elektronische 5 componenten. Voorbeelden van dergelijke gereedschappen zijn stempels (“punches”), buiggereedschappen en snij-gereedschappen. Met dit gereedschap kan tevens de verend verplaatsbare geleiding worden verplaatst. Zo kan bijvoorbeeld de (hoofdjbeweging van het gereedschap worden gebruikt om ook de verend verplaatsbare geleiding te bewegen 5 ten opzichte van het de geleiding omgevende plaatmateriaal. Uiteraard is het daarbij wenselijk dat de geleiding verplaatst wordt (kort) voordat het gereedschap met een bewerking aanvangt. Hiertoe kan het gereedschap van een aangrijping zijn voorzien die contact maakt met de geleiding, bijvoorbeeld één of meerdere verend voorlopende stiften. De bewegingsvrijheid voor het inklemmen van de elektronische componenten 10 tussen de geleidingen kan worden teruggebracht tot bijvoorbeeld 0,005 0,05 mm. Dit wordt mogclijkc gemaakt omdat alle rcfcrcnticvlakkcn in een enkel onderdeel kunnen worden opgenomen en daardoor onderling zeer nauwkeurig kunnen worden bepaald.

Dit draagt er verder toe bij zeer kleine componenten te kunnen hanteren en positioneren. Een toenemend probleem bij de stand der techniek is dat de ruimte tussen producten op 15 een drager waaruit zij worden gesepareerd zodanig gering is dat er slechts uiterst weinig ruimte meer beschikbaar is voor aandrukelementen en voor de gereedschappen waarmee de elektronische componenten bewerkt kunnen worden. Bij de onderhavige uitvinding worden de aandrukfunctie en de geleidingsfunctie gecombineerd in een enkel onderdeel waardoor er ruimtewinst ontstaat. Aldus maakt de onderhavige uitvinding het mogelijk 20 productiemiddelen te ontwerpen voor het verwerken van drager met ultra hoge dichtheid. Juist deze dragers met ultra hoge dichtheid zullen in de toekomst naar verwachting meer worden verwerkt omdat de halfgeleider industrie hiermee grondstofkosten kan besparen. Dragers bestaan gebruikelijk voor een belangrijk deel uit koper of een legering waarin koper, aluminium of een ander relatief kostbaar deel van 25 uitmaakt waarvan de kosten de afgelopen jaren aanzienlijk zijn toegenomen.

De onderhavige uitvinding verschaft tevens een werkwijze voor het in een bewerkingsgereedschap positioneren van lineair verplaatsbare elektronische componenten tussen een lineaire ondergeleiding en een lineaire bovengeleiding, 30 omvattende de bewerkingsstappen: A) het zodanig tussen de ondergeleiding en bovengeleiding brengen van de elektronische componenten dat de bewegingsvrijheid ervan met uitzondering in de lineaire verplaatsingsrichting belemmerd is; B) het dichter naar elkaar bewegen een houder van de bovengeleiding en een houder van de ondergeleiding dan de afstand tussen de houders kleiner is dan tijdens bewerkingsstap 6 A); C) het ten gevolge van bewerkingsstap B) tussen de bovengeleiding en de ondergeleiding inklemmen van de elektronische componenten; waarbij de geleiding die samen met de bijbehorende houder is gevormd uit een vlakke metalen plaat tijdens bewerkingsstap C) zich verend verplaatst in een richting loodrecht 5 op de vlakke metalen plaat waarvan de geleiding deel uitmaakt over een afstand van circa 0,005 mm, bij voorkeur ten minste 0,01 mm. Bij voorkeur verplaatst de geleider zich daarbij ten hoogste 0,03 mm. Bij de verwerking van grotere producten kan er ook voor een verplaatsing van ten hoogst 0,05 mm worden gekozen. Voor een opsomming van een aantal belangrijke voordelen van deze werkwijze wordt verwezen naar de 10 bovengaand beschreven voordelen van de inrichting overeenkomstig de uitvinding. Daarbij is ook beschreven dat het voordelig is indien de tussen de geleiders verende ingeklemde elektronische componenten worden bewerkt met gereedschap dat door ten minste één uitsparing in de vlakke metalen plaat met de verend verplaatsbare geleider toegang heeft tot de elektronische componenten.

15

De uitvinding zal verder worden verduidelijkt aan de hand van de navolgende weergegeven niet limitatieve uitvoeringsvoorbeelden. Hierin toont: figuur 1 een doorsnede door een deel van de inrichting overeenkomstig de onderhavige uitvinding, 20 figuur 2 een perspectivisch aanzicht op ccn deel van de inrichting overeenkomstig de onderhavige uitvinding, figuur 3 een bovenaanzicht op een deel van een alternatieve uitvoeringsvariant van de inrichting overeenkomstig de onderhavige uitvinding, en figuur 4A een perspectivisch aanzicht op een doorsnede van een bovengeleiding met 25 ophanging zoals deze deel uitmaakt van een uitvoeringsvariant van een inrichting overeenkomstig de onderhavige uitvinding, en figuren 4B en 4C detailaanzichten van de bovengeleiding getoond in figuur 4A.

Figuur 1 toont een doorsnede door een deel van een inrichting 1 overeenkomstig de 30 onderhavige uitvinding. Een elektronische component 2, welke is voorzien van leads 3 is ingesloten tussen een ondergeleiding 4 en een bovengeleiding 5. De ondergeleiding 4 is samengebouwd met een dragerplaat 6, De bovengeleiding 5 maakt onderdeel uit van een, hier gearceerd weergegeven, een metalen vlakke plaat 7. De elektronische component 2 is lineair verplaatsbaar in een richting loodrecht op het zichtvalk. De 7 bovengeleiding 5 is voorzien van een geprofileerd oppervlak dat twee opstaande randen 8, 9 waardoor de elektronische component 2 ook in zijwaartse richting (ten opzichte van de lineaire verplaatsingsrichting) is gepositioneerd.

5 In de metalen vlakke plaat 7 zijn zodanige verzwakkingen 10 aangebracht dat de bovengeleiding 5 in beperkte mate (0,005 - 0,05 mm) verplaatsbaar is in een richting loodrecht op het geleidingsoppervlak van de bovengeleiding 5 ten opzichte van het plaatmateriaal 11 van de metalen vlakke plaat 7 dat de bovengeleiding 5 omgeeft.

10 Figuur 2 toont een perspectivisch aanzicht op de metalen vlakke plaat 7 zoals deze onderdeel uitmaakt van dc inrichting 1 welke is getoond in figuur 1. Duidelijk zichtbaar is dat het plaatmateriaal 11 van de metalen vlakke plaat 7 dat de bovengeleiding 5 omgeeft door middel van een beperkt aantal brugstukken 12 is verbonden met de bovengeleiding 5. Het de brugstukken 12 oorspronkelijk omgevende materiaal van de 15 vlakke metalen plaat 7 is verwijderd (bijvoorbeeld door het verspanend en/of chemisch bewerken van de vlakke metalen plaat 7). Aldus is de koppeling tussen de het plaatmateriaal 11 van de metalen vlakke plaat 7 dat de bovengeleiding 5 omgeeft en de bovengelding 5 zodanig verzwakt dat ten gevolge van de materiaaleigenschappen van de vlakke metalen plaat 7 de gewenste verende verplaatsbaarheid (van 0,005 tot 0,05 20 mm) wordt verkregen terwijl toch ccn uiterst nauwkeurige onderlinge oriëntatie is bepaald. Een bijkomend aspect is dat de brugstukken 12 doorgaande openingen 13 in de vlakke metalen plaat 7 vrijlaten waardoor gereedschappen toegang kunnen krijgen tot de elektronische componenten 2, bijvoorbeeld om deze te buigen of snijden.

25 Figuur 3 toont een bovenaanzicht op een deel van een alternatieve uitvoeringsvariant van een vlakke metalen plaat 20 voor toepassing in een inrichting overeenkomstig de onderhavige uitvinding. De vlakke metalen plaat 20 is voorzien drietal geleiderdelen 21, die zich evenwijdig aan elkaar uitstrekken. Aldus kunnen parallel aan elkaar drie rijen elektronische componenten 2 worden geleid. De geleiderdelen 21 zijn star gevat in een 30 kader 22, welk kader 22 met versmalde koppel stroken 23 is verbonden met een de geleiderdelen 21 omgevend part 24 van de metalen vlakke plaat 20. Voor de duidelijkheid zij nogmaals vermeld dat alle genoemde onderdelen: de geleiderdelen 21, het kader 22, de versmalde koppelstroken 23, en het de geleiderdelen 21 omgevend part 24 allen integraal onderdeel uitmaken van de vlakke metalen plaat 20.

8

Figuur 4A toont een perspectivisch aanzicht op een bovengeleiding 30 voorzien van een vlakke metalen plaat 31 die bestaat uit een kader 32 waarmee onder tussenkomst van koppeldelen 33 met geleiderdelen 34. Door het verplaatsen van een geleiderplaat 35 5 oefenen de contactdelen 36 een zodanige kracht uit dat de geleiderdelen 34 naar beneden worden gedrukt ten opzichte van het kader 32 van de metalen plaat 31. De onderlinge bewegingsvrijheid van geleiderdelen 34 ten opzichte van het kader 32 wordt mogelijk gemaakt door de (beperkt) flexibele koppeldelen 33. Tussen de geleiderdelen zijn ruimten vrijgelaten waardoor snij gereedschappen 37 naar beneden verplaatsbaar 10 zijn (voor een duidelijkere weergave hiervan zie tevens de figuren 4B en 4C). Zoals tevens zichtbaar is in figuur 4B zijn dc snijgcrccdschappcn 37 ingebed in ccn gereedschapsblok 38 dat star verbonden is met een gereedschapsplaat 39. Door nu de geleiderplaat 35 en de gereedschapsplaat 39 in verticale richting te verplaatsen kan een -in deze figuur niet getoonde - te bewerken elektronische component eerst worden 15 ingeklemd met één van de geleiderdelen 34 en vervolgens worden bewerkt door één van de snij gereedschappen 37. Na de bewerking worden de snij gereedschappen 37 en de geleiderdelen 34 weer naar boven bewogen zodanig dat de bewerkte elektronische component kan worden afgevoerd. In figuur 4C is een geleiderdeel 34 in meer detail weergegeven en zijn de snij gereedschappen 37 (ook wel aangeduid als “punches”) aan 20 weerszijden van het gclcidcrdccl 34 naar beneden bewogen zodanig dat zij zich in ccn werkzame toestand bevinden.

Claims (11)

1. Inrichting voor het in een bewerkingsgereedschap positioneren van lineair verplaatsbare elektronische componenten omvattende; 5. een lineaire ondergeleiding voor het over een traject geleidend ondersteunen van de elektronische componenten; en - een lineaire bovengeleiding voor het op afstand van de ondergeleiding geleidend beperken van de bewegingsvrijheid van de elektronische componenten, waarbij ten minste één van de geleidingen onderdeel uitmaakt van een vlakke metalen 10 plaat, welke plaat zodanig is voorzien van verzwakkingen dat de geleiding loodrecht op dc vlakke metalen plaat ten minste 0,005 mm, bij voorkeur ten minste 0,01 mm, verend verplaatsbaar is ten opzichte van het de geleiding omgevende plaatmateriaal.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de verend verplaatsbare 15 geleider zich maximaal 0,05 mm, bij voorkeur maximaal 0,03 mm, verend verplaatsbaar is ten opzichte van het de geleiding omgevende plaatmateriaal.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat ten minste één van de geleidingen is voorzien van ten minste één opstaande rand voor positionering in 20 zijwaartse richting ten opzichte van dc lineaire vcrplaatsingsrichting.

4. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat meerdere evenwijdig aan elkaar verlopende geleidingen zijn samengebouwd in een enkele vlakke metalen plaat. 25

5. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de inrichting is voorzien van aandrijfiniddelen voor het tussen een bovengeleiding en een ondergeleiding voortbewegen elektronische componenten.

6. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de inrichting is voorzien van een sluitmechanisme waarmee de afstand tussen de ondergeleiding en de bovengeleiding regelbaar is.

7. Inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de vlakke metalen plaat met de verend verplaatsbare geleiding is voorzien van doorgaande uitsparingen die grenzen aan ten de verplaatsbare geleiding.

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk dat inrichting tevens is voorzien van ten minste één gereedschap voor bewerking van tussen de geleidingselementen gehouden elektronische componenten.

9. Werkwijze voor het in een bewerkingsgereedschap positioneren van lineair 10 verplaatsbare elektronische componenten tussen een lineaire ondergeleiding en een lineaire bovcngclciding, omvattende de bewerkingsstappen: A) het zodanig tussen de ondergeleiding en bovengeleiding brengen van de elektronische componenten dat de bewegingsvrijheid ervan met uitzondering in de lineaire verplaatsingsrichting belemmerd is;

15 B) het dichter naar elkaar bewegen een houder van de bovengeleiding en een houder van de ondergeleiding dan de afstand tussen de houders kleiner is dan tijdens bewerkingsstap A); C) het ten gevolge van bewerkingsstap B) tussen de bovengeleiding en de ondergeleiding inklemmen van de elektronische componenten; 20 waarbij de geleiding die samen met de bijbehorende houder is gevormd uit een vlakke metalen plaat tijdens bewerkingsstap C) zich verend verplaatst in een richting loodrecht op de vlakke metalen plaat waarvan de geleiding deel uitmaakt over een afstand van ten minste 0,005 mm, bij voorkeur ten minste 0,01 mm.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de geleider zich maximaal 0,05 mm, bij voorkeur maximaal 0,03 mm, verend verplaatst in een richting loodrecht op de vlakke metalen plaat waarvan de geleiding deel uitmaakt om de elektronische componenten te positioneren.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk dat de tussen de geleiders verende ingeklemde elektronische componenten worden bewerkt met gereedschap dat door ten minste één uitsparing in de vlakke metalen plaat met de verend verplaatsbare geleider toegang heeft tot de elektronische componenten.