TW201918154A - 模組化元件操縱裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明一種保持和驅動裝置，其具有(a)機架；(b)旋轉結構，其圍繞著旋轉軸線可旋轉地設置在機架上；(c)旋轉驅動器，以使旋轉結構圍繞著旋轉軸線旋轉；以及(d)設置或構造在旋轉結構上的旋轉結構介面，具有多個頂尖座套筒的工具裝置能夠可鬆脫地設置在此旋轉結構介面上，這些頂尖座套筒配置得用來可鬆脫地安放從旋轉軸線以徑向方向分量突出的元件保持裝置或其它工具元件。此外還描述了相應的工具裝置、相應的補充工具裝置以及由這些部件構成的元件操縱裝置。此外還描述了一種用來根據應用情況配置這種元件操縱裝置的方法。

Description

模組化元件操縱裝置
本發明涉及給元件載體裝配電子元件這一技術領域，這些元件能夠指封裝的電子元件，或者是構成為晶片的未封裝電子元件，它們被直接從制好的晶片中取出並且供應給裝配技術。本發明尤其涉及一種元件操縱裝置及其模組化部件以及一種用來配置這種元件操縱裝置的方法。
製造電子元件典型地借助所謂的自動裝配機來進行，借助自動裝配機自動地將電子元件從元件供給裝置中取出，並且將之定位在元件載體如電路板上。借助元件操縱裝置如所謂的將元件從元件供給裝置傳遞至各自的裝配位置。在大多數情況下，元件的這種傳遞是借助唯一一個操縱裝置進行的，其通常稱為裝配頭。但還可行的是，在應用兩個或多個元件操縱裝置的情況下，將元件從供應裝置傳遞至其裝配位置。例如由EP 1 470 747 B1已知這種操縱方式，其用於未封裝的構成為晶片的元件。
在電子製造領域，對於特定的最終產品來說，即對於安裝在元件載體上的電子元件(其典型地具有大量相互錯接的電子元件)來說，特性(如尺寸/幾何形狀、基質材料、表面)完全不同的元件是必要的。為了實現可靠的裝配技術，需要單獨適配的操縱並因此需要不同構造的操縱工具。例如未封裝的構成 為晶片的或晶片狀的元件(其典型地具有尤其小的尺寸)通常必須借助不同於封裝元件的吸管抓取。晶片狀的元件(其具有尤其敏感的表面結構，如同在MEMS元件上出現的一樣)可能需要借助用於這種元件的特製抓取工具如(吸)管進行單獨地操縱。還需要能夠靈活地與待製造的不同產品相匹配的元件操縱裝置。
由EP 2 892 312 A1已知用於自動裝配機的裝配頭。裝配頭具有圍繞著旋轉軸線可旋轉的載體，不同的頭部模組能夠設置在此載體上。這些頭部模組具有多個吸管，它們能夠沿著縱向軸線推移，以便拾取元件供給裝置的元件並且將先前拾取的元件安放在元件載體上，其中該縱向軸線平行於該旋轉軸線。不同的頭部模組尤其在吸管的數量方面是不同的。為了(根據元件)實現裝配頭的適配，需要更換頭部模組。
本發明的目的是，利用具有從旋轉軸線突出的元件拾取裝置的工具改進電子元件的操縱，使得能夠借助根據應用情況適當配置的操縱裝置來實現所述操縱。
此目的通過申請專利範圍地獨立項的內容得以實現。在附屬項中描述了本發明的有利的實施例。
按本發明的第一角度描述了一種保持和驅動裝置，其具有：(a)機架；(b)旋轉結構，其圍繞著旋轉軸線可旋轉地設置在機架上；(c)旋轉驅動器，以使旋轉結構圍繞著旋轉軸線旋轉；以及(d)設置或構造在旋轉結構上的旋轉結構介面，具有多個頂尖座套筒的工具裝置能夠可鬆脫地設置在此旋轉結構介面上，這些頂尖座套筒配置得用來可鬆脫地安放從旋轉軸線以 徑向方向分量突出的元件保持裝置或其它工具元件。
所述保持和驅動裝置是以下麵的知識為基礎：與所述工具裝置一起能夠實現用來操縱電子元件的模組化裝置，其能夠與元件載體和電子元件的裝配結合起來使用。在此文獻中，這種裝置也稱為元件操縱裝置。那麼，該模組化構造的元件操縱裝置能夠以適當的方式適配於各自的裝配任務，尤其適配於待裝配的(封裝或未封裝的)電子元件的類型(它們用來構造電子元件)。但是這種元件操縱裝置不僅能夠在自動裝配機的電路板的表面貼裝技術(Surface Mount Technology)、供應裝置等的範疇內應用，另一應用領域例如還可以是在子模組上裝配晶片狀的元件((Advanced Packaging)。在此，子模組能夠是所謂的Sip(系統級分裝System-in-Package)、所謂的WLFO(擴散式晶圓級封裝Wafer Level Fan Out)裝置或所謂的嵌入PCB裝置。
應指出，描述的保持和驅動裝置是所述元件操縱裝置的組成部分，並不是用來保持和/或該驅動該元件操縱裝置，而是用來保持和/或驅動可安放的工具裝置。
該機架能夠是任意一種空間實體結構，其當作保持和驅動裝置的靜止基座用。當然，靜止這一表述在此上下文中只針對保持和驅動裝置，並不針對自動裝配機或元件供給裝置的坐標系統，它們具有龍門系統，保持和驅動裝置以及整個元件操縱裝置借助該龍門系統能夠自由地定位在預先設定運動範圍之內。設置的旋轉結構的旋轉性能夠通過合適的支承元件實現，其設置或構造在機架和/或旋轉結構上。
該旋轉結構介面能夠與工具裝置的下述承載結構介面互補。在較佳的實施例中，通過這兩個介面能夠傳遞資訊(例如感測器資料、控制命令等)和/或運轉介質(例如氣流)，借助 運轉介質在抽吸通道中在徑向地或以徑向的方向分量突出的元件保持裝置中生成或傳遞負壓。負壓能夠以已知的方式暫時地將各電子元件保持在元件保持裝置上。在此上下文中，運轉介質也能夠指電能，其提供給工具裝置，以便驅動一個或多個執行器，用來旋轉和/或徑向推移單個頂尖座套筒。
根據各自的應用情況，工具裝置能夠具有例如2個、4個、8個或16個頂尖座套筒。元件操縱裝置的模組性能夠尤其通過以下方式得以充分利用，即為保持和驅動裝置提供了多個不同的工具裝置，其分別具有數量不同的頂尖座套筒，並且根據各自的應用情況應用具有數量合適的頂尖座套筒的工具裝置，以便構成最合適的元件操縱裝置。
能夠提供可鬆脫地設置在頂尖座套筒上的工具元件，以便在給定的時間提供給或遞交給(自動裝配機或元件供給裝置)其它功能單元。除了易磨損的吸管之外，工具元件還能夠是例如用於從晶片噴射晶片的噴射工具，例如在EP 1 470 747 B1中所述。如果在頂尖座套筒上提供了工具元件，則該頂尖座套筒也能夠稱為工具記憶體(位置)。
“以徑向的方向分量”這一表述是指元件保持裝置或其它工具元件的(旋轉軸線)的不與旋轉軸線平行的方向。在尤其較佳的實施例中，頂尖座套筒和/或可鬆脫地設置在它上面的元件保持裝置或其它工具元件從旋轉軸線徑向地突出來。但可行的是，保持裝置或其它工具元件的縱向軸線在平面內垂直於旋轉軸線，並且與旋轉軸線具有偏差。還可行的是，保持裝置或其它工具元件的縱向軸線還能夠具有平行於旋轉軸線的方向分量。在這些情況下，縱向軸線的(延長部分)能夠與旋轉軸線相交，或者朝旋轉軸線具有空間偏置。
按本發明的實施例，該保持和驅動裝置還具有推移驅動器，其設置在機架或旋轉驅動器上並且配置得用來推移旋轉結構。所述推移能夠尤其沿著或平行於旋轉軸線進行。因此工具平面能夠以簡單的方式推移，使得位於特定位置上的元件能夠被該工具拾取，或者能夠將經拾取的元件傳遞到特定的位置(例如另一工具裝置上的裝配位置或遞交位置)，該工具平面通過可旋轉工具的特定工具-參照點如元件保持裝置的尖部的中點(例如所謂的吸管尖部)繃成。該工具平面要麼能夠由工具-參照點的理想位置確定，要麼能夠由通過測量確定的實際位置確定。
此外，通過推移驅動器還能夠平衡設置的工具裝置和另一功能裝置之間可能存在的位置公差，因此能夠確保電子元件的高精度且尤其可靠的操作。
當然在啟動推移驅動器時，只有當工具裝置也實際設置在旋轉結構上時，才推移工具裝置的元件保持裝置。
按本發明的另一實施例，旋轉結構介面設計得在保持和驅動裝置以及工具裝置之間傳遞能量和/或資料。
在(i)保持和驅動裝置以及(ii)工具裝置之間、尤其從(i)保持和驅動裝置至(ii)工具裝置之間的能量傳輸能夠借助不同種類的能量實現。該能量能夠例如是機械能。在此通過保持和驅動裝置的主要元件的運動，能夠驅動工具裝置的次級元件。這種次級元件例如能夠配屬於執行器，該執行器用來旋轉和/或徑向地推移單個頂尖座套筒。通過旋轉結構介面傳遞的電能能夠用來操縱相應的電執行器。通過旋轉結構介面傳遞的氣動能能夠以已知的方式用來生成或傳遞用於吸管的負壓，以便拾取電子元件。
資料能夠(較佳雙向地)在(i)保持和驅動裝置 和(ii)工具裝置之間傳遞。以這種方式能夠以自動的方式獲知整個元件操縱裝置的配置，並且通過保持和驅動裝置的另一適當介面傳遞到用於整個元件操縱裝置的控制裝置上。
按本發明的另一實施例，該旋轉結構介面配置得用來精確重複地將工具裝置定位和/或固定在保持和驅動裝置上。
用來精確重複地定位和/或固定工具裝置的合適措施對下述情況有說明，即在元件操縱裝置組裝之後，該元件操縱裝置總是以預定的且期望的空間配置存在著。該措施例如能夠通過兩個參與的介面的適當空間或實體結構實現，即通過旋轉結構介面和承載結構介面實現。
這兩個介面能夠這樣構成，即它們能夠由操作人員以簡單的方式(即手動地)借助工具或者也可以無工具地相互松況。元件操縱裝置的組裝也能夠以相應的方式由操作人員執行。
備選地，這兩個介面中的至少一個能夠通過尤其相關元件供給裝置或相關自動裝配機的控制元件自動地操縱。這種自動的操縱例如能夠通過氣動或電動的驅動器實現。
為了簡化操縱(出於時間原因和/或由於可能存在困難的空間可進入性)，這兩個(機械的)介面中的至少一個能夠有利地設計成可快速拆卸的連接。特別是快速釋放螺釘、卡口鎖、卡扣連接、夾緊連接等適用於此目的。
應指出，承載結構介面的上述特徵和/或優點也適用於下面結合元件操縱裝置的其它元件進行描述的所有其它介面。
按本發明的另一實施例，保持和驅動裝置還具有控制單元，其用來控制旋轉驅動器和/或用來控制保持和驅動裝置或工具裝置的可能存在的其它驅動器和/或執行器。
描述的控制單元的優點是，該元件操縱裝置能夠被看作是元件供給裝置或自動裝配機內的自給自足的系統，因此其運轉只需通過上一級的控制裝置進行協調。這種協調在此針對其它功能單元進行，尤其針對元件供給裝置或自動裝配機進行。所描述的控制單元的功能性也能夠由控制裝置實現，其原本設計得用來控制針對元件操縱裝置的上一級系統。
該另外的驅動器或執行器能夠例如是(i)單獨馬達或共用馬達，其使頂尖座套筒圍繞其縱向軸線旋轉的；單獨的線性馬達，和/或(ii)共同的線性馬達，其用來使頂尖座套筒沿著其各自的縱向軸線推移；和/或執行器，其用來在與負壓(其對於電子元件的拾取來說是必要的)結合時用來關斷氣動器(Pneumatik)。
按本發明的另一實施例，保持和驅動裝置還具有讀取單元，用來識別工具裝置的識別元件。其優點是，在元件操縱裝置組裝時，能夠以自動地方式識別分別設置在保持和驅動裝置上的工具裝置。因此能夠以簡單且自動的方式辨識整個元件操縱裝置的準確配置。因此在與自動裝配機和/或元件供給裝置共同作用的情況下，能夠以有效的方式提高元件操縱裝置的運行安全性。
該讀取單元的準確構造尤其取決於識別元件的種類。可行的識別元件例如是條碼、矩陣碼或RFID標籤。
按本發明的另一角度，描述了一種工具裝置，其具有(a)承載結構；(b)多個頂尖座套筒，它們這樣設置在承載結構上，使得它們從承載結構的中間軸線以徑向方向分量突出來，這些頂尖座套筒分別具有遠離中間軸線的端部，用來拾取各電子元件的元件保持裝置或工具元件能夠設置在此端部上；以及(c) 設置或構造在承載結構上的承載結構介面，其配置得能夠將工具裝置可鬆脫地設置在保持和驅動裝置上。
所述工具裝置是以下面的知識為基礎：與所述保持和驅動裝置一起能夠實現用來操縱電子元件的模組化裝置，其能夠與元件載體和電子元件的裝配結合起來使用。這種模組化構造的元件操縱裝置的優點和特徵已經在上面進行闡述，或者將在下面進行闡述，因此在此不再闡述。
此外，此時應該注意的是，(暫時)取出或拆下工具裝置也能夠具有以下優點，即該工具裝置能夠從自動裝配機、元件供給裝置等的對操作人員來說不容易進入的區域中取出。通過移到可進入性得到改善的空間區域中，使得操作人員能夠在人體工程學方面有利地在相關機器之外裝配所需的工具元件如吸管，以便實現特定的製造任務。
還應指出，在工具裝置運轉時，即借助至少一個(可鬆脫地)設置在頂尖座套筒上的元件保持裝置，該元件保持裝置也徑向地或從中間軸線以徑向方向分量延伸開來。在這種考慮中，元件保持裝置的縱向軸線是最重要的。
所謂的中間軸線能夠是承載結構的基本上呈環形形狀的對稱軸線。在元件操縱裝置的組裝狀態下，該中間軸線能夠與保持和驅動裝置的旋轉軸線重合。
“以徑向的方向分量”這一表述是指元件保持裝置或其它工具元件的(旋轉軸線)的不與旋轉軸線平行的方向。以上解釋了該表述的進一步說明的示例，這裡不再重複。
按本發明的實施例，該工具裝置還具有另一承載結構介面，其配置得能夠將另一工具裝置設置在承載結構上。其優點是，能夠組裝成提高了有效功率的元件操縱裝置。此外，通過 提供多個不同的其它工具裝置，能夠在針對各應用情況尤其適用的元件操縱裝置配置方面進一步改善靈活度。在此文獻中，該另外的裝置也稱為補充工具裝置。
該另一承載結構介面較佳設置或構造在承載結構的與承載結構介面相對而置的側邊上。
如同已闡述的一樣，該另一承載結構介面的構造與旋轉結構介面一樣。其優點是，在無所述工具裝置的情況下，該另外的工具裝置也能夠直接設置在保持和驅動裝置上。因此在元件操縱裝置的針對應用情況的配置方面進一步提高了靈活性。在技術/經濟上有利的是，當然該另一承載結構介面也能夠與旋轉結構介面不同。
該另一承載結構介面較佳這樣構成，即它與承載結構介面無關並且不會在這兩個介面之間出現干涉/碰撞。
如果不想在每個工具裝置上均設置旋轉結構介面的相對複雜的(自動)快速釋放機制，則不同的(旋轉結構和其它承載結構)-介面很有利。例如可行的是，所述工具裝置能夠在預裝配期間(即在機器之外的工作位置上)借助螺紋連接與至少一個另外的工具裝置或補充工具裝置接合，此時只有旋轉結構介面構成為自動的快速釋放裝置。
在較佳的實施例中，該另一承載結構介面能夠共用第一介面的至少一部分。用於共用的部位例如能夠是用於能量供應和/或資料傳遞的部位。
按本發明的另一實施例，該另一承載結構介面配置得用來精確重複地將另外的工具裝置定位和/或固定在工具裝置上。
該承載結構介面和/或該另一承載結構介面能夠在 必要時以互補地方式構成得與上述旋轉結構介面相同。因此，為該承載結構介面和/或該另一承載結構介面提供了與上述旋轉結構介面相同的改進方案和/或優點。
按本發明的另一實施例，這些頂尖座套筒設置在一個工具平面、兩個工具平面或三個或更多個工具平面中。在此如同上面已描述的一樣，工具平面尤其能夠通過這些頂尖座套筒或吸管尖部的徑向外部端部限定，其配屬於相關的工具平面。工具平面要麼能夠由工具-參照點(尤其是頂尖座套筒或頂尖座套筒尖部的外端部)的理想位置確定，要麼能夠由(通過測量確定的)實際位置確定。
至少兩個頂尖座套筒較佳在每個平面內均沿著承載結構的圓周對稱地對置，即相互以相同的角度間距設置。因此工具平面能夠這樣推移，使得位於特定位置上的元件能夠被該工具拾取，或者能夠將經拾取的元件傳遞到特定的位置(例如另一工具上的裝配位置或遞交位置)。
按本發明的另一實施例，頂尖座套筒配置得用來容納工具元件。
直觀地表達是，這些頂尖座套筒(的端部)這樣設計，即為自動裝配機、供應裝置等的其它功能單元提供工具元件。在這種情況下，這些頂尖座套筒也能夠稱為工具記憶體(位置)，在此處能夠分別為其它功能單元提供工具元件。
能夠提供工具元件，以便在磨損之後或為了操縱其它元件自動地用其它工具元件來更換。因此能夠以有利的方式使其他功能單元也受益於元件-操縱工具的改進的靈活性。
工具元件能夠例如指用於自動裝配機的裝配頭的吸管、用於晶片取出裝置的取出和/或翻轉工具的吸管(參照上 面提到的EP 1 470 747 B1)。此外，工具元件能夠是噴射工具，以便將未封裝的半導體晶片從晶片複合物中噴射出來。
按本發明的另一實施例，工具裝置還具有識別元件，其尤其設置在承載結構上。這使得保持和驅動裝置能夠借助合適的(上述)讀取裝置自動地識別設置在保持和驅動裝置上的工具裝置的種類。
按本發明的另一角度，提供了一種補充工具裝置，其具有(a)補充承載結構；(b)多個補充頂尖座套，它們這樣設置在補充承載結構上，使得它們從補充承載結構的補充中間軸線以徑向方向分量突出來，這些補充頂尖座套分別具有遠離補充中間軸線的端部，用來拾取各電子元件的補充元件保持裝置或工具元件能夠設置在此端部上；以及(c)設置或構造在補充承載結構上的補充承載結構介面，其配置得能夠將補充工具裝置可鬆脫地設置在工具裝置上，尤其設置在上述工具裝置上。
所述補充工具裝置是以下面的知識為基礎：上述工具裝置以及元件操縱裝置也能夠如下進行擴展，即提供額外數量的頂尖座套筒以便容納額外的元件拾取裝置，它們提高了容納能力或有效功率。在較佳的實施例中，該工具裝置用來操縱電子元件，該補充工具裝置用來拾取工具元件如其它元件拾取裝置，其在需要時(間接地通過中間工具)傳遞到該工具裝置或另一工具裝置上，該另外的工具裝置在遞交位置與補充工具裝置共同作用。該另外的工具裝置能夠例如是晶片取出裝置的可旋轉的取出工具，其在EP 1 470 747 B1中進行了描述。當然也可以反過來，工具裝置用來暫時拾取工具元件，而補充工具裝置用來拾取電子元件。
補充工具裝置能夠構造得與工具裝置相同或相似， 並且具有相同的優點。所述的補充承載結構介面不必強制地與旋轉結構介面互補或配合，而是與承載結構介面互補或配合。通過補充承載結構介面(也通過承載結構介面)，必要時能夠傳遞運轉介質、尤其是上述運轉介質，以便驅動補充工具裝置。
該補充工具裝置也能夠構造得與工具裝置不同。這兩個工具裝置能夠在其頂尖座套筒的數量、工具平面(頂尖座套筒以及元件保持裝置也設置在此工具平面中)的數量、不同工具平面的軸向劃分和/或頂尖座套筒的(徑向外)端部的種類方面不同。
就“以徑向方向分量”這一表述的意思而言，請參照上面的闡述，其涉及相關元件保持裝置的縱向軸線。
按本發明的另一實施例，補充工具裝置還具有補充識別元件，其尤其設置在補充承載結構上。補充識別元件能夠以與工具裝置的上述識別元件一樣自動地識別整個元件操縱裝置的當前配置。
按本發明的另一角度，描述了一種用來操縱電子元件的裝置，其尤其與元件載體和電子元件的裝配相結合。該描述的裝置具有(a)上述保持和驅動裝置和(b)上述工具裝置。保持和驅動裝置以及工具裝置通過旋轉結構介面和承載結構介面相互耦聯。
該提供的元件操縱裝置是以下面的知識為基礎：通過上述元件即(i)保持和驅動裝置以及(ii)工具裝置的組裝，通過選擇合適的工具裝置，該用來操縱電子元件的裝置能夠達到對各應用情況最佳的配置。
按本發明的另一實施例，該裝置還具有上述補充工具裝置，其中該工具裝置和補充工具裝置通過承載結構介面和補 充承載結構介面相互連接。
如同上面提到的一樣，元件操縱裝置能夠具有多個相同或不同的工具裝置(包含描述的補充工具裝置)。因此元件操縱裝置實現了模組化的構造。單個工具裝置的組合能夠根據應用情況進行排列。
在元件操縱裝置組裝時，首先能夠將補充工具裝置連接到工具裝置上，並因此由補充工具裝置和工具裝置構成的整體能夠通過旋轉結構介面耦聯到保持和驅動裝置上。因此在自動裝配機或元件供給裝置之外，工具裝置能夠根據應用情況由操作人員準備吸管。如同從交換(吸管)的常規盒中已知的那樣，該工作有利地在自動裝配機或元件供給裝置之外進行。
按本發明的另一角度，描述了一種根據應用情況配置用來操縱電子元件的裝置的方法。所述方法具有：(a)準備上述保持和驅動裝置；(b)準備上述工具裝置；(c)將根據應用情況選出的元件保持裝置或根據應用情況選出的工具元件安放在頂尖座套筒之一上；以及(d)將工具裝置安放在保持和驅動裝置上。
所述方法是以下面的知識為基礎：通過適合於各應用情況的工具裝置和/或通過適當地給工具裝置裝配元件保持裝置(其適合於各應用情況或適用於待處理的元件)，能夠創造出元件操縱裝置，其針對不同的元件操縱能夠具有合適的配置和/或其有效功率能夠與當前存在的要求相匹配。有效功率這一概念在此尤其能夠指元件的數量，它們能夠在預先設定時間段內以由所述方法引起的元件操縱裝置進行操縱。
應指出，在所述方法的其它實施例中還能夠應用上面描述的補充工具裝置，因此還能夠更好地根據應用情況對元件 操縱裝置進行配置。
此外，通過上面描述的元件操縱裝置的模組化的構造，還能夠使已構成的元件操縱裝置適應於新的應用情況。這一點例如能夠通過以下方式實現，即(i)工具裝置通過另一工具裝置代替，(ii)補充工具裝置通過另一補充工具裝置代替，(iii)添加補充工具裝置和/或(iv)拆卸補充工具裝置。
如果所述模組化的元件操縱裝置配備有識別元件(如同上面描述的一樣)，因此能夠以自動的方式識別(正好)組裝好的元件操縱裝置的準確配置。那麼，該識別到的配置能夠以適當的方式傳遞到控制單元上，該控制單元控制元件操縱裝置的運轉。這種控制單元的功能性也能夠由上一級系統(例如自動裝配機或自動裝配機的元件供給裝置)的控制裝置提供。
應指出，本發明的實施例已參照不同的發明內容進行描述。尤其描述了本發明的具有裝置權利要求的幾個實施例，並且描述了本發明的具有方法權利要求的其它實施例。對於專業人員來說在閱讀該申請時能夠立即明白，如果沒有另外的詳細說明，則除了這些屬於這類發明內容的特徵組合以外，還可能實現這些特徵的任意組合，這些任意的特徵組合屬於其它類型的發明內容。
在參照附圖描述本發明的示範性實施例之前，還結合本發明的示範性實施性描述了幾個技術想法。
本發明的其它優點和特徵從目前較佳的實施例的以下示例性描述中得出。本檔的單個附圖只是未意性的並且比例是不正確的。
100‧‧‧元件操縱裝置
110‧‧‧保持和驅動裝置
112‧‧‧機架
114‧‧‧旋轉驅動器
116‧‧‧旋轉結構
116a‧‧‧旋轉軸線
116b‧‧‧旋轉運動
116c‧‧‧推移運動
118‧‧‧推移驅動器
120‧‧‧旋轉結構介面
122‧‧‧運轉介質介面部位
124‧‧‧資料介面部位
130‧‧‧控制單元
132‧‧‧讀取單元
136‧‧‧運轉介質埠
137‧‧‧運轉介質導管
138‧‧‧數據埠
139‧‧‧資料導線
140‧‧‧工具系統
150‧‧‧工具裝置
156‧‧‧承載結構
156a‧‧‧中間軸線
158‧‧‧頂尖座套筒
160‧‧‧承載結構介面
162‧‧‧識別元件
165‧‧‧另一承載結構介面
170‧‧‧補充工具裝置
176‧‧‧補充承載結構
176a‧‧‧補充中間軸線
178‧‧‧補充頂尖座套
180‧‧‧補充承載結構介面
182‧‧‧補充識別元件
185‧‧‧另一補充承載結構介面
190‧‧‧元件保持裝置
250a‧‧‧工具裝置
250b‧‧‧工具裝置
250c‧‧‧工具裝置
250d‧‧‧工具裝置
258a‧‧‧工具平面
268‧‧‧工具記憶體
278a‧‧‧其它的工具平面
圖1示出了元件操縱裝置，其具有保持和驅動裝置、設置在它上面的工具裝置以及設置在此工具裝置上的補充工具裝置。
圖2a至2d示出了用於元件操縱裝置的工具裝置的不同實施例。
應指出，在下面的詳細描述中不同實施例的特徵或部件(它們與其它實施例的相應特徵或部件相同或者至少功能相同)設置有相同的參考標記或者不同的參考標記，所述參考標記在最後兩個字母上與相同的或至少功能上相同的特徵或部件的參考標記相同。為了避免不必要的重複，已經借助前面描述的實施例闡述的特徵或部件在後面不再詳細闡述。
此外應指出，以下描述的實施例只是從本發明的可能的實施例中選出來的。尤其可能的是，單個實施例的特徵以適當的方式彼此組合，因此對於專業人員來說借助此處詳細描述的實施方案就能把許多不同的實施例看作是明顯公開的。
此外應指出，應用了有關空間的概念例如“前”和“後”、“上”和“下”、“左”和“右”等，以便描述一個元件與另一元件或其它元件的關係，如同在這些附圖中展示的一樣。因此，這些有關空間的概念能夠適用於與附圖中所示的方位不同的方位。但應理解，為了簡化描述，所有這些有關空間的概念都涉及在圖面中描述的方位，但絕不是對它進行限制，因為這些描述的裝置、部件等在使用時都能佔據與在圖面中描述的方位不同的方位。
圖1示出了按本發明的實施例的元件操縱裝置100。該元件操縱裝置100具有保持和驅動裝置110、設置在它上面的工具裝置150以及設置在此工具裝置150上的補充工具裝置170。由工具裝置150和補充工具裝置170構成的整體在此文獻中稱為工具系統140。
該保持和驅動裝置110具有機架112作為基體結構。此外，該保持和驅動裝置110還具有旋轉結構116，旋轉結構介面120設置或構造在此旋轉結構上。通過合適的且未詳細示出的支承元件，旋轉結構116能夠借助旋轉驅動器114圍繞著旋轉軸線116a旋轉，並且能夠借助構成為直線電動機的推移驅動器118沿著旋轉軸線116a進行推移。在圖1的左側借助箭頭116b展示了相應的旋轉運動。通過116c這一部分展示了相應的推移運動。
工具裝置150能夠耦聯到此旋轉結構介面120上。為此目的，工具裝置150具有承載結構介面160，工具裝置150的承載結構156設置或構造在此承載結構介面上。承載結構介面160與旋轉結構介面120互補，並且能夠位置準確地將工具裝置150設置在保持和驅動裝置110上。承載結構156或工具裝置150具有中間軸線156a，其在元件操縱裝置100的組裝狀態下與旋轉軸線116a重合。
工具裝置150具有多個元件保持裝置190作為工具元件，其中各元件保持裝置190分別插在頂尖座套筒158的徑向外端部上。元件保持裝置190(其較佳是所謂的吸管)以已知的方式用來氣動地拾取各待處理的電子元件。在此以同樣已知的方式通過將負壓施加到各吸管的抽吸通道中，實現該氣動拾取。
該工具裝置150具有從中間軸線156a徑向突出的 吸管190，在操作時，工具裝置150需要運轉介質，如電能和/或吸管190的抽吸通道中的負壓。按此處所示的實施例，該運轉介質通過運轉介質埠136首先提供給保持和驅動裝置110。這些運轉介質“(電)能”或“負壓”通過合適的運轉介質導管137從該運轉介質埠136提供給旋轉結構介面120的運轉介質介面部位122。為了使視圖清晰，在圖1中未示出承載結構介面160的互補介面部位。
按此處所示的實施例，保持和驅動裝置110具有資料埠138，通過它能夠將資料傳遞到外部的上一級的資料處理裝置(未示出)。資料通過未示出的通信連接傳遞至控制單元130，並從控制單元傳遞出來，該控制單元在外部的上一級的資料處理裝置的控制信號的基礎上控制該元件操縱裝置110的運轉。通過資料導線和旋轉結構介面120的資料介面部位124，能夠在資料埠138和工具裝置150之間實現可選的資料交換。為了使視圖清晰，在圖1中未示出承載結構介面160的與資料介面部位124互補介面部位。
為了辨識設置在保持和驅動裝置110上的工具裝置150，按此處所示的實施例，工具裝置150還具有識別元件162，一旦工具裝置150被裝上，則該識別元件自動地被保持和驅動裝置110的讀取單元132探測到。那麼，有關元件操縱裝置100的當前配置的相應資訊能夠通過資料埠138傳遞到外部的資料處理裝置，其應用這些資料來協調元件操縱裝置100的運轉。
按此處所示的實施例，工具裝置150還具有另一承載結構介面165，其相對於承載結構介面160設置或構造在此承載結構156的相對而置的側面上。如圖1所示，該另一承載結構介面165的作用是，能夠將另一工具裝置170(在此文獻中也稱 為補充工具裝置170)設置在工具裝置150上。因此，能夠在不同的應用情況下提高元件操縱裝置100的有效功率和/或元件操縱裝置100的靈活性。如果為工具裝置150和/或補充工具裝置170準備了不同類型的工具，則這一點尤其適用。
根據此處所示的實施例，補充工具裝置170具有與工具裝置150非常類似的結構。據此，補充工具裝置170具有補充承載結構176，其具有補充中間軸線176a。在工具系統140或元件操縱裝置100的組裝狀態下，補充中間軸線176a與中間軸線156a以及旋轉軸線116a重合。補充承載結構介面180與工具裝置150的其它承載結構介面165互補，並且設置或構造在補充承載結構176上。此外，在補充承載結構176上設置或構造有另一補充承載結構介面185，通過它能夠設置未示出的可能的其它補充工具裝置，因此在此特殊情況下該工具系統140可以具有三個工具裝置。
在圖1中用參考標記178表示補充工具裝置170的頂尖座套筒，它們在此文獻中也稱為補充頂尖座套筒。如同工具裝置150具有識別元件162一樣，補充工具裝置170以相應的方式並且為相同的目的具有補充識別元件182。
圖2a至2d示出了用於元件操縱裝置的工具裝置的不同實施例。
圖2所示的工具裝置250a(其相當於圖1所示的工具裝置150)共具有8個頂尖座套筒，為了使視圖清晰只示出了其中的5個。頂尖座套筒158的(徑向端部)或者設置在其上的構成為吸管的元件保持裝置190的外尖部形成工具平面258a。在通過推移驅動器118推移圖1所示的旋轉結構116時，該工具平面258a沿著其法線推移。因此，該工具裝置250a能夠至少沿 著一個方向相對於自動裝配機或元件供給裝置的其它功能元件(兩者均未示出)或相對於裝配位置進行定位。
圖2b所示的工具裝置250b與工具裝置250a的不同之處僅在於，它共只有四個頂尖座套筒158。在圖2b中可看到這四個頂尖座套筒中的三個。
圖2c所示的工具裝置250c具有兩個工具平面，即工具平面258a和另一工具平面278a。根據此處所示的實施例，每個工具平面258a、278a共配備有八個頂尖座套筒158或另外八個頂尖座套筒258以及相應數量的元件保持裝置190。
圖2d所示的工具裝置250d與工具裝置250a的不同之處在於，這些頂尖座套筒分別構成為工具記憶體268，用於其它功能裝置的工具元件190(例如元件保持裝置或用於晶片的噴射-工具)能夠暫時存放在此處。如果這些工具記憶體268是指元件保持裝置的容納位置，則與設置在工具裝置250a、250b和250c上的元件保持裝置190相比，這些工具記憶體以相反的方位暫時存放。那麼，構成為元件保持裝置190的工具元件通過以下方式從工具裝置250d遞交到另一功能裝置(尤其是另一工具裝置)上，即工具裝置250d和其它工具裝置這樣相互定位，使得在共同的遞交位置上相關的工具元件190能夠遞交到該另一工具裝置的頂尖座套筒上。並且以這種方式遞交到構成為噴射工具的工具元件190上。
從以上公開內容可知，圖1所示的元件操縱裝置100由於其模組化構造通過適當選擇耦聯到保持和驅動裝置110上的工具裝置150的種類，並且可選地通過適當地選擇耦聯到工具裝置150上的補充工具裝置170，能夠特定地為電子製造領域中的不同應用情況進行配置。下面直觀地描述了一種用來為元件 操縱裝置配置工具系統的方法，並且描述了一種用來適配元件操縱裝置的方法。下面還直觀地描述了一種用來自動識別經配置的工具系統或工具裝置的方法。
(A)用來配置工具系統的方法能夠包含以下步驟：
˙提供至少一個工具裝置作為模組，用於該工具系統或元件操縱裝置。
˙以所需的種類和數量提供待放置在工具裝置(的頂尖座套筒)上的工具元件(元件保持裝置、噴射工具等)。
˙對於多個工具裝置來說：將工具裝置和補充工具裝置的模組組接成完整的工具系統。這兩個模組之間的連接通過上述介面實現。
˙以所需的種類和數量並且以預設的順序將工具元件安放在這些工具裝置的頂尖座套筒上。
˙可選的是：將設置在頂尖座套筒上的工具元件的種類和數量存儲在各工具裝置的為此設置的存儲區域中。在需要時，本地的控制單元或(例如自動裝配機的)資料處理裝置能夠訪問此存儲區域。在此，還能夠額外地在相關工具裝置的編碼上設立參照物，以便控制單元或資料處理裝置能夠建立與工具裝置的關聯。
(B)用來適配元件操縱裝置的方法能夠包含以下步驟：
˙準備上述保持和驅動裝置。
˙準備工具系統，如同上面在點(A)下配置的一樣。
˙通過模組化的元件-操縱工具或自動裝配機的控制元件，將保持和驅動裝置的旋轉軸線定位在為工具系統預設的位置中。
˙通過旋轉結構介面以及承載結構介面將工具系統安放在保 持和驅動裝置上。
˙在旋轉結構介面和承載結構介面之間建立機械固定(手動地或自動地通過模組化的元件-操縱工具或自動裝配機的控制元件實現)。
(C)用來自動地識別經配置的工具系統或工具裝置的方法能夠包含以下步驟：
˙在工具系統已完成配置之後，自動地對模組化的元件操縱裝置或其它功能單元(例如自動裝配機)的控制元件(作為上一級控制器)進行配置。
˙通過自動的配置能夠使參數自動地匹配，這些參數對於自動裝配機和/或其它功能的模組化元件操縱裝置的控制來說是必要的。參數能夠例如是工具系統的構造和/或校正因數。
˙可選地，還能夠在使用者介面上給操作人員展示有關模組化的元件操縱裝置的配置。
˙如果該模組化的元件操縱裝置具有讀取單元，並且工具系統的(各)工具裝置(分別)具有唯一一個識別元件(在下面也稱為模組ID)，則在工具系統耦聯到保持和驅動裝置上之後，能夠通過元件操縱裝置或自動裝配機的控制元件進行自動的識別。為此，這些工具裝置能夠分別具有模組ID，其包含資料或用於識別的唯一編碼。該模組ID能夠以光學方式(條碼、QR碼等)、電子方式(例如EEPROM)或電磁方式(RFID)讀取，並且用來存儲額外的資料(例如校正資料、工具裝配)。
˙在模組化的元件操縱裝置中能夠集成著相應的讀取單元。備選地，工具裝置的模組ID也能夠借助已存在的感測器探測和評估。例如，為了實現光學編碼，能夠應用自動裝配機的已存在的攝影系統。

Claims (17)

  1. 一種保持和驅動裝置(110)，包括：機架(112)；旋轉結構(116)，其圍繞著旋轉軸線(116a)可旋轉地設置在機架(112)上；旋轉驅動器(114)，以使旋轉結構(116)圍繞著旋轉軸線(116a)旋轉；以及設置或構造在旋轉結構(116)上的旋轉結構介面(120)，具有多個頂尖座套筒(158)的工具裝置(150)能夠可鬆脫地設置在此旋轉結構介面(120)上，這些頂尖座套筒配置得用來可鬆脫地安放從旋轉軸線(116a)以徑向方向分量突出的元件保持裝置(190)或其它工具元件(190)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的保持和驅動裝置(110)，更包括：推移驅動器(118)，其設置在所述機架(112)上或所述旋轉驅動器(114)上，並且其配置得用來推移旋轉結構(116)，尤其沿著旋轉軸線(116a)推移。
  3. 如申請專利範圍第1或2項中任一項所述的保持和驅動裝置(110)，其中，所述旋轉結構介面(120)適用於在保持和驅動裝置(110)和工具裝置(150)之間傳遞能量和/或資料。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的保持和驅動裝置(110)，其中，所述旋轉結構介面(120)配置得用來精確重複地將工具裝置(150)定位和/或固定在保持和驅動裝置(110)上。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項所述的保持和驅動裝置(110)，更包括：控制單元(130)，其用來控制旋轉驅動器(114)和/或用來控制保持和驅動裝置(110)或工具裝置(150)的可能存在的其它驅動器(118)和/或執行器。
  6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述的保持和驅動裝置(110)，更包括：讀取單元(132)，用來識別工具裝置(150)的識別元件(162)。
  7. 一種工具裝置(150)，包括：承載結構(156)；多個頂尖座套筒(158)，它們這樣設置在承載結構(156)上，使得它們從承載結構(156)的中間軸線(156a)以徑向方向分量突出來；這些頂尖座套筒(158)分別具有遠離中間軸線(156a)的端部，用來拾取各電子元件的元件保持裝置(190)或工具元件(190)能夠設置在此端部上；以及設置或構造在承載結構(156)上的承載結構介面(160)，其配置得能夠將工具裝置(150)可鬆脫地設置在保持和驅動裝置(110)上。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的工具裝置(150)，其中，該工具裝置更包括：另一承載結構介面(165)，其配置得能夠將另一工具裝置(170)設置在承載結構(156)上。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的工具裝置(150)，其中，所述另一承載結構介面(165)配置得用來精確重複地將另外的工具裝置(170)定位和/或固定在工具裝置(150)上。
  10. 如申請專利範圍第7至9項中任一項所述的工具裝置(150)，其中，這些頂尖座套筒(158)設置在一個工具平面(258a)、兩個工具平面(258a、278a)或三個或更多個工具平面中。
  11. 如申請專利範圍第7至9項中任一項所述的工具裝置(150)，其中，這些頂尖座套筒(268)設置用來拾取工具元件(190)。
  12. 如申請專利範圍第7至10項中任一項所述的工具裝置(150)，更包括：識別元件(162)，其尤其設置在承載結構(156)上。
  13. 一種補充工具裝置(170)，包括：補充承載結構(176)；多個補充頂尖座套(178)，它們這樣設置在補充承載結構(176)上，使得它們從補充承載結構(176)的補充中間軸線(176a)以徑向方向分量突出來；其中這些補充頂尖座套(178)分別具有遠離補充中間軸線(176a)的端部，用來拾取各電子元件的補充元件保持裝置(190)或工具元件(190)能夠設置在此端部上；以及設置或構造在補充承載結構(176)上的補充承載結構介面(180)，其配置得能夠將補充工具裝置(170)可鬆脫地設置在工具裝置(150)上，尤其能夠設置在如申請專利範圍第7至12項中任一項所述的工具裝置(150)上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的補充工具裝置(170)，更包括：補充識別元件(182)，其尤其設置在補充承載結構(176)上。
  15. 一種用來操縱電子元件的元件操縱裝置(100)，其尤其與元件載體和電子元件的裝配相結合，所述裝置包括：如申請專利範圍第1至6項中任一項所述的保持和驅動裝置(110)；以及如申請專利範圍第7至12項中任一項所述的工具裝置(150)，其中該保持和驅動裝置(110)以及工具裝置(150)過旋轉結構介面(120)和承載結構介面(160)相互耦聯。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的元件操縱裝置(100)，其中，該裝置更包括：如申請專利範圍第13至14項中任一項所述的補充工具裝置(170)，其中其中該工具裝置(150)和補充工具裝置(170)通過承載結構介面(160)和補充承載結構介面(180)相互連接。
  17. 一種用來根據應用情況配置操縱電子元件的元件操縱裝置100)的方法，其尤其用來根據應用情況配置如申請專利範圍第15至16項中任一項所述的元件操縱裝置(100)，所述方法包括：提供如申請專利範圍第1至6項中任一項所述的保持和驅動裝置(110)；提供如申請專利範圍第7至12項中任一項所述的工具裝置(150)；將根據應用情況選出的元件保持裝置(190)或根據應用情況選出的工具元件(190)安放在頂尖座套筒(158)之一上；以及將工具裝置(150)安放在保持和驅動裝置(110)上。
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