TW202312317A - 允許選擇性地對經處理的元件施加力之元件處理設備與方法 - Google Patents

Abstract

一種元件處理設備，諸如分別用於燒結或封裝元件的燒結設備或封裝設備，包含：用於夾持待處理元件的夾持工具部件；及用以及佈置為沿壓力方向A將力施加至由該夾持工具部件夾持的該元件上的衝壓工具部件，其中該衝壓工具部件包含用於將該力施加至該元件上的複數個致動器，且用以選擇性地致動該些致動器中的至少一個致動器以允許改變施加至該元件上的該力。

Description

允許選擇性地對經處理的元件施加力之元件處理設備與方法

本發明係關於一種元件處理設備，諸如用於燒結或封裝元件的燒結設備或封裝設備。本發明進一步係關於相應的元件處理方法。

這種元件處理設備及方法可用於將電子元件燒結結合在元件載體或基板上。特別地，在燒結設備中，藉由向元件施加壓力來實現元件(諸如，功率IC之類的半導體裝置)與其基板或載體之間的良好結合。最初，將待燒結裝置連同其間的燒結材料一起置放在載體或基板上。隨後，使用例如在相關元件及燒結材料上施加壓力的致動器來施加壓力。通常，在燒結製程中，在施加壓力的同時加熱元件。燒結製程允許產生特別牢固的結合。

待處理裝置可能涉及晶片、DBC、間隔物、散熱器、感測器、功率IC、倒裝晶片、MEM等。通常，為進行製造，燒結設備為根據製造商的特定需求及/或待燒結產品的特定(幾何)特性來定製。由於該原因，通常，燒結設備僅允許處理具有相似(若不相同)幾何特性的元件。當設備用於創建原型或需要生產大量不同產品時，亦即在科學及技術研究中，通常的燒結設備可以處理的產品種類有限可能為不利的。為利用相同的燒結設備製造多種產品，具有用以處理具有多種幾何形狀的元件的設備可能為有利的，亦即，跨越大範圍表面的元件。

在通常的燒結設備中，致動器，如活塞，用於將力傳遞至元件上，從而將燒結所需的壓力施加在元件及燒結材料上。待施加的力的大小可根據具體的燒結應用而變化。致動器可以施加至元件上的有限範圍的力可能在可以由工具提供的壓力範圍的限制下在元件及燒結材料上產生錯誤的低壓或高壓。這可能導致不完整的燒結製程，且因此導致最終產品的故障及/或失效。為在燒結製程中施加正確的燒結壓力，需要為此目的開發及製造特定的工具。目前的設備在可以施加的壓力中沒有提供很大的可撓性。為利用相同的燒結設備在不同的元件上施加正確的壓力，具有允許在所處理的元件上施加很大範圍的力的設備將為有利的。

此外，為防止經處理產品的故障，量測或監測在向元件施加壓力的任何製程中施加在元件上的壓力為非常重要的。特別地，在使用致動器施加壓力時，實時驗證施加在元件上的壓力為非常重要的。實際上，避免由於一或多個致動器的失效或導致力產生故障的任何其他原因而在待處理元件的整個表面上施加不均勻的壓力為很重要的。例如，致動器可能會在處理製程中卡住。因此，提供可用的實時壓力亦可能非常重要。

上文參考一種燒結設備及方法。然而，在處理元件時需要對元件施加壓力的製程較多，諸如封裝設備及方法。在這種設備及方法中，可以藉由利用合適的樹脂部分地圍繞元件來封裝元件，同時例如藉由覆蓋該區域且向該區域施加合適的壓力而不覆蓋該表面區域。所描述的燒結設備及方法的限制、缺點及缺陷同樣適用於這些設備及方法。

本發明的目的為提供一種元件處理設備及方法，用於允許處理在寬範圍的表面上的元件。

本發明的另一或替代目的為提供一種元件處理設備及方法，用以在寬範圍的表面上提供寬範圍的力。

本發明的另一或替代的目的為提供一種可撓的且可用於處理多種元件的元件處理設備及方法。

本發明的另一或替代的目的為提供一種可以容易地轉換成與不同元件一起使用的元件處理設備及方法。

本發明的另一或替代目的為提供一種可以極小尺寸體現的元件處理設備。

根據態樣，本發明提供一種元件處理設備，諸如分別用於燒結或封裝元件的燒結設備或封裝設備，包含用於夾持待處理元件的夾持工具部件，及用以且佈置在壓力方向上將力施加至由夾持工具部件夾持的單一元件上的衝壓工具部件，其中衝壓工具部件包含複數個同心對齊的致動器，該些致動器沿壓力方向作用且包含一或多個相應致動器活塞，該些致動器活塞可在外殼中的相應致動器氣缸中移動且藉由相應致動器氣缸中的流體壓力作用以將力施加到元件上，每一致動器的一或多個相應致動器活塞界定橫向於壓力方向的總橫截面積，相應的流體壓力作用在該總橫截面積上，且致動器的總橫截面積彼此之間至少相差3倍，且其中衝壓工具部件用以選擇性地啟動該些致動器中的每一致動器以在啟動時致動且在未啟動時不致動，以藉由選擇性地啟動一或多個致動器來設定施加至元件上的力。同心對齊的致動器為沿共軸作用的致動器，且可相互嵌套或排列成一條直線。使用兩個致動器意味著兩個致動器的總橫截面積之比至少為3，其中該比例由最大總橫截面積與最小總橫截面積之比界定。在給定流體壓力範圍內僅使用總橫截面積最小的致動器獲得的力範圍的邊界乘以在相同流體壓力範圍下使用具有最大橫截面積的致動器時的因子。使用兩個致動器將提供更大的乘積1加上因子，因此大於4。使用三個致動器意味著相應致動器的最大橫截面積與相應致動器的最小橫截面積之比至少為(3×3)為9。當使用所有三個致動器時，力範圍的乘積至少為1加3加9，因此大於13。以此方式提供的設備可以覆蓋藉由適當地選擇流體壓力範圍、致動器數量及其總橫截面比及實際總橫截面積來獲得極大的力範圍。

根據另一態樣，本發明提供一種元件處理方法，諸如分別用於燒結或封裝元件的燒結方法或封裝方法，該方法包含以下步驟：提供用於夾持待處理元件的夾持工具部件；在夾持工具部件上提供待處理元件；提供衝壓工具部件，該衝壓工具部件用以及佈置在壓力方向上將力施加至由夾持工具部件夾持的元件上，其中衝壓工具部件包含複數個同心對齊的致動器，該些致動器沿壓力方向作用且包含一或多個相應致動器活塞，該些致動器活塞可在外殼中的相應致動器氣缸中移動且藉由相應致動器氣缸中的流體壓力作用以將力施加至元件上，每一致動器的一或多個相應致動器活塞界定橫向於壓力方向的總橫截面積，相應的流體壓力作用在該總橫截面積上，且致動器的總橫截面積彼此不同，且其中衝壓工具部件用以選擇性地啟動該些致動器中的每一致動器以在啟動時致動，且在未啟動時不致動以藉由選擇性地啟動一或多個致動器設定施加至元件的力；藉由選擇性地啟動衝壓工具部件的該些致動器中的至少一個致動器來將力施加至由夾持工具部件夾持的元件上；及當將該力沿壓力方向施加至由夾持工具部件夾持的元件上時，處理元件。

在實施例中，衝壓工具部件用以設定經啟動致動器的流體壓力，以附加地設定施加至元件上的力。

在實施例中，衝壓工具部件用以共同設定所有經啟動致動器的流體壓力。

在實施例中，每一致動器的一或多個相應致動器活塞藉由相應致動器氣缸中的氣動或液壓壓力起作用。

在實施例中，同心對齊的致動器包含同心嵌套的致動器活塞及相應致動器氣缸，尤其為環形的致動器活塞。

在實施例中，同心對齊的致動器包含成直線的致動器活塞及相應致動器氣缸。

在實施例中，致動器的總橫截面積自最內致動器至最外致動器增加。

在實施例中，衝壓工具部件用以藉由將經啟動致動器添加至已自最內致動器至最外致動器啟動的致動器，及藉由自最外致動器至最內致動器啟動的致動器中停用經啟動致動器來選擇性地啟動致動器。

在實施例中，致動器包含至少三個致動器。

在實施例中，致動器包含四個致動器。

在實施例中，致動器的總橫截面積彼此相差至少4倍。

在實施例中，致動器的總橫截面積彼此相差至少5倍。

在實施例中，致動器的總橫截面積相對於彼此相差至少6倍。這種設備及方法證明在實際流體壓力範圍內提供極大的力。

在實施例中，致動器包含四個致動器，每一致動器具有一個致動器活塞及對應的致動器氣缸，且最內致動器的總橫截面積界定在9至13範圍內的比率，尤其為11，最內致動器與最外致動器之間的致動器的總橫截面積界定在10至14範圍內的比率，尤其為12。具有由最內致動器提供的最大比率允許體現具有相對較小尺寸的設備。

在具有四個致動器的實施例中，最外層致動器的總橫截面積界定在4至8範圍內的比率，尤其為6。這種設備允許為覆蓋的力範圍提供總倍增因子約1,000，這在具有實際總橫截面積的大多數應用中證明為足夠的。

在實施例中，致動器包含四個致動器，其中提供最大橫截面積的三個致動器同心嵌套，其中提供最小橫截面積的兩個致動器成直線，且其中提供最大的橫截面積的兩個致動器為環形的。這種組態提供具有極緊湊尺寸的設備，同時覆蓋極大的力範圍。

在實施例中，衝壓工具部件用以允許選擇性地阻擋一或多個致動器活塞，以防止藉由選擇性地阻擋一或多個致動器活塞而將力施加至元件。

在另一實施例中，返回活塞與每一致動器活塞相關聯，其中返回活塞的作用與壓力方向相反，且用以及佈置成允許阻擋相關聯的致動器活塞且防止相關聯的致動器活塞將力施加至元件。

在又一實施例中，至少一個可移動插入構件與至少一個致動器的每一致動器活塞相關聯，且佈置在相關聯的致動器活塞與元件之間的中間位置，以在啟動相關聯的致動器時將力施加至元件。

在實施例中，可移動插入構件與同心嵌套的致動器相關聯。

在實施例中，至少一個可移動插入構件機械連接至相關聯的致動器活塞。

在實施例中，與致動器相關聯的可移動插入構件與致動器同心對齊。

在實施例中，可移動插入構件用作桿。

在實施例中，可移動插入構件在外殼中引導。

在另一實施例中，該設備包含剛性壓板，用以及佈置成由複數個致動器中的至少一部分作用且作用在元件上以在元件上施加力

在實施例中，至少一個壓力感測器用以量測及/或監測由相關聯的致動器施加至元件上的力。

在實施例中，至少一個壓力感測器與複數個致動器中的至少一者相關聯及/或位於夾持工具部件中。

在實施例中，處理元件之步驟進一步包括以下步驟：根據預定的時間相關函數將力施加至元件上。

在實施例中，處理元件之步驟進一步包括以下步驟：藉由向元件提供熱量來調節元件的溫度。

在實施例中，處理元件之步驟進一步包括以下步驟：基於時間相關的溫度曲線來調節元件的溫度。

在又一實施例中，處理元件之步驟進一步包括以下步驟：根據元件的溫度向元件施加力。

第1A圖示意性地展示根據本發明實施例的元件處理設備100的橫截面。元件處理設備100，諸如分別用於燒結或封裝元件的燒結設備或封裝設備，包含用於夾持待處理元件10的夾持工具部件200及包含複數個致動器310的衝壓工具部件300。待處理元件10，例如設置在其載體或基板10a上的功率IC 10b與功率IC與基板之間的燒結材料一起定位且置放在夾持工具部件200上。衝壓工具部件300用以及佈置為藉由選擇性地啟動(致動)包含可滑動安裝在致動器氣缸304中的氣動致動器活塞310的複數個致動器中的至少一者來在壓力方向A上將力施加至由夾持工具部件200夾持的元件10上。致動器活塞310藉由在其頂部施加流體(氣動或液壓)壓力，亦即，藉由用加壓流體(氣體或液體)填充相關聯的致動器氣缸304來啟動(致動)。在所展示的實施例中，在啟動(致動)多於一個致動器活塞310的情況下，加壓氣體的壓力施加至所有經啟動致動器活塞。氣體以共同選定的壓力共同提供至所有經啟動致動器活塞。啟動意味著相應致動器實際上經致動以施加力。因此，由衝壓工具部件300施加至元件10上的力可以在相當大的範圍內變化，這取決於經啟動致動器活塞310的數量及致動器氣缸304內的流體壓力。

衝壓工具部件300另外包含至少一個可移動插入構件320，該至少一個可移動插入構件320機械地連接至每一致動器活塞310。可移動插入構件320位於相關聯的活塞310與元件10之間的中間位置。當致動器活塞310致動時，向相關聯的可移動插入構件320施加力以沿方向A在元件10上施加力。

在處理元件10之前，衝壓工具部件300及夾持工具部件200通常彼此分開。元件10提供至夾持工具部件200上，且元件載體或基板10a相對於夾持工具部件200固定至判定位置。然後將衝壓工具部件300及夾持工具部件200朝向彼此移動以結合在一起，直至可移動插入構件320及待處理元件10位於彼此上方的預定位置處。當衝壓工具部件300及夾持元件200處於預定位置時，衝壓工具部件300的至少一部分可移動插入構件320接觸待處理元件10，而剩餘部分可移動插入構件320佈置成在與元件10之間留有縫隙。或者，所有可移動插入元件320接觸待處理元件10或佈置成在與元件10之間留有縫隙。

隨後，藉由選擇性地啟動致動器活塞310中的至少一者，將力沿壓力方向A施加至由夾持工具部件200夾持的元件10。在使用致動器活塞及/或插入件時，為在元件10上施加均勻且均勻的壓力，致動器活塞310及可移動插入件320在所揭示的實施例中對稱佈置。實際上，致動器活塞經分組為同心對齊的致動器，這意味著致動器具有共軸，該共軸亦為致動器施加至元件10上的力的力軸線。致動器的致動器活塞圍繞致動器軸線對稱佈置且在致動器致動時經共同致動以致動致動器。

根據處理元件10所需的力，啟動選定數量的具有致動器活塞310的致動器。為防止未致動的致動器活塞在元件10上施加力，例如重力，佈置在衝壓工具部件300中的至少一個返回活塞311與每一致動器活塞310相關聯。返回活塞311可移動地插入返回氣缸312中，且在致動時沿與方向A相反的方向移動以推動相關聯的致動器活塞310遠離元件10，從而將相關聯的致動器活塞310阻擋在其致動器氣缸304內的預定位置處。藉由在底側施加壓力，亦即，藉由用加壓氣體填充相關聯的返回氣缸312，來致動返回活塞311。當阻擋的致動器活塞由相關聯的返回活塞311推離元件10時，相關聯的可移動插入構件320跟隨致動器活塞310且遠離元件10移動。這防止與未致動的致動器活塞310相關聯的可移動插入構件320將力施加至元件10。

設備100的致動器活塞310已描述為氣動活塞。然而，熟習此項技術者將認識到，可在氣缸中移動的液壓活塞或通常流體啟動的活塞可用於本實施例及本發明其他實施例的衝壓工具部件300中。

當該製程為燒結製程時，如上所述，元件10通常經加熱以燒結燒結材料且實現燒結在一起的各個部件之間的結合。可以各種方式例如藉由設置在夾持工具部件200、衝壓工具部件300及/或可移動插入構件320中的加熱元件向元件10提供熱量。可選地，在燒結製程中應用與時間相關的溫度曲線，且可將所施加的壓力設定為時間和/或溫度的函數。加熱可在施加壓力以預熱元件10之前提供，且在燒結製程中增加，同時經致動的致動器310在元件10上施加壓力。熱量亦可由包括在設備100中的未圖示的加熱元件提供，其中加熱元件用以成產生熱量且佈置成與待處理元件熱接觸以向其傳遞熱量。可以藉由設定作用在致動器活塞上的加壓氣體的壓力曲線來提供元件10上的壓力曲線。

第1B圖展示根據本發明實施例的衝壓工具部件300及夾持工具部件200。第1B圖的衝壓工具部件300的工作原理與參考第1A圖描述的衝壓工具部件300的工作原理相同。第1A圖的致動器活塞310對應於第1B圖的致動器活塞310.1、310.2及310.3，其中外圍致動器活塞310.2及310.3相對於中心致動器活塞310.1對稱佈置。熟習此項技術者將認識到，致動器活塞的數量不限於第1B圖所展示的活塞數量。外圍致動器活塞310.2及310.3包含在一個致動器中，該致動器與單一致動器活塞310.1的中心致動器同心對齊，使得具有致動器活塞310.1的致動器同心嵌套在具有致動器活塞310.2及310.3的致動器內。

第1A圖的可移動插入構件320對應於分別與致動器活塞310.1、310.2及310.3相關聯的第1B圖的可移動插入構件320.1、320.2及320.3。可移動插入構件320.1、320.2及320.3的工作原理與參考第1A圖描述的可移動插入構件320的工作原理相同。

關於第1B圖，剛性壓板230位於衝壓工具部件300與待處理元件10之間。剛性壓板230用以由選擇性致動的可移動插入構件320.1、320.2及320.3作用，且將插入構件的力傳遞至元件10。當致動器活塞310.1、310.2及310.3啟動時，可移動插入構件320.1、320.2及320.3作用在剛性壓板230上，該剛性壓板230將力傳遞至元件10及燒結材料上。剛性壓板230的存在允許將力均勻且均質地施加至元件10。壓板230可以基於元件的幾何形狀進行設計，使得同一設備100可以用於具有多種幾何形狀的不同元件。此外，當在處理期間需要對元件10進行加熱時，壓板230可以由導熱材料製成。

施加在元件10上的總力取決於用於致動致動器活塞的氣體壓力、經致動的致動器活塞的數量、每一活塞的橫截面等。藉由選擇性地致動包含致動器活塞的致動器而僅致動一部分致動器活塞的可能性亦為設備100在施加至元件10的力的大小方面提供可撓性，以用於需要施加寬範圍的力的不同製程。

第2A圖及第2B圖展示用以在元件處理設備100中使用的衝壓工具部件300的橫截面透視圖。第2A圖及第2B圖的衝壓工具部件300可以用作結合第1A圖及第1B圖描述的衝壓工具部件300。第2A圖的衝壓工具部件300包含分別可滑動地安裝在氣缸304.1、304.2、304.3及304.4中的複數個致動器活塞310.1、310.2、310.3及310.4。致動器活塞310.2、310.3及310.4包含在單一致動器中，該致動器相對於包含單一致動器活塞301.1的中心致動器同心地佈置。實際上，致動器活塞310.2、310.3及310.4以及相應致動器氣缸304.2、304.3及304.4連同與致動器活塞310.4相對的第四致動器活塞及相應致動器氣缸(未圖示)包含在單一致動器中。包含致動器活塞310.1的致動器及包含致動器活塞310.2、310.3及310.4的致動器同心嵌套，這在當前情況下意味著具有致動器活塞310.1的致動器設置在另一致動器內部。

關於第2B圖，衝壓工具部件300包含分別具有致動器活塞301.1及301.2的兩個致動器，其中環形致動器活塞310.2及中心致動器活塞310.1同心地嵌套且對齊。在該實施例中，致動器活塞310.2可滑動地安裝在圓柱形環形外圍氣缸304.2中，其中致動器氣缸304.2相對於致動器氣缸304.1同心。熟習此項技術者將認識到，第2A圖及第2B圖中所展示的致動器活塞的數量不限制可以在衝壓工具部件300中實施的致動器活塞的數量。第2B圖實施例的兩個致動器各具有在各自的致動器氣缸中移動的單一致動器活塞。

第3A圖、第3B圖、第3C圖、第3D圖、第3E圖、第3F圖及第3G圖展示用以用於元件處理設備中的衝壓工具部件300的根據不同平面的視圖及橫截面。第3A圖、第3B圖、第3C圖、第3D圖、第3E圖、第3F圖及第3G圖的衝壓工具部件的工作原理類似於參考第1A圖及第1B圖的衝壓工具部件300的工作原理。熟習此項技術者將認識到，第3A圖、第3B圖、第3C圖、第3D圖、第3E圖、第3F圖及第3G圖的衝壓工具部件300可用於直接作用於元件上，如第1A圖所展示，或作用於剛性壓板230，如第1B圖所展示。

衝壓工具部件300包含外殼301，該外殼301包括頂部301.1、底部301.2及圍繞各種內部固定部件302的側部301.3。頂部301.1、底部301.2、側部301.3及內部固定部件302設置為藉助於螺釘、螺栓303等緊固在一起的單一元件。當安裝在元件處理設備(未圖示)中時，衝壓工具部件300的位置由自衝壓工具部件300的頂部301.1及底部301.2突出的定位銷305及匹配的定位銷孔界定，該定位銷孔形成在元件處理設備(未圖示)中。

衝壓工具部件300的頂部、底部、側部及內部固定部件界定複數個致動器氣缸304.1、304.2及304.3，致動器活塞310.1、310.2及310.3分別可滑動地安裝在每一致動器氣缸中。每一致動器活塞310.1、310.2及310.3可以分別在致動器氣缸304.1、304.2及304.3內沿方向A朝向待處理元件移動。致動器活塞310.1、310.2及310.3及其各自的致動器活塞各自界定致動器。這三個致動器同心嵌套且同心對齊。

每一致動器活塞310.1、310.2及310.3藉由經由位於外殼301的外表面上的至少一個相關聯的氣體入口340.1及導管350.1向相應致動器氣缸提供加壓氣體來致動。致動器活塞310.2及310.3相對於界定衝壓工具部件300的中心306的中心致動器活塞310.1對稱佈置。特別地，致動器活塞310.2及310.3彼此同心且相對於中心致動器活塞310.1同心。在該實施例中，致動器活塞310.2及310.3分別可滑動地安裝在圓柱形環形外圍氣缸304.2及304.3中，其中中間致動器氣缸304.2嵌套在外部致動器氣缸304.3內。然而，熟習此項技術者將認識到，可以使用相對於衝壓工具部件300的中心306同心設置的任何類型的多個活塞來執行同一發明。

具有致動器活塞330的另一致動器面對待處理元件且對應於衝壓工具部件300的中心306定位。自衝壓工具部件300的底部301.1突出的致動器活塞330，在致動時，對元件或壓板施加壓力。具有圓柱形致動器活塞310.1及330的致動器為同心對齊的且呈直線。具有致動器活塞310.1、310.2及310.2的致動器同心對齊及同心嵌套。致動器活塞330直接作用在元件10或剛性壓板上，而致動器活塞310.1、310.2及310.3分別經由插入件320.1、320.2及320.3作用在元件或剛性壓板上。

根據處理元件所需的力，致動選擇數量的致動器活塞310.1、310.2、310.3及330。在致動多於一個致動器活塞310.1、310.2、310.3及330的情況下，藉由將加壓氣體注射穿過導管350.1至相應致動氣缸中，加壓氣體的壓力施加至所有經致動的活塞。

加壓氣體藉由將氣體注射穿過氣體入口340.1及與待致動的致動器活塞相關聯的導管350.1而提供至每一待致動的致動活塞。以常壓(例如，1巴至300巴)向所有經致動活塞提供氣體。可以根據與時間相關的壓力曲線來提供氣體壓力。若該製程需要加熱元件，則可以將提供給致動器活塞的壓力設置為時間及/或溫度的函數。氣流的控制可以藉助於包括在元件處理設備中的處理器以電子方式執行，該處理器用以遠端控制氣流，或者可以在開始處理元件之前手動預設。

在提供給致動器活塞的加壓氣體的給定常壓下，由每一致動器活塞310.1、310.2、310.3及330施加的力取決於其沿橫向於致動方向A的平面的橫截面積，亦即，在表面上，由每一活塞310.1、310.2、310.3及330界定的總橫截面積。在該實施例中，總橫截面積由環形活塞310.2及310.3的環面及圓柱形活塞330及310.1的圓提供

在第3A圖至第3G圖的實施例中，致動器活塞330、310.1、310.2及310.3的橫截面積按自具有致動器活塞330的最內致動器至具有致動器活塞310.3的最外致動器的順序增加。與致動器活塞310.1相比，致動器活塞330為最內活塞，因為後者具有更大的外徑，儘管兩者皆為全圓柱形(非環形)致動器活塞。在相同的氣體壓力下，朝向外側的活塞比朝向內側的活塞產生越來越大的力。由衝壓工具部件300產生的實際力由經選擇致動的致動器活塞的數量及組合以及施加至致動器活塞的氣體壓力判定。

在所展示的實施例中，藉由適當地選擇致動器活塞330及310.1的外徑且適當選擇致動器活塞310.2及310.3的內徑及外徑，致動器活塞330、310.1、310.2及310.3的橫截面積之比為約1:11:140:850。自具有最小橫截面積的致動器活塞330至下一個至最後的致動器活塞310.3的表面積比為約11:12:6。對於最低的力範圍，僅使用致動器活塞330，而對於下一力範圍，則採用致動器活塞330及310.1。對於隨後的力範圍，採用致動器活塞330、310.1及310.2，而對於最高力範圍，則採用所有致動器活塞330、310.1、310.2及310.3。這提供四個力範圍，其中相對比率為約1:12:150:1000，而自最低力範圍至下一個力範圍的比率為約12:12:7。在力範圍內，可以藉由選擇相應經啟動致動器氣缸中的流體壓力來設置力。具有相應致動器活塞及致動器氣缸的致動器藉由將相應閥打開至加壓流體源來啟動。加壓流體源中的壓力可以藉由已知的方式設置。以此方式，可以覆蓋約20 N至約20 kN的力範圍。為進入下一更高的壓力範圍，下一外部致動器啟動，而最外部經啟動致動器在進入下一更低的壓力範圍時停用。為獲得足夠的力範圍，衝壓工具部件優選地包含至少三個致動器，尤其對於致動器。致動器的致動器活塞的總橫截面積優選地彼此相差至少2倍，尤其為至少4倍，可選地至少6倍。

每一致動器活塞310.1、310.2及310.3分別機械連接至至少一個可移動插入構件320.1、320.2及320.3，分別位於相關聯的活塞與待處理元件之間的中間位置，且自衝壓工具部件300的底部301.2朝向待處理元件突出。當致動時，致動器活塞將力傳遞至相關聯的可移動插入構件，該可移動插入構件作用在元件或夾持工具部件的壓板上。

由剛性衝壓工具板300產生且經由可移動插入構件傳遞至元件的總力為由每一經啟動致動器活塞產生的力的總和。為允許將力均勻且均質地施加至元件或壓板上，可移動插入構件320.1、320.2及320.3相對於衝壓工具部件300的中心306對稱佈置。

通常，可移動插入構件的沿橫向於方向A的橫截面及/或可移動插入構件的數量與相關聯活塞的橫截面(亦即，環形表面)負相關。與最內活塞相比，最外活塞可以與更多數量的可移動插入構件相關聯。此外，最外活塞可以與具有比與最內活塞相關聯的可移動插入構件更大的橫截面的可移動插入構件相關聯。這防止與外部活塞及/或與具有大橫截面的活塞相關聯的單一可移動插入構件由於在其上施加過大壓力而損壞元件或壓板。

在所展示的衝壓工具部件300中，與外圍活塞310.3相關聯的每一可移動插入構件320.3的橫截面大於與外圍活塞310.2相關聯的每一可移動插入構件320.2的橫截面。類似地，每一可移動插入構件320.2的橫截面大於每一可移動插入構件320.1的橫截面。此外，可移動插入構件320.3的數量可以大於可移動插入構件320.2的數量，且可移動插入構件320.2的數量可以大於可移動插入構件320.1的數量。

為防止未啟動的活塞例如作為重力的結果沿方向A移動，固定至衝壓工具部件300的至少一個返回活塞311與每一活塞310.1、310.2、310.3相關聯。至少一個返回活塞311用以藉由將相關聯的活塞310.1、310.2、310.3推離待處理元件而將相關聯的活塞阻擋在判定位置。當返回活塞311將未致動的致動器活塞自元件移開時，相關聯的可移動插入構件跟隨未致動活塞且自元件移開。

至少一個返回活塞311可以在氣缸內沿與A相反的方向移動且藉由經由位於外殼301的外表面上的相關氣體入口340.2及導管350.2向相應氣缸提供加壓氣體而致動。當致動時，返回活塞防止與未致動活塞相關聯的可移動插入構件將力施加至元件或壓板上。返回活塞311已描述為氣動活塞。然而，熟習此項技術者將認識到，在該實施例及本發明的其他實施例中，電動致動器、可在氣缸中移動的液壓活塞或其他類型的致動器可以用於衝壓工具部件300中以阻擋相關聯的致動器活塞。

根據本發明的任何實施例的設備可進一步包含恆溫器，用以調節元件的溫度，且可包含至少一個壓力感測器，用以量測及/或監測藉由相關聯的致動器310施加至元件及燒結材料上或施加至壓板上的力。至少一個壓力感測器可與致動器310中的每一者相關聯，或者可位於夾持工具部件200中。

10:元件 10a:基板 10b:功率IC 100:元件處理設備 200:夾持工具部件 230:剛性壓板 300:衝壓工具部件 301:外殼 301.1~301.3:致動器活塞 303:螺栓 304:致動器氣缸 304.1~304.4:氣缸 305:定位銷 306:中心 310:致動器活塞 310.1~310.3:致動器活塞 311:返回活塞 312:返回氣缸 320:可移動插入構件 320.1~320.3:插入件 330:致動器活塞 340.1,340.2:氣體入口 350.1:導管 A:方向

本發明的其他特徵及優點將藉助非限制性及非排他性實施例自本發明的描述而變得顯而易見。這些實施例不應解釋為限制保護範圍。熟習此項技術者將認識到，在不背離本發明的範圍的情況下，可以構思及簡化本發明的其他替代方案及等效實施例來實踐。將參照附圖描述本發明的實施例，其中相似或相同的附圖標記表示相似、相同或對應的部分，且其中 第1A圖及第1B圖示意性地表示根據本發明實施例的元件處理設備的橫截面； 第2A圖及第2B圖示意性地表示根據本發明實施例的衝壓工具部件設備的剖面圖； 第3A圖表示根據本發明實施例的元件處理設備的衝壓部件工具的視圖； 第3B圖、第3C圖、第3D圖、第3E圖、第3F圖及第3G圖表示根據本發明實施例的元件處理設備的衝壓部件工具的橫截面。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

10:元件

10a:基板

10b:功率IC

100:元件處理設備

200:夾持工具部件

300:衝壓工具部件

301:外殼

304:致動器氣缸

310:致動器活塞

311:返回活塞

312:返回氣缸

320:可移動插入構件

A:方向

Claims (32)

1. 一種元件處理設備(100)，諸如分別用於燒結或封裝一元件(10)的一燒結設備或一封裝設備，包含： - 一夾持工具部件(200)，用於夾持一待處理元件(10)；及 - 一衝壓工具部件(300)，用以及佈置為在一壓力方向(A)上將一力施加至由該夾持工具部件夾持的單一元件， 其中該衝壓工具部件包含複數個同心對齊的致動器，該些致動器沿該壓力方向作用且包含一或多個相應致動器活塞(310.1、310.2、310.3、330)，該一或多個致動器活塞(310.1、310.2、310.3、330)可在一外殼中的相應致動器氣缸中移動且藉由該些相應致動器氣缸中的一流體壓力作用以將該力施加至該元件，每一致動器的該一或多個相應致動器活塞界定橫向於該壓力方向(A)的一總橫截面積，該相應流體壓力作用在該總橫截面積上，且該些致動器的該些總橫截面積彼此相差至少3倍，且 其中該衝壓工具部件用以選擇性地啟動該些致動器中的每一致動器以在啟動時致動，且在未啟動時不致動以藉由選擇性地啟動一或多個致動器來設定施加至該元件的該力。
2. 一種元件處理方法，諸如分別用於燒結或封裝一元件(10)的一燒結方法或一封裝方法，該方法包含以下步驟： - 提供用於夾持一待處理元件(10)的一夾持工具部件(200)； - 將一待處理元件(10)提供至該夾持工具部件(200)； - 提供一衝壓工具部件(300)，該衝壓工具部件(300)用以及佈置為在一壓力方向(A)上將一力施加至由該夾持工具部件夾持的單一元件，其中該衝壓工具部件包含複數個同心對齊的致動器，該些致動器作用在該壓力方向上且包含一或多個相應致動器活塞(310.1、310.2、310.3、330)，該一或多個相應致動器活塞(310.1、310.2、310.3、330)可在一外殼中的相應致動器氣缸中移動且藉由該些相應致動器氣缸中的一流體壓力作用以將該力施加至該元件，每一致動器的該一或多個相應致動器活塞界定橫向於該壓力方向(A)的一總橫截面積，該相應流體壓力作用於該總橫截面積，且該些致動器的該些總橫截面積彼此不同，且其中該衝壓工具部件用以選擇性地啟動該些致動器中的每一致動器以在啟動時致動，且在未啟動時不致動以藉由選擇性地啟動一或多個致動器來設定施加至該元件的該力； - 藉由選擇性地啟動該衝壓工具部件的該些致動器中的至少一個致動器來將一力施加至由該夾持工具部件夾持的該元件上；及 - 在將該力沿該壓力方向(A)施加至由該夾持工具部件(200)夾持的該元件上時處理該元件。
3. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該衝壓工具部件用以設定多個經啟動致動器的該流體壓力以附加地設定施加至該元件的該力。
4. 如前述請求項所述之設備或方法，其中該衝壓工具部件用以共同設定所有經啟動致動器的該流體壓力。
5. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中每一致動器的該一或多個相應致動器活塞藉由該些相應致動器氣缸中的一氣動或液壓壓力起作用。
6. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該些同心對齊的致動器包含多個同心嵌套的致動器活塞及多個相應致動器氣缸，尤其為多個環形致動器活塞。
7. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該些同心對齊的致動器包含成直線的多個致動器活塞及多個相應致動器氣缸。
8. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該些致動器的該些總橫截面積自一最內致動器向一最外致動器增加。
9. 如前述請求項所述之設備或方法，其中該衝壓工具部件用以藉由將一經啟動致動器添加至已自該最內致動器至該最外致動器啟動的多個致動器，及藉由自該最外致動器至該最內致動器啟動的多個致動器中停用一經啟動致動器來選擇性地啟動多個致動器。
10. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該些致動器包含至少三個致動器。
11. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該些致動器包含四個致動器。
12. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該些致動器的該些總橫截面積彼此相差至少4倍。
13. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該些致動器的該些總橫截面積彼此相差至少5倍。
14. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該些致動器的該些總橫截面積彼此相差至少6倍。
15. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該些致動器包含四個致動器，每一致動器具有一個致動器活塞及相應的致動器氣缸，且該些最內致動器的該些總橫截面積界定在9至13範圍內的一比率，尤其為11，該最內致動器與該最外致動器之間的該致動器的該些總橫截面積界定在10至14範圍內的一比率，尤其為12。
16. 如前述請求項所述之設備或方法，其中該些最外致動器的該些總橫截面積界定在4至8範圍內的一比率，尤其為6。
17. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該些致動器包含四個致動器，其中提供最大橫截面積的三個致動器同心嵌套，其中提供最小橫截面積的兩個致動器成直線，且其中提供最大橫截面積的兩個致動器為環形的。
18. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該衝壓工具部件用以允許選擇性地阻擋一或多個致動器活塞，以防止藉由選擇性地阻擋一或多個致動器活塞而將力施加至該元件。
19. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中一返回活塞(311)與每一致動器活塞相關聯，其中該返回活塞(311)與該壓力方向(A)相反地作用，且用以及佈置為允許阻擋該相關聯的致動器活塞且防止該相關聯的致動器活塞向該元件施加力。
20. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中至少一個可移動插入構件(320)與至少一個致動器的每一致動器活塞相關聯，且佈置在該相關聯的致動器活塞與該元件之間的一中間位置，以在啟動該相關聯的致動器時將力施加至該元件。
21. 如前述請求項所述之設備或方法，其中多個可移動插入構件與多個同心嵌套的致動器相關聯。
22. 如前述兩項請求項中任一項所述之設備或方法，其中該至少一個可移動插入構件機械地連接至該相關聯的致動器活塞。
23. 如前述兩項請求項中任一項所述之設備或方法，其中與一致動器相關聯的可移動插入構件與該致動器同心對齊。
24. 如前述四項請求項中任一項所述之設備或方法，其中該些可移動插入構件用作多個桿。
25. 如前述請求項所述之設備或方法，其中該些可移動插入構件在該外殼中引導。
26. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，其中該設備包含一剛性壓板(230)，用以及佈置成由該些致動器中的至少一部分作用且作用在該元件上以在該元件上施加力。
27. 如前述請求項中任一項所述之設備或方法，進一步包含至少一個壓力感測器，用以量測及/或監測由該相關聯的致動器施加至該元件的該力。
28. 如前述請求項所述之設備或方法，其中該至少一個壓力感測器與該些致動器中的至少一者相關聯及/或位於該夾持工具部件中。
29. 如前述請求項中任一項所述之方法，其中處理該元件之步驟進一步包括以下步驟：根據一預定的時間相關函數將力施加至該元件。
30. 如前述請求項中任一項所述之方法，其中處理該元件之步驟進一步包括以下步驟：藉由向該元件提供熱量來調節該元件的一溫度。
31. 如前述請求項所述之方法，其中處理該元件之步驟進一步包括以下步驟：基於一時間相關的溫度曲線來調節該元件的該溫度。
32. 如前述兩項請求項中任一項所述之方法，其中處理該元件之步驟進一步包括以下步驟：根據該元件的一溫度將力施加至該元件。

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