专利名称：自动的托盘交换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于自动交换托盘(pallet)的装置，该托盘供应用在芯片连结 装置中的芯片。
背景技术：
芯片连结装置执行用于通过热压和连结将从晶片板剥落的芯片安装在板上的连 结操作。由于晶片板富有柔性，不便的是，很难就这样进行处理，因此在连结装置中晶片板 是在晶片板被安装在被称为托盘的环形刚性元件上的状态下进行处理的。在专利文献1 中，公开了这样的示例，其中，在连结装置中使用托盘。这里，多个托盘预先容纳在托盘容纳 盒中，以完全地使用目前正在使用的托盘的芯片或者在期望连结另一种类的芯片时将托盘 更换为容纳在盒中的另一托盘。
专利文献1 :JP-A-4-196148 专利文献1中公开的装置包括作为用于交换托盘的机构的直线移动臂，用于使与 托盘接合的臂直线移动，从而使托盘移动。然而，当托盘仅通过臂的直线移动而交换时，由 于臂的移动速度就是托盘的移动速度，因此，因直线移动机构的限制，縮短交换时间是受限 的。此外，问题是，当直线移动机构设置成除了交换目的以外不用于其它目的且确保用于直 线移动臂移动的空间时，装置的整个部分被扩大，导致高成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现紧凑性且縮短交换时间的自动托盘交换装置。
本发明的第一方面提供了一种自动托盘交换装置，该自动托盘交换装置包括托 盘盒，容纳多个托盘，所述多个托盘分别具有多个水平延伸的突出部，以在水平方向上放入 和取出；托盘固定部，允许所述多个突出部与多个凹陷部接合，以水平固定托盘；托盘固定 工作台，托盘固定部布置在该托盘固定工作台上；使托盘固定工作台水平移动的单元；和 使托盘固定部水平转动的单元。由托盘固定部水平固定的托盘水平转动并水平移动，以在 托盘固定工作台与托盘盒之间交换托盘。 本发明的第二方面提供了 一种自动托盘交换装置，其中，突出部具有锥体部，该锥 体部的直径朝一端逐渐减小，并且凹陷部具有与锥体部的外周表面相同构造的内周表面， 允许所述外周表面与所述内周表面紧密接触，以固定托盘。 本发明的第三方面提供了 一种自动托盘交换装置，其中，托盘在托盘固定工作台 与托盘盒之间同时水平转动且水平移动。 本发明的第四方面提供了一种用在本发明第一方面中限定的自动托盘交换装置 中的托盘，该托盘包括多个水平延伸的突出部，其中突出部具有锥体部，该锥体部的直径朝 一端逐渐减小。 根据本发明，在交换托盘时，执行水平移动操作和直线移动操作，从而，与通常的 装置相比，可以进一步縮短托盘的直线移动距离，并可以使装置的整个部分进一步简化且紧凑。此外，由于托盘可以同时直线移动和转动，因此可以縮短交换托盘需要的时间。
此外，托盘具有多个突出部，分别允许这些突出部与托盘固定部的凹陷部接合，使 得托盘固定在多个位置。这样，定位的准确度或再现性极好。 此外，使突出部的锥体部的外周表面与凹陷部的内周表面紧密接触以固定托盘。 这样，即使当惯性力或离心力在托盘移动或转动期间施加在托盘上时，托盘的位置也不会 偏移并得到较强地保持。
图1是本发明示例性实施例的自动托盘交换装置的平面图。图2是本发明示例性实施例的自动托盘交换装置的侧视图。图3(a)和(b)是托盘定位机构的解释图。图4(a)和(b)是用于通过第一托盘固定部固定托盘的机构的解释图。图5是晶片环的平面图。图6是托盘旋转部的平面图。图7是托盘基部的平面图。图8是托盘的整个部分的平面图。图9是用于将晶片环附接到托盘旋转部的机构的解释图。图10是用于将托盘旋转部附接到托盘基部的机构的解释图。图ll(a)和(b)是用于调节托盘旋转部的旋转的机构的解释图。图12是用于通过第二托盘固定部固定托盘的机构的解释图。图13是用于通过第二托盘固定部固定托盘的机构的解释图。图14(a)和(b)是用于通过第二托盘固定部固定托盘的机构的解释图。图15是用于通过第二托盘固定部固定托盘的机构的解释图。图16是托盘的自动交换过程的解释图。图17是托盘的自动交换过程的解释图。图18是托盘的自动交换过程的解释图。图19是托盘的自动交换过程的解释图。图20是托盘的自动交换过程的解释图。
具体实施例方式
现在将参照附图描述本发明的示例性实施例。图1是本发明示例性实施例的自动 托盘交换装置的平面图。图2是本发明示例性实施例的自动托盘交换装置的侧视图。图3 是托盘定位机构的解释图。图4是用于通过第一托盘固定部固定托盘的机构的解释图。图 5是晶片环的平面图。图6是托盘旋转部的平面图。图7是托盘的基部的平面图。图8是 托盘的整个部分的平面图。图9是用于将晶片环附接到托盘旋转部的机构的解释图。图10 是用于将托盘旋转部附接到托盘基部的机构的解释图。图ll是用于调节托盘旋转部的旋 转的机构的解释图。图12是用于通过第二托盘固定部固定托盘的机构的解释图。图13是 用于通过第二托盘固定部固定托盘的机构的解释图。图14是用于通过第二托盘固定部固 定托盘的机构的解释图。图15是用于通过第二托盘固定部固定托盘的机构的解释图。图16是托盘的自动交换过程的解释图。图17是托盘的自动交换过程的解释图。图18是托盘 的自动交换过程的解释图。图19是托盘的自动交换过程的解释图。图20是托盘的自动交 换过程的解释图。 首先，描述自动托盘交换装置。在图1和2中，托盘盒1包括在垂直方向上分开的 多个托盘容纳室2。在每个托盘容纳室2中，容纳一个托盘3。由于所容纳的托盘3从最上 面的托盘容纳室2中取出，因此最上面的托盘容纳室2是空的。托盘盒1可以通过升降机4 向上和向下运动。在取出托盘时，其中容纳有期望被取出的托盘3的托盘容纳室2定位在 规定的高度。当被取出的托盘3容纳在托盘容纳室2中时，使空的托盘容纳室2定位在规 定的高度。 托盘盒1包括托盘定位机构5，用于将分别容纳在托盘盒1中的托盘3的位置调 节至横向方向(与放入和取出托盘3的方向正交的方向)；和托盘跑出防止装置6，用于向 前和向后(放入和取出托盘3的方向)施压于托盘，以使托盘3不从盒中跑出。
托盘定位机构5允许爪7与容纳在托盘盒1中的每个托盘3的两个侧表面接触， 以将托盘定位在横向方向。在托盘盒1的两侧，分别布置有垂直竖立的两个旋转轴8。爪7 在与容纳在托盘盒1中的每个托盘3相同高度的位置处分别附接到旋转轴8。爪7在与旋 转轴8偏心的位置处附接到旋转轴8，并通过旋转轴8的旋转与每个托盘3的两个表面接 触。在托盘盒1中，除了用于放入和取出托盘的侧表面以外的三个侧表面是封闭的，但开口 9形成在两个侧表面中，以允许爪7与托盘3接触。 在托盘盒1的上部，布置有汽缸IO，作为用于使旋转轴8旋转的驱动源。汽缸10 通过使活塞杆11扩张和收縮，通过连杆部12，使旋转轴8旋转规定的角度。在活塞杆11收 縮的状态下，爪7与托盘3的两个表面接触以在横向方向上调节托盘3的运动，并使托盘3 定位在规定的位置(参见图3a)。另一方面，当活塞杆11扩张时，爪7与托盘3的两个表面 分离，从而解除托盘3的被调节状态(参见图3b)。在此状态下，可以从托盘盒1中取出托 盘3，并且，可以将托盘3容纳在托盘盒1中。 托盘跑出防止机构6允许接合元件13与容纳在托盘盒1中的每个托盘3的端部 接触，以调节托盘的向前和向后运动、将托盘固定在盒中以及防止托盘跑出。接合元件13 是垂直竖立的杆形部件，并且在旋转轴14上旋转，以运动至接合元件在托盘盒1的在放入 和取出托盘一侧的前表面与每个托盘3的端部接触的位置以及接合元件从前表面后退至 托盘盒1的两个侧表面的位置。在托盘盒1的下部，布置有作为驱动源的汽缸机构15，用于 使接合元件13运动。汽缸机构15的直线运动转化为接合元件13的旋转。
托盘固定工作台20是从托盘盒1中取出的托盘3固定的地方，并布置在托盘盒1 的用于放入和取出托盘的一侧。托盘固定工作台20可以通过两个直线移动工作台21和22 而水平移动，并包括用于固定托盘3的托盘固定部23和24。第一直线移动工作台21通过 滚珠丝杠机构25使托盘固定工作台20在放入和取出托盘3的方向上移动。第二直线移动 工作台22通过滚珠丝杠机构26使托盘固定工作台20在与放入和取出托盘3的方向正交 的方向上移动。 第一托盘固定部23设置在托盘固定工作台20的上部，以在托盘盒1附近的一侧 水平转动。第一托盘固定部23具有两个凹陷部17，在托盘3的端部沿水平方向平行布置的 两个突出部16插入到这两个凹陷部17中。第一托盘固定部23由旋转轴27枢转地支撑在托盘固定工作台20上，并在作为驱动源的电机28的作用下水平转动，使得第一托盘固定部 23可以改变其方向。 第二托盘固定部24在远离托盘盒1的一侧设置在托盘固定工作台20的上部。第 二托盘固定部24对托盘3的与被第一托盘固定部23固定的一侧相反的一侧进行固定。从 托盘盒1取出的托盘3被水平固定在托盘固定工作台20的规定位置，前侧和后侧由第一固 定部23和第二固定部24固定。 拾取装置30和弹出装置31具有从托盘3取出电子部件32的功能。托盘3具有在 托盘的中心部垂直贯穿的空间。在该空间的上部，设置有连结到晶片板33的电子部件32。 图中虚线所示的位置是电子部件32的拾取位置。通过托盘固定工作台20的运动而定位在 该位置的电子部件32被弹出装置31的销31a从下部向上推并由拾取装置30的喷嘴34从 上部吸入，从而将电子部件32从托盘3中拾取出来。 照相机35拾取位于拾取位置的电子部件32的图像。在将电子部件32安装在板 36上时，使用通过拾取图像获得的电子部件32的图像数据。当电子部件32的方向倾斜时， 通过使喷嘴34旋转来修正方向，并且，通过使支撑板36的板工作台37运动来修正位置偏 移。 现在将描述允许第一托盘固定部23的凹陷部17与托盘3的突出部16接合的机 构。在图4 (a)中，突出部16从托盘3的端部水平突出，并具有锥体形状的部分(锥体部)40， 该锥体部40形成为其直径朝端部逐渐减小。在锥体部40的端部，形成有直径比锥体部40 的最前侧的细部分的直径小的部分41。在小直径部分41的端部，形成有直径比小直径部分 41的直径大的部分42。 在第一托盘固定部23的凹陷部17中，形成有内周表面43，该内周表面43具有与 锥体部40的外周表面相同的构造。在内周表面43的内部空间中，大直径侧开口于外部。 在内周表面43的更内部的部分，布置有接合元件44，该接合元件44可以在突出部16的插 入方向上运动。接合元件44设置有与突出部16的大直径部分42接合的接合元件45。接 合元件44在大直径部分42与接合元件45接合的状态下在突出部16的插入方向上运动， 以允许锥体部40的外周表面与第一托盘固定部23的内周表面43完全地紧密接触。锥体 部40的外周表面与内周表面43完全地紧密接触，使得托盘3坚固地固定到第一托盘固定 部23。 接合元件45是球形元件，分别可移动地插入到形成在接合元件44中的两个孔中。 在内周表面43的更内部的空间中，形成有直径在突出部16的插入方向上逐渐减小的变细 部46。当接合元件44移动时，接合元件45沿着变细部46向内移动，以与变细部47接合， 该变细部47形成在大直径部分42中且在与变细部46的方向相反的方向上倾斜(参见图 4b)。 接合元件44通过在水平方向上扩张和收縮的活塞杆48而移动。当活塞杆48收 縮时，大直径部分42与接合元件接合以固定托盘3。当活塞杆48扩张时，接合被解除，以解 除托盘3的被固定状态。此外，在该状态下，突出部16可以插入到凹陷部17中，托盘3可 以由第一托盘固定部23固定。 现在将描述托盘3的结构。托盘3包括晶片环50 (参见图5)、托盘基部51 (参见 图6)和托盘旋转部52(参见图7)。在晶片环50中，具有柔性的晶片板54由环形的刚性环
6框架53保持。晶片板54具有粘着表面，半导体晶片粘附到该粘着表面上，其被分成作为个 体片(individual pieces)的多个电子部件32。晶片环50固定在托盘旋转部52上。托盘 旋转部52安装在托盘基部51上，以相对于托盘基部51自由地旋转。 在托盘基部51的端部，布置有突出部16。在与之相对的一侧，形成有切口部49。 突出部16与第一托盘固定部23接合，切口部49与第二托盘固定部24接合，使得托盘基部 51固定到托盘固定工作台20。 在托盘旋转部52的上表面上，设置有直径比环框架53的中空部分小的环部55。 在环部55的外侧，以相等的间隔布置有四个接合元件56。垂直贯通的空间形成在环部55 的内侧。接合元件56包括指状接合部57和止动器58，并由轴59枢转地支撑在托盘旋转部 52上。止动部58在距离环部55比距离轴59更近的部分平行于托盘旋转部52在轴59上 旋转。晶片环50叠置在托盘旋转部52上，使得晶片板54与环部55接触，并且环框架53 由接合元件56固定(参见图8和图9)。此时，由于环框架53被下推至比环部55的上端略 低的位置，因此晶片板54在环框架53的内侧展开。这样，由于粘附到晶片板54的电子部 件32之间的间距加宽了，因此在拾取操作期间，可以避免相邻电子部件32的干扰。
托盘基部51的中心部是在垂直方向上贯通的空间。在该空间的周边，三个辊60以 相等的间隔布置。在托盘旋转部52的环部55的外周，布置有辊接收部61，该辊接收部61 具有与辊60的外周接合的凹槽(参见图10)。由于这三个辊60与辊接收部61接合，因此 托盘旋转部52以微小的间隙安装在托盘基部51上。托盘旋转部52仅由三个辊60支撑， 使得托盘旋转部52相对于托盘基部51自由地旋转。 现在，参照图ll，描述用于调节托盘旋转部52相对于托盘基部51的旋转的结构。 在托盘基部51中，布置有接合元件62，该接合元件62位于辊接收部61的内周侧。接合元 件62被压縮弹簧63的弹性力压到辊接收部61的内周表面。在接合元件62中，形成有面 对辊接收部61的内周的小孔64。形成在辊接收部61的内周表面中的小突出部65容纳在 孔64中。在该状态下，由于突出部65的运动被孔64限制，因此托盘旋转部52不能相对于 托盘基部51旋转(参见图lla)。 在托盘基部51的端部，设置有连接到接合元件62的按钮66。当按钮66被按下 时，接合元件62抵抗弹性力而运动，并与辊接收部61的内周表面分离。这样，托盘旋转部 52可以相对于托盘基部51自由地旋转(参见图lib)。
现在参照图12、 13和14描述第二托盘固定部24。 第二托盘固定部24设置有与设置在托盘基部51上的两个位置处的切口部49接 合的接合部70。这两个切口部49设置在高度相同的分开位置处。接合部70分别对应于切 口部49设置在高度相同的两个位置处。 在托盘固定部24的下表面上，设置有滑块71。滑块71安装在布置于托盘固定工 作台20的上表面上的轨道72上。第二托盘固定部24通过活塞杆73的扩张和收縮沿着轨 道72直线移动。当第二托盘固定部24朝第一托盘固定部23移动时，第二托盘固定部24 固定托盘基部51 (图12)。当第二托盘固定部24移动至相反侧时，第二托盘固定部24解除 托盘基部51的被固定状态(图13)。 图14是示出接合部70与切口部49接合的状态的侧视图。在切口部49中，截面 是圆形形式的销74安装在侧向。在接合部70的一端，形成有V形凹槽75，该V形凹槽75以上和下部分保持销74，使得在第二托盘固定部24朝第一托盘固定部23移动时，V形凹槽 75与销74接触(图14a)。接合部70在压縮弹簧76的作用下与第二托盘固定部24分离， 以给每个销74施压，由此使接合部与V形凹槽75的最里面的部分接触，并水平地固定托盘 基部51。 现在，将在下面描述使托盘旋转部52旋转的机构。在图7中，在托盘旋转部52中， 设置有圆弧形的从动齿轮80。在图12中，第二托盘固定部24包括与从动齿轮80啮合的驱 动齿轮81和与驱动齿轮81啮合的主运动齿轮(main moving gear)82。当第二托盘固定 部24固定托盘基部51时，驱动齿轮81与从动齿轮80接合。主运动齿轮82由电机83驱 动，以将驱动力通过驱动齿轮81传递给从动齿轮80。托盘旋转部52的旋转角度可以通过 驱动和控制电机83来调节。 第二托盘固定部24包括用于调节托盘旋转部52的旋转角度的机构。在第二托盘 固定部24中， 一对光电传感器84和85布置在将驱动齿轮81夹在中间的位置处，以检测附 接到托盘旋转部52的遮光板86(图7)。当随着托盘旋转部52的旋转而移动的遮光板86 干涉从光电传感器84和85发出的光时，通过驱动和控制电机83而使托盘旋转部52的旋 转停止。 此外，第二托盘固定部24包括用于按压托盘基部51的按钮66的接合释放元件 87。如图15所示，接合释放元件87布置成，在第二固定部24移动至驱动齿轮81和从动齿 轮80的齿顶彼此干涉的位置时与按钮66接触。这样，当接合元件62的接合解除时，驱动 齿轮81与从动齿轮80接合。这样，可以防止托盘旋转部52突然旋转。
现在，将在下面描述托盘的自动交换。这里，将通过参照附图在下面描述从托盘盒 1中取出的托盘3固定到托盘固定工作台20的过程。首先，如图16所示，第一托盘固定部 23与将要取出的托盘3的突出部16相对。在自动托盘交换装置的操作中，使第一托盘固定 部23水平转动(箭头标记a)，并使托盘固定工作台20水平移动(箭头标记b和c)，从而 在水平方向上定位第一托盘固定部23和托盘固定工作台20，并且，使托盘盒1垂直移动，以 在高度方向上定位托盘固定部和托盘固定工作台。此外，托盘3由托盘定位机构5定位，使 其在托盘盒1中不在横向方向上移动。此外，托盘跑出防止机构6抑制托盘3向前和向后 移动，从而使其不从托盘盒1中跑出。 然后，如图17所示，托盘固定工作台20水平移动至托盘3，以允许第一托盘固定部 23与两个突出部16接合。然后，如图18所示，在托盘定位机构5和托盘跑出防止机构6对 托盘3的运动的调节解除之后，托盘固定工作台20水平移动，以从托盘盒1中取出托盘3。 此时，托盘3的一端被第一托盘固定部23以悬臂状态固定且保持。 当托盘3完全从托盘盒1中取出时，托盘固定部23水平转动，以使托盘3的方向 改变18(T ，如图19所示。根据方向的变化，托盘3的另一端侧(没有被第一托盘固定部 23固定的一侧)在位置关系上与第二固定部24相对。此后，如图20所示，第二托盘固定部 24朝托盘3 —侧移动，并与托盘3的端部接合以从另一端侧固定托盘3。同时，驱动齿轮80 与从动齿轮80啮合，以使托盘旋转部52可以旋转。此时，托盘3在托盘3的两个相对侧由 第一托盘固定部23和第二托盘固定部24支撑的状态下固定在托盘固定工作台20上。
上述的自动托盘交换装置具有下面描述的这些优点。首先，在交换托盘时，执行水 平移动操作和直线移动操作，从而，与通常的装置相比，可以进一步縮短托盘的直线移动距离，并可以使装置的整个部分进一步简化且紧凑。此外，由于托盘可以同时直线移动和转 动，因此可以縮短交换托盘需要的时间。此外，托盘具有多个突出部，分别允许这些突出部 与托盘固定部的凹陷部接合，使得托盘固定在多个位置。这样，定位的准确度或再现性极 好。此外，允许突出部的锥体部的外周表面与凹陷部的内周表面紧密接触以固定托盘。这 样，即使当惯性力或离心力在托盘移动或转动期间施加在托盘上时，托盘的位置也不会偏 移并得到较强地保持。 此外，由于托盘在悬臂状态下移动，因此未被固定的一侧可以因其皮重而偶尔地 悬吊。然而，在托盘固定工作台上，由于托盘在两侧受到支撑的条件下被固定，因此托盘被 水平保持。在托盘固定工作台移动期间，由于振动或位置偏移在两侧受到支撑的托盘中得 到有效抑制，因此提高了电子部件的定位准确度。 本发明特别用于多个托盘进行交换以安装芯片的多芯片连结装置。
权利要求
一种自动的托盘交换装置，包括托盘盒，容纳多个托盘，所述多个托盘分别具有多个水平延伸的突出部，以在水平方向上放入和取出；托盘固定部，允许所述多个突出部与多个凹陷部接合，以水平地固定托盘；托盘固定工作台，托盘固定部布置在该托盘固定工作台上；使托盘固定工作台水平移动的单元；和使托盘固定部水平转动的单元；其中，由托盘固定部水平地固定的托盘水平地转动并水平地移动，以在托盘固定工作台与托盘盒之间交换托盘。
2. 根据权利要求1的自动的托盘交换装置，其中，突出部具有锥体部，该锥体部的直径朝一端逐渐减小；并且凹陷部具有与锥体部的外周表面相同构造的内周表面，允许所述外周表面与所述内周 表面紧密接触，以固定托盘。
3. 根据权利要求l的自动的托盘交换装置，其中，托盘在托盘固定工作台与托盘盒之 间同时水平转动且水平移动。
4. 一种用在根据权利要求l的自动的托盘交换装置中的托盘，该托盘包括多个水平延 伸的突出部，其中所述突出部具有锥体部，该锥体部的直径朝一端逐渐减小。
全文摘要
本发明公开了一种自动的托盘交换装置，其包括托盘盒(1)，容纳多个分别具有多个水平延伸的突出部(16)的托盘(3)，从而在水平方向上放入和取出；托盘固定部(23)，允许所述多个突出部(16)与多个凹陷部(17)接合，以水平固定托盘(3)；和托盘固定工作台(20)，托盘固定部(23)布置在该托盘固定工作台上。由托盘固定部(23)水平固定的托盘(3)水平转动并水平移动，以在托盘固定工作台(20)与托盘盒(1)之间交换托盘(3)。
文档编号H01L21/67GK101794718SQ20101000004
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月5日 优先权日2009年1月5日
发明者高浪保夫 申请人:松下电器产业株式会社