专利名称：对准元件的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及采用转台(turret)内与电子元件或装配设备一起使用的真空 拾取管嘴(pick-up nozzle)对小尺寸元件进行搬运(handling)以及尤其涉及相对于拾取 管嘴来对准元件的元件对准的方法和装置。
背景技术：
在元件的制造、元件的调整过程中或在元件被集成至印刷电路上之前，这些电子 元件一般经历一系列操作，例如电测试，这一系列操作沿着一条通常是完全自动化的生产 线。因此，这些电子元件由传送带从一个处理站转移到另一个，该传送带例如可以是线性的 或圆形的。圆形传送带被设计用于在放置在旋转转盘外围的多个处理站之间传送小尺寸元 件(以及尤其是电子元件)。这些旋转传送带通常被用于制造和调整电子元件，如上所述。 然而，使用分度转盘(indexed carrousel)的这类设备也被用于其他自动化过程中，例如要 求对小尺寸元件以及特别是无保护元件进行精确搬运的装配、封装和制造过程。参见图1，圆形转台1包括一个可以携带多个索引位置(indexed position)的旋 转圆筒2。若干个处理站3的规则间隔位置限定在该转台周围，每个该位置通常由对呈现在 其上的电子元件执行一个或多个操作的处理站占据。在某些情况下，处理站可占用几个位 置。围绕圆筒放置的所有处理站从而形成一个由在该圆筒上传送的元件经历的连续操作循 环。该圆筒2装配有元件固持器4，其用于从不同的处理站移去或接收这些元件，在该圆筒 移动过程中固持它们以及，如果有必要的话则将它们呈现给后续处理站。大多数情况下，该圆筒的元件固持器4包括一个拾取管嘴，用于通过真空携带并 固持这些电子元件。半导体领域(特别是未封装芯片)中的技术的不断演变已经使得电子元件的尺寸 普遍减小，有时不到1mm2，因此要求处理这些元件的系统的更高精度以及这些系统的搬运 部件的小型化。在其中元件被从一个拾取管嘴转移到另一个承接管嘴的情况下，该元件相对于拾 取管嘴的精确定位变得至关重要。事实上，在元件具有小体积和表面面积情形下真空固持 力在转移时变得很小，并且在真空被切换至有压力时通常会导致元件从该拾取管嘴中心线 被移位。当该转移操作在极小程度地(如果有的话)控制相对于拾取管嘴的角度取向θ 或者Χ、Υ位置的情况下被执行时，可能会生成累积定位误差。此外，元件在相对于与该管嘴 垂直的平面的角度取向ζ的错位可能会导致无法产生相对于承接管嘴的真空密封并且当 它在这些管嘴之间转移时该元件可能被完全丢失。US2006088625描述了一种使用一对具有形成一个腔的配合表面的拾取管嘴和承 接管嘴的微型裸芯(die)转移过程。该腔实现了精确维持裸芯相对于该承接管嘴的位置， 这导致在该两个管嘴之间的裸芯的可靠和准确交换。必须加工制造不同的腔形状以用于每 个尺寸的裸芯。
JP1965109公开了一种通过在一个凹室横向往复移动拾取管嘴使被吸附在真空拾 取管嘴上的小型电子元件居中的方法。在专利申请JP59004515中也描述了类似的方法，其 中一个由真空管嘴取出的小元件是通过将该元件与一个挡块(stopper)接触来将其相对 于该管嘴来定位。上文所述的方法仅考虑了 χ和y方向的偏移校正并且校正幅度没有得到很好的控 制。US6044169公开了一种采用相对于承接管嘴的相机测量被吸附在拾取管嘴上的元 件的偏移的方法。该拾取管嘴在χ和y方向上被移动并且绕其轴线旋转从而将该元件与该 承接管嘴对准。在这里，与该拾取管嘴自身的元件偏移未被校正。EP1753284公开了一种电子元件安装设备，包括供应头设备和具有一个吸嘴 (suction nozzle)的元件安装头设备。该元件从该供应头设备被转移至该安装头供应。一 个识别相机识别由该安装头设备固持的元件，以便使安装基板与安装在该安装头设备上的 元件对准。该对准是通过由一 XY工作台在X和Y轴方向移动该基板而实现的。类似的电子元件安装装置在JP2003109979和US20040238117中公开。更特别地是 在JP2003109979中，若干个销(pin)分别参照识别相机确定的半导体芯片位置对准，以便 从晶圆推出芯片并且使用一个具有若干个真空管嘴的安装头拾取它们。在US20040238117 中，芯片在支撑片上的位置由一个识别相机确定从而使用XY工作台相对于拾取头定位该
-H-· I I心片。在上述的方法中偏移校正与在基板上的元件位置以及在拾取或安装头上的元件 位置相关地被执行。该校正也仅在X和y方向上被执行。
发明内容
因此本发明的目的是提出一种新的方法和装置，其至少解决了现有技术中的一些 问题。根据本发明，这些目的是通过包括独立权利要求特征的方法和装置来实现的，优 选实施例在从属权利要求和说明书中被示出。那些目的还通过一种方法和一种装置来实现，该方法和装置包括·能够固持和传送元件的拾取管嘴，其连接至负的和可能正的压力源；·用于测量相对于该拾取管嘴或校准工具的元件偏移的工具；·基于该偏移测量，通过对准设备对准该元件或对准该测试设备，以及； 基于该偏移测量移动该对准设备或该测试设备以便分别对准该元件或该测试设 备的致动器。本发明的该方法和装置使得在X和/或y方向(垂直于该对准设备或测试设备平 面)、和/或在相对于该对准设备的旋转轴线的角度取向θ和/或沿相对于与该对准设备 垂直的平面的角度取向ζ移动该元件或该测试设备。所提出的装置和方法允许小尺寸元件相对于拾取管嘴、该校准工具、或该转台的 任何其他参考以相比现有技术方案提高的精度和更高移动自由度来被对准。
借助于说明书和附图的描述，本发明可以被更好地理解，其中图1示出了包含具有处理站的圆形转台的搬运设备。图2示出了定位在第一处理站拾取元件的拾取管嘴。图3示出了定位在第二处理站且位于观察相机之上的拾取管嘴。图4示出了定位在具有对准管嘴的第三处理站的拾取管嘴。图5示出了本发明的另一个实施例，其中拾取管嘴被定位在第三处理站中且位于 对准设备之上。图6示出了本发明的另一个实施例，其中拾取管嘴被定位在第三处理站且位于测 试设备之上。
具体实施例方式参见图1，元件搬运设备包括圆形转台1，其包括持有若干个拾取管嘴(未示出)的 旋转圆筒2。若干个处理站3的规则间隔位置位于转台周围。在本发明中，此设置至少包括 第一处理站3a用于拾取元件，第二处理站3b用于测量该元件在该拾取管嘴上的位置以及第 三处理站3c用于对准该拾取管嘴上的该元件或执行一系列的测试，例如，一系列电测试。在图2中示出了该第一处理站3a的示意性视图。该拾取管嘴21 (固定在圆筒2 的一个末端上)被连接至压力源(未示出)，该压力源能够以受控方式施加负的和可能正的 压力至该管嘴。圆筒2被定位从而对准该拾取管嘴21和位于其下方的元件20 (例如在由 数字30示意性示出的传送带上)。该拾取管嘴21被带至与该元件20的上表面22接触并 且通过施加负压力至该管嘴来拾取该元件20。图3示出了该第二处理站3b，其中持有元件20的该拾取管嘴21在相机单元40上 被移动。该相机40捕获在该拾取管嘴21上持有的该元件20的图像，并且根据该图像确定 该元件的位置值。这些位置值与例如对应于测量的校准工具(很好地居中于该拾取管嘴21 上)的位置值的限定位置值或任何其他的参考位置值进行比较。由相机40测量的位置值 和该限定的位置值之间的差值对应于该元件20的偏移。该校准工具可以包括对准器(alignment jig)(未示出)，其位于其中一个转台处 理站3中，并采用大的凹陷，该凹陷逐渐变细至元件20的尺寸。位于该对准器上的锥形接 着本质上用来当该拾取管嘴21拾取该元件20时将该元件20放入漏斗以致与该拾取管嘴 21精确对准。带有该被精确对准的元件20的拾取管嘴21接着被移动到该相机单元40之 上，以获得限定位置值。其他类型的校准工具也是可能的。该元件位置值的确定并不限于使用相机并且可以以其他任意方式执行，包括其他 光学系统或机械位置测量系统。在确定该位置校正后，持有该元件20的拾取管嘴21被移动至在图4中示出并且 包括任务设备的第三处理站3c。在第一实施例中，该任务设备是对准管嘴23，其被连接到 负的和可能正的压力源(未示出)和致动器50，其使得该对准管嘴23能够在χ和/或y方 向(垂直于该对准管嘴23平面)和/或以相对于该对准管嘴23的旋转轴线的角度取向θ 和/或沿相对于与该对准管嘴23垂直的平面的角度取向ζ移动。该对准操作包括以下步 骤
·使与被拾取管嘴21持有的表面相对的该元件的表面24与该对准管嘴23接触； 通过施加负压至该对准管嘴23将该元件20固持在该对准管嘴23上并且随后通 过释放拾取管嘴21上的负压而从该拾取管嘴21释放该元件；·基于在第二处理站3b上确定的位置校正与该对准管嘴23 —起移动该元件； 通过施加负压至该拾取管嘴21将该元件20固持在该拾取管嘴21上并且随后通 过施加正压至该对准管嘴23上而从该对准管嘴23释放该元件。该校正是通过在χ和/或y方向(垂直于该对准管嘴23平面)移动该对准管嘴 23来执行的。该校正也可以沿相对于该对准管嘴23旋转轴线的角度取向θ和/或沿相对 于与该对准管嘴23垂直的平面的角度取向ζ来执行。上述的位置校正操作是通过将拾取管嘴21和对准管嘴23关于该元件20的两个 表面相对放置来执行。可以通过施加正压力至该对准管嘴23或拾取管嘴21并且随后分别 释放在该拾取管嘴21或对准管嘴23上的负压力来在两个管嘴之间传递该元件的固持控 制。该第一实施例的一个方面，该元件20无需在所述拾取管嘴(21)和该元件(20)之 间有任何的接触而由所述对准设备(23，25)移动。该第一实施例的另一个方面，两个管嘴在该位置校正过程期间与该元件20的相 应表面保持机械接触，从而实现该固持控制以及在这些管嘴之间转移该元件20而与该元 件的边缘和棱角没有任何接触。该第一实施例的又另一个方面，通过施加负压力至该拾取管嘴21从而在该组件 20由该对准管嘴23移动时该元件20保持由所述拾取管嘴21固持。该实施例的又另一个方面，正压力可以被施加至该对准管嘴23或该拾取管嘴21， 以便便于从该对准管嘴23或拾取管嘴21分别释放该元件。当该元件表面倾向于粘在该管 嘴时，从管嘴释放该元件20时正压力的使用尤其有用。在图5示出的第二实施例中，该第三处理站3c包括对准设备25，其没有连接至用 于对元件20进行对准的负压力源。致动器50促使该对准设备25在χ和/或y方向(垂 直于该对准设备25平面)和/或以相对于该对准设备25的旋转轴线的角度取向θ和/ 或沿相对于与该对准设备25垂直的平面的角度取向ζ移动。该对准操作包括以下步骤·使与被拾取管嘴21持有的表面相对的该元件的表面24与该对准设备25接触；·释放在该拾取管嘴21上的负压力；·基于在该第二处理站3b上确定的位置校正与该对准设备25 —起移动该元件；·通过施加负压力至该拾取管嘴21将该元件20固持在该拾取管嘴21上。在该对准操作过程中，拾取管嘴21和对准设备25关于元件20的两个表面相对放 置并且保持与元件20的相应表面机械接触。该对准设备25可以是盘、销(pin)、承窝(socket)或具有其他任何益于与元件20 接触的形状。元件20由对准设备25的固持可以通过在对准设备25的表面26上增加一个 腔或一个斜角(bevel)接触该元件20来便利化，或通过使表面26下凹来便利化。同样的 目的可以通过使用夹具(clamp)作为对准设备25来获得。该校正是在χ和/或y方向(垂直于该对准设备25平面)和/或沿相对于该对 准设备25旋转轴线的角度取向θ和/或沿相对于与该对准设备25垂直的平面的角度取向ζ移动该对准设备25来执行的。测量该元件20在拾取管嘴21上位置并且在该拾取管嘴21上对准该元件20的步 骤也可以在同一个处理站3上执行。为此，该相机单元40或其他任意工具(包括其他光学 系统或机械位置测量系统)，以及对准管嘴23或对准设备25，都位于相同的处理站上。在图6示出的第三实施例中，该第三处理站3c的任务设备是测试设备27，用于在 元件20上执行一个测试或一系列测试(例如，电测试)。该测试设备27包括尺寸与元件 20的形状和尺寸相配的腔28。电连接器被放置在腔28的表面，在图6中以数字29示出其 中的2个。电连接器29设置成接触该元件20的至少一些电连接器(未示出)。致动器50 促使该测试设备27在χ和/或y方向(垂直于该测试设备27平面)和/或以相对于该测 试设备27旋转轴线的角度取向θ和/或沿相对于与该测试设备27垂直的平面的角度取 向ζ移动。在这里，该对准操作包括以下步骤·基于在该第二处理站3b上确定的位置校正对准该测试设备27 ；·将由拾取管嘴21持有的该元件20纳入测试设备27的腔28内； 紧靠腔28的表面按压该元件20与拾取管嘴21从而确保该元件的电连接器和腔 28内的电连接器29实现正确的电接触；·执行该测试。在这里，与之前的实施例相比，元件20不相对于拾取管嘴21移动。相反，测试设 备27被移动从而在将该元件20接收到腔28内之前补偿在拾取管嘴21上元件20可能的 偏移。在上文所述的整个序列步骤中，元件20由拾取管嘴21固持。可选地，在元件已经被 带至并压进腔28之后，当执行该测试时，通过释放在拾取管嘴21上的负压力，元件20也可 从拾取管嘴21释放。在该测试完成之后，通过施加负压力至拾取管嘴21而由该管嘴拾取 该元件20。在测试设备27中执行的该类测试不限于电测试并且可以包括，例如，使用光学设 置的电子元件20的光学质量控制测试，或任何其他类型的测试。以上描述的所提出的装置和方法允许小尺寸元件相对于拾取管嘴21、测试设备 27或该转台的任何其他参考以与现有技术方案相比的提高的精度和更高移动自由度对准。 大幅减少管嘴的垂直运动也简化了设置并且允许更快的对准。附图标记
1转台
2圆筒
3处理站
3a第一处理站
3b第二处理站
3c第三处理站
4元件固持器
20元件
21拾取管嘴
22元件的上表
23对准管嘴
8
24相对于上表面的元件的表面25对准设备26与元件接触的对准设备的表面27测试设备28 腔29电连接器30传送带40 相机50致动器θ相对于对准管嘴或对准设备旋转轴线的角度取向ζ相对于与对准管嘴或对准设备垂直的平面的角度取向
9
权利要求
一种对准方法，包括以下步骤(a)通过在拾取管嘴(21)上施加负压力而由该拾取管嘴(21)拾取元件(20)；(b)测量该元件相对于限定位置值的位置；其特征在于(c)将由该拾取管嘴(21)固持的元件(20)与对准设备(23，25)接触；(d)基于步骤(b)中的位置测量移动该对准设备(23，25)从而对准该元件(20)。
2.如权利要求1的对准方法，其特征在于，所述位置由相机(40)测量。
3.如权利要求1或2的对准方法，其特征在于，该对准包括在平面内沿两个正交方向 (x，y)的线性移位。
4.如权利要求1至3任意一项的对准方法，其特征在于，该对准包括相对于旋转轴线的 至少一个旋转(θ，ζ)。
5.如权利要求1至4任意一项的对准方法，其特征在于，将所述拾取管嘴(21)和所述 对准设备(23，25)与该元件(20)的相对表面(22，24)相接触。
6.如权利要求1至5任意一项的对准方法，其特征在于，在该元件(20)与拾取管嘴 (21)和对准设备(23，25) —起接触时移动该元件。
7.如权利要求1至6任意一项的对准方法，其中所述元件(20)由所述对准设备(23， 25)移动而无需所述对准设备(23，25)和所述元件(20)的侧面有任何接触。
8.如权利6至7任意一项的对准方法，所述对准设备为对准管嘴(23)，其中所述元件 (20)当被移动时通过施加负压力至该对准管嘴(23)而被固持，其中，在该对准完成后，该元件(20)通过施加负压力至该拾取管嘴(21)以及随后从该 对准管嘴(23)释放负压力而被固持。
9.如权利要求8的对准方法，其中在该元件(20)由对准管嘴(23)移动时，通过施加负 压力至该拾取管嘴(21)而由该拾取管嘴(21)保持固持该元件(20)。
10.根据权利要求8或9的对准方法，其特征在于，施加零或正压力至该对准管嘴(23) 或拾取管嘴(21)并且随后分别释放在该拾取管嘴(21)或对准管嘴(23)上的负压力从而 在两个管嘴之间传递该元件的固持控制。
11.一种用于执行权利要求1至10任意一项方法的元件搬运设备，该设备包括 能够固持和输送元件(20)的拾取管嘴(21)，其被连接至负压力源； 用于测量相对于限定位置值的元件(20)位置的工具；其特征在于 用于固持和对准该元件(20)的对准设备(23，25)；以及 基于该位置测量用于移动该对准设备(23，25)的致动器(50)。
12.如权利要求11的元件搬运设备，其特征在于，所述致动器(50)能够在平面内沿两 个正交方向(x，y)线性移动该对准设备(23，25)。
13.如权利要求11或12的元件搬运设备，其特征在于，所述致动器(50)能够相对于至 少一个旋转轴线旋转(θ，ζ )该对准设备(23，25)。
14.如权利要求11至13任意一项的元件搬运设备，其特征在于，用于捕获该元件(20) 由拾取管嘴(21)固持时的图像的相机单元(40)，其作为测量该元件(20)位置的工具。
15.如权利要求11至14任意一项的元件搬运设备，其中该对准设备是与负压力源连接的对准管嘴(23)。
16.如权利要求11至14任意一项的元件搬运设备，其中该对准设备是作为对准设备 (25)的销、盘、或承窝。
全文摘要
一种采用转台内与电子元件或装配设备一起使用的真空拾取管嘴对准小尺寸元件的方法和装置。该方法包括步骤用拾取管嘴拾取该元件；测量该元件相对于限定值的位置；将由该拾取管嘴所固持的元件与对准设备接触；用该对准设备固持该元件以及；基于该位置测量移动该对准设备从而对准该元件。
文档编号H01L21/00GK101919039SQ200880122545
公开日2010年12月15日 申请日期2008年12月17日 优先权日2007年12月24日
发明者P·德罗马尔, S·马耶尔 申请人:伊斯梅卡半导体控股公司