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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet des Bestückens von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen und konkreter das Bestücken von Bauelementeträgern mit als Chips ausgebildeten ungehäusten elektronischen Bauelementen, welche unmittelbar von einem fertig prozessierten Wafer entnommen und einem Bestückprozess zugeführt werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Transferieren von Chips von einem Wafer auf einen Bestückkopf eines Bestückautomaten, eine Chip-Transfervorrichtung zum Durchführen des genannten Verfahrens sowie ein Bestücksystem mit einem Bestückautomaten und einer solchen Chip-Transfervorrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Um auf effiziente Weise eine hohe Integrationsdichte von elektronischen Baugruppen zu realisieren, ist es bekannt, als Chips ausgebildete elektronische Bauelemente direkt von einem Wafer zu entnehmen und mit einem Bestückkopf eines Bestückautomaten auf einen zu bestückenden Bauelementeträger aufzusetzen. Dabei können in Bezug auf ihre ursprüngliche Orientierung in dem Wafer die Chips entweder in einer nicht gewendeten Orientierung COB (chip on board) oder in einer (um 180°) gewendeten Orientierung FCOB (flip-chip on board) auf dem Bauelementeträger platziert werden.
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Aus dem Dokument
EP 1 470 747 B1 ist ein Chipentnahmesystem bekannt, mit dem ein von einem Wafer entnommener Chip wahlweise an einer ersten Übergabeposition in einer FCOB Orientierung an einen Bestückkopf oder in einer zweiten Übergabeposition in einer COB Orientierung an einen Bestückkopf übergeben werden kann. Das Chipentnahmesystem weist auf (a) ein drehbares Entnahmewerkzeug zum Entnehmen von Chips von dem Wafer und zum Wenden der entnommenen Chips um 180° um ihre Längs- oder Querachse und (b) ein drehbares Wendewerkzeug zum erneuten Wenden der entnommenen Chips um 180° um ihre Längs- oder Querachse, welches in einer gemeinsamen Übergabeposition mit dem Entnahmewerkzeug zusammenwirkt. Die erste Abholposition ist dem Entnahmewerkzeug und die zweite Abholposition ist dem Wendewerkzeug zugeordnet. Die Entnahme der Chips erfolgt mit Unterstützung eines sog. Ejektors, welcher einen vereinzelten Chip des Wafers von einer klebrigen Trägerfolie ablöst und an einen Sauggreifer des Entnahmewerkzeuges übergibt.
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Die Geschwindigkeit einer Bestückung von Bauelementeträgern mit COB Bauelementen bzw. COB Chips und/oder mit FCOB Bauelementen bzw. FCOB Chips wird maßgeblich durch die Taktzeiten der beiden folgenden Prozesse bestimmt:
Taktzeit 1: Das Transferieren der Chips von dem Wafer an die betreffende Abholposition. Dazu zählt ein Ablösen bzw. Ausstechen der Chips mittels eines Ejektor-Werkzeuges und die nachfolgende Handhabung mittels des Entnahmewerkzeugs und ggf. auch mittels des Wendewerkzeugs.
Taktzeit 2: Das Bestücken der COB bzw. FCOB Chips mit dem Bestückkopf eines Bestückautomaten. Dabei wird der Bestückkopf nach der Aufnahme von typischerweise einer Mehrzahl von Chips in einen Bestückbereich des Bestückautomaten verfahren. Dort werden die aufgenommenen Chips dann auf den Bauelementeträger aufgesetzt. Danach wird der (von Chips befreite) Bestückkopf wieder zurück zu der ersten Abholposition bzw. zurück zu der zweiten Abholposition verfahren, wo er dann erneut COB bzw. FCOB Chips aufnehmen kann.
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Bei Bestückungsprozessen mit COB bzw. FCOB Chips wird die Gesamttaktzeit maßgeblich durch die o. g. Taktzeit 1 und konkreter durch die Taktzeit des Ablösens der Chips mittels des Ejektor-Werkzeugs bestimmt. Die o. g. Taktzeit 2 ist typischerweise deutlich kürzer.
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Aufgrund der ungleichen Taktzeiten 1 und 2 ergibt sich regelmäßig eine ungleichmäßige Auslastung der einzelnen Komponenten eines Bestücksystems, welches einen Bestückautomaten mit einem Bestückkopf und ein Chipentnahmesystem des o. g. Typs aufweist. Eine solche ungleichmäßige Auslastung führt zu einer Reduzierung der effektiven Bestückleistung, d. h. der Anzahl an COB bzw. FCOB Chips, welche innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne bestückt werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bestückleistung bei einer Bestückung von Bauelementeträgern mit COB und/oder FCOB Chips zu erhöhen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Transferieren von Chips von einem Wafer auf einen Bestückkopf eines Bestückautomaten beschrieben, wobei Chips dem Bestückkopf an einer ersten Abholposition und an einer zweiten Abholposition bereitgestellt werden, wobei die Chips in Bezug auf ihre ursprüngliche Orientierung im Wafer (i) an der ersten Abholposition einfach gewendet oder (ii) an der zweiten Abholposition zweifach gewendet dem Bestückkopf bereitgestellt werden können. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) Entnehmen eines Chips von dem Wafer mittels eines drehbaren Entnahmewerkzeugs; (b) Drehen des Entnahmewerkzeugs, so dass sich der entnommene Chip an einer Übergabeposition befindet; und (c) Übergeben des Chips von dem Entnahmewerkzeug an ein drehbares Speicherwerkzeug. Falls ein Chip, im Folgenden FCOB Chip genannt, einfach gewendet auf den Bestückkopf transferiert werden soll, weist das Verfahren ferner auf (d) Rück-Übergeben des FCOB Chips von dem Speicherwerkzeug an das Entnahmewerkzeug; (e) erneutes Drehen des Entnahmewerkzeugs, so dass sich der FCOB Chip an einer ersten Abholposition befindet; und (f) Aufnehmen des erneut mit dem Entnahmewerkzeug gedrehten FCOB Chips an der ersten Abholposition von dem Bestückkopf.
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Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nicht nur COB Chips durch das Speicherwerkzeug (in
EP 1 470 747 B1 als Wendewerkzeug bezeichnet) gespeichert werden können. Vielmehr können auf vorteilhafte Weise auch FCOB Chips für ein Bereitstellen an der ersten Abholposition an bzw. mit dem Speicherwerkzeug gespeichert werden, sofern diese FCOB Chips wieder zurück an das Entnahmewerkzeug übergeben werden. Für FCOB Chips wird also die ursprüngliche Funktionalität des Speicher- bzw. Wendewerkzeugs nicht verwendet, welche Funktionalität darin besteht, COB Chips erneut zu wenden.
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Abhängig von der Anzahl an Speicherplätzen, welche jeweils mittels einer herkömmlichen Bauelement-Haltevorrichtung realisiert werden können, können mehr oder weniger FCOB Chips temporär von dem Speicherwerkzeug aufgenommen werden. In diesem Zusammenhang ist es offensichtlich, dass mit steigender Anzahl an zwischengespeicherten FCOB Chips die Zeitspanne, über welche die FCOB Chips im Mittel gespeichert werden, länger wird. Durch eine Umkehrung der Drehrichtung des Speicherwerkzeugs kann die Speicherdauer für zumindest einen FCOB Chip, jedoch nicht für alle zwischengespeicherten FCOB Chips, reduziert werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass das vorstehend beschriebene Verfahren nur dann angewendet werden muss, wenn FCOB Chips tatsächlich zwischengespeichert werden sollen. Falls eine solche Zwischenspeicherung nicht erforderlich ist, kann eine Bereitstellung von FCOB Chips an der ersten Abholposition selbstverständlich auch ohne die Verwendung des Speicherwerkzeugs erfolgen.
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Anschaulich ausgedrückt können mit dem beschriebenen Verfahren Unterschiede zwischen den vorstehend genannten Taktzeiten 1 und 2 zumindest teilweise kompensiert werden, so dass zumindest annähernd kontinuierlich und zeitlich parallel die Prozesse (i) des Transferierens der Chips von dem Wafer an die betreffende Abholposition und (ii) des Bestückens der an den jeweiligen Abholpositionen bereitgestellten Chips auf einen zu bestückenden Bauelementeträger realisiert werden können. Auf diese Weise kann die Bestückleistung eines Bestücksystems aufweisend (i) ein vorstehend beschriebenes und aus der
EP 1 470 747 B1 bekanntes Chipentnahmesystem, hier als Chiptransfersystem bezeichnet, und (ii) einen Bestückautomaten deutlich erhöht werden. Insbesondere im Falle einer Mischbestückung eines Bauelementeträgers sowohl mit FCOB Chips als auch mit COB Chips ist eine solche Kompensation für beide Arten von Chips möglich.
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Anschaulich ausgedrückt wird somit die relativ lange und durch maßgeblich das Ablösen bzw. Ausstechen von Chips mittels eines Ejektor-Werkzeugs bestimmte o. g. Taktzeit 1 zumindest teilweise kompensiert. Es können also längere Wartezeiten des Bestückkopfes an der ersten Abholposition vermieden werden, da die Anzahl an FCOB Chips erhöht wird, welche an der ersten Abholposition innerhalb einer Zeitspanne bereitgestellt werden können, in welcher der Bestückkopf zur Aufnahme von FCOB Chips bereit ist. Damit kann ein weitgehend kontinuierlicher Bestückungsprozess auch für FCOB Chips realisiert werden. Die Bestückleistung wird entsprechend erhöht.
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Es wird darauf hingewiesen, dass aufgrund der langen bzw. großen Taktzeit des Ablösens bzw. Ausstechens der Chips, das Aufnehmen der FCOB Chips und gegebenenfalls auch der COB Chips durch das Speicherwerkzeug durch das beschriebene Verfahren nicht beschleunigt wird. Das Aufnehmen der Chips durch das Speicherwerkzeug kann jedoch in der Zeitspanne erfolgen, in welcher der Bestückkopf damit beschäftigt ist, von der ersten Abholposition und/oder zweiten Abholposition aufgenommene Chips auf den jeweiligen Bauelementeträger zu platzieren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist, falls ein Chip, im Folgenden COB Chip genannt, zweifach gewendet auf den Bestückkopf transferiert werden soll, das Verfahren ferner auf: (g) Drehen des Speicherwerkzeuges, so dass sich der COB Chip an einer zweiten Abholposition befindet; und (h) Aufnehmen des von dem Speicherwerkzeug gedrehten COB Chips an der zweiten Abholposition von dem Bestückkopf.
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Anschaulich ausgedrückt hat das beschriebene Speicherwerkzeug nunmehr nicht nur die Funktion, FCOB Chips zwischenzuspeichern. Vielmehr wird die Speichervorrichtung auch dazu verwendet, COB Chips nach einem einmaligen Wenden durch das Entnahmewerkzeug erneut zu wenden und damit (in der zweiten Abholposition) in die erforderliche Orientierung zu bringen. Auf diese Weise wird eine effiziente Bestückung eines Bauelementeträgers mit COB Chips aber auch eine effiziente Mischbestückung eines Bauelementeträgers mit FCOB Chips und COB Chips ermöglicht.
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Es wird darauf hingewiesen, dass abhängig von der Anzahl an Chip-Speicherplätzen auf bzw. an dem Speicherwerkzeug auch COB Chips zwischengespeichert werden können. Damit kann die Kontinuität einer Bestückung nicht nur von FCOB Chips sondern auch von COB Chips gesteigert werden.
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Es wird ferner darauf hingewiesen, dass das Entnahmewerkzeug und/oder das Speicherwerkzeug in unterschiedlichen Drehrichtungen, d. h. im Uhrzeigersinn oder entgegen des Uhrzeigersinns, bewegt werden können. Je nach spezieller Anwendung können die Drehrichtungen beider Werkzeuge gleich oder unterschiedlich sein. Ferner können bei Bedarf während des Betriebs die Drehrichtungen von Entnahmewerkzeug und/oder Speicherwerkzeug geändert bzw. gewechselt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden mittels des Entnahmewerkzeugs eine Mehrzahl von Chips entnommen und zumindest einige davon an das Speicherwerkzeug übergeben, während der Bestückkopf zuvor aufgenommene Chips (a) von der ersten Abholposition und/oder von der zweiten Abholposition auf einen Bauelementeträger platziert und/oder (b) sich zurück von einem Bestückbereich zu der ersten Abholposition und/oder der zweiten Abholposition bewegt. Dies hat den Vorteil, dass eine das beschriebene Verfahren ausführende Chip-Transfervorrichtung auch in einem Zeitfenster aktiv ist, in dem der Bestückkopf keine Bauelemente aufnehmen kann. In diesem Zeitfenster werden nämlich auf Vorrat FCOB Chips und/oder COB Chips zum Zwecke einer temporären Zwischenspeicherung an das Speicherwerkzeug übergeben. Später zu bestückende FCOB Chips werden dann zurück an das Entnahmewerkzeug übergeben, wohingegen zu bestückende COB Chips sequenziell und direkt von dem Speicherwerkzeug an die zweite Abholposition transferiert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Chip-Transfervorrichtung zum Transferieren von Chips von einem Wafer auf einen Bestückkopf eines Bestückautomaten beschrieben. Die Chip-Transfervorrichtung weist auf ein drehbares Entnahmewerkzeug (a) zum Entnehmen von vereinzelten Chips von dem Wafer, (b) zum Wenden der entnommenen Chips, um diese als FCOB Chips an einer ersten Abholposition bereit zu stellen, und (c) zum Übergeben der entnommenen Chips an ein drehbares Speicherwerkzeug, um diese als COB Chips an einer zweiten Abholposition bereit zu stellen. Die Chip-Transfervorrichtung weist ferner auf das drehbare Speicherwerkzeug (a) zum Übernehmen von Chips von dem Entnahmewerkzeug, (b) zum erneuten Wenden der übernommenen Chips, um diese als die COB Chips an der zweiten Abholposition bereit zu stellen, und (c) zum Rück-Übergeben von durch das Speicherwerkzeug temporär zwischengespeicherten Chips an das Entnahmewerkzeug, um auch diese als weitere FCOB Chips im Ergebnis einfach gewendet an der zweiten Abholposition bereit zu stellen. Außerdem weist die beschriebene Chip-Transfervorrichtung auf einen Prozessor zum Steuern des Betriebs des Entnahmewerkzeugs und des Speicherwerkzeugs, der derart ausgebildet ist, dass das vorstehend beschriebene Verfahren ausführbar ist.
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Auch der beschrieben Chip-Transfervorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, das die bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Transferieren von Chips gegebene vergleichsweise sehr lange Zeitspanne des Entnehmens der Chips im Hinblick auf eine hohe Bestückleistung zumindest teilweise dadurch kompensiert werden kann, dass mit dem Speicherwerkzeug nicht nur COB Chips sondern auch FCOB Chips temporär zwischengespeichert werden. Wenn ein Bestückkopf diese FCOB Chips zu einem gegebenen Zeitpunkt an der ersten Abholposition aufnehmen kann, dann können die temporär zwischengespeicherten FCOB Chips sehr schnell an die erste Abholposition transferiert werden. Ein Engpass bei der Bereitstellung von Chips, insbesondere an der ersten Abholposition, kann damit auf einfache und zuverlässige Weise deutlich reduziert werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass für sowohl für an der ersten Abholposition bereitgestellte FCOB Chips als auch für an der zweiten Abholposition bereitgestellte COB Chips ein und derselbe Bestückkopf verwendet werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn elektronische Baugruppen mit einer so genannten Mischbestückung von Bauelementeträgern gefertigt werden sollen. Bei einer solchen Mischbestückung werden auf einem Bauelementeträger sowohl FCOB Chips als auch COB Chips platziert. Alternativ können die an unterschiedlichen Abholpositionen bereitgestellten Chips jedoch auch von zumindest zwei unterschiedlichen Bestückköpfen aufgenommen werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Entnahmewerkzeug auf eine Mehrzahl von radial abstehenden ersten Sauggreifern zum temporären Aufnehmen von jeweils einem Chip, wobei die ersten Sauggreifer insbesondere aktive Chip-Haltevorrichtungen sind, welche in Bezug zu einer ersten Drehachse des Entnahmewerkzeugs in radialer Richtung bewegbar sind. Ferner weist das Speicherwerkzeug auf eine Mehrzahl von radial abstehenden zweiten Sauggreifern zum temporären Aufnehmen von jeweils einem weiteren Chip, wobei die zweiten Sauggreifer insbesondere passive Chip-Haltevorrichtungen sind, welche stationär an einem Chassis des Speicherwerkzeugs angeordnet sind.
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Die Verwendung von passiven Chip-Haltevorrichtungen für das Speicherwerkzeug hat zur Folge, dass das Speicherwerkzeug besonders einfach realisiert werden kann. Abgesehen von einem Aktuator zum Erzeugen einer kontrollierten Drehbewegung und abgesehen von einer Unterdruck-Erzeugungseinrichtung, welche bevorzugt selektiv ausgewählte Saugkanäle von den zweiten Sauggreifern mit einem Unterdruck beaufschlagen kann, muss das Speicherwerkzeug nämlich keine weiteren aktiven Komponenten aufweisen.
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Anschaulich ausgedrückt kann das Speicherwerkzeug mittels eines einfachen Sauggreifer-Rades realisiert werden, bei welchem die zweiten Sauggreifer relativ zu dem Chassis keinerlei Bewegungsfreiheitsgrade des Speicherwerkzeugs haben. Dies erlaubt die Anbringung der zweiten Sauggreifer ohne bewegte Teile wie beispielsweise Führungen, Federn, etc.. Passive Komponenten sind naturgemäß weniger fehleranfällig als aktive (bewegliche) Komponenten. Damit kann das (passive) Speicherrad zuverlässig seine Funktion erfüllen und auf eine Sensorik wie beispielsweise einen Sensor für eine Kontrolle der Anwesenheit von Chips kann verzichtet werden. Auf diese Weise kann das Speicherwerkzeug preiswert und als ein besonders robustes Werkzeug realisiert werden.
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Die ersten Sauggreifer sind zumindest dann, wenn sie sich in einer ersten Winkellage, in welcher sie jeweils einen Chip von dem Wafer aufnehmen können, und in einer zweiten Winkellage, welche der (gemeinsamen) Übergabeposition zugeordnet ist, radial verschiebbar. Nachfolgend wird in Anlehnung an eine besonders bevorzugte Ausführungsform diese erste Winkellage auch als 6:00 Uhr Position und die zweite Winkellage auch als 9:00 Uhr Position bezeichnet. An einer dritten Winkellage, nachfolgend auch als 12:00 Uhr Position bezeichnet, ist eine solche radiale Verschiebbarkeit typischerweise nicht erforderlich, weil ein FCOB Chips abholender Bestückkopf in der Regel eine bewegliche z-Achse mit einem z-Antrieb aufweist. Dies bedeutet, dass eine Chip-Haltevorrichtung eines Bestückkopfes, insbesondere eine als Sauggreifer realisierte Chip-Haltevorrichtung, in Richtung der ersten Drehachse (vor und zurück) bewegt werden kann. Anschaulich ausgedrückt kann in der ersten Abholposition die bewegliche z-Achse des Bestückkopfes dafür sorgen, dass die Aufnahme der FCOB Chips auf sanfte Weise erfolgen kann.
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In entsprechender Weise sorgt eine radiale Verschiebbarkeit des sich in der 6:00 Uhr Position befindlichen Sauggreifers dafür, dass der Chip-Entnahmevorgang von dem Wafer auf mechanisch sanfte Weise erfolgen kann. Ferner sorgt eine radiale Verschiebbarkeit des sich in der 9:00 Uhr Position befindlichen Sauggreifers dafür, das ein Transfer von Chips zwischen dem Entnahmewerkzeug und dem Speicherwerkzeug (in beiden Richtungen) auf mechanisch sanfte Weise erfolgen kann.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die vorstehend und ggf. auch nachstehend genannten Winkelpositionen, welche in Bezug auf ein Zifferblatt einer analogen Uhr genannt sind, nicht zwangsläufig mit der betreffenden Uhrzeit auf dem Zifferblatt übereinstimmen müssen. In Anlehnung an ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sind diese ”Uhrzeitangaben” lediglich als exemplarische Winkelpositionen zu verstehen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die ersten Sauggreifer jeweils ein erstes pneumatisches Koppelelement auf, an welches eine erste Pipette ankoppelbar ist. Alternativ oder in Kombination weisen die zweiten Sauggreifer jeweils ein zweites pneumatisches Koppelelement auf, an welches eine zweite Pipette ankoppelbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Pipetten, welche in der Praxis stark verschleißbehaftete Elemente darstellen, bei Bedarf auf einfache Weise ausgetauscht werden können.
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Die vorstehend beschriebene radiale Verschiebbarkeit der ersten Sauggreifer kann insbesondere durch eine radikale Verschiebbarkeit des ersten pneumatischen Koppelelements, häufig auch als Pinole bezeichnet, realisiert werden. Die erste Pipette ist dann stationär bzw. ohne einen Bewegungsfreiheitsgrad an dem verschiebbaren ersten pneumatischen Koppelelement angebracht. Da, wie vorstehend beschrieben, die zweiten Sauggreifer keinen Bewegungsfreiheitsgrad in Bezug zu dem Chassis des Speicherwerkzeugs haben, können die zweiten pneumatischen Koppelelemente durch einfache stationär an dem Chassis des Speicherwerkzeugs ausgebildete Koppelstrukturen realisiert sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die ersten Sauggreifer und/oder die zweiten Sauggreifer um ihre Längsachse herum drehbar. Dies hat den Vorteil, dass die Winkellage des Chips, welcher von dem jeweiligen Sauggreifer aufgenommen ist, bereits während seines temporären Verbleibes an dem Entnahmewerkzeug bzw. dem Speicherwerkzeug in Hinblick auf eine spätere korrekte Platzierung des Chips auf einem Bauelementeträger gezielt angepasst werden kann. Dadurch kann ein Verdrehen der Winkellage des Chips, wenn er von dem Bestückkopf aufgenommen ist, vermieden werden. Es ist jedoch auch möglich, dass durch eine Veränderung der Winkellage des Chips bereits an der beschriebenen Chip-Transfervorrichtung die Winkellage der Chips lediglich grob eingestellt wird, so dass später an dem Bestückkopf nur noch eine Feineinstellung der Winkellage vorgenommen werden muss.
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Das Verdrehen eines Sauggreifers kann in bekannter Weise dadurch realisiert werden, dass jedem Sauggreifer des Entnahmewerkzeugs und/oder ggf. auch des Wendewerkzeugs ein eigener Drehantrieb zugeordnet ist. In Hinblick auf eine wenig aufwändige konstruktive Realisierung von Entnahmewerkzeug und/oder Wendewerkzeug ist es auch möglich, lediglich einen gemeinsamen Drehantrieb für alle Sauggreifer des betreffenden Werkzeugs vorzusehen, welcher nur an einer Winkelposition des betreffenden Werkzeugs mit einem der Sauggreifer in Eingriff gebracht ist. Zum Ermitteln und zu einem gezielten Verändern der Winkellage eines aufgenommenen Chips kann in bekannter Weise eine Kamera mit einer nachgeschalteten Bildauswertungseinrichtung verwendet werden, welche die Winkellage desjenigen Chips optisch erfasst, welcher sich gerade in dem Erfassungsbereich der Kamera befindet.
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In Anlehnung an den vorstehend beschriebenen Gedanken, wonach das Speicherwerkzeug als ein konstruktiv besonders einfaches Werkzeug ausgebildet ist, ist bei vielen Ausführungsbeispielen vorgesehen, dass lediglich das Entnahmewerkzeug mit zumindest einem Drehantrieb für die ersten Sauggreifer ausgestattet ist. Diese Lösung bedeutet hinsichtlich der Möglichkeit, die Winkellage von zu transferierenden Chips mit der beschriebenen Chip-Transfervorrichtung verändern zu können, auch für FCOB Chips keine Einschränkung. Auch COB Chips werden nämlich während ihres Transfers von dem Wafer zu der zweiten Abholposition kurzzeitig von dem Entnahmewerkzeug gehalten, welches, sofern mit einem geeigneten Drehantrieb ausgestattet, die Winkellage auch von COB Chips verändern kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die ersten Sauggreifer relativ zu dem Chassis des drehbaren Entnahmewerkzeugs in radialer Richtung verschiebbar. Alternativ oder in Kombination sind die zweiten Sauggreifer relativ zu einem Chassis des drehbaren Speicherwerkzeugs in radialer Richtung verschiebbar. Dies hat den Vorteil, dass die Chips auf mechanisch schonende Weise gehandhabt und insbesondere mechanisch schonend zwischen den beiden Werkzeugen transferiert werden können.
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In diesem Zusammenhang bedeutet ”in radialer Richtung verschiebbar”, dass der betreffende Sauggreifer senkrecht zu der Drehachse des ihm zugeordneten Werkzeugs verschiebbar ist.
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Wie bereits vorstehend im Zusammenhang mit einem konstruktiv einfach ausgebildeten Speicherwerkzeug beschrieben, ist es bei vielen derzeit als besonders bevorzugt angesehen Ausführungsformen vorgesehen, dass lediglich die ersten Sauggreifer des Entnahmewerkzeugs radial verschiebbar sind. Bei der Übergabe von Chips zwischen den beiden Werkzeugen ist es nämlich ausreichend, wenn lediglich einer der beiden an der Übergabe beteiligten Sauggreifer radial verschiebbar ist. Bei der Aufnahme von FCOB Chips an der ersten Abholposition sowie bei der Aufnahme von COB Chips an der zweiten Abholposition ist eine solche radiale Verschiebbarkeit des betreffenden Sauggreifers typischerweise nicht erforderlich, weil Bestückköpfe regelmäßig einen so genannten z-Antrieb aufweisen, mittels welchem eine Chip-Haltevorrichtung des Bestückkopfes in kontrollierter Weise zu dem betreffenden Werkzeug der Chip-Transfervorrichtung hin (und auch davon weg) bewegt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Entnahmewerkzeug einen ersten gemeinsamen Radialantrieb für eine radiale Verschiebung der ersten Sauggreifer auf. Alternativ oder in Kombination weist das Speicherwerkzeug einen zweiten gemeinsamen Radialantrieb für eine radiale Verschiebung der zweiten Sauggreifer auf. Dies hat den Vorteil, dass eine radiale Verschiebbarkeit der betreffenden Sauggreifer auf eine mechanisch einfache und konstruktiv effiziente Weise realisiert werden kann.
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Für eine radiale Bewegung der Sauggreifer kann der gemeinsame Radialantrieb an einer in Bezug zu der Drehachse des jeweiligen Werkzeugs festen Winkelposition angeordnet sein. Dies bedeutet, dass lediglich derjenige Saugreifer, welcher sich gerade in der dem betreffenden Radialantrieb zugeordneten Winkelposition befindet, in radialer Richtung bewegt werden kann. Dies kann insbesondere durch geeignet ausgebildete und bewegliche Mitnehmer- und Eingriffselemente erfolgen, welche lediglich dann mechanisch in Eingriff gebracht sind, wenn sich der betreffende Sauggreifer bei seiner Drehung um die Drehachse des jeweiligen Werkzeugs in der dem jeweiligen Radialantrieb zugeordneten Winkelposition befindet.
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Auch in diesem Zusammenhang kann in Anlehnung auf den bereits vorstehend erwähnten Gedanken, das Speicherwerkzeug konstruktiv besonders einfach auszugestalten, lediglich das Entnahmewerkzeug mit einem gemeinsamen Radialantrieb versehen sein.
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Bevorzugt weist insbesondere das Entnahmewerkzeug zwei erste Radialantriebe auf. Dabei ist ein erster gemeinsamer Radialantrieb derjenigen Winkelposition des Entnahmewerkzeugs zugeordnet, in welcher die Entnahme der Chips von dem Wafer ausgeführt ist. Dies ermöglicht, insbesondere in Verbindung mit einem vorstehend beschriebenen Ejektor-Werkzeug, ein zuverlässiges Entnehmen der Chips von dem Wafer. Ein zweiter gemeinsamer Radialantrieb ist bei einer solchen Ausführungsform derjenigen Winkelposition des Entnahmewerkzeugs zugeordnet, in welcher eine Übergabe von Chips an das Speicherwerkzeug erfolgt. Bevorzugt erfolgt die Entnahme von Chips von dem Wafer an der so genannten 6:00 Uhr Position und/oder eine Übergabe von Chips zwischen dem Entnahmewerkzeug und dem Speicherwerkzeug an der so genannten 9:00 Uhr Position des Entnahmewerkzeugs. Weiter bevorzugt entspricht die 9:00 Uhr Position des Entnahmewerkzeugs der 3:00 Uhr Position des Speicherwerkzeugs.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die ersten Sauggreifer und/oder die zweiten Sauggreifer zumindest in radialer Richtung gefedert gelagert. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine schonende Handhabung der Chips bei allen Übergabevorgängen. Insbesondere sind in diesem Zusammenhang die Übergabevorgänge (i) eine Entnahme der Chips von dem Wafer, (ii) eine Übergabe der Chips zwischen dem Wendewerkzeug und dem Speicherwerkzeug, (iii) eine Aufnahme von FCOB Chips durch den Bestückkopf und/oder (iv) eine Aufnahme von COB Chips durch den oder einen weiteren Bestückkopf.
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Die federnde Lagerung kann insbesondere durch einfache passive Federelemente realisiert werden, welche dafür sorgen, dass der betreffende Sauggreifer in Radialantrieb Richtung federnd an seinem Werkzeug gelagert ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Entnahmewerkzeug eine durch die Zahl Vier teilbare Anzahl an ersten Sauggreifern auf. Alternativ oder in Kombination weist das Speicherwerkzeug eine durch die Zahl Vier teilbare Anzahl an zweiten Sauggreifern auf. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine symmetrische Anordnung der Sauggreifer an dem jeweiligen Werkzeug und erleichtert damit eine konstruktiv einfache Realisierung von Entnahmewerkzeug bzw. Speicherwerkzeug.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine zweite Anzahl an zweiten Sauggreifern größer, insbesondere um einen Faktor Zwei, weiter insbesondere um einen Faktor Vier, als eine erste Anzahl an ersten Sauggreifern. Dies hat den Vorteil, dass einerseits das Entnahmewerkzeug konstruktiv noch relativ einfach und damit wirtschaftlich vorteilhaft realisiert werden kann. Andererseits kann das Speicherwerkzeug, welches mittels einer einfacheren Konstruktion realisiert werden kann (ein Radialantrieb und/oder ein Drehantrieb ist nicht erforderlich), eine hohe Speicherkapazität aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Verhältnis zwischen (a) der zweiten Anzahl und (b) der ersten Anzahl eine ganzzahlige Zahl, wobei diese ganzzahlige Zahl insbesondere zwei, drei, vier, fünf oder sechs ist. Dies hat den Vorteil, dass die Bewegung des Entnahmewerkzeugs auf einfache Weise mit der Bewegung des Speicherwerkzeugs synchronisiert werden kann, wobei in einer Vielzahl von Kombinationen von Winkellagen der beiden Werkzeuge eine Übergabe von Chips zwischen beiden Werkzeugen möglich ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die ersten Sauggreifer an einem äußeren Umfang des Entnahmewerkzeugs so verteilt, dass gleichzeitig (a) eine Entnahme eines Chips von dem Wafer und (b) eine Übergabe von Chips von dem Entnahmewerkzeug an das Speicherwerkzeug und/oder eine Bereitstellung eines FCOB Chips an der ersten Abholposition möglich ist. Alternativ oder in Kombination sind die zweiten Sauggreifer an einem äußeren Umfang des Speicherwerkzeugs so verteilt, dass gleichzeitig (a) eine Übergabe eines Chips zwischen dem Entnahmewerkzeug und dem Speicherwerkzeug und (b) eine Bereitstellung eines COB Chips an der zweiten Abholposition möglich ist. Diese Ausführungsform ermöglicht auf vorteilhafte Weise einen synchron getakteten Betrieb der gesamten Chip-Transfervorrichtung. Dies trägt zu einer hohen Chip-Transferleistung bei, wobei unter der Chip-Transferleistung die Anzahl an FCOB Chips und/oder COB Chips zu verstehen ist, welche innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne zu der ersten bzw. zweiten Abholposition transferiert werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Bestücksystem zum Entnehmen von Chips von einem Wafer und zum Bestücken eines Bauelementeträgers mit entnommenen Chips. Das beschriebene Bestücksystem weist auf (a) eine Chip-Transfervorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs und (b) einen Bestückautomaten mit einem Bestückkopf zum Abholen von an der ersten Abholposition bereitgestellten FCOB Chips und/oder zum Abholen von an der zweiten Abholposition bereitgestellten COB Chips.
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Dem beschriebenen Bestücksystem liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die vorstehende Chip-Transfervorrichtung funktional derart mit einem Bestückautomaten gekoppelt werden kann, dass ohne weitere Chip-Handhabungsschritte ungehäuste Bauelemente bzw. Chips auf einem Bauelementeträger, insbesondere einer Leiterplatte, bestückt werden können.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Summe von der Anzahl von ersten Sauggreifern und von der Anzahl von zweiten Sauggreifern kleiner als oder gleich wie eine Anzahl von Chip-Haltevorrichtungen des Bestückkopfes. Dies hat den Vorteil, dass der Betrieb des Bestückautomaten und der Betrieb der Chip-Transfervorrichtung auf einfache Weise synchronisiert werden können. Dadurch können unerwünschte Nebenzeiten bei dem gesamten Prozess vermieden und die Bestückleistung entsprechend erhöht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Chip-Transfervorrichtung stationär an einem Chassis des Bestückautomaten angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass beim Bestücken einer Vielzahl von Chips nicht die gesamte Chip-Transfervorrichtung in Bezug zu dem Wafer bzw. in Bezug zu dem Bestückautomaten bewegt werden muss. Vielmehr muss lediglich der Wafer in Bezug zu dem Bestückautomaten und auch in Bezug zu der Chip-Transfervorrichtung bewegt werden, um verschiedene Chips, die sich naturgemäß an unterschiedlichen Positionen des Wafers befinden, mit der Chip-Transfervorrichtung zu entnehmen und später mit dem Bestückkopf auf den Bauelementeträger aufzusetzen.
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Die Bewegung des Wafers kann mittels eines üblichen x-y Positioniersystems erfolgen, wobei ein stationärer Teil des x-y Positioniersystems raumfest zu dem Chassis des Bestückautomaten angeordnet ist. Der bewegliche Teil des x-y Positioniersystems trägt dann den Wafer.
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Bevor bezugnehmend auf die Zeichnung exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, werden im Weiteren einige technische Überlegungen im Zusammenhang mit der Erfindung dargestellt.
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Das Wendewerkzeug des aus der
EP 1 470 747 B1 bekannten Chipentnahmesystems wird erfindungsgemäß zum Zwischenspeichern von FCOB Chips verwendet. Ein zumindest annähernd kontinuierlicher Bestückungsprozess von FCOB Chips und/oder COB Chips auf einem Bauelementeträger wird dadurch ermöglicht, dass für einen folgenden Bestückungstakt benötigte Chips zeitgleich mit dem Platzieren von Chips auf dem Bauelementeträger in dem aktuellen Bestückungstakt von dem Wafer entnommen werden. Die entnommenen Chips werden bis zur Abholung durch den Bestückkopf in dem Wendewerkzeug, in diesem Dokument als Speicherwerkzeug bezeichnet, zwischengespeichert. Bevorzugt ist die Anzahl der an dem Speicherwerkzeug vorhandenen Chip-Speicherplätze so hoch, dass zumindest ein Großteil der für den folgenden Bestückungstakt benötigten FCOB Chips und/oder COB Chips zwischengespeichert werden können. Übrige benötigte Chips können von dem Wafer entnommen und an einer Abholposition bereitgestellt werden, während der Bestückkopf zwischengespeicherte Chips an der anderen Abholposition abholt.
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Ein Chip-Speicherplatz kann insbesondere durch einen Sauggreifer realisiert werden, welcher zusammen mit anderen Sauggreifern entlang einer Umfangsrichtung radial abstehend an dem Speicherwerkzeug angebracht ist. Eine geeignete Vakuum- bzw. Unterdruck-Erzeugungseinrichtung wird benötigt, um mit den Saugreifern die jeweils erforderliche Saugkraft zum Halten eines Chips bereitzustellen. Eine geeignete Unterdruck-Erzeugung ist aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und wird deshalb in diesem Dokument nicht weiter beschrieben. Gleiches gilt für ein Ausstoß- bzw. Ejektor-Werkzeug, mit welchem die Chips von einer klebrigen Trägerfolie des Wafers abgelöst werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieses Dokuments sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Bestücksystem mit einer Chip-Transfervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2a und 2b zeigen die Chip-Transfervorrichtung in zwei verschiedenen Betriebszuständen, (a) bei der Bereitstellung von COB Chips und (b) bei der Bereitstellung von FCOB Chips.
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3a und 3b zeigen in einer perspektivischen und in einer geschnittenen Darstellung einen Sauggreifer, wie er insbesondere für das Entnahmewerkzeug der Chip-Transfervorrichtung verwendet werden kann.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten von einer anderen Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit Bezugszeichen versehen sind, welche in den letzten beiden Ziffern identisch sind mit den Bezugszeichen von entsprechenden gleichen oder zumindest funktionsgleichen Merkmalen bzw. Komponenten. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
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Außerdem wird darauf hingewiesen, dass raumbezogene Begriffe, wie beispielsweise ”vorne” und ”hinten”, ”oben” und ”unten”, ”links” und ”rechts”, etc. verwendet werden, um die Beziehung eines Elements zu einem anderen Element oder zu anderen Elementen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Demnach können die raumbezogenen Begriffe für Ausrichtungen gelten, welche sich von den Ausrichtungen unterscheiden, die in den Figuren dargestellt sind. Es versteht sich jedoch von selbst, dass sich alle solchen raumbezogenen Begriffe der Einfachheit der Beschreibung halber auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtungen beziehen und nicht unbedingt einschränkend sind, da die jeweils dargestellte Vorrichtung, Komponente etc., wenn sie in Verwendung ist, Ausrichtungen annehmen kann, die von den in der Zeichnung dargestellten Ausrichtungen verschieden sein können.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Bestücksystem 100 mit einer Chip-Transfervorrichtung 140 und einem Bestückautomaten 110. Der Bestückautomat 100 entspricht in wesentlichen insbesondere konstruktiven Merkmalen einem herkömmlichen Bestückautomaten. Die grundlegende Funktion des Bestückautomaten 110 und verschiedene nicht dargestellte Komponenten werden deshalb nachfolgend nicht im Detail erläutert.
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Der Bestückautomat 110 weist ein Chassis 112 auf, welches in 1a schematisch durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist. Dieses Chassis 112 stellt eine Rahmenstruktur bereit, an welcher die einzelnen Komponenten des Bestückautomaten 110 direkt oder indirekt angebracht sind.
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An dem Chassis 112 ist ein Portalsystem 120 angebracht, welches in bekannter Weise zwei Führungselemente umfasst, die eine Portalwurzel darstellen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Portalwurzel von einem ersten Führungselement 122a sowie von einem weiteren ersten Führungselement 122b gebildet. Beide erste Führungselemente 122a und 122b weisen jeweils eine längliche Trägerschiene auf, welche sich entlang einer ersten Richtung erstrecken. In 1a ist diese erste Richtung als eine y-Richtung bezeichnet.
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Das Portalsystem 120 weist ferner zwei Schlitten 124a und 124b auf. Der Schlitten 124a ist an dem Führungselement 122a verschiebbar angebracht, so dass er mittels eines nicht dargestellten Antriebs entlang der y-Richtung verfahren bzw. positioniert werden kann. In entsprechender Weise ist der Schlitten 124b an dem Führungselement 122b verschiebbar angebracht. Ein ebenfalls nicht dargestellter Antrieb sorgt dafür, dass beide Schlitten 124a und 124b in gleicher Weise bzw. synchron entlang der y-Richtung verfahren werden. Lagerelemente 125 sorgen dafür, dass die beiden Schlitten 124a und 124b zuverlässig entlang einer genau definierten Spur entlang der y-Richtung verfahren werden.
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Zwischen den beiden Schlitten 124a und 124b erstreckt sich ein als ein verfahrbarer Querträger ausgebildetes zweites Führungselement 132, welches eine Längserstreckung entlang einer zweiten Richtung aufweist. Diese zweite Richtung ist in 1a und auch nachfolgend als x-Richtung bezeichnet. An dem Querträger 132 ist ein zweiter Schlitten 134 angebracht bzw. geführt, welcher mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Antriebs entlang der x-Richtung verfahren bzw. positioniert werden kann. Dieser zweite Schlitten 134 stellt eine mechanische Plattform dar, an welcher ein Bestückkopf 136 befestigt ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Bestückkopf 136 ein so genannter Mehrfach-Bestückkopf, welcher mehrere als Saugpipetten ausgebildeten Chip-Haltevorrichtungen 138 aufweist, die in bekannter Weise jeweils zum temporären Aufnehmen eines elektronischen Bauelements verwendet werden.
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Zum Bestücken eines Bauelementeträgers 190 wird der Bestückkopf 136 in bekannter Weise durch eine geeignete Ansteuerung des Portalsystems 120 zunächst in einen nicht dargestellten Bauelement-Abholbereich verfahren, in welchem ungehäuste elektronische Bauelemente bzw. Chips 192 von der Chip-Transfervorrichtung 140 bereitgestellt werden. Dort werden die bereitgestellten Chips 192 von dem Bestückkopf 136 abgeholt und erneut durch eine geeignete Ansteuerung des Portalsystems 120 in einen Bestückbereich transferiert, in welchem die Chips 192 auf den Bauelementeträger 190 aufgesetzt werden.
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Eine Datenverarbeitungseinheit 114 sorgt für eine koordinierte Ansteuerung der Antriebe für die beiden Schlitten 124a, 124b, für den Bestückkopf 136 und für weitere dem Fachmann bekannte Komponenten des Bestückautomaten 110. Eine solche Komponente ist beispielsweise ein Transportsystem, welches dafür vorgesehen ist, den Bauelementeträger 190 vor seiner Bestückung in den Bestückautomaten 110 einzubringen und nach seiner zumindest teilweisen Bestückung wieder aus dem Bestückautomaten 110 zu entfernen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Datenverarbeitungseinheit 114 mit einer Datenverarbeitungseinheit 144 gekoppelt, welche die Chip-Transfervorrichtung 140 so steuert, dass deren Betrieb synchronisiert zu dem Betrieb des Bestückautomaten 110 erfolgt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Darstellung ist die kommunikative Kopplung zwischen den beiden Datenverarbeitungseinheiten 114 und 144 in 1 nicht dargestellt. Selbstverständlich können die beiden Datenverarbeitungseinheiten 114 und 144 auch mittels einer einzigen gemeinsamen Datenverarbeitungseinheit realisiert sein. Dies kann insbesondere dadurch realisiert werden, dass die Funktionalität der Datenverarbeitungseinheit 144 in die Datenverarbeitungseinheit 114 des Bestückautomaten 110 implementiert wird.
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Die Chip-Transfervorrichtung 140 weist ein drehbares Entnahmewerkzeug 150 sowie ein drehbares Speicherwerkzeug 170 auf, welche in einer in 1 nicht dargestellten gemeinsamen Übergabeposition in Bezug auf eine Übergabe von Chips 192 zusammenwirken. Die Drehachsen der beiden Werkzeuge 150 und 170 sind parallel zu der in 1 oben links angedeuteten y-Richtung orientiert. Eine temporäre Aufnahme von Chips 192 von einem Wafer 195 durch das Entnahmewerkzeug 150 erfolgt mittels ersten Sauggreifern 160, welche entlang eines äußeren Umfangs des Entnahmewerkzeugs 150 verteilt sind und radial von einem Chassis des Entnahmewerkzeugs 150 nach außen abstehen. In entsprechender Weise erfolgt eine temporäre Aufnahme von Chips 192, die von dem Entnahmewerkzeug 150 bereitgestellt werden, durch das Speicherwerkzeug 170 mittels zweiten Sauggreifern 180, welche entlang eines äußeren Umfang des Speicherwerkzeugs 170 verteilt sind und radial von einem Chassis des Speicherwerkzeugs 170 nach außen abstehen.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Chip-Transfervorrichtung 160 raumfest an dem Bestückautomaten 110 angeordnet. Dies bedeutet, dass bei einem Entnehmen von verschiedenen Chips 192 aus dem Wafer 195 der Wafer 195 mittels eines geeigneten und nicht dargestellten xy-Flächenpositioniersystems bewegt werden muss, um dem Entnahmewerkzeug 150 einen Zugriff auf verschiedene Positionen bzw. verschiedene Chips 192 des Wafer 195 zu ermöglichen.
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2a und 2b zeigen die Chip-Transfervorrichtung 140 in zwei verschiedenen Betriebszuständen. In einem ersten in 2a dargestellten Betriebszustand, werden dem nur teilweise dargestellten Bestückkopf 136 des Bestückautomaten 110 COB Chips 292b zum Zwecke einer Abholung und einer nachfolgenden Bestückung bereitgestellt. In dem zweiten in 2b dargestellten Betriebszustand werden dem Bestückkopf 136 FCOB Chips 292a bereitgestellt. Die Bereitstellung der FCOB Chips 292a erfolgt an einer ersten Abholposition 256 (vgl. 2b), die Bereitstellung der COB Chips 292b erfolgt an einer zweiten Abholposition 276 (vgl. 2a).
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Entnahmewerkzeug 150 vier erste Sauggreifer 160 auf. Das Speicherwerkzeug 170 weist, wie aus beiden 2a und 2b ersichtlich, insgesamt 16 zweite Sauggreifer 180 auf. Das Entnahmewerkzeug 150 ist um eine erste Drehachse 251 drehbar, das Speicherwerkzeug dreht sich im Betrieb um eine zweite Drehachse 271.
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Das Entnahmewerkzeug 150 und das Speicherwerkzeug 170 wirken in Bezug auf eine Übergabe von Chips 192, d. h. FCOB Chips 292a und/oder COB Chips 292b, in einer gemeinsamen Übergabeposition 246 zusammen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht diese gemeinsame Übergabeposition 246 bei dem drehbaren Entnahmewerkzeug 150 einer sog. ”9:00 Uhr Position” und bei dem drehbaren Speicherwerkzeug 170 der ”3:00 Uhr Position”. Die Entnahme von Chips aus dem Wafer 195 erfolgt an der ”6:00 Uhr Position” des Entnahmewerkzeugs 150. Die erste Abholposition 256 befindet sich an der ”12:00 Uhr Position” des Entnahmewerkzeugs 150, die zweite Abholposition 276 befindet sich der ”12:00 Uhr Position” des Speicherwerkzeugs 170.
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Für eine zuverlässige Handhabung von Chips 192, 292a, 292b ist es erforderlich, dass derjenige erste Sauggreifer 160, welcher einen Chip 192 aus dem Wafer 195 entnimmt, in radialer Richtung (in Bezug zu der ersten Drehachse 251) verschiebbar ist. Eine radiale Verschiebung beim Entnehmen von Chips 192 ist in den 2a und 2b mit einem Doppelpfeil 260a illustriert. Ferner ist es erforderlich, dass zumindest einer von einem ersten Sauggreifer 160 und einem zweiten Sauggreifer 180, welche beide an einer Übergabe von einem Chip 192 zwischen dem Entnahmewerkzeug 150 und dem Speicherwerkzeug 170 beteiligt sind, in radialer Richtung verschiebbar ist. Bevorzugt erfolgt eine solche radiale Verschiebung im Bereich der Übergabeposition 246 durch eine radiale Verschiebung des betreffenden ersten Sauggreifers 160. Dann kann das Speicherwerkzeug 170 nämlich in Bezug auf die zweiten Sauggreifer 180 als weitgehend passives Werkzeug und damit auf konstruktiv einfache und zudem wirtschaftlich interessante Weise realisiert werden. Eine radiale Verschiebung beim Übergeben von Chips 192 ist in den 2a und 2b mit einem Doppelpfeil 260b illustriert.
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Eine radiale Verschiebbarkeit eines ersten Sauggreifers 160 an der ersten Abholposition 256 sowie eine radiale Verschiebbarkeit eines zweiten Sauggreifers 180 an der zweiten Abholposition 276 ist typischerweise nicht erforderlich, weil die Chip-Haltevorrichtungen 138 des Bestückkopfes 136 in der Regel entlang einer z-Richtung verfahrbar sind und beim Abholen eines Chips 292a bzw. eines Chips 292b sanft zu der jeweiligen Abholposition 256, 276 herangefahren werden können.
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Die vorstehend beschriebene radialen Verschiebbarkeiten insbesondere von ersten Sauggreifern 160 können durch individuelle Radialantriebe (jedem ersten Sauggreifer 160 ist ein Radialantrieb zugeordnet) oder durch gemeinsame Radialantriebe realisiert werden. Bei einem gemeinsamen Radialantrieb erfolgt lediglich in der jeweiligen Arbeitsposition, d. h. hier in der ”6:00 Uhr Position” zum Abholen von Chips 192 und in der ”9:00 Uhr Position” zum Übergeben von Chips 192, ein mechanischer Eingriff zwischen einem der Arbeitsposition fest zugeordneten Radialantrieb und demjenigen ersten Sauggreifer 160, welches sich gerade in der entsprechenden Arbeitsposition befindet.
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Im Folgenden werden mit Bezug auf die 1, 2a und 2b einige weitere zum Teil optionale konstruktive Aspekte und gegenständliche Merkmale des Bestücksystems 100 und dessen Chip-Transfervorrichtung 140 erläutert:
- • Die beiden Abholpositionen 256 und 276 befinden sich so nahe an dem Bestückautomaten 110, dass diese von dem Bestückkopf 136 erreicht werden können. Die Chip-Transfervorrichtung 140 kann auch zumindest teilweise in den Bestückautomaten 110 integriert werden, so dass sich die beiden Abholpositionen 256 und 276 innerhalb des Bestückautomaten auf einer Höhe befinden, das ein Abholen von FCOB Chips 292a und/oder COB Chips 292b ohne eine konstruktive Änderung des Bestückautomaten 110 durch den Bestückkopf 136 möglich ist.
- • Die beiden Abholpositionen 256 und 276 befinden sich bevorzugt auf gleicher Arbeitshöhe. Weiterhin können beide Abholpositionen 256 und 276 von ein und demselben Bestückkopf 136 erreicht werden. Bei einer geeigneten Ausbildung des Bestückkopfes 136 können die FCOB Chips 292a und/oder die COB Chips 292b dann nicht nur sequenziell sondern gegebenenfalls auch gleichzeitig abgeholt werden. Dadurch kann mit dem Bestücksystem 100 auf vorteilhafte Weise eine Mischbestückung (mit FCOB Chips 292a und mit COB Chips 292b) realisiert werden.
- • Ferner kann, mit einem gewissen apparativen Umbauaufwand eines herkömmlichen Bestückautomaten verbunden, das Chip-Transfersystem 140 auch anstelle des Bestückkopfes 136 an dem zweiten Schlitten 134 befestigt werden. In diesem Fall erfüllt die Chip-Transfervorrichtung 140 nicht nur die Funktionen des Entnehmens und Wendens von Chips 192 sondern zusätzlich auch noch die Funktion des Platzierens bzw. Bestückens der Chips 192 auf dem Bauelementeträger 190.
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Im Folgenden werden einige weitere zum Teil optionale verfahrensbezogene Aspekte und Merkmale des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens zum Transferieren von Chips von einem Wafer auf einen Bestückkopf beschrieben:
- • Während eines Bestückens von Chips 192 auf den Bauelementeträger 190 können durch das Entnahmewerkzeug 150 weitgehend kontinuierlich weitere Chips 192 von dem Wafer 195 entnommen werden. Dabei kann die Taktrate, mit der die Chips 192 von dem Wafer 195 entnommen werden, während des Betriebs des Bestücksystems 100 prozessabhängig variiert bzw. angepasst werden. Insbesondere kann eine Anpassung der Taktrate einer Chip-Entnahme von dem Wafer 195 während einer Übergabe von FCOB Chips 292a an den Bestückkopf 136 erfolgen, wenn (a) gerade kein geeignet freier zweiter Sauggreifer 180 verfügbar ist und/oder wenn (b) eine Synchronisation zwischen der Taktrate der Chip-Entnahme und der Taktrate einer Übergabe von FCOB Chips 292a und/oder COB Chips 292b an dem Bestückkopf 136 erforderlich ist.
- • Die entnommenen Chips 192 werden von dem Entnahmewerkzeug 150 zum Zwecke einer Zwischenspeicherung an das Speicherwerkzeugs 170 übergeben. Damit werden die zweiten Sauggreifer 180 zumindest teilweise mit FCOB Chips 292a und/oder COB Chips 292b belegt.
- • Zusätzlich oder alternativ können auch zumindest einige erste Sauggreifer 160 des Wendewerkzeugs 150 zum Zwischenspeichern von FCOB Chips 292a und/oder COB Chips 292b verwendet werden. Nach einer Beendigung eines Bestückungstakts werden die zwischengespeicherten Chips 192 von dem Bestückkopf 136 abgeholt. Hierzu wird der Bestückkopf 136 an die jeweiligen Abholposition 256 bzw. 276 verfahren. Das drehbare Entnahmewerkzeug 150 bzw. das drehbare Speicherwerkzeug 170 positioniert einen abzuholenden Chip 292a bzw. 292b durch eine geeignete Drehung um die jeweilige Drehachse 251 bzw. 271 in die jeweilige Abholposition 256 bzw. 276. Diese Vorgänge werden so lange wiederholt, bis der Bestückkopf 136 die benötigte Anzahl an Chips 192 aufgenommen hat.
- • Parallel zum Abholen von Chips 192 durch den Bestückkopf 136 können, quasi kontinuierlich, Chips 192 durch das Entnahmewerkzeug 150 von dem Wafer 195 entnommen und anschließend
(a) dem Bestückkopf 136 vom Entnahmewerkzeug 150 bzw. Speicherwerkzeug 170 zur sofortigen Bestückung übergeben werden oder (b) vom Speicherwerkzeug 170 und/oder vom Entnahmewerkzeug 150 für einen darauffolgenden Bestückungstakt zwischengespeichert werden.
- • Übergabe von COB Chips 292b:
COB Chips 292b, welche sich auf dem Speicherwerkzeug 170 befinden, werden direkt an den Bestückkopf 136 übergeben. COB Chips 292b, welche sich an dem Entnahmewerkzeug 150 befinden, werden zunächst an das Speicherwerkzeug 170 und von dort an den Bestückkopf 136 übergeben.
- • Übergabe von FCOB Chips 292a:
FCOB Chips 292a, die sich an dem Entnahmewerkzeug 150 befinden, werden direkt an den Bestückkopf 136 übergeben. FCOB Chips 292a, die im Speicherwerkzeug 170 zwischengespeichert sind, werden zunächst zurück an das Entnahmewerkzeug 150 und von dort an den Bestückkopf 136 übergeben.
- • Eine Entnahme eines Chips 192 von bzw. aus dem Wafer 195 erfolgt dadurch, dass ein freier erster Sauggreifer 160 durch eine Drehung des Entnahmewerkzeugs 150 in der Entnahmeposition, insbesondere der ”6:00 Uhr Position”, gebracht wird. Dann wird der freie erste Sauggreifer 160 radial ausgefahren, der Chip 192 von dem Wafer 195 entnommen und der nun belegte erste Sauggreifer 160 wieder radial nach innen in seine ursprüngliche Position gefahren.
- • Eine Übergabe eines Chips 192 von dem Entnahmewerkzeug 150 auf das Speicherwerkzeug 170 erfolgt, indem der Chip 192 durch eine geeignete Drehung des Entnahmewerkzeugs 150 in die Übergabeposition 246 gebracht wird. Gleichzeitig wird das Speicherwerkzeug 170 so weit rotiert, dass sich an der Übergabeposition 246 ein freier zweiter Sauggreifer 180 befindet. Danach erfolgt die Übergabe, indem ein dem betreffenden ersten Sauggreifer 160 zugeordneter Radialantrieb aktiviert und der erste Sauggreifer 160 radial ausgefahren wird. Dann übernimmt der genannte bisher noch freie zweite Sauggreifer 180 den Chip 192.
- • Eine Übergabe eines Chips 192 von dem Speicherwerkzeug 170 auf das Entnahmewerkzeug 150 erfolgt, in dem der Chip 192 durch Drehung des Speicherwerkzeugs 170 in die Übergabeposition 246 gebracht wird. Gleichzeitig wird das Entnahmewerkzeug 150 so weit gedreht, dass sich an der Übergabeposition 246 ein freier bzw. unbelegter erster Sauggreifer 160 befindet. Danach erfolgt die Übergabe des Chips 192, in dem der oben genannte Radialantrieb, welcher dem sich in der Übergabeposition 246 befindlichen ersten Sauggreifer 160 zugeordnet ist, so aktiviert wird, dass dieser radial ausgefahren wird. Dann übernimmt in der Übergabeposition 246 der genannte bisher noch freie erste Sauggreifer 160 den Chip 192.
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3a und 3b zeigen in einer perspektivischen und in einer geschnittenen Darstellung einen Sauggreifer, wie er insbesondere als erster Sauggreifer 160 für das Entnahmewerkzeug 150 der Chip-Transfervorrichtung 140 verwendet werden kann.
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Der Sauggreifer 160 weist einen Schlitten 364b auf, welcher in einer Führung 364a entlang der radialen Richtung des betreffenden Werkzeugs, insbesondere des Speicherwerkzeugs 150 verfahren werden kann. Die Führung 364a sowie der Schlitten 364b bilden ein Radiallager, wobei die Führung 364a stationär an einem Chassis des Speicherwerkzeugs 150 angebracht ist.
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Innerhalb des äußeren Gehäuseteils 363 befindet sich eine als Hohlwelle 362 ausgebildete Pinole welche an ihrer Oberseite einen Vakuumanschluss 362a aufweist. Die Pinole 362 ist in einer Führungsbuchse 362b verschiebbar und verdrehgesichert gelagert, so dass sich die Pinole 362 nicht unbeabsichtigt um ihre Längsachse dreht. Eine Spiralfeder 365, welche ein passives Federelement darstellt, sorgt dafür, dass sich in einer Ausgangslage bzw. Nullstellung der Sauggreifer 160 in einer unteren Position befindet.
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An der Unterseite der Pinole 362 ist ein pneumatisches Koppelelement 361 ausgebildet, an welches in bekannter Weise eine Pipette 369 auf- bzw. angesteckt werden kann. Aus Gründen der Illustration der Funktion der Pipette 369, nämlich ein Bauelement bzw. hier einen Chip 192 zu halten, ist dieser Chip 192 in den 3a und 3b dargestellt.
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An dem nicht dargestellten Chassis ist, raumfest mit der Führung 364a verbunden, ein Sensorring 364c angebracht. Dieser hat die Aufgabe ein Einfedern bzw. Ausfedern der Pipette 369 zu detektieren.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sauggreifer 160 hinsichtlich seiner radialen Bewegbarkeit eine passive Komponente des Entnahmewerkzeugs 150. Dies bedeutet, dass dem Sauggreifer 160 kein eigener Radialantrieb zugeordnet ist. Dafür hat der Sauggreifer 160 ein Mitnehmerelement 367, welches bei einer Drehung des Entnahmewerkzeugs 150 in einer raumfesten bzw. nicht drehbaren Nut einer nicht dargestellten Kulissenführung bewegt wird. Diese Nut ist an der Winkelposition, bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die ”6:00 Uhr Position” und die ”9:00 Uhr Position”, durch ein radial verschiebbares (und nicht dargestelltes) Eingriffselement unterbrochen, welches von einem der jeweiligen Winkelposition zugeordneten stationären Linearantrieb radial verschiebbar ist. Bei einer Drehung des Sauggreifers 160 in die betreffende Winkelposition wird das Mitnehmerelement 367 mit dem Eingriffselement in Eingriff gebracht, so dass sich in dieser Winkellage des Entnahmewerkzeugs 150 der Sauggreifer 160 zusammen mit einer Bewegung des Mitnehmerelements radial bewegt. Um eine Reibung zwischen dem Mitnehmerelement 367 und der Kulissenführung zu reduzieren, weist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel das Mitnehmerelement 367 einen äußeren Ring 367b auf, welcher mittels eines Kugellagers 367a frei drehbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Bestücksystem
- 110
- Bestückautomat
- 112
- Chassis
- 114
- Datenverarbeitungseinheit
- 120
- Portalsystem
- 122a
- erstes Führungselement/Portalwurzel
- 122b
- weiteres erstes Führungselement/Portalwurzel
- 124a
- Schlitten
- 124b
- Schlitten
- 125
- Lagerelemente
- 132
- zweites Führungselement/verfahrbarer Querträger
- 134
- zweiter Schlitten
- 136
- Bestückkopf
- 138
- Chip-Haltevorrichtungen/Bauelement-Haltevorrichtungen
- 140
- Chip-Transfervorrichtung
- 144
- Datenverarbeitungseinheit
- 150
- Entnahmewerkzeug
- 160
- erste Sauggreifer
- 170
- Speicherwerkzeug
- 180
- zweite Sauggreifer
- 190
- Bauelementeträger/Leiterplatte
- 192
- Chips/(ungehäuste) Bauelemente
- 195
- Wafer
- y
- erste Richtung
- x
- zweite Richtung
- 246
- Übergabeposition
- 251
- erste Drehachse
- 256
- erste Abholposition
- 260a
- radiale Verschiebung
- 260b
- radiale Verschiebung
- 271
- zweite Drehachse
- 276
- zweite Abholposition
- 292a
- FCOB Chip
- 292b
- COB Chip
- 361
- pneumatisches Koppelelement
- 362
- Hohlwelle/Pinole
- 362a
- Vakuumanschluss
- 362b
- Verdrehsicherung für Hohlwelle
- 363
- äußeres Gehäuseteil
- 364
- Radiallager
- 364a
- Führung
- 364b
- Schlitten
- 364c
- Sensorring
- 365
- Spiralfeder (passiv)
- 367
- Mitnehmerelement
- 367a
- Kugellager
- 367b
- äußerer Ring
- 369
- Pipette