DE20103184U1

DE20103184U1 - Aufnahme- und Übergabevorrichtung

Info

Publication number: DE20103184U1
Application number: DE20103184U
Authority: DE
Original assignee: Simotec GmbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2001-07-05
Anticipated expiration: 2011-02-23

Description

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Simotec GmbH, Anwaltsakte: 25784

D-82041 Oberhaching

Gebrauchsmusteranmeldung

Aufnahme- und Übergabevorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufnahme- und Übergabevorrichtung, insbesondere für eine vollautomatische Montagevorrichtung zur Herstellung mikrosystemtechnischer Produkte sowie für Montageaufgaben in der Halbleiterindustrie, mit einem Aufnahmekopf mit mindestens einem Aufnahmewerkzeug zur Aufnahme eines Bauteils von einem Bauteilreservoir und zur Übergabe des Bauteils an ein Montagewerkzeug.

Elektronische Produkte werden fortwährend kleiner und leichter. Die Aufbau- und Verbindungstechnik verlangt daher entsprechende Techniken und Bauteile, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Um kompakte Aufbauten zu erzeugen und die steigende Zahl von Anschlüssen auf den einzelnen Bauteilen anbringen zu können, werden zunehmend Bauteile eingesetzt, welche ihre elektrischen Kontaktanschlüsse an der Oberseite aufweisen. Da auf Waferebene die Aufbringung dieser Anschlüsse einer der letzten Prozessschritte ist, werden die Bauteile in dieser Orientierung in entsprechende Montagevorrichtungen, wie z.B. Die-Bonder oder Bestücker, eingeführt.

Dies bedeutet allerdings, daß die Montagevorrichtungen zum einen die so orientierten Bauteile vor der eigentlichen Platzierung auf dem Substrat wenden (flippen) müssen, um die elektrischen Anschlüsse zu den leitenden Strukturen des Substrates zu bringen.

Die Miniaturisisierung der Bauelemente bei steigender Zahl der elektrischen Anschlüsse bedeutet aber auch, daß bei der Bauteilmontage zunehmend höhere Anforderungen an die Präzision gestellt werden.

Der zusätzliche Handhabungsschritt &ldquor;Wenden / Flippen" des Bauteils ist eine Ursache dafür, daß Flip - Chip - Montageabläufe in automatisierten Einrichtungen im Vergleich zu konventionellen Bestückmethoden nachteiligerweise deutlich langsamer von statten gehen. Alternativ können bereits gewendete Bauteile in der Montagevorrichtung verarbeitet werden, um dennoch auf akzeptable Durchsatzzahlen zu gelangen. Dies erfordert jedoch nachteiligerweise das Wenden der Bauteile außerhalb der Bestückanlage sowie den zusätzlichen Einsatz von Zwischenträgern. Dabei geschieht das Wenden der Bauteile üblicherweise durch einen sogenannten Fliparm. Nachteiligerweise sind die bisher bekannten geometrischen Formen von Fliparmen nicht rotationssymmetrisch aufgebaut, so daß deren Trägheitsmoment relativ groß ist und daher die Drehung nur relativ langsam erfolgen kann. Zudem bauen sie relativ groß und sind sperrig, so daß sie unnötig Platz einnehmen und aufgrund ihrer Sperrigkeit in der Regel nur in einer geometrischen Vorzugsrichtung in die Montagevorrichtung integriert werden können. Des weiteren erfolgt die Bildaufnahme zur Vermessung der Relativlage des Bauteils zum Aufnahmewerkzeug in der Regel durch einen kurzzeitigen Stillstand der bekannten Aufnahme- und Übergabevorrichtungen, um so eine Aufnahmeunschärfe zu vermeiden. Dieser kurze Stillstand bedingt jedoch nachteiligerweise einen zusätzlichen Zeitverlust.

Bekannte Aufnahme- und Übergabevorrichtungen weisen daher nachteiligerweise einen relativ geringen Bauteildurchsatz auf.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsgemäße Aufnahme- und Übergabevorrichtung bereitzustellen, die einen hohen Bauteildurchsatz gewährleistet.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Aufnahme- und Übergabevorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem Schutzanspruch 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Eine erfindungsgemäße Aufnahme- und Übergabevorrichtung weist eine Hebe- und Senkvorrichtung zur Bewegung eines Aufnahmekopfs senkrecht zu einer Ebene eines Bauteilreservoirs auf, wobei vor der Drehung des Aufnahmekopfs mit dem aufgenommenen Bauteil ein Anheben des Aufnahmekopfs aus der Ebene des Bauteilreservoirs mittels der Hebe- und Senkvorrichtung erfolgt. Zudem ist an der Aufnahme- und Übergabevorrichtung ein optisches System zur Aufnahme und Bestimmung der Relativlage des aufzunehmenden Bauteils angeordnet, wobei während der Drehung des Aufnahmekopfs mit dem aufgenommenen Bauteil mittels eines Rotationsantriebs der Aufnahmekopf aus einer optische Achse des optischen Systems ausgeschwenkt ist und so eine zeitgleiche Aufnahme und Bestimmung der Relativlage eines nachfolgend durch den Aufnahmekopf aufzunehmenden Bauteils auf dem Bauteilreservoir ermöglicht wird. Dadurch ist erfindungsgemäß neben einem raschen und unproblematischen Wenden und einer entsprechenden Übergabe des Bauteils durch Drehung des Aufnahmekopfs eine mit der Drehung zeitgleiche optische Erfassung des nächsten Bauteils gewährleistet. Die erfindungsgemäße Aufnahme- und Übergabevorrichtung übernimmt einerseits das Wenden des Bauteils und dessen Transport bzw. Übergabe an ein Montagewerkzeug und andererseits treten keine Stillstandzeiten für die Ermittlung der Relativlage des Bauteils zum Aufnahmewerkzeug auf. Erfindungsgemäß lässt sich daher der Bauteildurchsatz deutlich erhöhen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Ausschwenken des Aufnahmekopfs aus der optische Achse des optischen Systems durch die Geometrie und Form des Aufnahmekopfs erreicht, wobei der Aufnahmekopf einen Basiskörper mit dem Aufnahmewerkzeug aufweist und der Mittelpunkt des Basiskörpers versetzt zu einer Rotationsachse des Rotationsantriebs angeordnet ist.

Es ist aber auch möglich, daß die gesamte Aufnahme- und Übergabevorrichtung mit dem Aufnahmekopf gegenüber dem optischen System schwenkbar ausgebildet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Basiskörper über ein Verbindungselement mit einer Rotationswelle des Rotationsantriebs verbunden ist. Dabei kann der Basiskörper und das Verbindungselement einstückig ausgebildet sein. Dadurch ist gewährleistet, daß der Aufnahmekopf bei Drehung immer aus der optischen Achse des optischen Systems geschwenkt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Aufnahmekopf rotationssymmetrisch ausgebildet. Insbesondere kann das Verbindungselement ein Ausgleichselement aufweisen. Durch den zur Rotationsachse symmetrischen Aufbau des Aufnahmekopfs werden Unwuchten vermieden, was einerseits die Aufnahme- und Übergabepräzision der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie auch andererseits deren Durchsatzgeschwindigkeit erhöht.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Aufnahmewerkzeug lösbar mit dem Aufnahmekopf bzw. dem Basiskörper verbunden. Dadurch ist gewährleistet, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung mit verschiedenartigen Aufnahmewerkzeugen bestückt werden kann, wodurch sich der Einsatzbereich der Vorrichtung deutlich erweitert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Aufnahmewerkzeug federnd gelagert. Durch die Anfederung des Aufnahmewerkzeugs werden vorteilhafterweise Belastungsspitzen auf der Bauteiloberfläche vermieden, so daß eine Beschädigung der aufzunehmenden Bauteile durch die erfindungsgemäße Aufnahme- und Übergabevorrichtung nahezu ausgeschlossen ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Lage des Aufnahmekopfs zu der optischen Achse des optischen Systems mittels einer Justiervorrichtung einstellbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb eines die Rotationswelle aufnehmenden Rotationsarms mindestens eine Vakuum- und Druckluftleitung zur mediumleitenden Verbindung mit dem Aufnahmekopf und dem Aufnahmewerkzeug angeordnet. Dadurch wird vorteilhafterweise vermieden, daß ein zusätzlicher Druckluft- oder Vakuumanschlussschlauch mitgedreht werden muss.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Figur 1 eine schematisch in einer Seitenansicht dargestellte erfindungsgemäße

Aufnahme- und Übergabevorrichtung;

Figur 2 eine schematisch in einer weiteren Seitenansicht dargestellte Aufnahme- und Übergabevorrichtung gemäß Figur 1; und

Figur 3 eine schematisch dargestellte Aufsicht auf die erfindungsgemäße Aufnahme- und Übergabevorrichtung.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufnahme- und Übergabevorrichtung 10, insbesondere eine Aufnahme- und Übergabevorrichtung für eine vollautomatische Montagevorrichtung zur Herstellung mikrosystemtechnischer Produkte sowie für Montageaufgaben in der Halbleiterindustrie. Die Aufnahme- und Übergabevorrichtung 10 weist einen Aufnahmekopf 12 mit einem lösbar und wechselbar angeordnetem Aufnahmewerkzeug 14 zur Aufnahme eines Bauteils (nicht dargestellt) von einem Bauteilreservoir 54 und zur Übergabe des Bauteils an ein Montagewerkzeug (nicht dargestellt) auf. Man erkennt, daß die Aufnahme- und Übergabevorrichtung 10 eine Hebe- und Senkvorrichtung 26 zur Bewegung des Aufnahmekopfs 12 senkrecht zu einer Ebene des Bauteilreservoirs 54 aufweist. Ein Rotationsantrieb 18 ist über eine Rotationswelle 20 mit dem Aufnahmekopf 12 verbunden und bewirkt die Drehung des Aufnahmekopfs 12. Vor der Drehung des

Aufnahmekopfs 12 mit dem bereits aufgenommenen Bauteil erfolgt ein Anheben des Aufnahmekopfs 12 aus der Ebene des Bauteilreservoirs 54 mittels der Hebe- und Senkvorrichtung 26. Die Hebe- und Senkvorrichtung 26 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Exzenter mit einem Exzenterantrieb 24 und einer Exzenterscheibe 52. Die Rotationswelle 22 ist innerhalb eines Rotationsarms 30 geführt. Der Rotationsarm 30 ist zu einem Exzenterarm 28 beweglich ausgebildet. Hierzu sind zwei Führungselemente 32 vorgesehen, die in entsprechenden Ausnehmungen 34, 36 der Arme 28, 30 gelagert sind. Innerhalb des Rotationsarms 30 ist zudem mindestens eine Vakuum- und Druckluftleitung zur mediumleitenden Verbindung mit dem Aufnahmekopf 12 und dem Aufnahmewerkzeug 14 angeordnet (nicht dargestellt). Dadurch ist es möglich, daß die aufzunehmenden Bauteile mittels Unterdruck im Aufnahmewerkzeug 14 an diesem gehalten und bei Luftzuführung abgegeben werden.

Des weiteren erkennt man, daß die Aufnahme- und Übergabevorrichtung 10 ein optisches System 48 zur Aufnahme und Bestimmung der Relativlage des aufzunehmenden Bauteils aufweist. Das optische System 48 ist üblicherweise eine digitale Kamera.

Der Aufnahme körper 12 weist einen Basiskörper 40 mit dem Aufnahmewerkzeug 14 auf, wobei das Aufnahmewerkzeug 14 in einer Buchse 16 angeordnet ist. Zudem ist das Aufnahmewerkzeug 14 federnd gelagert. An dem dem Aufnahmewerkzeug 14 gegenüberliegenden Ende weist der Aufnahmekopf 12 ein Ausgleichselement 44 zum Ausgleich von Unwuchten auf.

Die Aufnahme- und Übergabevorrichtung 10 weist des weiteren eine Justiervorrichtung 46 auf, mit der die Lage des Aufnahmekopfs 12 zu der optischen Achse 50 des optischen Systems 48 einstellbar ist.

Die Aufnahme- und Übergabevorrichtung 10 weist zudem eine Montage- und Befestigungsplatte 56 zur Befestigung oder Bewegung innerhalb einer größeren Montageeinheit auf.

Figur 2 zeigt eine weitere schematische Seitenansicht der Aufnahme- und Übergabevorrichtung 10. Man erkennt, daß der Basiskörper 40 über ein Verbindungselement 42 mit der Rotationswelle 20 des Rotationsantriebes 18 verbunden ist. Dabei kann der Basiskörper 40 und das Verbindungselement 42 einstückig ausgebildet sein. Des weiteren erkennt man, daß der Aufnahmekopf 12 rotationssymetrisch ausgebildet ist. Wie bereits erwähnt, weist hierfür das Verbindungselement 42 das Ausgleichselement 44 zum Ausgleich von Unwuchten des Aufnahmekopfes 12 auf.

Figur 3 zeigt eine Aufsicht auf die Aufnahme- und Übergabevorrichtung 10. Aus dieser Figur wird deutlich, daß der Mittelpunkt des Basiskörpers 40 des Aufnahmekopfes 12 versetzt zu der Rotationsachse 22 des Rotationsantriebs 18 angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, daß während der Drehung des Aufnahmekopfs 12 mit dem aufgenommenen Bauteil der Aufnahmekopf 12 insgesamt aus der optischen Achse 50 des optischen Systems 48 ausgeschränkt wird und so eine zeitgleiche Aufnahme und Bestimmung der Relativlage eines nachfolgend durch den Aufnahmekopf 12 aufzunehmenden Bauteils aus dem Bauteilreservoir 54 ermöglicht wird.

Claims

1. Aufnahme- und Übergabevorrichtung, insbesondere für eine vollautomatische Montagevorrichtung zur Herstellung mikrosystemtechnischer Produkte sowie für Montageaufgaben in der Halbleiterindustrie, mit einem Aufnahmekopf (12) mit mindestens einem Aufnahmewerkzeug (14) zur Aufnahme eines Bauteils von einem Bauteilreservoir (54) und zur Übergabe des Bauteils an ein Montagewerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme- und Übergabevorrichtung (10) eine Hebe- und Senkvorrichtung (26) zur Bewegung des Aufnahmekopfs (12) senkrecht zu einer Ebene des Bauteilreservoirs (54) aufweist, wobei vor der Drehung des Aufnahmekopfs (12) mit dem aufgenommenen Bauteil mittels eines Rotationsantriebs (18) ein Anheben des Aufnahmekopfs (12) aus der Ebene des Bauteilreservoirs (54) mittels der Hebe- und Senkvorrichtung (26) erfolgt und an der Aufnahme- und Übergabevorrichtung (10) ein optisches System (48) zur Aufnahme und Bestimmung der Relativlage des aufzunehmenden Bauteils angeordnet ist, wobei während der Drehung des Aufnahmekopfs (12) mit dem aufgenommenen Bauteil der Aufnahmekopf (12) aus einer optische Achse (50) des optischen Systems (48) ausgeschwenkt ist und so eine zeitgleiche Aufnahme und Bestimmung der Relativlage eines nachfolgend durch den Aufnahmekopf (12) aufzunehmenden Bauteils aus dem Bauteilreservoir (54) ermöglicht wird.

2. Aufnahme- und Übergabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekopf (12) einen Basiskörper (40) mit dem Aufnahmewerkzeug (14) aufweist, wobei der Mittelpunkt des Basiskörpers (40) versetzt zu einer Rotationsachse (22) des Rotationsantriebs (18) angeordnet ist.

3. Aufnahme- und Übergabevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiskörper (40) über ein Verbindungselement (42) mit einer Rotationswelle (20) des Rotationsantriebs (18) verbunden ist.

4. Aufnahme- und Übergabevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Basiskörper (40) und das Verbindungselement (42) einstückig ausgebildet sind.

5. Aufnahme- und Übergabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekopf (12) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.

6. Aufnahme- und Übergabevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (42) ein Ausgleichselement (44) zum Ausgleich von Unwuchten des Aufnahmekopfs (12) aufweist.

7. Aufnahme- und Übergabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmewerkzeug (14) lösbar mit dem Aufnahmekopf (12) bzw. dem Basiskörper (40) verbunden ist.

8. Aufnahme- und Übergabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmewerkzeug (14) federnd gelagert ist.

9. Aufnahme- und Übergabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebe- und Senkvorrichtung (26) ein Exzenter ist.

10. Aufnahme- und Übergabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Aufnahmekopfs (12) zu der optischen Achse (50) des optischen Systems (48) mittels einer Justiervorrichtung (46) einstellbar ist.

11. Aufnahme- und Übergabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines die Rotationswelle (20) aufnehmenden Rotationsarms (30) mindestens eine Vakuum- und Druckluftleitung zur mediumleitenden Verbindung mit dem Aufnahmekopf (12) und dem Aufnahmewerkzeug (14) angeordnet ist.

12. Aufnahme- und Übergabevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme- und Übergabevorrichtung (10) mit dem Aufnahmekopf (12) gegenüber dem optischen System (48) schwenkbar ausgebildet ist.