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WO1989001732A1 - Element de suspension d'un bras de manutention - Google Patents

Element de suspension d'un bras de manutention Download PDF

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Publication number
WO1989001732A1
WO1989001732A1 PCT/CH1988/000139 CH8800139W WO8901732A1 WO 1989001732 A1 WO1989001732 A1 WO 1989001732A1 CH 8800139 W CH8800139 W CH 8800139W WO 8901732 A1 WO8901732 A1 WO 8901732A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
arm
spring
receiving
bond
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CH1988/000139
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Jutrzenka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ASEM GmbH
Original Assignee
ASEM GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ASEM GmbH filed Critical ASEM GmbH
Publication of WO1989001732A1 publication Critical patent/WO1989001732A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H10P72/0446—
    • H10P72/7602—

Definitions

  • the invention relates to a bearing element for a bond arm, in particular for receiving semiconductor elements, e.g. Chips, by means of a receiving arm from a carrier element and for the transmission thereof to a fastening point on a carrier substrate, the receiving arm being fastened to a transducer holder and being deflectable relative to the latter, a lifting device being provided for raising the receiving arm at its receiving end; it also relates to a bond arm, in particular for using such a bearing element.
  • semiconductor elements e.g. Chips
  • Such bond arms or bond rotors are used in practice in various embodiments. They are primarily used to remove chips from a carrier film and transfer them to a carrier substrate. There they are e.g. glued or soldered. In known bonding arms, axis or bushing arrangements are generally provided for storage. Stepper motors, which can be provided both for controlling the rotational movement of a bond arm and for lifting the pick-up tip of the bond arm, are mostly used for deflection.
  • the various bearing clearances have a disadvantage, both in the drive and in the bearing elements.
  • the relatively high accelerations in mass - a chip is removed from the carrier film in less than one second, positioned and transferred by rotating the bond arm and then lowering the bond arm - lead to high maintenance costs.
  • the speed of most known designs the chip transmission is limited both by the bearing element and by the drive device, in particular the lifting device.
  • the invention has for its object to avoid the disadvantages of the known. According to the invention, this is achieved in particular in that the receiving arm is connected to the holder by at least one spring element with at least two springs crossing at an angle of less than 90 °, and in that the point of intersection of the springs acts approximately as a fulcrum for the receiving arm is provided for lifting movements.
  • a bearing element can be constructed with practically no play, with low weight and practically complete freedom from maintenance being additionally achievable.
  • the spring elements have leaf springs, optimum torsional and bending stability can be achieved transversely to the leaf spring, i.e. reach across the receiving arm and across the direction of rotation. This ensures high acceleration without play and wear.
  • a low pivot point of the bond arm can also be achieved by the spring elements, which is advantageous with regard to various fields of application.
  • the spring elements can also be designed as spring bars.
  • the spring elements can be made of different metallic or non-metallic materials. Spring steel has proven particularly useful for most applications. If the springs on both sides of the "pivot point" are clamped in at least one bearing block each, the bearing element can be designed particularly advantageously as a complete, possibly also interchangeable component.
  • the springs ie, for example, the crossing leaf springs or spring bars, can be fixed in the bearing blocks in a positive or non-positive manner. Screw, soft solder and clamp connections have proven particularly useful. If the bearing element is to be designed to be particularly flat in order to achieve lower pivot points, the crossing springs can advantageously be arranged at an angle of less than 45 ° or even at an angle of 30 ° to one another.
  • the bearing blocks By dividing the bearing blocks into individual sections, it can be achieved that different components of the receiving arm are attached to the same bearing element and that these can be deflected differently if necessary. With regard to optimizing security stability, especially in the case of rapid rotational movements, it is particularly advantageous if the outer bearing blocks are used for holding. of the receiving arm itself are provided.
  • the bending characteristics, in particular the bending stability and the damping property of the bearing element can be improved if the springs are at least partially surrounded by an elastic body, in particular are cast into it. This can e.g. easily realized with rubber or polyurethane materials in a known manner.
  • the lifting device has an eccentric drive
  • the force transmission by means of a shear-resistant and kink-resistant spring in particular a leaf spring
  • a shear-resistant and kink-resistant spring in particular a leaf spring
  • the elasticity of the spring causing the lifting device ie the eccentric drive and thus keeps the drive motor free from external moments.
  • this release of external moments and sudden accelerations ensures exact positioning.
  • the “skipping” or “overturning” of positioning steps is avoided and an increase in drive speed is also possible.
  • a compensating spring element is provided to reduce contact pressures.
  • the compensating spring element can be provided practically at any point of power transmission between the lifting device and the bond arm tip.
  • An arrangement has proven particularly useful in which a pivotally mounted lever arm is provided for the transmission of force and thrust from the lifting device to the receiving arm, on which the lifting device engages on the one hand, and which is non-positively and / or positively connected to the receiving arm on the other hand .
  • the power transmission for generating lifting movements thus runs from the lifting device via the lever arm to the receiving arm. This makes it possible to connect the lever arm to the receiving arm by means of the compensating spring element. Excessive contact pressures are taken over by the compensating spring element which, according to its spring force, has a relative movement of Allows lever arm and receiving arm.
  • the lever arm and the receiving arm are each pivotably mounted on different bearing blocks of the spring element.
  • FIG. 1 shows the schematic arrangement of a bond arm according to the invention with the new bearing element
  • FIG. 2 shows a top view of the arrangement according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a bearing element according to FIG. 1 on an enlarged scale
  • FIG. 3a shows a side view of the bearing element according to FIG. 3,
  • FIG. 4 ⁇ the side view of a cast-in bearing element
  • FIG. 5 shows the side view of a further modified bearing element with a single leaf spring
  • FIG. 6 shows the schematic representation of a modified exemplary embodiment of a bond arm
  • Figure 7 is a plan view of the bearing element used in Figure 6, and
  • FIG. 8 shows the perspective illustration of a further modified bond arm with the features of the invention.
  • the receiving arm 1 of a schematically illustrated bonding arm 2 is fastened to a bearing holder 5 at its bearing end 3 by a spring element 4.
  • the spring element 4 consists of two bearing blocks 6 and 7, which receive leaf springs 8 in longitudinal slots.
  • the leaf springs 8 are alternately arranged obliquely at an angle oc such that a crossing point 9 results.
  • a lifting device 11 exerts a pull or push on a lever 12, which in turn is rigidly connected to the receiving arm 1.
  • the lifting device 11 is connected to the sensor holder 5 by an axis 16. Each deflection of the lever 12 leads to a pivoting of the receiving arm 1 about the crossing point 9 of the spring element 4.
  • the crossing arrangement of the leaf springs 8 results in each Swiveling the receiving arm 1 in the leaf springs a train, while the leaf springs 8 of the other inclined position are subjected to pressure. This supports the desired effect that at small deflection angles of the receiving arm 1, the crossing point 9 remains practically stationary as the fulcrum for the receiving arm 1. Such small deflection angles of the receiving ear 1 are the rule in the conventional bond arm constructions.
  • a second leaf spring arrangement 13 is provided for power transmission between see the lifting device 11 and the lever 12.
  • the leaf spring 13 is resistant to shear and buckling against shear forces and lateral forces of the lever 12. In contrast, each time the lever arm 12 is deflected to raise the receiving end 10, the spring 13 can bend elastically.
  • a stepping motor serves to extend or retract a push rod 11a of the lifting device 11.
  • other drive devices such as Use hydraulic or electromechanical type.
  • the bracket 5 is attached via an axis 15 to a stationary rotary drive 14.
  • the holder 5 and the holding arm 1 fastened to it by means of the spring element 4 can be rotated and placed, the connection of the holder 5 and the lifting device 11, which is indicated by dashed lines at 16, also rotating the latter.
  • the lifting arm 1 can be raised or lowered by the lifting device 11, so that the rotary movement and the lifting movement can be superimposed to save cycle times.
  • the leaf spring arrangement 13 arranged approximately perpendicular to the plane of the axis 15 is rigid in the direction of rotation. This applies to an increased extent to the leaf springs 8 of the spring element 4, which ensure a play-free and rigid connection.
  • Figure 4 shows a modified embodiment of a spring element 4, in which the crossing springs 8a or 8b are cast in a polyurethane block 17, which is connected both to the springs 8 and to the bearing blocks 6 and 7.
  • the polyurethane block 17 dampens the spring characteristic and also holds the leaf springs 8a and 8b together at the crossing point 9.
  • FIG. 5 shows, instead of the intersecting leaf springs 8, a leaf spring 8c connecting the bearing blocks 6 and 7 in a straight line. Such an arrangement is conceivable if the lifting movement of the receiving arm 1 is extremely small.
  • the same parts are designated with the same reference numerals as in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2.
  • the main difference is evidently that the lever 12 is not rigidly connected to the receiving arm 1.
  • the receiving arm 1 is fork-shaped at its bearing end, the lever 12 being provided in the middle space thus created on the arm 1.
  • the bearing block 7 is divided into three sections, the receiving arm 1 being fastened to the sections 7a and the lever 12 to the section 7b. Obviously, lever 12 and receiving arm 1 can thereby be pivoted relative to one another about pivot point 9 of spring element 4.
  • the lever 12 abuts a stop screw 19, on the one hand, with which the relative position of the lever 12 and the receiving arm 1 can be adjusted to one another.
  • the lever 12 is pressed non-positively against the stop screw 19 by a compensating spring element designed as a tension spring 20.
  • the bias of the tension spring 20 is adjustable in a known manner by means of an adjusting screw 20a.
  • the separate pivotability of the lever 12 on the bearing block 7b serves " in connection with the tension spring 20 and the stop screw 19 for a multiple purpose: if in the course of operation when a schematically represented chip 21 is picked up, it is released from a carrier element 22 and is pressed against the receiving end 10 from below in the direction of arrow 23 (FIG. 6), so after overcoming the presettable force of the tension spring 20 it can be lifted and can be pivoted upwards around the bearing blocks 7a.
  • the stop screw 19 is released from the lever 12 so that no pivoting or displacement of the lever 12, the leaf spring arrangement 13 or the lifting device 11 is required.
  • both the rest position of the receiving arm 1 can be easily adjusted by the stop screw 19, the pretensioning force with which the receiving end 10 is held down against the pressing force of the chip 21 separately by means of the adjustment screw 20a and / or the dimensioning the tension spring 20 is adjustable.
  • FIG. 8 shows an embodiment which is somewhat modified in construction compared to FIGS. 6 and 7, in which the same parts are otherwise provided with the same reference numbers.
  • the receiving arm 1 is designed like a fork, so that the lever 12 is arranged in the free intermediate part and fastened to the bearing block 7b can be.
  • the receiving arm 1 itself is attached to the bearing blocks 7a, so that a relative movement to the lever 12 is made possible.
  • the stop screw 19 serves to adjust the rest position of the lever 12 and the receiving arm 1.
  • the tension spring 20 connects the lever 12 and the receiving arm 1 until the compensating spring force is reached. This enables the receiving end 10 to be raised relative to the lever 12 when the chip is received.
  • the receiving end 10 is lowered, the force which can be exerted by the lifting device 11 is limited by the tension spring 20 - the receiving end 10 is stopped when the predetermined contact pressure is reached, while the lever 12 can be deflected further.
  • the drive device for the rotary drive 14 and the lifting device 11 are each indicated schematically by toothed wheels and toothed belt arrangements.
  • the lifting device 11 is designed in a particularly advantageous manner as an eccentric drive 24.
  • a disk 26 is arranged eccentrically on a drive axle 25.
  • the disk 26 is in turn held in a bearing 27, which holds the second leaf spring 13 via a clip 28, which serves for the push-resistant and kink-resistant transmission of stroke deflections to the lever 12.
  • the forced coupling of the receiving arm 1 and the lifting device 11 is achieved without attacking external moments, which is of particular benefit to the fact that it is free of maintenance and wear and prevents the drive motor, particularly a stepping motor, from braking or over-rotating.
  • the spring element guarantees a high degree of rigidity when turning, while at the same time being maintenance and wear-free. As a result, the cycle times of the bond arm can be reduced and, at the same time, the ease of maintenance and the placement accuracy can be drastically increased.

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Description

Laqerelement für einen Bondarm und Bondarm zur Verwendung desselben
Die Erfindung betrifft ein Lagerelement für einen Bondarm, insbesondere zum Aufnehmen von Halbleiterelementen, z.B. Chips, durch einen Aufnahmearm von einem Trägerelement und zu deren Uebertragung auf einen Befestigungspunkt auf einem Trägersubstrat, wobei der Aufnahmearm an einer Aufnehmerhal- terung und relativ zu dieser auslenkbar befestigt ist, wobei eine Hubeinriσhtung zur Anhebung des Aufnahmearms an dessen Aufnahmeende vorgesehen ist; sie bezieht sich ausserdem auf einen Bondarm, insbesondere zur Verwendung eines solchen Lagerelements.
Solche Bondarme oder Bondrotoren werden in der Praxis in verschiedenen Ausführungsformen angewendet. Sie werden vor allem dazu eingesetzt, Chips von einer Trägerfolie abzunehmen und auf ein Trägersubstrat zu übertragen. Dort werden sie mittels verschiedener Techniken z.B. verklebt oder angelötet. Bei bekannten Bondarmen sind in der Regel Achsen- oder Buch¬ senanordnungen zur Lagerung vorgesehen. Zum Auslenken dienen meistens Schrittmotoren, die sowohl zur Ansteuerung der Rota¬ tionsbewegung eines Bondarms als auch zum Anheben der Aufneh¬ merspitze des Bondarms vorgesehen sein können.
Nachteilig wirken sich bei bekannten Konstruktionen vor allem die verschiedenen Lagerspiele sowohl beim Antrieb als auch - bei den Lagerelementen aus. Die relativ hohen Massenbeschleu¬ nigungen - ein Chip wird in weniger als einer Sekunde von der Trägerfolie abgenommen, durch Verdrehung des Bondarms und darauffolgendes Absenken des Bondarms positioniert und über¬ tragen - führen zu hohen Wartungsaufwendungen. Ausserdem ist bei den meisten bekannten Konstruktionen die Geschwindigkeit der Chip-Uebertragung sowohl durch das Lagerelement als auch durch die Antriebs-, insbesondere die Hubeinrichtung be¬ grenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden. Erfindungsgemäss wird dies insbeson¬ dere dadurch erreicht, dass der Aufnahmearm durch wenigstens ein Pederelement mit wenigstens zwei sich unter einem Winkel von weniger als 90° kreuzenden Federn mit der Halterung ver¬ bunden ist, und dass der Kreuzungspunkt der Federn etwa als Drehpunkt für den Aufnahmearm bei Hubbewegungen vorgesehen ist. Ein solches Lagerelement lässt sich praktisch spielfrei konstruieren, wobei niederes Gewicht und praktisch vollstän¬ dige Wartungsfreiheit zusätzlich erreichbar ist.
Insbesondere wenn die Federelemente Blattfedern aufweisen, lässt sich optimale Torsions- und Biegestabilität quer zur Blattfeder, d.h. quer zum Aufnahmearm und quer zur Rotations¬ richtung erreichen. Dies gewährleistet hohe Beschleunigung ohne Spiel und Verschleiss. Auch lässt sich durch die Feder¬ elemente ein tiefer Drehpunkt'des Bondarmes erreichen, was im Hinblick auf verschiedene Anwendungsgebiete von Vorteil ist.
Durch die erfindungsgemäss erreichbare Scherstabilität und und Spielfreiheit wird zudem eine grössere Aufsetzgenauigkeit des Bondarms nur durch Verwendung der neuen Lagerelemente ermöglicht.
In bestimmten Anwendungsfällen lassen sich die Federelemente auch als Federstäbe ausbilden.
Selbstverständlich können die Federelemente aus verschiedenen metallischen oder nicht metallischen Werkstoffen hergestellt sein. Besonders bewährt hat sich für die meisten Anwendungs¬ fälle Federstahl. Wenn die Federn auf beiden Seiten des "Drehpunktes" in wenig¬ stens je einem Lagerblock eingespannt sind, lässt sich das Lagerelement besonders vorteilhaft als komplettes, ggf. auch auswechselbares Bauteil ausbilden. Die Federn, d.h. also z.B. die sich kreuzenden Blattfedern oder Federstäbe, können form- oder kraftschlüssig in den Lager-Blöcken befestigt werden. Bewährt haben sich besonders Schraub-, Weichlot- und Klemm¬ verbindungen. Sofern zur Erreichung niederer Drehpunkte das Lagerelement besonders flach ausgebildet sein soll, können die sich kreuzenden Federn vorteilhaft unter einem Winkel von weniger als 45° bzw. sogar unter einem Winkel von 30° zuein¬ ander angeordnet sein.
Durch Unterteilung der Lagerblöcke in einzelne Abschnitte lässt sich erreichen, dass am selben Lagerelement verschiede¬ ne Bauteile des Aufnahmearms befestigt und diese ggf. unter¬ schiedlich ausgelenkt werden können. Im Hinblick auf Optimie¬ rung von Sσherstabilität vor allem bei schnellen Rotationsbe¬ wegungen ist es besonders vorteilhaft, wenn dabei die äusse- ren Lagerblöcke zur Halterung. des Aufnahmearms selbst vorge¬ sehen sind.
In bestimmten Anwendungsfällen kann sich die Biegecharakteri¬ stik, vor allem die Biegestabilität und die Dämpfungseigen¬ schaft des Lagerelements verbessern lassen, wenn die Federn wenigstens teilweise von einem elastischen Körper umgeben, insbesondere in diesen eingegossen sind. Dies lässt sich z.B. mit Kautschuk- oder Polyurethanmassen in bekannter Weise einfach verwirklichen.
Besonders zuverlässige Spielfreiheit in Verbindung mit besten Verschleisseigenschaften, hoher Steifigkeit gegenüber Träg¬ heitskräften und niederes Gewicht lassen sich erreichen durch die Kombination der Verwendung eines Federelements als .Lager¬ element und einer in ihrer axialen und parallel zum Aufnahme¬ arm verlaufenden Ebene elastischen, aber schub- und knick- steifen Kraftübertragungseinrichtung zur Uebertragung von Hubbewegungen von der Hubeinrichtung auf den Aufnahmearm. In der praktischen Realisierung lässt sich als Kraftübertra¬ gungseinrichtung ganz besonders vorteilhaft ein zweites Federelement, vorzugsweise eine Blattfeder, vorsehen. Dadurch lassen sich sowohl beim Lagerelement als auch bei der Kraft¬ übertragungseinrichtung herkömmliche Kugellager oder Büchsen¬ lager eliminieren. Insbesondere wenn die Hubeinrichtung einen Exzenterantrieb aufweist, lässt sich dabei durch die Kraft¬ übertragung mittels einer schub- und knicksteifen Feder, insbesondere einer Blattfeder, quasi eine Zwangskopplung von Hubantrieb und Bondarm erreichen, wobei die Elastizität der Feder die Hubeinrichtung, d.h. den Exzenterantrieb und damit den Antriebsmotor, von äusseren Momenten freihält. Vor allem beim Einsatz von Schrittmotoren gewährleistet dieses Frei¬ stellen von äusseren Momenten und sprunghaften Beschleunigun¬ gen eine exakte Positionierung. Das "Ueberspringen" oder "Ueberdrehen" von Positionierungsschritten wird vermieden und zusätzlich ist eine Steigerung der Antriebsgeschwindigkeit möglich. Um den Anpressdruck des Aufnahmearms beim Aufsetzen kontrollieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn ein Aus¬ gleichs-Federelement zur Reduzierung von Anpressdrucken vor¬ gesehen ist. Das Ausgleichs-Federelement lässt sich praktisch an jedem Ort der Kraftübertragung zwischen Hubeinrichtung und Bondarm-Spitze vorsehen. Besonders bewährt hat sich eine Anordnung, bei welcher zur Kraft- und Schubübertragung von der Hubeinrichtung auf den Aufnahmearm ein verschwenkbar gelagerter Hebelarm vorgesehen ist, an welchem einerseits die Hubeinrichtung angreift, und der andererseits mit dem Aufnah¬ mearm kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist. Die Kraft¬ übertragung zur Erzeugung von Hubbewegungen verläuft also von der Hubeinrichtung über den Hebelarm zum Aufnahmearm. Dies ermöglicht es, den Hebelarm durch das Ausgleichs-Federelement mit dem Aufnahmearm zu verbinden. Zu grosse Anpressdrücke werden durch das Ausgleichs-Federelement übernommen, das entsprechend seiner Federkraft eine Relativbewegung von Hebelarm und Aufnahmearm zulässt. Als kompakte, biegesteife und trotzdem leichte Konstruktion hat es sich bewährt, wenn der Hebelarm und der Aufnahmearm jeweils an verschiedenen Lagerblöcken des Federelements einzel verschwenkbar gelagert sind.
Dies lässt sich besonders einfach dadurch erreichen, dass der Aufnahmearm an seinem Lager-Ende gabelartig gespreizt und mit den äusseren Lager-Blöcken des Federelements verbunden ist, und dass der Hebelarm in dem vom Aufnahmearm freigehaltenen Mittelabschnitt mit dem bzw. den mittleren Lagerblöcken des Federelements verbunden ist.
Diese Anordnung gewährleistet auf optimal einfache Weise die Verwirklichung der vorstehend geschilderten Vorteile in Kom¬ bination der einzelnen Massnahmen und Elemente.
Die Erfindung ist nachstehend in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 die schematisσhe Anordnung eines erfindungsge ässen Bondarms mit dem neuen Lagerelement,
Figur 2 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäss Figur 1,
Figur 3 ein Lagerelement gemäss Figur 1 in vergrössertem Massstab,
Figur 3a eine Seitenansicht des Lagerelements gemäss Figur 3,
Figur 4 ~ die Seitenansicht eines eingegossenen Lagerelements,
Figur 5 die Seitenansicht eines weiter abgewandelten Lagerelements mit einer einzelnen Blattfeder, Figur 6 die schematische Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Bondarms,
Figur 7 eine Draufsicht auf das in Figur 6 verwendete Lagerelement, und
Figur 8 die perspektivische Darstellung eines weiter abgewandelten Bondarms mit den Merkmalen der Erfin¬ dung.
Gemäss Figur 1 und 2 ist der Aufnahmearm 1 eines schematisch dargestellten Bondarms 2 an seinem Lagerende 3 durch ein Federelement 4 an.einer Aufnehmer-Halterung 5 befestigt. Das Federelement 4 besteht aus zwei Lager-Blöcken 6 und 7, welche Blattfedern 8 in Längsschlitzen aufnehmen. Die Blattfedern 8 sind unter einem Winkel oc abwechselnd derart schräg zueinan¬ der angeordnet, dass sich ein Kreuzungspunkt 9 ergibt. Zum Anheben oder Absenken des Aufnahmeendes 10 uss ersichtli¬ cherweise lediglich mittels einer Hubeinrichtung 11 ein Zug oder Schub auf einen Hebel 12 ausgeübt werden, der seiner¬ seits mit dem Aufnahmearm 1 starr verbunden ist. Die Hubein¬ richtung 11 ist durch eine Achse 16 mit der Aufnehmerhalte- rung 5 verbunden. Jede Auslenkung des Hebels 12 führt zu einem Verschwenken des Aufnahmearms 1 um den Kreuzungspunkt 9 des Federelements 4. Durch die kreuzende Anordnung der Blatt¬ federn 8 (auf eine schräg nach rechts geneigte Blattfeder folgt jeweils eine schräg nach links geneigte Blattfeder 8) entsteht bei jedem Verschwenken des Aufnahmearms 1 in den Blattfedern ein Zug, während die Blattfedern 8 der anderen Schräglage auf Druck beansprucht werden. Dies unterstützt den gewünschten Effekt, dass bei kleinen Auslenkungswinkeln des Aufnahmearms 1 der Kreuzungspunkt 9 als Drehpunkt für den Aufnahmearm 1 praktisch stationär bleibt. Derart kleine Aus- lenkungswinkel des Aufnah earms 1 sind bei den gebräuchlichen Bondarm-Konstruktionen die Regel. Zur Kraftübertragung zwi- sehen der Hubeinrichtung 11 und dem Hebel 12 ist eine zweite Blattfeder-Anordnung 13 vorgesehen. Gegenüber Schubkräften und seitliche wirkenden Kräften des Hebels 12 ist die Blatt¬ feder 13 schub- und knicksteif. Bei jeder Auslenkung des Hebelarms 12 zur Anhebung des Aufnahmeendes 10 kann sich die Feder 13 dagegen elastisch durchbiegen.
Zum Ausfahren bzw. Einziehen einer Schubstange 11a der Hub¬ einrichtung 11 dient ein nicht näher dargestellter Schritt¬ motor. Selbstverständlich lassen sich auch andere Antriebs¬ einrichtungen, wie z.B. hydraulischer oder elektromechani- scher Art verwenden.
Die Halterung 5 ist über eine Achse 15 an einem stationär befestigten Rotationsantrieb 14 befestigt. Dadurch lässt sich die Aufneh erhalterung 5 und der mittels des Federelements 4 daran befestigte Aufnahmearm 1 drehen und plazieren, wobei durch die gestrichelt bei 16 angedeutete Verbindung von Auf- nehmer-Halterung 5 und Hubeinrichtung 11 letztere jeweils mitgedreht wird. Völlig unabhängig von der jeweiligen Dreh- Position lässt sich also durch die Hubeinrichtung'11 der Aufnahmearm 1 anheben oder absenken, so dass Drehbewegung und Hubbewegung zur Einsparung von Taktzeiten überlagert werden können. Die etwa senkrecht zur Ebene der Achse 15 angeordnete Blattfeder-Anordnung 13 ist in Drehrichtung biegesteif. Dies gilt in verstärktem Masse für die Blattfedern 8 des Federele¬ ments 4, die eine spielfreie und steife Verbindung gewährlei¬ sten.
In Figur 3 und 3a ist ein Federelement mit den Lagerblöcken 6 und 7 und den Blattfedern 8 dargestellt. Dabei sind Federn einer Schräglage jeweils mit a und Federn der anderen Schräg¬ lage jeweils mit b (Figur 3a) gekennzeichnet.
Figur 4 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Federelements 4, bei welchem die sich kreuzenden Federn 8a bzw. 8b in einem Polyurethan-Block 17 vergossen sind, welcher sowohl mit den Federn 8 als auch mit den Lagerblöcken 6 und 7 verbunden ist. Der Polyurethan-Block 17 bewirkt eine Dämpfung der Federcharakteristik und hält ausserdem die Blattfedern 8a und 8b im Kreuzungspunkt 9 zusammen.
Figur 5 zeigt anstelle der sich kreuzenden Blattfedern 8 eine die Lagerblöcke 6 und 7 geradlinig verbindende Blattfeder 8c. Eine solche Anordnung ist denkbar, sofern die Hubbewegung des Aufnahmearms 1 äuserst gering ist.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 6 und 7 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen wie beim Ausführungsbei¬ spiel gemäss Figur 1 und 2 bezeichnet. Der wesentliche Unter¬ schied besteht ersichtlicherweise darin, dass der Hebel 12 nicht starr mit dem Aufnahmearm 1 verbunden ist. Zu diesem Zweck ist der Aufnahmearm 1 an seinem Lager-Ende gabelartig ausgebildet, wobei der Hebel 12 im so geschaffenen mittleren Freiraum des Auf ahmearms 1 vorgesehen ist. Ausserdem ist der Lagerblock 7 in -drei Abschnitte unterteilt, wobei der Aufnah¬ mearm 1 an den-'Abschnitten 7a und der Hebel 12 am Abschnitt 7b befestigt ist. Ersichtlicherweise lassen sich dadurch Hebel 12 und Aufnahmearm 1 relativ zueinander um den Dreh¬ punkt 9 des Federelements 4 verschwenken.
Der Hebel 12 liegt einerseits an einer Anschlag-Schraube 19 an, mit welcher die Relativlage von Hebel 12 und Aufnahmearm 1 zueinander eingestellt werden kann. Ausserdem wird der Hebel 12 durch ein als Zugfeder 20 ausgebildetes Ausgleichs- Federelement kraftschlüssig gegen die Anschlag-Schraube 19 gepresst. Die Vorspannung der Zugfeder 20 ist mittels einer Justierschraube 20a in bekannter Weise verstellbar.
Die separate Verschwenkbarkeit des Hebels 12 am Lagerblock 7b dient "in Verbindung mit der Zugfeder 20 und der Anschlag- Schraube 19 einem mehrfachen Zweck: Wenn im Betriebsablauf beim Aufnehmen eines schematisch dargestellten Chips 21 die¬ ser von einem Trägerelement 22 gelöst und dazu in Richtung des Pfeils 23 (Figur 6) von unten gegen das Aufnahmeende 10 gepresst wird, so kann dieses nach Ueberwinden der vorein¬ stellbaren Kraft der Zugfeder 20 angehoben und um die Lager¬ blöcke 7a nach oben verschwenkt werden. Dabei löst sich die Anschlag-Schraube 19 vom Hebel 12, so dass keinerlei Ver¬ schwenken oder Verlagern des Hebels 12, der Blattfederanord¬ nung 13 oder der Hubeinrichtung 11 erforderlich wird. Einer¬ seits wird dadurch die konstruktive Gestaltung der Hubein¬ richtung 11 wesentlich vereinfacht, und andererseits werden die beim Anheben des Aufnahmearms 1 bewegten Massen (und damit das Massenträgheitsmoment) auf ein Minimum reduziert. Zudem lässt sich sowohl die Ruhelage des Aufnahmearms 1 durch die Anschlag-Schraube 19 einfachst einstellen, wobei die Vorspannkraft, mit welcher das Aufnahmeende 10 nach unten gegen die Anpresskraft des Chips 21 gehalten wird, separat durch die Justier-Sσhraube 20a und/oder die Dimensionierung der Zugfeder 20 einstellbar ist.
Nach einem Anheben des Aufnahmearms 1 durch einen von unten hochgepressten Chip 21 gegen die Kraft der Zugfeder 20 kann dann z.B. überlagernd durch Betätigung der Hubeinrichtung 11 der Hebel 12 in der Darstellung gemäss Figur 6 nach links verlagert werden, wodurch der Hebel 12 wieder am Anschlag 19 anliegt und bei fortgesetzter Schwenkbewegung den Aufnahmearm 1 weiter zusammen mit dem aufgenommenen Chip 21 anhebt. (Die Uebernahme von Chips durch Bondarme, z.B. durch Ansaugen, ist bekannt und wird hier nicht näher beschrieben.)
Figur 8.zeigt ein konstruktiv gegenüber Figur 6 und 7 etwas abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei welchem im übrigen gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Wie beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 6 und 7 ist der Aufnah¬ mearm 1 gabelartig ausgebildet, so dass der Hebel 12 im freien Zwischenteil angeordnet und am Lagerblock 7b befestigt werden kann. Der Aufnahmearm 1 selbst ist an den Lagerblöcken 7a befestigt, so dass eine Relativbewegung zum Hebel 12 ermöglicht wird. Die Anschlag-Schraube 19 dient der Justie¬ rung der Ruhelage von Hebel 12 und Aufnahmearm 1. Die Zugfe¬ der 20 verbindet Hebel 12 und Aufnahmearm 1 bis zum Erreichen der Ausgleichs-Federkraft formschlüssig. Dadurch ist ein Anheben des Aufnahmeendes 10 bei der Chip-Aufnahme relativ zum Hebel 12 möglich. Ausserdem wird beim Absenken des Auf- nahmeendes 10 die durch die Hubeinrichtung 11 ausübbare Kraft durch die Zugfeder 20 beschränkt - das Aufnahmeende 10 wird beim Erreichen des vorbestimmten Aufsetzdrucks angehalten, während der Hebel 12 weiter ausgelenkt werden kann.
Die Antriebseinrichtung für den Rotationsantrieb 14 und die Hubeinrichtung 11 ist jeweils schematisch durch Zahnräder und Zahnriemen-Anordnungen angedeutet.
Die Hubeinrichtung 11 ist dabei in besonders vorteilhafter Weise als Exzenter-Antfieb 24 ausgebildet. Dabei ist auf einer Antriebsachse 25 eine Scheibe 26 exzentrisch angeord¬ net. Die Scheibe 26 ist ihrerseits in einem Lager 27 gehal¬ ten, welches über eine Spange 28 die zweite Blattfeder 13 hält, welche zur schub- und kniσksteifen Uebertragung von Hub-Auslenkungen auf den Hebel 12 dient.
Ersichtlicherweise bewirkt die Drehung der Antriebsachse 25 eine exzentrische Verlagerung der Scheibe 26.um den Betrag H. Um den gleichen Betrag wird dιe~Blattfeder 13 verlagert, die ihrerseits den Hebel 12 mit dem Lagerblock 7b um den Dreh¬ punkt 9 verschwenkt. Beim Anheben des Aufnahmearms 1 liegt der Hebel 12 dabei an der Anschlag-Schraube 19 an, so dass eine entsprechende Verschwenkung des Aufnahmearms 1, insbe¬ sondere des Aufnahmeendes 10 um den Drehpunkt 9 bewirkt wird. Wird jedoch die Scheibe 26 um den vollen Betrag H nach rechts ausgelenkt, was einer entsprechenden Absenkung des Aufnahme¬ endes 10 entsprechen würde, so kann dieses beim Erreichen der Anpresskraft der Zugfeder 20 in der Absenkbewegung angehalten bzw. im Aufsetzpunkt gestoppt werden, obwohl sich der Hebel 12 an sich durch Auslenkung der Blattfeder 13 noch weiter bewegt und dabei vom Anschlag 19 löst. Auf diese Weise wird zuverlässig jede Beschädigung eines aufzunehmenden oder zu positionierenden Chips vermieden. Dies wird bei grösster Wartungs- und Verschleissfreiheit erreicht, da sowohl die Uebertragung von Hubkräften als auch die Lagerung des Aufnah¬ mearms 1 selbst durch Federn übernommen werden. Die Feder 13 garantiert weitestgehende Steifigkeit und hohe Beschleunigung bei der Absetzbewegung, wobei jedoch durch die Zugfeder 20 Beschädigungen des Chips zuverlässig vermieden werden. Die Zwangskoppiung von Aufnahmearm 1 und Hubeinrichtung 11 wird dabei ohne Angreifen ausserer Momente erreicht, was vor allem der Wartungs- und Verschleissfreiheit zugute kommt und ein Abbremsen oder Ueberdrehen des Antriebsmotors, besonders eines Schrittmotors, vermeidet. Ausserdem garantiert das Federelement hohe Steifigkeit bei Dreh-Beschleunigung bei gleichzeitiger Wartungs- und Verschleissfreiheit. Dadurch lassen sich die Taktzeiten des Bondarms senken und die War¬ tungsfreundlichkeit und die Aufsetzgenauigkeit gleichzeitig drastisch erhöhen.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Figur 8 ist ausserdem keine starre Verbindung von Hubeinrichtung 11 und Rotationsantrieb 14 vorgesehen, wodurch die mit dem Bondarm 2 rotierenden Massen verringert werden. Wird z.B. im Betriebsablauf der Bondarm 2 durch die Achse 15 verdreht, dann lässt sich durch synchrone Verdrehung der Antriebsachse 25 der Hubeinrichtung 11 der jeweilige Hub-Zustand des Bondarms 2 erhalten. Ande¬ rerseits lässt sich auch durch entsprechend unterschiedliche Drehbewegung von Antriebsachse 25 und Achse 15 der Bondarm 2 während der Rotation anheben oder absenken, d.h. beliebig steuern. Die derart einfach erreichbare Ueberlagerung von Hub und Rotation führt zu deutlich höheren Taktzeiten.

Claims

Patentansprüche
1. Lagerelement für einen Bondarm, insbesondere zum Auf¬ nehmen von Halbleiterelementen, z.B. Chips, durch einen Aufnahmearm von einem Trägerelement und zu deren Ueber¬ tragung auf einen Befestigungspunkt auf einem Trägersub¬ strat, wobei der Aufnahmearm an einer Aufnehmer-Halterung und relativ zu dieser auslenkbar befestigt ist, wobei eine Hubeinrichtung zur Anhebung des Aufnahmearms an dessen Aufnahmeende vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmearm (1) durch wenigstens ein Federelement (4) und wenigstens zwei sich unter einem Winkel (c<) von weniger als 90β kreuzenden Federn (8) mit der Halterung (5) verbunden ist, und dass der Kreuzungspunkt (9) der Federn etwa als Drehpunkt für den Aufnahmearm bei Hubbewegungen vorgesehen ist.
2. Lagerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (4) Blattfedern (8) sind.
3. Lagerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (4) als Mehrzahl sich kreuzender Federstäbe ausgebildet sind.
4. Lagerelement 'nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (4) aus Federstahl sind.
5. Lagerelemeπt nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (8) auf beiden Seiten- des Drehpunkts (9) in wenigstens je einen Lager-Block (6 bzw. 7) eingespannt sind.
6. Lagerelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer Seite des Drehpunkts (9) wenig¬ stens zwei und vorzugsweise drei Lagerblöcke (7a, 7b) vorgesehen sind, die jeweils separat zum gegenüberliegen¬ den Lagerblock (6) auslenkbar sind.
7. Lagerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Lagerblöcke (7a) zur Halterung des Aufnahmearms (1) vorgesehen sind.
8. Lagerelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (8) wenig¬ stens teilweise von einem elastischen Körper (17) umge¬ ben, insbesondere in diesen eingegossen sind.
9. Bondarm, insbesondere zur Verwendung eines Lagerelements gemäss Anspruch 1 bis 8, zum Aufnehmen von Halbleiterele¬ menten, z.B. Chips, durch einen Aufnahmearm von einem Trägerelement und deren Uebertragung auf den Befesti¬ gungspunkt auf einem Trägersubstrat, wobei der Aufnahme¬ arm durch ein Lagerelement an einer Aufnehmer-Halterung auslenkbar und mittels einer Hubeinrichtung relativ zu dieser am Aufnahmeende anhebbar befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerelement der Aufnahme-Halte- rung (5) als Federelement (4) ausgebildet ist.
10. Bondarm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Uebertragung von Hubbewegungen von der Hubeinrichtung
(11) eine in ihrer axialen und parallel zum Aufnahmearm verlaufenden Ebene elastische, aber schub- und knick¬ steife Kraftübertragungseinrichtung (13) vorgesehen ist, welche Hubeinrichtung und Aufnahmearm miteinander verbin¬ det.
11. Bondarm nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichsfederelement (20) zur Reduzierung von Anpressdrücken des Aufnahmearms (1) vorgesehen ist.
12. Bondarm nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungseinrichtung für den Aufnahmearm (1) ein zweites Federelement (13) ist.
13. Bondarm nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (13) eine Blattfeder ist.
14. Bondarm nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federelement (13) wenigstens zwei Federstäbe aufweist.
15. Bondarm nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kraft- und Schubübertragung von der Hubeinrichtung (11) auf den Aufnahmearm (1) ein ver¬ schwenkbar gelagerter Hebelarm (12) vorgesehen ist, an welchem einerseits die Hubeinrichtung angreift, und der andererseits mit dem Aufnahmearm kraft- und/oder form¬ schlüssig verbunden ist.
16. Bondarm nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (12) durch das Ausgleichsfederelement (20) mit dem Aufnahmearm (1) verbunden ist.
17. Bondarm nach Anspruch 15 oder 16 und 6 oder -7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelarm (12) und der Aufnahme¬ arm (1) jeweils an verschiedenen Lager-Blöcken (7b bzw. 7a) des Federelements (4) jeweils einzeln verschwenkbar gelagert sind.
18. Bondarm nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmearm (1) an seinem Lager¬ ende gabelartig gespreizt und mit den äusseren Lager¬ blöcken (7a) des Federelements (4) verbunden ist, und dass der Hebelarm (12) in dem vom Aufnahmearm (1) freige¬ haltenen Mittelabschnitt mit dem mittleren Lagerblock (7b) des Federelements (4) verbunden ist.
19. Bondarm nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnehmer-Halterung (5) einen Rotationsantrieb (14) zum Verdrehen des Aufnahmearms (1) um eine senkrecht zur Aufnahmeebene stehende Achse (15) aufweist.
20. Bondarm nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft des Ausgleichsfeder¬ elements (20) zur Einstellung des Auflagedrucks des Auf- nahmearms (1) auf das Halbleiterelement bzw. das Träger¬ substrat justierbar ist.
21. Bondarm nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubeinrichtung (11) einen Exzen¬ terantrieb (24) zum Auslenken der Kraftübertragungsein¬ richtung (13) aufweist.
PCT/CH1988/000139 1987-08-14 1988-08-15 Element de suspension d'un bras de manutention Ceased WO1989001732A1 (fr)

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US8651542B2 (en) 2007-06-19 2014-02-18 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Placement device for assembling components in electronic devices

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