用于电子电路制造的设备和方法

专利名称：用于电子电路制造的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于制造电子电路的设备和方法，尤其涉及用于在非平面电路模块基 片上提供部件的设备和方法。
背景技术：
在大多数市场上可获得的电子装置中存在电路板。通常，印刷电路板(PCB)被用 来利用导电路径或轨道机械地支撑并电子地连接电子部件，所述导电路径由层叠在非导电 基片上的铜片蚀刻而成。组装有部件的PCB通常称作印刷电路板组件(PCBA)。这些年来已经研发出许多制造工艺来制造PCBA。绝大多数PCB是通过在整个绝 缘(例如，玻璃纤维或塑料)基片上粘接铜层制成的。然后应用诸如丝网印刷、照相凸版印 刷或PCB铣削等技术从基片上选择性地移除铜，只留下期望的铜路径。在已经制造PCB之 后，附接电子部件以形成PCBA。这些部件可以被附接至设置在PCB外表面上的焊垫(表面 安装)和/或部件引线可以被插入形成于PCB中的通路(通孔安装)。然后使用熔融金属 焊料将部件固定至PCB。目前，大部分PCB的制造是应用表面安装技术进行的，所述表面安装技术包括回 流焊接阶段。在这种技术中，在部件放置之前将板的焊垫覆盖焊膏。然后使用自动化“拾取 并放置”机器将部件定位在板的合适的垫上。所述板然后被放在回流焊接炉中，所述炉通常 包括多个站，用于逐渐地加热(例如应用热气体或红外辐射)整个板，直到温度达到使焊膏 熔化或回流的点。所述板然后被缓慢地冷却，藉此熔融焊料固化并且将部件保持在合适位 置。已知的用于制造PCBA的基于焊料回流的技术具有许多缺点。例如，将电路板放在 回流炉中会引入热应力并且还可能导致对热敏电子部件的不期望的加热。虽然由典型回流 焊接炉所使用的逐步加热工艺可以减少一些与热有关的问题，但是它可能大大增加了制造 每个PCBA所花费的时间。另外，当将部件附接至PCB的两侧时，应用焊料回流炉的方法变得 更加复杂。特别地，在焊膏已经熔化之后(但是在它重新固化之前)，它仅在部件与板之间 提供非常弱的连接。因此，当板被放置在回流炉中时，位于板的下侧上的任何部件将简单地 掉落。表面安装技术之前已经被扩展为将部件安装在板的两侧，但是这需要附加步骤，即 在焊料回流步骤中还要将部件胶粘在板的下侧以便将它们保持在合适位置。为了制造更加紧凑的电路组件，例如要装配在小的装置的外壳中，还已知应用上 述基于焊料回流的技术来制造柔性的或可弯曲的电路。因此在部件放置和回流焊接步骤期 间将柔性PCB保持为平直，并且随后将柔性PCB弯曲成所需形状。然而，在不破坏部件与柔 性板之间的电联接的情况下可以发生的基片弯曲量是有限的。尽管这些缺点，还是广泛地 认为应用焊料回流工艺制造柔性电路板是应用自动化生产技术生产更紧凑装置的唯一实 用的方法。之前已经提出通过在装置外壳的内表面等上形成电子电路而减小电子装置的尺 寸。然而，这些表面的不规则形状(非平直)要求应用焊铁用手附接部件，原因是基于自动
4化回流炉的技术不容易适于制造这种装置。因此由于与人工制造技术相关的花费，以这种 方式形成整体电路仅用于适合的高成本场合。

发明内容
根据本发明的第一方面，用在制造非平面电路模块中的设备包括保持件，用于保 持非平面电路模块；致动源，用于致动由所述保持件保持的非平面电路模块的一个或多个 局部区域；以及定位装置，用于提供致动源与由保持件保持的非平面电路模块之间的相对 运动，其中所述致动源与由保持件保持的非平面电路模块之间的相对运动包括沿着至少一 个轴线的平移运动以及围绕至少一个轴线的旋转运动。因此本发明提供了用于制造非平面电路模块的设备。所述设备包括用于保持非平 面电路模块的保持件以及诸如加热器或辐射源等致动源。在使用时，所述定位装置提供致 动源与非平面电路模块之间的相对运动。特别地，定位装置控制致动源与由保持件所保持 的非平面基片之间的至少一个平移自由度和至少一个旋转自由度。如下面更详细描述的， 可以通过应用定位装置移动致动源和/或通过应用保持件移动所述非平面电路模块而提 供这种相对运动。在使用时，相对于非平面电路模块将致动源移动至一操作位置，并且所述致动源 被布置成致动非平面电路模块上的材料的选择区域。如下面更详细解释的，致动源致动或 者影响非平面电路模块的选择区域以便留下允许电子作用的结构。因此致动源可以熔化焊 膏的区域、固化粘合剂或融化材料等。换言之，致动源改变形成非平面电路模块的材料的性 质以便实施必要的电子功能。还应当注意，应用致动源的致动材料可以提供或阻止一种效 果。例如，可以使用所谓的正过程，其中材料被致动以便提供特定功能(例如，流体被致动 以形成导电轨道、提供焊料连接等)。替换地，可以应用负过程，其中任何被致动材料不会 提供功能；例如，非平面电路模块的致动区域可以变得电子绝缘或者可以在随后的工艺步 骤期间被更容易地移除。应当注意，由致动源提供的致动可以形成数个工艺步骤中的一个 或多个。例如，致动之后可以是金属涂层的涂覆；通过之前的表面致动来确定金属涂层的沉 积。根据本发明提供平移和旋转运动使得可以控制致动源相对于非平面电路模块的 位置和方位。特别地，这使得可以致动非平面电路模块的期望区域，而不用致动周围区域。 例如，如果致动源包括用于熔化焊膏的定向(非接触)辐射源，则可以认为本发明的设备允 许由所述源输出的辐射被引导至待熔化焊膏区域，而不会熔化在电路模块其它区域上涂覆 的焊膏。因此本发明允许串联地致动(例如熔化或固化)非平面电路模块上的区域。这在 使用致动源来致动用于将部件附接至非平面电路模块的非平面基片上的材料(例如焊膏) 时特别有利。例如考虑具有多个部件安装面的非平面基片，每个面具有涂覆在焊膏中的垫。 焊膏的粘度可以足以在室温下将一些部件保持在合适位置，但是同时熔化所有的焊膏(例 如应用焊料回流炉)可以使得一些部件移动并且从它们各自的安装表面掉落。本发明允许依次熔化与每个部件或部件子集相关的焊膏。对于上面的焊接例子， 这意味着可以在每个熔化步骤之间重新确定非平面电路模块的方位。例如，可以保证当位 于非平面基片的每个安装表面上的焊膏被加热时，所述安装表面几乎是水平的，以便确保在焊接过程期间将部件保持在合适位置。替换地，可以使用下述类型的拾取器件将每个部 件保持在合适位置，直到形成焊接接头，所述拾取器件可以被用来将部件放置在安装表面 上。因此与本领域已知的现有技术不同，本发明允许非平面电路模块的自动化制造，从而与 人工生产技术相比提供显著的成本节约。致动源有利地包括加热源和/或定向辐射源，所述加热源用于加热由保持件保持 的非平面电路模块的一个或多个局部区域，所述定向辐射源用于将辐射引导至由保持件保 持的非平面电路模块的一个或多个局部区域。换言之，致动源可以包括热和/或辐射源。致 动源优选是定向的或集中的，使得在不影响周围区域的情况下致动非平面电路模块的局部 区域。致动源可以是接触热源，诸如加热尖端，所述尖端与流体和/或基片进行物理接触。 有利地，致动源是(非接触)辐射源，诸如紫外线(UV)光源、激光、声源或微波辐射源。有利地，致动源包括敞开端微波腔；例如，频率捷变敞开端微波腔。有利地，所述致 动源是频率捷变微波炉结合系统(FAMOBS)，其类型为K. I. Sinclair等人在IEEE电子系统 集成技术会议会议录(2006年，第2卷第1149-1157页)以及T. Tilford等人在国际微波 能量协会第41次年度微波讨论会的会议录(2007年8月1-3号)中所描述的，上述会议录 的内容通过参考被结合在这里。FAMOBS热源的使用特别有利，因为它能被调节以便加热通 过部件的流体(例如以提供子表面固化)，从而减少在放置和固化操作期间所需的机器运 动的量。有利地，保持件被布置成保持包括非平面基片的非平面电路模块。特别地，非平面 基片可以被安装至保持件或安装在保持件上。这种保持件可以是一般用途保持件或者它可 以被制造成在需要时保持特定类型或种类的非平面基片。这里所用的术语非平面基片包括 不平直但具有某种三维形状的任何基片；因此该术语包括常规三维形状(正方体、长方体 等)、具有一个或多个曲面、自由表面的物体以及具有多个位于不同平面中或具有不同表面 法线的面或小平面的物体。便利地，由保持件保持的非平面基片包括具有至少两个或至少 三个部件安装表面的基片。这种部件安装表面便利地位于不同平面中(即，具有不同表面 法线)。所述非平面基片可以便利地包括至少一个曲形部件安装表面。因此非平面基片的 例子可以包括由曲形或弯曲片材形成的基片。因此电子装置的模制塑料外壳或壳体也是非 平面基片的类型。所述非平面基片也是可折叠的或者已经被折叠成所需形状。所应用的致动源的类型能够被便利地选择以致动非平面电路模块的所选材料。这 种致动还可以包括燃烧或融化材料；这种材料移除可以被用作拆卸或再加工过程的一部 分。应当注意，非平面电路模块可以包括非平面电路组件或非平面电路，其中在非平面电路 组件中，离散的部件被附接至非平面基片，在非平面电路中，在非平面基片上通过流体沉积 等形成电子部件。在优选实施例中，由保持件保持的非平面电路模块进一步包括流体(例 如，沉积在非平面基片上的粘合剂或焊膏)并且致动源可以致动(例如固化或熔化)所沉 积的流体。如上所述，本发明的定位装置提供了在致动源与由保持件保持的非平面电路模块 之间的运动。该运动可以通过(相对于固定点或基点)移动致动源和/或通过移动(例如 倾斜)非平面电路模块而提供。有利地，定位装置包括用于移动致动源的定位器件。所述定位器件可以按照需要 平移和/或者旋转致动源。换言之，定位器件可以控制致动源的六个运动自由度的一个或多个。有利地，定位器件提供致动源沿着一个或多个轴线的平移运动。例如，定位器件是可 操作的以便沿着一个轴线(例如X)、沿着两个彼此正交的轴线(例如X、Y)或者沿着三个 彼此正交的轴线(例如x、Y、z)平移致动源。定位器件还可以提供致动源围绕一个或多个 轴线的旋转运动。例如，定位器件可以被布置成围绕一个、两个或三个轴线旋转致动源。定位器件可以包括任何类型的自动机械或定位机器。所述定位机器可以具有固定 基座以及可移动安装件，所述致动源被安装至所述可移动安装件。所述定位器件可以包括 定位机器，所述定位机器具有所谓的笛卡尔(非平行)构造，其中可移动安装件被支撑以便 通过三个串联安装的(即，一个位于另一个的顶部)彼此正交的线性导轨以三个平移自由 度相对于基座运动。有利地，定位器件包括非笛卡尔或平行定位机器，其中可移动安装件通 过多个可延伸腿附接至基座。所述平行定位机器可以包括六足或者斯图尔特平台，其具有将基座连接至可移动 安装件的六条可延伸腿并且因此控制基座与可移动安装件之间的所有六个自由度。便利 地，平行定位机器包括约束机构，其约束基座与可移动安装件之间的至少一个自由度。在优 选实施例中，设置一平行定位机器，其中基座与可移动安装件之间的所有旋转自由度被约 束。在这种布置中，三条可延伸腿提供对基座与可移动安装件的相对位置的控制，并且多个 固定长度腿防止任何旋转。在ΕΡ1612506和US7241070中描述了这种被约束平行定位机器 的例子，它们的内容通过参考的方式结合在这里。平行定位机器是优选的，但是绝不是基本 特征，因为它们与串联定位机器相比在运动速度、构造成本以及接近性方面具有各种优点。 定位器件还可以包括平行和非平行定位机器。应当注意，致动源可以形成包括其它部件(例如电源、控制器等)的致动系统的一 部分。在这个例子中，可以通过定位器件单独移动致动源。例如，定位器件可以移动包括光 纤远端的致动源。在这个例子中，光纤的近端可以连接至固定激光。替换地，致动源可以包 括可加热尖端，其经由电缆连接至固定电源控制系统。换言之，定位器件可以被布置成仅仅 在致动系统的被加热或发出辐射的部分周围移动。非平面电路模块还可以在空间中移动。因此保持件有利地形成部分定位装置。换 言之，保持件可以允许改变基片的绝对方位(即，基片相对于地面的方位)。便利地，保持件 包括倾斜机构，所述倾斜机构使得由保持件所保持的非平面电路模块围绕至少一个轴线倾 斜。例如，保持非平面基片的工作台顶部可以远离水平方向倾斜。有利地，倾斜机构允许非 平面电路模块围绕两个或多个轴线倾斜。非平面电路模块可以相对水平方向倾斜多于10 度、多于45度或多于90度。保持件还可以提供非平面电路模块的附加运动。例如，保持件 还允许非平面电路模块沿着一个或多个轴线平移(例如“上下”移动)或者围绕竖直轴线 旋转。有利地，保持件包括具有工作台基座和可倾斜工作台顶部的倾斜工作台，其中非 平面电路模块被可释放地保持在可倾斜工作台顶部上。所述非平面电路模块可以以各种方 式被保持在工作台顶部上；例如，可以提供夹子、钳子、螺钉、真空夹盘、真空床或其它保持 部件。有利地，所述保持部件是自动化的，使得非平面电路模块可以在所述设备的控制下根 据需要被保持和释放。有利地，所述设备包括流体分配器，其用于将流体分配至由保持件保持的非平面 电路模块。还应当注意，在这里，术语“流体”采用本领域普通技术人员公知的含义，即流动的并且由可以自由移动的颗粒构成的任何非固体材料。因此术语“流体”包括膏(例如， 焊膏)、胶状悬浮物、凝胶、液体、溶剂和墨水等。有利地，所述定位装置被布置成移动流体分配器，以便使它相对于电路模块的非 平面基片进入一个可操作位置，藉此流体可以被沉积在非平面基片的选择区域上。在优选 实施例中，流体分配器和致动源可以均被安装以便与上述定位器件的可移动安装件或臂一 起移动。如果通过定位装置移动流体分配器，则流体分配器可以包括流体通过其排出的喷 嘴或出口。所述流体分配器可以形成还包括其它部件(例如，流体槽、泵、供应管等)的流 体分配系统的一部分。流体分配系统的这些附加部分不是必须安装至定位装置或通过定位 装置移动。例如，定位器件可以移动流体分配喷嘴，所述喷嘴通过一段柔性管连接至位于设 备的固定部分上的泵和槽。在优选实施例中，定位装置包括用于移动流体分配器的定位器件，保持件包括倾 斜机构，用于改变非平面电路模块的非平面基片的绝对方位。以这种方式，所述设备控制非 平面基片相对于流体分配器的位置和方位并且还控制基片的绝对方位。这具有以下优点 提供对分配到非平面基片上的任何流体(尤其是低粘度流体)的流动的控制。例如，合适 地确定非平面基片的方位以便确保局部区域至少几乎是水平的，从而防止沉积在那个区域 上的流体的不期望流动。而且，如果应用被分配流体将部件附接至非平面基片，则控制绝对 基片方位的能力也是有利的。例如，非平面基片的合适方位可以确保在部件被放置在沉 积在非平面基片上的焊剂或粘合剂上之后，但是在所述粘合剂或焊膏通过致动源被固化之 前，所述部件不会在合适位置中(例如由于重力)移动。与单独移动流体分配器件相比，除 移动流体分配器件之外还倾斜基片还可以提供对于基片的特定区域或结构的改善的接近。有利地，所述设备包括部件拾取器件，诸如真空喷嘴或其它夹持件。所述部件拾取 器件可以被布置成拾取部件并且将所述部件放置在由保持件所保持的非平面电路模块上。 应当注意，这里所描述的放置部件包括所述部件拾取器件使部件与非平面电路模块直接 接触或者将部件投掷(例如，发射/投射)穿过一间隙以便以所需位置和方位落在非平面 电路模块上。便利地，拾取器件拾取电子或光电部件。所述部件拾取器件优选由定位装置 移动。有利地，拾取器件允许所述部件旋转以便提供所述部件与所述非平面电路模块之间 的所需对准，例如，拾取器件可以通过定位装置旋转以便将所述部件相对于所述非平面电 路模块合适地对准。有利地，可以安装流体分配器、致动源和部件拾取器件以便与定位器件的可移动 安装件一起移动。如下面更详细描述的，可以使用这种设备来将粘合剂沉积在非平面电路 模块上、将部件放置在粘合剂中并且固化粘合剂以便将所述部件固定在合适位置。优选地，所述设备在计算机的控制下操作。有利地，设有位置反馈系统用于感测致 动源相对于由保持件保持的非平面电路模块的位置。位置反馈系统可以包括位置编码器或 类似物，其形成部分定位装置并因此提供合适的位置和方位信息。位置反馈系统还可以包 括图像或视频识别系统(例如，包括一个或多个录像机)，用于确定非平面电路模块相对于 致动源的位置和/或方位。以这种方式，反馈控制回路可以被设置为确保所需的基片区域 被致动。还可以在任何流体沉积和部件放置期间使用这种图像识别系统。在使用时，致动源可以被永久地附接至定位装置的一部分。例如，致动源可以被栓接或焊接至定位器件的可移动平台。类似地，在使用时可以将任何流体分配器和/或部件 拾取器件永久地附接至这种定位器件。有利地，在使用期间，这种致动源可以被可释放地附 接至定位装置。例如，可以使用可释放连接器(例如磁性运动安装件)或夹钳来将致动源 附接至定位器件。以这种方式，可以仅仅在需要的时候将致动源附接至定位装置。便利地， 所述可释放连接器允许在由计算机控制系统发出合适的控制指令时致动源与定位器件自 动地脱离(例如，无需技工拆卸螺栓)。在使用致动源之间，定位器件可以支撑其它器件，诸 如流体分配器或拾取器件。可以便利地设置台架，用于在致动源以及任何流体分配器或拾 取器件不使用时储存它们。根据本发明的第二方面，提供了用在制造电路模块中的设备，所述设备包括用于 保持电路模块的保持件；用于加热电路模块上材料的一个或多个局部区域的加热源；以及 在加热源与由保持件保持的电路模块之间提供相对运动的定位装置，其中加热源与由保持 件保持的电路模块之间的相对运动包括沿着至少一个轴线的平移运动以及围绕至少一个 轴线的旋转运动。在所述第二方面中，可以看出，当必须加热具有热敏区域的电路模块(例如熔化 焊料)时本发明提供优势。特别地，它允许自动地制造平面的或非平面的电路模块，而无需 长时间在焊料回流炉中烘烤整个基片，其中电路模块形成在所述基片上。根据本发明的第三方面，提供了一种制造非平面电路模块的方法，所述方法包括 以下步骤(i)获取非平面电路模块；(ii)使致动源相对于所述非平面电路模块进入操作 位置并且应用所述致动源来致动非平面电路模块的一个或多个局部区域，其中步骤(ii) 包括应用定位装置来相对于非平面电路模块移动致动源的步骤，其中致动源与由保持件保 持的非平面电路模块之间的相对运动包括沿着至少一个轴线的平移运动以及围绕至少一 个轴线的旋转运动。如上所述，这种方法允许自动化地制造非平面电路模块。特别地，它允 许电路形成在电子装置的塑料外壳的表面上。基片与致动源之间的运动可以由定位装置以任何合适的方式提供。有利地，步骤 (ii)包括移动致动源的步骤和/或倾斜非平面电路模块的步骤。便利地，步骤(i)包括获取非平面电路模块的步骤，所述非平面电路模块包括非 平面基片(例如，装置的塑料外壳)，所述基片具有沉积在其上的流体。所述流体有利地包 括焊膏。步骤(i)还可以包括应用流体分配器将流体分配到非平面基片上的步骤。有利地， 步骤(ii)包括应用致动源来熔化焊膏。有利地，步骤(i)包括获取非平面电路模块的步骤，所述电路模块包括其上具有 至少一个电子部件(例如，硅芯片、光学检测器等)的基片。所述电子部件可以位于流体 (例如，焊膏)中，所述流体设置在非平面基片上。有利地，用在步骤(ii)中的致动源包括 微波辐射源。优选地，所述致动源仅仅提供局部作用(例如局部加热)。在优选实施例中， 微波辐射源是FAMOBS器件，从而允许通过位于非平面基片的表面上的部件加热焊膏或类 似物。根据另外的方面，本发明提供了制造电路模块的方法，所述方法包括步骤(i)获 取电路模块；(ii)使加热源相对于电路模块进入一操作位置并且应用加热源来加热电路 模块的一个或多个局部区域，其中步骤(ii)包括应用定位装置相对于电路模块移动加热 源的步骤，其中加热源与由保持件保持的电路模块之间的相对运动包括沿着至少一个轴线的平移运动以及围绕至少一个轴线的旋转运动。


下面将参考附图并仅仅借助例子描述本发明，其中图1显示了本发明设备的一个实施例；图2更详细地显示了图1中设备的平行定位器件；图3a_3c显示了应用图1和2所示类型的设备将部件附接至基片的技术；图4a_4c显示了应用图1和2所示类型的设备将部件放置在L型基片上；图5显示了应用图1和2所示类型的设备将部件放置在U型基片上；图6显示了应用图1和2所示类型的设备将部件放置在立方体基片上，以及图7是描述根据本发明方法的步骤的流程图。
具体实施例方式参考图1，显示了本发明的设备。所述设备包括通过多个支撑柱6固定至上部或基部平台4的床身2。所述支撑柱 6足够刚性以确保基部平台4相对于床身2保持在一固定位置。基部平台4还通过被约束 的平行运动定位机构10附接至可移动平台8。为清楚起见，图1省略了关于平行运动定位 机构10的细节，图2详细显示了所述机构。因此，基部平台4、可移动平台8以及平行运动 定位机构10形成了被约束平行定位机器，所述机器控制可移动平台8沿三个轴线(X、Y、Z) 的平移运动。所述可移动平台8具有安装在其上的流体分配器件12、拾取器件14 (例如，基 于真空的拾取器件)以及FAMOBS器件16。所述流体分配器件12经由流体供应管(未显 示)连接至远程流体泵和槽。在这个例子中，所述流体分配器件12被布置成分配导电粘结 膏，但是应当注意，它可以被用来分配任何类型的流体。图1所示的可移动平台8具有所有安装在其上的流体分配器件12、拾取器件 14(例如基于真空的拾取器件)以及FAMOBS器件16。然而，这不是必需的。可移动平台8 还可以包括安装件，用于在任何时间接纳流体分配器件12、拾取器件14(例如，基于真空的 拾取器件)和FAMOBS器件中的任何一个。换言之，当需要时，合适的器件可以被安装至可 移动平台8 ；然后将其余器件储存在台架中或者放置在储存区域，直至它们被需要时。同时安装至设备的床身2的还有用于保持基片20的保持件18。保持件18包括工 作台基座22以及可以围绕两个正交的旋转轴线相对于工作台基座22倾斜(θ工和θ 2)的 工作台顶部24。可以通过两个串联安装的旋转站提供所述旋转运动。工作台顶部24还包 括用于保持放置在其上的基片20的夹钳(未显示)。因此保持件18提供了倾斜机构，其允 许设置基片的绝对方位(即，基片相对于地面或者更重要地，相对于重力的方位)。在床身 2上还设置部件存储区域26，用于在使用前存储各种部件28。设置计算机30用于控制所述设备的操作。特别地，所述计算机30控制可移动平 台8的运动、由保持件18限定的基片的方位、流体从流体分配喷嘴12的分配、拾取器件14 的操作以及FAMOBS器件16的致动。还可以设置一个或多个摄像机(未显示)，其将图像反 馈回计算机30，计算机30给出关于设备相对于基片20的位置的信息。下面详细描述应用 这种设备的方法。
10
参照图2，将更加详细地描述用在图1的设备中的被约束的平行定位机器；注意 图2中给出的被约束的平行定位机器的视图相比较图1的视图是颠倒的(即翻转的)。被约束的平行定位机器包括基部平台4，所述平台4通过多个支柱被安装至可移 动平台或站8。特别地，所述基部平台4和可移动平台8通过三个动力伸缩式支柱40连接， 所述支柱40的端部通过枢转接头连接至平台。每个动力伸缩式支柱40具有电机42以便 增加或减小其长度，并具有位置编码器(包含在电机外壳中并因此在图2中不可见)以测 量其长度。还提供三个防旋转器件44，以约束基部平台4与可移动平台8之间的三个旋转 自由度；所述防旋转器件是被动的并且不包括电机或其它类型的致动器。因此，机器的动 力伸缩支柱40的延伸仅仅提供了基部平台4与可移动平台8之间的平移运动(非旋转)。 换言之，所述可移动平台8可以相对于固定的基部平台4在空间中平移，这种平移可以用沿 X、Y和Z轴线的运动来描述。虽然图1和2所示设备包括被约束的平行定位机器，但是应当记住，可以使用任何 类型的定位机器。所述定位机器可以包括上述串联或平行机构。被约束的平行定位机构以 及保持件18共同提供了定位装置，用于相对于可移动平台8移动基片。参照图3a至3c，显示了应用参照图1和2所述类型设备将部件附接至基片。图3a显示了过程中的第一步，其中使流体分配器件12的喷嘴58相对于安装在保 持件18的工作台顶部24上的基片60进入一流体分配位置。通过设备的可移动站8的运动 提供流体分配器件12的必要的运动。然后将导电粘合剂62的所需图案沉积在基片上。所 述第一步可以选择地包括相对于基片60监测喷嘴58的位置(例如应用基于摄像机的图像 识别系统)以确保提供粘合剂的所需图案。虽然为清楚起见仅仅在图3a显示了粘合剂的 单个区域或小滴，但是应当注意，通过流体分配器件12可以铺设更复杂的粘合剂图案(例 如，与和电芯片等相连的电连接器的期望点相对应)。一旦已经沉积粘合剂的所需图案，则 从基片移除流体分配器件12。图3b显示了所述过程中的第二步骤，其中在导电粘合剂62上放置已经由拾取器 件14从部件储存区域26拾取的部件28。再次，通过所述设备的可移动站8的运动提供拾 取器件14的运动。所述第二步骤可以选择地包括主动对准步骤，其中监测部件28的方位 和位置(例如应用基于摄像机的图像识别系统)，从而确保精确的放置。一旦被放置，拾取 器件14就释放部件28并且被取出，从而使得部件28经由未固化粘合剂松散地附接至基片 60。图3b显示了第三步骤，其中可移动站8将FAMOBS器件16移动成接近基片60。该 第三步可以选择地包括监测FAMOBS器件16相对于基片60的位置(例如应用基于摄像机 的图像识别系统)。如上所述，FAMOBS器件发出不同频率的微波辐射并且可以被布置成加 热某些材料(例如，粘合剂或焊膏)，而不显著加热其它材料(例如，用来形成电子部件的半 导体材料)。因此，可以应用FAMOBS器件通过将所发出的微波辐射通过部件引导到粘合剂 上来固化粘合剂。因此所述FAMOBS器件16通过可移动站8确定方位，使得它将微波辐射 64通过部件28引导到导电粘合剂62中。因此，粘合剂被固化，而不会对部件28有任何损 坏，并且不必在FAMOBS器件16与导电粘合剂62之间提供直接视线。一旦导电粘合剂62 被固化，则FAMOBS器件16被取出并且部件28被牢固地附接至基片。上述设备可以被用来将部件附接至平面基片，诸如印刷电路板(PCB)，但是在应用
11非平面基片时特别有利。特别地，上述设备有利于将部件附接至非平面基片，从而允许形成 三维的或非平面的电路模块。参照图4a_4c，描述了一种应用上述设备将部件72a、72b和72c附接至L型(非平 面)基片70的三个安装面76a、76b和76c的方法。图4a显示了一种L型基片70，其借助沿第一方位放置的可倾斜工作台顶部24被 保持在保持件18的可倾斜工作台顶部24上。选择可倾斜工作台顶部24的第一方位，以便 第一安装面76a大致是水平的。第一电子部件72a应用上述参照图3描述的步骤通过导电 粘合剂74a被安装至第一安装面76a。此时，应当注意，安装面的方位不需要精确地水平。所述表面相对于水平面特定量 的倾斜通常是可以接受的，并且倾斜量将依赖于各种因素，诸如未固化粘合剂的粘度以及 部件的重量。在已经将第一电子部件72a附接至第一安装面76a之后，所述可倾斜工作台顶部 24被移动到图4b所示的第二方位，其中第二安装面76b大致是水平的。第二电子部件72b 应用上述参照图3所描述的步骤通过导电粘合剂74b被安装至第二安装面76b。在已经将第二电子部件72b附接至第二安装面76b之后，所述可倾斜工作台顶部 24被移动到图4c所示的第三方位，其中第三安装面76c大致是水平的。第三电子部件72c 应用上述参照图3所描述的步骤通过导电粘合剂74c被安装至第三安装面76c。该过程可以一直继续，直到已经将所有需要的部件安装至L型基片70，从而形成 所需的电路模块。应当注意，虽然描述了将单个部件附接至每个安装面，但是任何数目的部 件都能被附接至每个安装面。类似地，如果需要的话，部件可以被附接至L型基片70的其 它面。还可以应用模拟过程将部件附接至连续变化的表面(例如，曲形基片)；例如，可以 选择基片方位，其允许在重新确定基片的方位之前将部件的子集附接至基片的一部分。而 且，当应用具有更复杂形状的基片时可以实施围绕两个轴线(而不是图4所示的一个轴线) 的倾斜。已经发现图4所示的过程对于由非平面基片形成三维电子电路模块特别有利，所 述非平面基片可以形成电子装置的外壳的一部分。参照图5，显示了电子装置的塑料外壳90的一部分。所述塑料外壳90具有三个 内安装表面92a-92c，四个电子部件92a_92d(例如电子芯片或者其它部件)被安装在所述 安装表面92a-92c上。通过参照图4所述方式依次将电子部件92a_92d附接至每个安装面 92a-92c。特别地，所述塑料外壳90在制造期间已经被确定方位，从而每个安装表面被依次 大致水平地保持，用于将部件附接至其上。还可以将各种导电轨道(未显示)沉积在塑料 外壳90上以便将各种电子部件互连起来；这些可以与外壳整体地形成或者应用所述设备 的流体分配器件12被沉积。因此可以看出，本发明允许电子电路被形成在塑料外壳90的各种内部表面上。以 前已经提出了这种非平面电路模块，并且它们与由位于外壳中的平面的或者柔性的电子电 路板形成的传统装置相比具有各种优点。然而，目前并不广泛地应用非平面电路模块，因为 必须通过手将各种部件附接至基片。这里所描述的设备首次提供了以下能力，即应用完全 自动化的装配和附接过程形成这种非平面电路模块。换言之，本发明允许自动化地制造非 平面电路模块，从而极大地降低了制造这种电路模块的成本。
参照图6，显示了立方体100形式的另外的非平面基片。应用上述设备将部件102 和104依次附接至立方体100的面。再次，设备的保持件可以被用来在装配期间倾斜立方 体100，使得在分配粘合剂、附接部件以及固化粘合剂的过程期间大致水平地保持所需的面 (即，部件将安装在其上的面)。还可以沿着部件102和104之间的多个路径应用流体分配 器分配胶状流体，所述胶状流体包括分散介质中的金属离子悬浮物。然后通过FAMOBS器件 加热胶状悬浮物以便蒸发胶状物的分散介质，从而留下沉积在基片上的金属轨道106的所 需图案，并且从而电气地连接部件102和104。以这种方式，电路可以被构造在立方体的所 有面或一些面上，并且将承认可以应用这种技术将部件附接至任何规则的或不规则的三维 物体。这种物体可以具有离散的面和/或可以包括曲形或弯曲的表面。参照图7，显示了应用上面参照图1和2所描述的设备的方法的步骤。在第一步 骤110中，基片通过保持件18被放置在所需的方位。执行第二步骤112，分配粘合剂(例 如导电粘合剂)。所述第二步骤112可以涉及将这种粘合剂分配到基片上的一个或多个区 域。然后在执行固化粘合剂的第四步骤116之前，进行将一个或多个部件放置在粘合剂中 的第三步骤114。所述第二、第三和第四步骤可以涉及通过移动可移动平台8分别移动流体 分配器件12、拾取器件14和FAMOBS器件16，并且选择地，还可以使用保持件以便在这些步 骤的任何步骤或所有步骤期间提供基片的运动。然后重复整个过程，特别地，第一步骤110 可以涉及重新确定基片的方位(倾斜)以便提供对其它安装面的接近。参照图3-7所述的方法被描述为应用图1和2所显示类型的设备实施。换言之，上 面详细描述了如何应用承载流体分配器、部件拾取器件以及FAMOBS器件的一个设备实施 各种方法。然而，应当注意，还可以应用一系列单功能机器实施这些方法。例如，基片可以从 承载流体分配器的第一机器传送到承载部件拾取器件的第二机器并传送到承载FAMOBS器 件的第三机器。以这种方式，可以应用不同机器串联地执行流体沉积、部件放置以及FAMOBS 加热。上面的例子描述了将导电粘合剂沉积到基片上。然而，应当注意，可以通过所述设 备分配任何流体或甚至多个不同流体。例如，可以分配通过FAMOBS器件致动(熔化)的焊 膏。也不需要被分配流体来将部件附接至基片上。例如，可以沉积墨水、半导体材料(例如 有机半导体)或者导电材料(例如以胶状物的形式)。被沉积的流体然后执行一些所需的 功能，诸如形成部分电子电路。例如，导电轨道可以被铺设在基片上或者半导体装置可以被 建造在基片上。而且，虽然上面的设备包括FAMOBS器件，但是应当注意，可以提供其它类型的致 动器件。例如，可以使用紫外线固化源或者接触加热器。然而，优选的是致动源提供受控的 或局部的作用；例如，它可以被引导至流体的特定区域以便克服任何不想要的结果，所述不 想要的结果与加热基片的大面积或者使基片的大面积暴露于辐射相关联。
权利要求
一种用在制造非平面电路模块中的设备，包括用于保持非平面电路模块的保持件；用于致动由所述保持件所保持的非平面电路模块的一个或多个局部区域的致动源；用于提供所述致动源与由所述保持件所保持的非平面电路模块之间的相对运动的定位装置；其中所述致动源与由所述保持件所保持的非平面电路模块之间的所述相对运动包括沿着至少一个轴线的平移运动以及围绕至少一个轴线的旋转运动。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述定位装置包括用于移动所述致动源的 定位器件，其中所述定位器件包括平行定位机器。
3.如前面任何权利要求所述的设备，其特征在于，所述致动源包括用于加热由所述保 持件所保持的非平面电路模块的一个或多个局部区域的加热源。
4.如前面任何权利要求所述的设备，其特征在于，所述致动源包括定向辐射源，用于将 辐射引导至由所述保持件保持的非平面电路模块的一个或多个局部区域。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述定向辐射源包括频率捷变敞开端微波腔。
6.如前面任何权利要求所述的设备，其特征在于，由所述保持件保持的非平面电路模 块包括非平面基片，所述非平面基片由所述保持件保持。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，由所述保持件所保持的非平面基片包括两 个或多个部件安装表面，其中所述两个或多个部件安装表面的每一个位于不同的平面中。
8.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述非平面基片包括至少一个曲形部件 安装表面。
9.如权利要求6-8中任何一个所述的设备，其特征在于，由所述保持件所保持的非平 面电路模块进一步包括沉积在所述非平面基片上的流体，其中所述致动源可以致动所述被 沉积的流体。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述流体包括焊膏并且所述致动源被布置 成熔化所述焊膏。
11.如前面任何权利要求所述的设备，其特征在于，所述定位装置包括沿着多个轴线平 移所述致动源的定位器件。
12.如前面任何权利要求所述的设备，其特征在于，所述保持件形成所述定位装置的一 部分，其中所述保持件包括一倾斜机构，所述倾斜机构使得由所述保持件保持的非平面电 路模块围绕至少一个轴线倾斜。
13.如前面任何权利要求所述的设备，进一步包括用于将流体分配到由所述保持件保 持的非平面电路模块上的流体分配器。
14.如前面任何权利要求所述的设备，进一步包括部件拾取器件，用于拾取所述部件并 且将所述部件放置在由所述保持件保持的非平面电路模块上。
15.如前面任何权利要求所述的设备，其特征在于，所述致动源被可释放地附接至所述 定位装置。
16.一种用在制造电路模块中的设备，包括用于保持电路模块的保持件；2用于加热所述电路模块上的材料的一个或多个局部区域的加热源；用于提供所述加热源与由所述保持件所保持的电路模块之间的相对运动的定位装置；其中所述加热源与由所述保持件所保持的电路模块之间的相对运动包括沿着至少一 个轴线的平移运动以及围绕至少一个轴线的旋转运动。
17.—种制造非平面电路模块的方法，所述方法包括以下步骤 (i)获取一非平面电路模块；以及( )使一致动源进入相对于所述非平面电路模块的操作位置，并且应用所述致动源致 动所述非平面电路模块的一个或多个局部区域，其中步骤(ii)包括应用定位装置相对于所述非平面电路模块移动致动源的步骤，其 中所述致动源与由所述保持件保持的非平面电路模块之间的相对运动包括沿着至少一个 轴线的平移运动以及围绕至少一个轴线的旋转运动。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤(ii)包括移动所述致动源的步骤以 及倾斜所述非平面电路模块的步骤。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，步骤(i)包括获取包括非平面基片 的非平面电路模块的步骤，所述非平面电路基片具有沉积在其上的流体。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，沉积在所述非平面基片上的流体包括焊膏。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，步骤(ii)包括应用致动源熔化所述焊膏。
22.如权利要求17-21中任何一项所述的方法，其特征在于，步骤(i)包括获取包括基 片的非平面电路模块的步骤，所述基片具有位于其上的至少一个电子部件。
23.如权利要求17-22中任何一项所述的方法，其特征在于，用在步骤(ii)中的所述致 动源包括微波辐射源。
全文摘要
描述了用在制造非平面电路模块(20；60；70；90；100)中的设备和方法。所述设备包括用于保持非平面电路模块(20；60；70；90；100)的保持件(18)；用于致动由保持件(18)所保持的非平面电路模块(20；60；70；90；100)的一个或多个局部区域的致动源(16)；以及用于提供致动源(16)与由保持件(18)所保持的非平面电路模块(20；60；70；90；100)之间的相对运动的定位装置(10)。所述致动源(16)与由保持件(18)所保持的非平面电路模块(20；60；70；90；100)之间的相对运动包括沿着至少一个轴线的平移运动以及围绕至少一个轴线的旋转运动。平行定位机器(10)可以提供这种相对运动。
文档编号H05K13/04GK101978802SQ200980109547
公开日2011年2月16日 申请日期2009年3月17日 优先权日2008年3月18日
发明者凯维恩·巴里·乔纳斯, 若弗雷·麦克法兰 申请人:瑞尼斯豪公司