用于元件处理工具的仓盒的制作方法

1.本发明涉及一种用于存储装配到贴装机贴装头的元件处理工具的仓盒，以及一种贴装机。


背景技术：

2.本发明总体上涉及为元件载体配备电子元件的技术领域。该元件可以是设计为芯片的封装电子元件或未封装电子元件，其直接从已处理的成品晶圆上移除并提供给贴装工艺。
3.通常使用所谓的贴装机进行电子组件的生产，通过该贴装机，在“拾取和放置”工艺中，以自动化方式从元件供应设备中取出电子元件并放置在元件载体(例如，印刷电路板)上。通过所谓的贴装头将元件从元件供应设备转移至其相应的贴装位置。典型地，贴装头将配备至少一个元件处理工具，用于与元件可释放地相接合。这种元件处理工具的示例包括通过施加真空将元件固持于其上的喷嘴；以及包括活动颚(movable jaws)的夹持器，该活动颚能够物理固持元件。
4.在电子产品生产领域，某种最终产品(通常具有多个相互连接的电子元件)，即，构建于元件载体上的电子子组件，需要在尺寸/几何形状、基板材料、表面等方面具有完全不同构造的元件。因此，为了实现贴装的可靠性，个性化的处理操作以及不同设计的处理工具是必需的。例如，通常使用不同的元件处理工具(例如，喷嘴)从用于封装元件的工具中拾取未封装元件，设计为芯片或晶圆形元件的未封装元件通常具有特别小的尺寸。具有特别敏感的表面结构的晶圆形元件，例如，微机电系统(mems)元件，可能需要使用专门为此类元件设计的抓取工具(例如，特别是吸嘴或夹持器)来进行单独处理。因此，需要能够灵活地适应待制造的不同产品的元件处理设备。
5.为了实现这种灵活性，众所周知，在贴装机内设置仓盒，该仓盒能够以水平阵列存储多个元件处理工具(例如，喷嘴)，对每个工具进行定向，使得在使用中与贴装头相接合的接合端朝上，而用于固持元件的元件处理端朝下。当需要将工具安装到贴装头时，贴装头在阵列内存储所需工具的特定位置的上方移动。然后降低贴装头以与工具相接合，再将贴装头与相接合的工具一起抬升至原位。图1示意性地示出了这种系统，其中示出了未装载的贴装头1，该贴装头可在水平平面x-y内移动(这里，由于x轴和y轴的精确方向无关紧要，因而仅示出了单个水平箭头)，并且可以沿垂直方向或z方向移动。通过适当的x、y运动，贴装头1定位于工具仓盒2的上方。在图1中，工具仓盒2包括分别用于临时存储不同类型的喷嘴5、6的兜体3、4。尽管此处未示出，但仓盒可以额外地或选择性地存储夹持器。每个喷嘴5、6均包括位于其最上端的接合端7、8和位于其最下端的元件处理端9、10，其中接合端7、8位于仓盒2内，用于与贴装头1相接合。实际应用中，将仓盒2装配于贴装机内时，可以将仓盒2按要求变大，并且可以根据预期贴装操作的需要选择容置于其中的喷嘴。为了与所选喷嘴5、6相接合，首先将贴装头1定位于所选喷嘴的上方，然后沿z方向降低，直到其与所选喷嘴5、6的接合端7、8相接合。随后，贴装头1沿z方向抬升，以将喷嘴从仓盒2中抬起。当需要与喷嘴脱离
时，可能会发生类似的过程：将已装载的贴装头1定位于空兜体(pockets)的上方，然后下降直到喷嘴进入兜体。接着，贴装头1脱离喷嘴，以便其抬升时将喷嘴留在兜体内。如本领域公知的，存在多种实现接合与脱离的方式，这些方式可能因设备制造商而异。由于接合与脱离的具体方式对于本发明来说并不重要，因而在此不再详细讨论。应该注意的是，对于这种仓盒，兜体的使用并不是严格必要的，例如仓盒可以是中空的，并且元件处理工具容纳在位于仓盒外表面处的端口中。
6.然而，这种已知的仓盒存在一个问题，即，仓盒的打开形式，也就是说，兜体和工具的接合端是打开的，并且可从上方进入。因此，它们容易受到颗粒以及杂散元件的污染。当更换喷嘴或发挥夹持器的进一步功能时，这又会导致不必要的干扰。例如，杂散元件可能会进入夹持器的内部气缸容积，导致夹持器内部堵塞，或者由于其尺寸影响夹持器的夹紧路径而限制夹持器活塞的路径。在夹持器堵塞的情况下，污染物也倾向于粘附到为夹持器提供润滑的油脂上。
7.本发明试图通过利用可移动工具存储组件来解决这一问题，例如旋转元件处理工具套筒或柔性链，其可移动至防止污染物进入的封闭位置。其附加利益在于，这种布置还在类似于本领域已知尺寸的仓盒内提供了更多数量的工具。


技术实现要素：

8.根据本发明的第一方面，提供了一种用于存储装配到贴装机贴装头的元件处理工具的仓盒，所述仓盒包括工具存储组件，所述工具存储组件包括至少一个用于将元件处理工具容纳于其中的对接部(dock)，
9.其中，所述工具存储组件能够移动以定位在至少两个位置：能够从所述仓盒外部进入所述对接部的打开位置；以及无法从所述仓盒外部进入所述对接部的第二位置。
10.根据本发明的第二方面，提供了一种包括第一方面所述仓盒的贴装机。
11.在所附权利要求中阐述了本发明的其他具体方面和特征。
附图说明
12.现在将参考附图(未按比例)描述本发明，在附图中：
13.图1示意性地示出了用于元件处理工具的已知仓盒的剖视图；
14.图2a、图2b示意性地示出了根据本发明实施例的分别处于封闭位置和打开位置的用于元件处理工具的仓盒的截面侧视图，该仓盒具有可旋转套筒；
15.图3a、图3b示意性地示出了根据本发明第二实施例的分别处于封闭位置和打开位置的用于元件处理工具的仓盒的截面侧视图，该仓盒具有可旋转套筒；
16.图4a、图4b示意性地示出了根据本发明第三实施例的分别处于封闭位置和打开位置的用于元件处理工具的仓盒的截面侧视图，该仓盒具有可旋转套筒；
17.图5a、图5b示意性地示出了根据本发明第四实施例的分别处于封闭位置和打开位置的用于元件处理工具的仓盒的截面侧视图，该仓盒具有可旋转套筒；
18.图6a、图6b示意性地示出了根据本发明第五实施例的分别处于封闭位置和打开位置的用于元件处理工具的仓盒的截面侧视图，该仓盒具有可旋转套筒；
19.图7示意性地示出了根据本发明实施例的多套筒仓盒装置的立体图；
20.图8示意性地示出了根据本发明另一实施例的套筒的立体图；
21.图9a、图9b示意性地示出了根据本发明另一实施例的分别处于封闭构造和打开构造的仓盒的截面侧视图；
22.图10a、图10b示意性地示出了根据本发明另一实施例的分别处于封闭构造和打开构造的仓盒的截面侧视图；
23.图11示意性地示出了根据本发明另一实施例的套筒的截面侧视图；
24.图12示意性地从上方示出了根据本发明另一实施例的仓盒。
25.附图标记说明：
26.1-贴装头
27.2-仓盒(现有技术)
28.3、4-兜体
29.5、6-喷嘴
30.7、8-接合端
31.9、10-元件处理端
32.20、30、40、50、60、90、100、110-仓盒
33.21、31、41、51、61、91、101-套筒
34.22、52-旋转轴
35.23、53-主体
36.24、54-孔口
37.25a-25c-喷嘴
38.26a-26c-对接部
39.27-套筒壁
40.28-套筒内部
41.29-封闭侧
42.57-实心筒体
43.59a-59d-封闭侧
44.71a-71c-套筒
45.72a-72c-套筒
46.73、74-旋转轴
47.75a-75c-对接部
48.76a-76c-封闭侧
49.81-套筒
50.82a、82b-侧面
51.82c-封闭侧
52.85-对接部
53.93、103、113、123-主体
54.94-孔口
55.95a-95d-喷嘴
56.96a-96d-对接部
57.97、117、127-孔口封闭构件
58.98-枢轴
59.104、114、124-孔口
60.105a-105d-喷嘴
61.106a-106d-对接部
62.107a-107d-对接部封闭构件
63.111-链轮
64.112-轴
65.115a、115b，125a、125b-喷嘴
66.116a、116b，126a、126b-对接部
67.118-连杆
68.121-座圈
69.a-d-箭头。
具体实施方式
70.图2a、图2b示出了本发明的一个实施例，其示意性地示出了根据本发明实施例的分别处于封闭位置和打开位置的用于元件处理工具的仓盒20的截面图，该仓盒具有呈可旋转套筒21形式的工具存储组件。仓盒20包括封装套筒21的主体23，该主体包括位于其上表面的孔口24，该孔口与套筒21对齐。套筒21可以绕旋转中心轴22相对于主体23旋转，如图2a、图2b所示，旋转中心轴22垂直于纸张平面。尽管图中未示出，但是提供了致动器以围绕旋转轴22旋转套筒21，该致动器可以形成仓盒20的一部分或者贴装机(未示出)的一部分，在使用中，仓盒20位于贴装机内。在图2a、图2b所示实施例中，套筒21由具有中空内部28的套筒壁27限定，并且在这种情况下，致动器例如可操作以直接驱动套筒壁27的一部分，例如位于套筒21一端的齿部(未示出)。例如，适当的致动器可以包括步进电机或其他分度电机，其可以直接或通过皮带或传动链作用于套筒上；或者选择性地，可以使用气动致动器，例如也可以通过本领域所公知的销及分度装置。致动器在使用中由控制装置(未示出)，例如处理器、计算机等控制，优选地，该控制装置与在使用中对贴装机提供整体控制的控制装置相同。套筒21具有以旋转轴22为中心的多边形截面。如图所示，尽管套筒的截面为了方便旋转而带有圆角，但是由于其包括四个主表面，因而套筒的截面近似正方形。其中三个主表面包括各自的对接部26a-26c，每个对接部26a-26c均适于容纳相应的元件处理工具(在此为喷嘴25a-25c)。第四表面是封闭侧29，没有对接部。图2a示出了处于第二位置(在此为封闭位置)的套筒。在封闭位置，封闭侧29位于最上面，与孔口24对齐，从而在封闭位置无法从仓盒20外部进入对接部26a-26c。为了从图2a所示的封闭位置移动至图2b所示的打开位置，通过致动器将套筒21围绕旋转轴22旋转，直到对接部(在此为对接部26a)与孔口24对齐，从而可以通过孔口24从仓盒20外部进入对接部26a，并因此进入位于对接部26a内的喷嘴25a。这样，贴装头(未示出)可以拾取喷嘴25a并将其从对接部26a中移除。在其它打开位置(未示出)，可以通过孔口24从仓盒20外部进入其它对接部26b、26c以及喷嘴25b、25c。
71.虽然图2a、图2b示出了每个对接部25a-25c内的喷嘴26a-26c，但是部分或全部对接部26a-26c可能是空的，使得当通过孔口24进入适当的对接部时，可以凭借贴装头将喷嘴
置于其中。
72.图3a、图3b示意性地示出了根据本发明另一实施例的分别处于封闭位置和打开位置的用于元件处理工具的仓盒的截面图，该仓盒具有可旋转套筒31。套筒31大体上类似于图2a、图2b所示的套筒21，而此处套筒具有大致呈五边形的截面，以便将四个喷嘴容纳于其中。
73.图4a、图4b示意性地示出了根据本发明又一实施例的分别处于封闭位置和打开位置的用于元件处理工具的仓盒，该仓盒具有可旋转套筒41。套筒41大体上类似于图3a、3b所示的套筒31，而此处套筒41具有大体呈六边形的截面，以便将五个喷嘴容纳于其中。
74.图5a、图5b示意性地示出了根据本发明又一实施例的分别处于封闭位置和打开位置的用于元件处理工具的仓盒50的截面图，该仓盒具有可旋转套筒51。该实施例对于存储相对较大的元件处理工具尤其实用。类似于上述实施例，在致动器(未示出)的驱动下，套筒51可相对于仓盒50的主体53围绕旋转轴52旋转，使得套筒51的外表面可以移动以与主体53中的孔口54对齐或不对齐。然而，在该实施例中，套筒51包括实心筒体57，其中形成有尺寸适于容置相应元件处理工具(此处为喷嘴55a-55d)的容器或兜体。每个容器均与相应的对接部56a-56d相关联，以便与其连通。套筒51具有大致呈八边形的截面，四个对接部56a-56d位于八边形的交替侧，使得每个侧面59a-59d均位于包括相邻对接部56a-56d的侧面之间，并作为封闭侧，其功能类似于图2a、图2b所描述的封闭侧29。在图5a中，侧面59a位于最上面并与孔口54对齐，以防止进入对接部，而无论侧面59a-59d中的哪一个位于最上面，套筒51均处于封闭位置。其优点在于，套筒51可以非常快速地旋转至封闭位置。
75.图5b示出了处于打开位置的套筒51，其中已将套筒51进行旋转，使得对接部56d位于最上面并与孔口54对齐，从而例如可以凭借贴装头(未示出)通过孔口54进入对接部56d，并因此进入喷嘴55d。
76.图6a、图6b示意性地示出了根据本发明又一实施例的分别处于封闭位置和打开位置的用于元件处理工具的仓盒60的截面图，该仓盒具有可旋转套筒61。该实施例与图5a、图5b所示实施例非常相似。然而，在该实施例中，套筒61具有大致呈六边形的截面，以便将三个元件处理工具存储于其中。
77.图7示意性地示出了根据本发明实施例的多套筒仓盒装置的立体图。在该图中，为了简单起见，没有示出仓盒主体，从而可以更容易地看到套筒的结构。图7所示的多套筒仓盒是包括至少一个附加套筒的仓盒，该至少一个附加套筒具有各自的中心轴。在图7中，提供了六个套筒71a-71c、72a-72c，在这一构造中，套筒71a-71c的中心轴同轴(示为旋转轴73)，并且套筒72a-72c的中心轴同轴(示为旋转轴74)，且平行于套筒71a-71c的中心轴。每个套筒71a-71c、72a-72c均可操作地与用于旋转该套筒的致动器(未示出)相关联。可选地，可以与每组套筒71a-71c、72a-72c相关联地设置单个致动器，以作为一个单元旋转该组套筒。如图所示，每个套筒71a-71c、72a-72c均类似于图4a、图4b所描述的套筒40，具有大致呈六边形的截面。此外，每个套筒71a-71c、72a-72c均包括五个对接部以及单个封闭侧76a-76c，套筒71a-71c的可见对接部示为75a-75c。可以看出，套筒71a、71c、72a和72c处于封闭位置，而套筒71b、72b各自处于打开位置。套筒71a-71c、72a-72c容纳于仓盒主体(未示出)中，仓盒主体包括孔口，以允许当套筒处于打开位置时进入该套筒的对接部。在一个实施例中，仓盒主体可以设置有与每个套筒71a-71c、72a-72c相关联的一个孔口，然而在可选实施
例中，孔口可以在套筒之间“共享”。例如，仓盒可以包括一个覆盖所有套筒71a-71c的相对细长的孔口，以及覆盖所有套筒72a-72c的第二个相对较长的孔口。利用这种构造，便于将元件处理工具分布在处于共同旋转轴上的套筒或套筒组之间。例如，套筒71a-71c中的每一个均可以用于存储装配到特定类型的贴装头的元件处理工具，例如所谓的“cpp头”，而套筒72a-72c可以用于存储装配到替代类型的贴装头的元件处理工具，例如“cp20+头”。如果贴装机随后被重新配置以置换出一种贴装头，则操作者可以方便地更换整组套筒，例如72a-72c。
78.图8示意性地示出了另一种套筒81，其尺寸足够大，以允许在单个侧面82上设置一个以上的对接部85。同样，为了清楚起见，省略了仓盒主体。如图所示，在每一个侧面82a、82b上设有六个对接部85，并将侧面82c封闭。对接部85以3
×
2矩阵排列，但同样可以采取其他排列方式。
79.图9a、图9b示意性地示出了根据本发明另一实施例的分别处于封闭构造和打开构造的仓盒90的截面图。该实施例大体上类似于图2所示实施例，其中提供了具有大致呈正方形的截面的套筒91。然而，在该实施例中，正方形的所有四个侧表面均配备有用于存储呈喷嘴25a-25d形式的相应元件处理工具的对接部96a-96d。为了提供孔口94所需的封闭，并因此防止灰尘及其他污染物进入仓盒90，仓盒90的主体93设置有呈平板形式的孔口封闭构件97；该构件通过枢轴98连接于主体93；如图所示，该枢轴98提供了正交于纸张平面的枢转轴。在图9a所示封闭构造中，孔口封闭构件97处于封闭位置，在该位置，孔口封闭构件97完全阻挡或覆盖孔口94，因此孔口封闭构件97的每个外围边缘抵靠于主体93的一部分，但与对接部96a稍微间隔开，使得无法从仓盒90外部进入套筒91。提供一种致动机构(未示出)以如图所示绕枢轴98顺时针旋转孔口封闭构件97进入打开位置，在该打开位置，可以从仓盒90外部进入与孔口94对准的对接部96a，如图9b所示。致动机构可以采取各种形式，例如直接旋转孔口封闭构件97的旋转电动马达(气动的或电动的线性马达)，如本领域公知的，其通过曲柄等附接于孔口封闭构件97，并由控制装置(未示出)，例如处理器、计算机等操作，优选地，该控制装置与对贴装机提供整体控制的控制装置相同，在使用中，仓盒90位于贴装机中，以帮助协调机器运动，从而避免孔口封闭构件97与贴装头(未示出)之间可能发生的碰撞。如图9b所示，与封闭位置相比，孔口封闭构件97在打开位置旋转了大约180
°
，并且搁置在主体93的一部分上。孔口94完全打开，以便将下面的对接部(此处为对接部96a)外露，并且其喷嘴95a可供贴装头使用。一旦喷嘴95a已经被移除或更换，并且贴装头与孔口94保持一段安全距离，则使得孔口封闭构件97围绕枢轴98逆时针方向旋转，以移回至其如图9a所示的封闭位置。
80.图10a和图10b示意性地示出了根据本发明另一实施例的分别处于封闭构造和打开构造的仓盒100的截面图。该实施例类似于图9a、图9b所示实施例，其提供了具有大致呈正方形截面的套筒101，正方形的所有四个侧表面均配备有用于存储呈喷嘴105a-105d形式的相应元件处理工具的对接部106a-106d。
81.为了防止灰尘及其他污染物进入对接部106a-106d，套筒101设置有多个对接部封闭构件107a-107d，每个对接部封闭构件107a-107d均与相应的对接部106a-106d相关联。每个对接部封闭构件107a-107d呈平板形式，该平板通过枢轴108(仅示出了对接部封闭构件107a的枢轴108)连接于靠近相应对接部106a-106d的套筒101；如图所示，该枢轴108提供了
正交于纸张平面的枢转轴。在如图10a所示封闭位置，对接部封闭构件107a完全阻挡或覆盖对接部106a，使得无法从套筒101外部进入对接部106a，此外，所有其他对接部封闭构件107b-107d也覆盖它们各自的对接部106b-106d，因此，对接部封闭构件107a的每个外围边缘均邻接套筒101的一部分。应该注意的是，该实施例中套筒101在主体103中的位置比前述实施例中套筒91在主体93中的位置高，使得对接部封闭构件107a位于孔口104的上方。提供了与对接部封闭构件107a相关联的致动机构(未示出)，以绕枢轴108顺时针旋转对接部封闭构件107a进入其打开位置，如图10b所示，其中可以从套筒101外部进入对接部106a。每个对接部封闭构件107a-107d均具有相关联的可独立操作的致动机构，该致动机构可以采取各种形式，例如直接旋转相关联的对接部封闭构件107a-107d的旋转电动马达(气动的或电动的线性马达)，如本领域公知的，其通过曲柄等附接于相关联的对接部封闭构件107a-107d，并由控制装置(未示出)，例如处理器、计算机等操作，优选地，该控制装置与对贴装机提供整体控制的控制装置相同，在使用中，仓盒100位于贴装机中，以帮助协调机器运动，从而避免对接部封闭构件107a-107d与贴装头(未示出)之间可能发生的碰撞。如图10b所示，与封闭位置相比，对接部封闭构件107a在打开位置旋转了大约180
°
，并且搁置在主体103的一部分上。将孔口104完全打开，以便将下面的对接部(此处为对接部106a)外露，并且其喷嘴105a可供贴装头使用。一旦喷嘴105a已经被移除或更换，并且贴装头与孔口104保持一段安全距离，则使得对接部封闭构件107a围绕枢轴108逆时针方向旋转，以移回至其如图10a所示的封闭位置。所有对接部封闭构件107a-107d均以相同方式操作。
82.对于本领域技术人员而言，显而易见的是，图9a、图9b、图10a和图10b所示的封闭构件可以呈各种形式。例如，它们不是可枢转地附接，而是可滑动地附接，从而在打开位置与封闭位置之间滑动，其优点是需要较少的垂直空间，因此与贴装头碰撞的风险较小。或者，可以采用虹膜式封闭，其优点是需要更少的空间并且可以消除碰撞风险。
83.在其他实施例(未示出)中，套筒91、101可以具有除了正方形以外的多边形截面，例如大致类似于图3、图4所示的五边形或六边形截面。此外，诸如参照图9、图10所述的封闭构件同样可用于与参照图5至图7所述的仓盒相似的仓盒。
84.图11、图12示意性地示出了本发明的不同实施例，其使用柔性链代替可旋转套筒来作为工具存储组件。图11示意性地示出了与图9a、图9b的仓盒有些相似的仓盒110的截面图，该仓盒包括具有孔口114的主体113，可以通过孔口封闭构件117覆盖该孔口114。在该实施例中，孔口封闭构件117平行于主体113的上表面可滑动地移动至打开位置，如箭头a所示，在打开位置，孔口114外露以提供到达喷嘴115a的通路，该喷嘴位于与孔口114相对齐的对接部116a内。多个对接部116a、116b通过连杆118以串联构造连接在一起形成环，其中每个喷嘴115a、115b均指向环的内部。通过驱动链条，可以移动位于相应对接部116b中的其它喷嘴115b，使其与孔口114对齐。尽管图11中没有清楚地示出，但是喷嘴115a、115b均不包括链条的连接元件，因此可以从其相应的对接部116a、116b中移除喷嘴而不影响链条的完整性。如图所示，这里链条的移动由可驱动链轮111实现，链轮111可如箭头b所示绕轴112旋转。例如，链轮111可以例如由驱动装置(未示出)，例如电动机、可驱动皮带等驱动。所示链轮111具有四个齿，这些齿在旋转过程中与连杆118机械地接合。虽然在所示实施例中，链条从链轮111自由垂下，但是当然也可以使用其他链轮来张紧链条。
85.图12示意性地从上方示出了根据本发明另一实施例的仓盒120。仓盒120包括主体
123，在其顶面形成有孔口124。类似于图11，孔口封闭构件127位于主体123的上表面，布置为可相对于主体123滑动，如箭头c所示。在图12中，孔口封闭构件127处于其打开位置，使得可以通过位于仓盒120上方的贴装头(未示出)进入孔口124并因此进入与其对齐的对接部126a中的下方喷嘴125a。环形座圈121形成于主体123内，可以容置柔性链，该柔性链是通过连杆128将相邻的对接部126a、126b连接成环而形成的。在该实施例中，可以看到喷嘴125a、125b垂直指向柔性链所在平面。应当理解，在图12中，为了清楚起见，主体显示为部分透明，从而可以看到喷嘴125b、对接部126b以及连杆128。驱动装置(未示出)设置在仓盒120内，以围绕座圈121移动柔性链，如箭头d所示。为了举例说明，这种驱动装置可以包括由电动机、从动皮带等驱动的链轮。
86.上述实施例仅是示例性的，本发明范围内的其他可能性和替代方案对于本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，在工具存储组件或每个工具存储组件内，对接部和/或容器可以具有不同的尺寸，以在使用中容纳不同的元件处理工具。在如图7所示的多工具存储组件仓盒中，每个工具存储组件是否相同并不重要。例如，不同的工具存储组件可用于固持不同类型的元件处理工具。虽然上述具体实施例将喷嘴称为元件处理工具，但是本发明同样适用于将夹持器存储为元件处理工具。工具存储组件的数量及形状不限于上述特定示例中所示，而是可以根据特定应用或者在贴装机内空间允许的情况下进行选择。作为一种可能性，套筒可以具有相对较大的直径，相应地具有大量侧面，例如超过十个、超过二十个、超过三十个或超过四十个侧面，包括相关联的对接部。利用这种类型的布置，有利的是，套筒将保持相对较薄，使得其仍然可以安装于贴装机内。