真空吸嘴组件的制作方法

本发明涉及真空吸嘴领域，尤其涉及用于拾取和放置对象以运送对象的真空吸嘴组件。

背景技术：

在电子产业中，在例如芯片封装和测试过程中需要对放置在托盘上的多个芯片同时进行操作。例如，如果通过人工目检发现托盘上的某个芯片具有瑕疵，则需要从托盘中移除该芯片，并且将完好的芯片回填到托盘中的相应位置，以便于后续流程化和标准化处理。

一方面，手工移除具有瑕疵的芯片是可以的，但是由于芯片日益轻薄并且微型化，由操作人员直接用手回填完好的芯片可能接触芯片的上表面，易损坏芯片，并且，在操作人员将芯片手工回填到托盘上的位置时可能会不准确，进而进一步损伤芯片，因此是不允许的。

另一方面，也可以考虑使用标准真空吸嘴手工回填芯片，但是现存的标准真空吸嘴同样需要接触芯片的上表面，而当前芯片上能够由真空吸嘴接触以拾取芯片的空间十分有限。并且，即使使用了标准真空吸嘴手工回填，仍存在回填时可能放置不准确的问题。另外，无论采用根据上述哪个方面的回填方式，都会在芯片表面施加一定的力，而这可能造成芯片的翘曲。

再一方面，也可以使用贴片机将完好的芯片回填到托盘上的相应位置。但是，考虑到贴片机的价格，这样做会增加成本；此外，由于需要操作贴片机进行回填，这也增加了处理时间，并且需要额外的操作人员。

技术实现要素：

本发明提供一种真空吸嘴组件及其制造方法，和一种拾取和放置工具，其能够在不接触芯片的上表面的情况下拾取和放置芯片，并且能够在拾取时固定芯片的位置以便于对准托盘中的相应芯片放置区域，从而使得仅仅依靠操作人员手工回填芯片成为可能，这不仅不需要芯片上具有用于拾取的额外空间，不会损坏芯片，同时也提高了放置对准精度，节省了成本和流程处理时间，降低了操作人员的数量。

根据本发明的一个实施例，提供了一种真空吸嘴组件，其包括非接触式真空吸力发生装置，其用于产生吸力，以在不接触对象的情况下，拾取和放置所述对象；以及限位机构，其与所述非接触式真空吸力发生装置连接，在所述非接触式真空吸力发生装置产生吸力以拾取所述对象时，通过接触所述对象的边缘限制所述对象的位置。

根据本发明的再一个实施例，提供一种拾取和放置工具，包括气管，其用于输送加压的气体；气流控制器，其与所述气管相连，用于控制从所述气管提供的所述加压的气体的量；根据本发明的一个实施例的真空吸嘴组件，其具有在所述非接触式真空吸力发生装置上设置的气孔；以及连接头，其位于所述气流控制器和所述真空吸嘴组件之间，用于连接所述气管和所述气孔，以通过所述气管向所述非接触式真空吸力发生装置供应所述加压的气体。

根据上述本发明的各个实施例，一方面，本发明的真空吸嘴组件包括了非接触式真空吸力发生装置，其产生在不接触对象的情况下就能够拾取所述对象的吸力。就芯片而言，不需要接触芯片的上表面，因此，不需要芯片上具有用于拾取芯片的额外空间，不会因作用于芯片表面的力使得芯片产生翘曲。另一方面，本发明的真空吸嘴组件还包括了限位机构，其在非接触式真空吸力发生装置将对象拾取起来时，通过接触对象的边缘来限制对象的位置。在仅仅接触如芯片的对象的边缘来限制对象的位置的情况下，不仅能够防止芯片的移位，便于对准托盘上将要放置芯片的位置，同时也不会接触芯片表面，避免对芯片中的电路的损伤。再者，由于使用限位机构增加了放置芯片的对准精度，也避免了由于芯片放置不准确可能造成的芯片损伤。

附图说明

图1是一种非接触式真空吸力发生装置的内部结构图；

图2是气流在非接触式真空吸力发生装置内部流动以形成旋转气流的立体图；

图3是借助非接触式真空吸力发生装置拾取对象的示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的真空吸嘴组件中的限位机构；

图5示出了根据本发明的一个实施例的真空吸嘴组件；

图6示出了根据本发明的一个实施例包括真空吸嘴组件的拾取和放置工具；并且

图7示出了根据本发明的一个实施例的真空吸嘴组件的制造方法流程。

参照上述附图来描述本发明的各个方面和特征。通常采用相同或相似的附图标号来表示相同或者相似的部件。上述附图仅仅是示意性的，而非限制性的。在不脱离本发明的主旨的情况下，在上述附图中各个部件的尺寸、形状、标号、或者外观可以发生变化，而不被限制到仅仅说明书附图所示出的那样。

具体实施方式

以下主要参照芯片来说明本发明的各个实施例、特征以及效果。虽然将芯片作为对象来说明了本发明的各个方面，应当理解，这不作为对本发明的技术方案的限制。只要能够提供足够的吸力，本发明的实施例的真空吸嘴组件以及拾取和放置工具能够用于拾取任何类型的对象，尤其是在电子产业和/或光学产业中需要拾取的对象，这包括但不限于各种集成电路、芯片、电路板、半导体及液晶面板，并且在对应的领域中能够获得相应的效果。

图1是一种非接触式真空吸力发生装置10的内部结构图。图2示出了气流在非接触式真空吸力发生装置10内部流动以形成旋转气流的立体图。非接触式真空吸力发生装置10具有主体，在主体上设置气孔11，气孔11通过进气通道与在所述主体内部形成的两条相反的通道12、13连接，当加压气体F，例如无油空气，经由气孔11进入非接触式真空吸力发生装置10内部后，这两条通道12和13导引气体F沿它们分别快速流动，通过非接触式真空吸力发生装置10的气体出口沿两个相反的方向吹出，在气体出口的下方产生旋转气流，从而能够在待拾取的对象上产生负压而形成吸力。

图3更明确地示出了借助非接触式真空吸力发生装置10拾取对象的示意图。其中的对象14可以是芯片。芯片14放置在托盘15上，当加压气体F通过气孔11流入非接触式真空吸力发生装置10之后，被引导着沿两条相反的通道12和13快速流动，从而在气体出口产生旋转气流，进而在芯片14的上方产生负压，使得能够产生拾取芯片14的吸力，由图3中的箭头A示出了产生负压的方向。

根据非接触地拾取对象的一般原理，在非接触式真空吸力发生装置10以非接触方式将芯片拾取起来后，随着芯片14的上升，当芯片14的上下表面的压力差(即芯片14的浮力)与芯片14的重力达到平衡时，芯片14被保持在非接触式真空吸力发生装置10下方的特定位置处。由此，非接触式真空吸力发生装置能够在不接触芯片14的情况，将芯片14从托盘15上拾取起来。只要保持加压气体的供应，就能够以这种方式运送芯片到新的放置区域。当需要放置芯片14时，仅仅需要停止或减小供应加压气体F即可。真空吸力发生装置10通常提供在5psi到20psi之间的吸力，以拾取芯片。

图1-3中示出的非接触式真空吸力发生装置10基于伯努力原理在不接触芯片本身的情况下拾取芯片14。然而，这不是唯一的实现方式。也可以预期采用气旋式非接触真空吸力发生装置。其中，将加压的气体切向引入旋回流腔，在腔内做强回旋运动，由于离心力的作用，而在其下方产生负压，进而产生对于对象的吸力。

与标准真空吸嘴借助吸盘接触芯片表面并且通过排出气囊中的空气、经由吸盘产生直接作用在芯片上的负压来拾取芯片相比，本发明的实施例的真空吸嘴组件使用了上述非接触式真空吸力发生装置，其通过产生旋转气流进而产生作用于芯片的负压来拾取芯片，当芯片的浮力以及重力达到平衡时，芯片能够在不接触真空吸力发生装置的情况下维持在真空吸力发生装置下方的特定位置处。由于不需要接触芯片表面，因此不需要芯片上具有用于拾取芯片的额外空间，也不会对芯片造成损伤。

本发明的实施例的真空吸嘴组件还包括与上述非接触式真空吸力发生装置10一起使用的限位机构，该限位机构与真空吸力发生装置10连接。在非接触式真空吸力发生装置10产生吸力以拾取芯片时，该限位机构能够通过接触芯片的边缘限制芯片在空中的位置，尤其是沿着芯片表面的横向位置。具体来说，当使用非接触式真空吸力发生装置10拾取芯片时，除了上面描述的芯片14的上下表面的压力差(即芯片14的浮力)和芯片14的重力，芯片14还将受到限位机构作用于芯片的力，当芯片的浮力、重力以及限位机构与芯片边缘接触所产生的力相互平衡时，芯片被维持在限位机构处，从而限制了芯片的移动。通常，在本发明的实施例的真空吸嘴组件中，非接触真空吸力发生装置10产生的作用于芯片的浮力不小于芯片自身的重力。

限位机构与芯片的大小相匹配。在拾取除芯片之外的其他对象时，限位机构也与该对象的大小匹配。只要与对象大小匹配，并且在非接触式真空吸力发生装置拾取对象时能够通过接触对象的边缘限制对象的位置，那么限位机构可以成型为任何形状。在一个实施例中，限位机构可以是围绕非接触式真空吸力发生装置的气体出口设置的多条限位板或者限位杆，所述多条限位板或者限位杆能够围绕在所述气体出口处产生负压的方向沿同一角度向外延伸设置。这样，从远离所述气体出口的一端到接近所述气体出口的一端，在不同位置处，该多条限位板或者限位杆能够共同限定多个不同大小的相同形状，由此当非接触式真空吸力发生装置产生吸力时，能够通过在不同位置处接触对象的边缘限制不同大小但具有相同形状的对象中的任一个。

在进一步的实施例中，多条限位板或者限位杆能够围绕产生负压的方向呈圆周或者方形设置，这样能够限制不同大小的圆形或者方形对象的位置。也可以预期，相对于要拾取的对象的形状和/或大小来设置限位机构的形状、大小和设置方式。

就芯片而言，通过在拾取芯片时仅仅接触芯片的边缘，而不接触芯片表面来限制芯片的位置，这在不需要芯片表面上的额外拾取空间的情况下拾取了芯片，限制了芯片的移位，在放置芯片时，便于操作人员人工对准托盘上将要放置芯片的放置区域。

图4示出了根据本发明一个实施例的真空吸嘴组件中的限位机构20。在所述限位机构20中，使用如下将要描述的第二表面28作为限位表面，通过接触芯片的边缘来限制芯片的位置。图4中的限位机构20具体包括中空的固定框架21以及用于将固定框架21与非接触式真空吸力发生装置10连接在一起的多个连接装置22。虽然图4中示出了四个连接装置22，但这不是限制性的，任何其他数量也是可行的。连接装置22从固定框架21的一个端面延伸，第一端与固定框架21连接，第二端与非接触式真空吸力发生装置10连接。固定框架21和所述一个或多个连接装置22共同限定一空间S，当所述一个或多个连接装置22与非接触式真空吸力发生装置10连接时，非接触式真空吸力发生装置10能够在该空间S内产生吸力，从而将例如芯片拾取到该空间S内。

当操作人员需要将已经拾取的芯片放置到特定区域时、例如回填到托盘上的特定区域时，该固定框架21能够与该特定区域相匹配，从而便于操作人员对准。优选地，该固定框架21的内侧设置有定位部23，其可以成形为如图4所示的图案。或者，也可以在固定框架21上与该特定区域的边缘接触的底面上设置定位部23。定位部23与放置芯片的该特定区域边缘处的定位部相配合，从而能够将固定框架21固定到该特定区域。这样，操作人员一旦将固定框架21固定到对准特定区域，就实现了拾取的芯片与放置区域的自对准。只要通过切断或减小加压气体的供给，由于重力作用，就能够使得已经拾取起来并且保持在空间S中的芯片落到该特定区域，而不需要人工视觉地对准芯片和该特定区域。

在一个实施例中，能够通过选择所使用的固定框架21的厚度D来控制拾取和放置芯片的高度。通常，固定框架21在拾取和放置方向上具有小于3毫米的厚度。过厚有可能损伤芯片。

图4中的连接装置22具体成型为四个夹持部。可以预期该夹持部的数量可以少于四个或多于四个。每个夹持部在接近固定框架21的第一端设置有向空间S内突出的第一部分24，每个第一部分24具有第一表面27和第二表面28。当将图4的各部件与非接触式真空吸力发生装置10组装时，该非接触式真空吸力发生装置10能够支撑在第一表面27上。当图4所示的固定机构20与非接触式真空吸力发生装置10组装在一起构成真空吸嘴组件30(如图5所示)时，第二表面28具有相对于产生负压的方向的一定角度，在非接触式真空吸力发生装置10产生吸力拾取芯片时限制所述芯片的位置。在该实施例中，第一部分24的第二表面28用作限制芯片位置的功能。

图5示出了根据本发明一个实施例的真空吸嘴组件30的示意图。其中，非接触式真空吸力发生装置10与如图4所示的限位机构20连接。由图5可见，非接触式真空吸力发生装置10支撑在每个第一部分24的第一表面27上，并且除第一部分24之外，每个夹持部22还设置有在与第一部分24相对的一端设置的第二部分26和连接第一部分24与第二部分26的第三部分25，第二部分26和第一部分24用于将非接触式真空吸力发生装置10在第二部分26和第一部分24的第一表面27之间卡紧。第三部分25具有夹持表面，当非接触式真空吸力发生装置10在第二部分26和第一部分24的第一表面27之间卡紧时，第三部分25的表面与非接触式真空吸力发生装置10的表面接合。在一个实施例中，该第三部分25能够提供在水平方向上夹紧非接触式真空吸力发生装置10的力。如果第三部分25的夹持表面与非接触式真空吸力发生装置10的表面之间的摩擦力足够大，能够省略用于起支撑作用的第一部分24。或者，可以仅仅在第二部分26和第一部分24的第一表面27之间卡紧非接触式真空吸力发生装置10，而不使用夹持表面提供夹持力。

在一个实施例中，能够配置包括第二部分26的夹持部22，实现该夹持部22与非接触式真空吸力发生装置10的可拆卸连接，进而，能够实现限位机构(尤其是限位表面28)与非接触式真空吸力发生装置10的可拆卸连接。由此，能够根据应用来配置不同非接触真空吸力发生装置和限位机构的组合。在一个实施例中，直接将限位机构20与非接触式真空吸力发生装置10形成一体，即固定连接，也是可行的，例如通过3D打印或者冲模的方式将二者整体成形。

如图5所示，当非接触式真空吸力发生装置10产生吸力拾取芯片时，由于第一部分24的多个第二表面28从所述固定框架21向空间S内倾斜并且与芯片的大小和形状相匹配，第二表面28能够接触芯片的边缘，从而将芯片保持在各个第二表面28，限制芯片的移动。

在图4中仅仅示出了根据一个实施例结合了固定框架21的限位机构。在其他实施例中，能够省略固定框架21，而仅仅保留与非接触式真空吸力发生装置10连接的夹持部22，从而仅仅实现限位功能，并忽略对准芯片放置区域的功能。

在另外的实施例中，能够将连接装置22配置为不同于图4和5所示的夹持部，而仅仅提供在固定框架21和非接触式真空吸力发生装置10之间的连接，从而仅仅实现对准放置区域的功能。这样，需要另外独立配置限位机构，例如，限位机构能够配置为从固定框架21接近非接触式真空吸力发生装置10的端面向空间S内延伸的突起。或者，可以从非接触式真空吸力发生装置10的气体出口向空间S内单独延伸设置限位板和/或杆。

以上参照附图描述了本发明的实施例的所使用的非接触真空吸力发生装置、限位机构、和将两者组装或固定在一起形成的真空吸嘴组件。这仅仅是本发明的优选实施方式，而不是对本发明的真空吸嘴组件的具体限制。在不接触芯片表面来拾取芯片并且能够限制拾取的芯片的位置的前提下，能够修改非接触真空吸力发生装置和限位机构的构造，组装和固定方式，而不脱离本发明的范围。

非接触真空吸力发生装置提供了能够在不接触芯片的情况下拾取和放置芯片的手段，因而不需要芯片上具有额外的拾取空间，避免了因接触芯片表面而造成的电路损伤以及芯片翘曲。限位机构使得能够在拾取芯片的同时限制芯片的位置，从而在芯片的运送过程中，能够限制芯片的移动，并且便于对准芯片放置区域。由于本发明的真空吸嘴组件包括了上述两个组成部分，在芯片的拾取和放置过程中由操作人员使用这样的真空吸嘴组件进行准确的回填成为可能，不再需要使用贴片机。

在一个实施例中，本发明的真空吸嘴组件需要与用于供应加压的气体的气管结合使用。图6示出了能够由操作人员手工操作的一种拾取和放置工具40，其中示出了气管41，其用于输送如无油空气的加压气体；气流控制器42，其与气管41相连，用于控制从气管41提供的加压气体的量；真空吸嘴组件30以及位于气流控制器42和真空吸嘴组件30之间的连接头43。连接头43将气管41和真空吸嘴组件30中的非接触式真空吸力发生装置10上设置的气孔11(图6未示出)连接，以通过气管41向非接触式真空吸力发生装置10供应加压气体。气流控制器42上包括手柄44。操作人员可以通过操作手柄44控制供应给非接触式真空吸力发生装置10的加压气体的量。当需要拾取芯片时，可以加大供应的气体量，而当需要放置芯片时，可以切断或减少供应气体。

图7示出了根据本发明的一个实施例的制造真空吸嘴组件的方法700。方法700包括提供701非接触式真空吸力发生装置，所述非接触式真空吸力发生装置用于产生吸力，以在不接触对象的情况下，拾取和放置所述对象；提供702限位机构，所述限位机构在所述非接触式真空吸力发生装置产生吸力以拾取所述对象时，通过接触所述对象的边缘限制所述对象的位置；以及将所述限位机构与所述非接触式真空吸力发生装置连接703。

如之前所描述的，非接触式真空吸力发生装置与限位机构之间可以是可拆卸连接或者固定连接的。因此，除机器组装上述真空吸嘴组件之外，由操作人员人工选择相应的非接触式真空吸力发生装置和限位机构，并手工组装这两者也是可能的。

上述关于本发明的系统和方法的具体实施例仅仅是示意性的，而非限制性的。这些实施例之间能够任意组合，来实现本发明的目的。本发明的保护范围由所附的权利要求书来定义。

说明书和权利要求中的“包括”一词不排除其它元件或步骤的存在。在说明书中说明或者在权利要求中记载的各个元件的功能也可以被分拆或组合，由对应的多个元件或单一元件来实现。说明书和权利要求中的“第一”和“第二”仅仅用于表示名称，并不表示任何特定的顺序。