抓放系統及其部件的製作方法
2023-06-01 00:05:31 1
專利名稱：抓放系統及其部件的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及集成電路製造系統，尤其涉及用於這種集成電路的抓放系統。
過去，電子電路板裝配的某些操作是在遠離生產裝配線的地方完成的。在各種進料機器和機器人裝卸系統將集成電路裝配到電子電路板上時，與處理集成電路有關的操作例如編程、測試、校準和測量是在不同的區域在各自的設備上而不是集成到主生產裝配線上完成的。
例如，在可編程器件例如電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)和閃速EEPROM的編程中，所使用的獨立編程設備通常位於與電路板裝配線分開的區域中。為什麼離線進行編程有若干原因。
首先，編程設備相對較大且笨重。這是因為需要準確地將可編程器件高速插入編程器的編程插口中或者從編程插口中移走。由於插入和移走需要相對長的高速橫越和非常精確的定位，因此需要非常堅固的機器人裝卸設備。這種堅固設備意味著各種部件必須相對厚重、具有堅固的結構支承構件，以保持高速移動的抓放系統的結構完整性和精確定位。由於編程設備的尺寸和用於甚至更大裝配設備的空間有限，所以它們位於不同區域中。
其次，單個高速生產裝配系統對編程器件的消耗比在單個編程機構上對它們進行編程要快。這需要許多通常較長時間操作的編程系統，目的是為生產裝配系統儲備編程設備。這意味著在兩個系統之間操作次數和輸入要求是不同的。
第三，過去一直沒人能建立一個能很容易地集成有生產裝配系統的機械和電子部分的單個系統。這些系統複雜且通常需要耗費大量的工程時間進行改變以結合附加設備。
就在不同區域中對可編程器件進行編程然後將已編程器件引入生產裝配區域中從而插入電子電路板中而言，與此有關的主要問題是難以使兩個獨立過程在不同區域中運行以及難以在兩個獨立系統之間進行協調。通常，生產裝配線會用完可編程器件且不得不關閉整個生產裝配線。在另一些時候，編程設備用於對足夠庫存的被編程器件進行編程，從而確保生產裝配線不會被關閉；但是，這增加了庫存成本。當必須改變編程且手頭有大量被編程集成電路時會產生其他問題。在這種情況下，庫存的可編程器件必須被重新編程，所以浪費時間和金錢。
顯然，需要一個更好的系統，但看起來沒有真正解決這種問題的方法。在改進過程中存在很多顯然難以克服的問題。
首先，當前生產裝配線的運轉速度大大超過了現有編程器的編程速度能力，編程器的編程量遠遠大於現有系統所認為可能的編程量。
其次，編程器的速度不僅要比現有編程器快，而且還要更小。這種理想系統將集成到生產裝配線中，但這樣做不會干擾現有生產裝配線或要求新生產裝配線的長度超過沒有理想系統時的長度。此外，這些生產裝配線中大多數已經充滿或設計成充滿各種類型的為附加設備提供有限空間的進料和裝卸模塊。
第三，顯然，任何與生產裝配線集成的編程器還必須與用於通信和時序安排目的的生產系統軟體的控制軟體和電子設備接口。這就是個問題，因為生產裝配線系統軟體不僅複雜，而且是保密的和/或所有權歸那些系統的製造商。這意味著上述集成必須與製造商合作完成，或者在研究編程器控制軟體之前必須在理解製造商軟體上花費來完成大量的時間和努力，除非改進它們自己的系統，否則製造商是不情願花費任何時間進行工程計劃的。
第四，編程器和生產設備之間的機械接口需要相對於生產裝配系統的抓放裝卸設備高度準確地放置被編程設備。
第五，存在大量不同的生產裝卸設備製造商和生產製造設備。這意味著必須對大量不同的生產裝配線結構進行研究並在不同製造商所要求的設計上作較多折衷。
第六，理想系統允許在具有不同構造和尺寸的不同微型器件之間快速改變。
第七，理想系統需要能容納包括帶狀、管狀和盤狀進料器的很多不同的微型器件進料機構。
最後，需要能快速拋棄在編程過程中有故障的微型器件。
所有上述問題看起來都使得有效解決問題是不可能的。這在試圖發明一個複雜系統時尤其如此，所述複雜系統是可攜式的、允許僅用外部電力和氣壓進行「即插即用」操作、提供自動編程和裝卸、能將被編程的可編程器件導入自動生產裝配線中。
本發明提供與空氣源和電力源相連的微型器件抓放系統。該系統具有抓放部件，該抓放部件包括驅動器、抓放探針以及連接驅動器和探針的適應耦合器。控制系統驅動多個電動氣壓閥，以選擇性地將空氣動力源與驅動器連接以使適應耦合器將探針移向抓放位置及從抓放位置移走。多個氣壓閥其中之一選擇性地使氣動真空裝置與探針連接和斷開，以此分別實現抓住和釋放微型器件。該抓放系統是用於快速和靈活抓住及放置靈敏微型器件的有效系統。
本發明還提供抓放部件，該抓放部件包括驅動器、抓放探針以及連接驅動器和探針的適應耦合器。控制系統驅動可與抓放部件相連的多個電動氣壓閥，以選擇性地將空氣動力源(air power source)與驅動器連接以使適應耦合器將探針移向抓放位置及從抓放位置移走。多個氣壓閥其中之一選擇性地使氣動真空裝置與探針連接和斷開，以此實現抓住和釋放微型器件。該抓放部件是用於快速和靈活抓住及放置靈敏微型器件的有效系統。
本發明還提供一種在抓放系統故障的情況下抓住微型器件的可靠的抓放部件和系統。
本發明還提供一種能夠同時及順序抓放多個微型器件的抓放部件和系統。
本發明還提供允許在具有不同結構和大小的不同微型器件間快速變化的抓放部件和系統。
通過閱讀以下結合附圖的詳細描述，本領域的技術人員顯然可以清楚本發明的上述以及其他優點。
圖1抓放系統的原理圖；及圖2是抓放部件的截面圖。
下面描述本發明抓放系統的結構現在參考圖1，圖中所示抓放系統100能用來抓住和放置不同類型的微型器件(未示出)，這些微型器件可以是電子、氣動、機械等器件。系統100具有與操縱抓放(PNP)部件106和插口驅動器108的氣壓控制系統104相連接的空氣源102。
氣壓控制系統104包含氣壓系統110和真空系統120。
氣壓系統110由三路、兩點驅動的活性螺線管、彈簧復位氣壓閥111至115組成。氣壓閥111至115通常是關閉的且分別與空氣驅動、彈簧延伸的PNP驅動器116至119和空氣驅動、彈簧復位的插口驅動器108連接。
真空系統120包含與空氣源102相連接的多個三路、兩點驅動螺線管、彈簧復位供給閥121至124。供給閥121至124通常是打開的且分別與汾丘裡抽氣器125至128連接，汾丘裡抽氣器125至128還分別與減音器130至133相連接。
汾丘裡抽氣器125至128利用汾丘裡效應通過各自的吸濾器135至138在PNP部件106中各自的軟橡膠真空杯140至143上產生真空。
由各自的空氣驅動、彈簧復位真空開關145至148監控真空杯140至143上的真空。真空開關145至148在真空故障時提供輸出信號。
通過利用三路、兩點驅動螺線管、彈簧復位斷開閥150至153及其各自的針形閥155至158將各自的真空杯140至143連接到空氣源102上，分別斷開真空杯140至143上的真空。斷開閥150至153通常是關閉的。
通過具有不同的控制及電源輸入162、不同的輸出164的控制系統160對系統100進行電控，電源輸入162包括從真空開關145至148的輸入，輸出164包括輸出到氣壓閥111至115、供給閥121至124以及斷開閥150至153。控制系統160可以是微處理器或微控制器。
現在參考圖2，其中所示為具有典型PNP驅動器和典型真空杯的PNP部件106，典型PNP驅動器例如PNP驅動器116，典型真空杯例如真空杯140。
PNP驅動器116由其中具有氣缸內腔202的氣缸體200組成。氣缸內腔202包括與延伸穿過汽缸皮墊208的活塞杆206連接的活塞204。該活塞通過彈簧210通常保持處於「上方」位置，並通過通道212上的氣壓驅動。該活塞杆206有一對使耦合器216連接定位的扣環214。
耦合器216限制在扣環218和適應彈簧220之間以使探針222在一對直線軸承224和226間垂直運動。耦合器216允許探針222平行於活塞杆206上下移動。其推壓反作用於扣環221的適應彈簧220以此「向下」推動探針222。當探針222停留在微型器件表面上時，適應彈簧220使耦合器216在探針222停止時繼續移動。這可避免損壞微型器件。適應彈簧220總是使探針222推斥耦合器216。適應彈簧220是非常輕的彈簧且能夠產生足夠的壓力使探針222處於下方位置，但不足於損壞高靈敏度的微型器件。因此，探針222相對於耦合器216「順從地」移動。
探針222是空心的且在一端包括有真空杯140，該真空杯140被精密器228圍繞，探針222與通過圖1中的吸濾器135連接到抽氣器125的真空管230相連。精密器228是具有內錐度的金屬板，微型器件可以鄰接及相對於探針222對準定位。
下面描述本發明抓放系統的操作在操作中，當圖1中的空氣源102不能提供空氣時，氣壓閥111至115通常關閉，供給閥121至124通常打開，斷開閥150至153通常關閉。同時，真空開關145至148通常關閉。
當空氣源102提供空氣時，提供給抽氣器125至128的空氣由於汾丘裡效應產生並在真空杯140至143中形成真空。如果有電動故障但沒有氣動故障時，供給閥121至124的正常打開模式提供安全模式以將任意微型器件保持在PNP部件106中。
為了抓住微型器件，控制系統160通過輸出線164發送信號以選擇性地驅動氣壓閥111至114上的螺線管。將氣壓閥111的驅動作為一個例子，氣壓的應用使PNP驅動器116將其活塞杆206拉回壓抵彈簧210。活塞杆206的拉回迫使耦合器216向下，首先造成探針222向下延伸。開始向下延伸後，耦合器216的進一步運動壓縮適應彈簧220並造成探針222向下延伸自至其接觸到微型器件。當探針222停止時，適應彈簧220允許PNP驅動器116繼續運動而不會損壞微型器件。因此，探針222能夠「順從地」運動。
當探針222延伸時，它會使微型器件與柔性真空杯140接觸，真空在探針222上的適當位置會抓住或保持微型器件。為完成抓住操作，去激勵氣壓閥111的螺線管，氣壓閥111的彈簧復位釋放汽缸內腔202中的空氣，允許彈簧210將活塞204移動至其「上方」位置。當活塞204移動到「上方」時，活塞杆206移動至「上方」並通過耦合器216和扣環218，探針222移動到「上方」。當探針222移動至「上方」位置時，精密器228利用其中設有的錐形側壁229準確對準微型器件。微型器件通常為箱形的，精密器228與錐形側壁229的長度成直線旋轉箱子。如前所述，供給閥121通常打開，因此在電動故障的情況下，微型器件可被真空杯140保持。
正如本領域技術人員所能理解的，氣壓閥111至114可被順序驅動以使PNP驅動器116至119分別順序抓住微型器件。需要注意的是，如果將四個PNP驅動器116至119適當隔開，控制系統160也會被驅動使PNP驅動器同時抓住微型器件。
為放下或放置微型器件，氣壓閥111至114會被驅動使PNP驅動器116至119向下延伸。例如，當驅動氣壓閥111時，空氣將提供給通道212以使活塞204將活塞杆206拉回。這會迫使耦合器216向下壓抵適應彈簧220，從而使探針222向下移動。
當探針222在下方時，供給閥121的螺線管被激活，從而關閉及釋放抽氣器125中的任何氣壓，斷開閥150立刻被驅動，向真空杯140應用施加空氣脈衝，造成一「股」空氣引起微型器件的積極釋放。然後使氣壓閥111的螺線管去激勵以允許通過通道212釋放空氣使探針222返回其「上方」位置。
本發明還包括插口驅動器108，插口驅動器108用於驅動保持機構(未示出)以在探針222將其釋放後保持微型器件。由此，驅動氣壓閥115以操縱插口驅動器108。
正如本領域的技術人員所知，吸濾器135至138清除系統的有害微粒，減音器130至133使系統避免噪聲過大。
此外，本領域的技術人員也知道，雖然示出了個別閥，但不同的集合管和閥組合也能夠完成本發明所示目的。而且，也可能以不同的順序施加和移走空氣。
雖然已經結合優選實施例對本發明進行了描述，但是，應當知道，本領域的技術人員可以在不背離本發明的精神的條件下進行修改和變型，本發明的範圍由權利要求書限定。本文和附圖所述內容是解釋性的而非限制性的。
權利要求
1．一種可與動力源連接且可操作微型器件的抓放系統，包括抓放部件[106]包括驅動器[116]，具有第一正常位置並對連接到動力源做出響應從而移動至抓住位置；與驅動器[116]相連的耦合器[216]；及探針[222]，具有第一正常位置並連接到耦合器[216]，響應驅動器[116]移動到抓住位置而順從地移動到抓住位置，探針[222]對連接到動力源做出響應以可釋放地保持微型器件；及與驅動器[116]相連接的第一閥[111]，能夠被操縱將動力源連接到驅動器[116]；與探針[222]相連接的第二閥[121]，能夠被操縱將動力源從探針[222]移走；及可與動力源及第一和第二閥[111，121]相連接的系統控制[104]，用來選擇性地操縱第一和第二閥[111，121]。
2．根據權利要求1所述的抓放系統，包括與系統控制[104]及動力源相連接從而使探針[222]積極釋放微型器件的第三閥[151]。
3．根據權利要求1所述的抓放系統，包括與系統控制[104]及動力源相連接從而使探針[222]積極釋放微型器件的第三閥[151]；及放置於斷開閥和探針[222]之間控制釋放的針形閥[155]。
4．根據權利要求1所述的抓放系統，包括放置於第二閥[121]和探針[222]之間為探針[222]提供真空以保持微型器件的抽氣器[125]。
5．根據權利要求1所述的抓放系統，包括放置於第二閥[121]和探針[222]之間為探針[222]提供真空以保持微型器件的抽氣器[125]；及放置於抽氣器[125]和探針[222]之間的過濾器[135]。
6．根據權利要求1所述的抓放系統，包括放置於第二閥[121]和探針[222]之間為探針[222]提供真空以保持微型器件的抽氣器[125]；及與抽氣器[125]連接以顯示其中產生的真空的真空開關[145]。
7．根據權利要求1所述的抓放系統，包括放置在探針[222]上用於將微型器件相對於探針[222]精確對準的精密器[228]。
8．根據權利要求1所述的抓放系統，其中探針[222]是空心的且一端可連接到動力源上，另一端為釋放地保持微型器件的柔性杯[140]。
9．根據權利要求1所述的抓放系統，包括放置於耦合器[216]和探針[222]之間的連接處以允許探針[222]相對於耦合[216]順從移動的適應彈簧[220]；及設在驅動器[116]上的彈簧[210]將驅動器[116]移動至第一正常位置。
10．根據權利要求1所述的抓放系統，包括包括驅動器[116]和探針[222]的主體[200]，主體[200]允許驅動器[116]和探針[222]平行移動。
全文摘要
提供一種可連接到空氣動力源和電源上的抓放系統。該系統具有包括對與空氣動力源連接做出響應從而移動至抓住位置的驅動器的抓放部件。驅動器移動耦合器,將探針順從地移動至抓住位置。探針對連接到空氣動力源做出響應從而抓住微型器件。與驅動器連接的氣壓閥將空氣動力源連接到驅動器,與探針連接的供給閥將動力源從探針移走。可與動力源相連的系統控制與氣動閥和供給閥相連接,以可選擇性地、電操縱氣動閥和供給閥。
文檔編號H05K13/04GK1296378SQ0012010
公開日2001年5月23日 申請日期2000年7月17日 優先權日1999年11月10日
發明者L·M·波洛廷, B·D·波維爾, J·萬－童 申請人:資料輸入/輸出公司