專利名稱:工件載體和工件定位系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于承載多個(gè)工件的工件載體(workpiece carrier),以及用于單獨(dú)定位由該工件載體所承載的工件的工件定位系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電子學(xué)的不斷發(fā)展使得更為復(fù)雜的系統(tǒng)包含在更小的部件中，導(dǎo)致更小的印制電路板的使用。一個(gè)實(shí)例是移動(dòng)電話，越來越小的移動(dòng)電話正在被開發(fā)出來，其即使未增加功能，也具有至少相同的功能。
傳統(tǒng)地，在處理小印制電路板時(shí)，慣例是將印制電路板制作為一系列在單個(gè)大型板中可分離的嵌板(panel)，從而允許印制電路板作為單個(gè)實(shí)體被處理。這種方法已經(jīng)得以成功使用，但是由更新更小的部件所要求的提高的精度不能通過這種技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。因此， 這種小印制電路板又必須被分別處理。
另外，更大的電子部件正在被開發(fā)，因?yàn)楦嗟墓δ鼙患傻絾蝹€(gè)集成電路中，并且多個(gè)集成電路加上電阻和電容被組裝到諸如球柵陣列(BGA,ball grid array)基板或針柵陣列(PGA, pin grid array)基板等基板上以形成單個(gè)部件。這些較大的電子部件也必須被分別處理。
為處理這樣的工件，工件載體已經(jīng)被開發(fā)出來，其允許同時(shí)傳送多個(gè)工件至例如絲網(wǎng)印刷機(jī)或貼片機(jī)(placement machine)等機(jī)器,用于被該機(jī)器處理。這樣的工件載體包括依據(jù)JEDEC(電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)制造的工件載體。
典型地，在電子裝置的制造中，首先通過絲網(wǎng)印刷機(jī)中的型板(stencil)施加粘性焊膏到工件的所選擇區(qū)域，例如基板(例如印制電路板)。然后使用貼片機(jī)(經(jīng)常被稱為取置機(jī)(pick-and-place machine))將電子部件布置到所施加的焊膏上。然后，工件和部件在回流爐中被加熱至足以熔化焊膏的溫度，使焊膏在部件的引線(lead)和工件的對應(yīng)焊盤下流動(dòng)，從而形成焊點(diǎn)并完成電子裝置。
工件載體的使用使得多個(gè)工件能夠被同時(shí)傳送至機(jī)器，從而提供傳送效率，但是由于工件僅是被粗略地定位在工件載體上，每個(gè)工件必須被機(jī)器的操作單獨(dú)處理，以便建立被承載的工件的位置。例如，在絲網(wǎng)印刷機(jī)中，工件被單個(gè)真空塔相繼承載，而型板被單個(gè)真空塔所承載的每個(gè)工件上方的X-Y工作臺(tái)相繼定位，每個(gè)工件在如此定位時(shí)受到單獨(dú)的印制操作。應(yīng)了解的是，型板的這種對每個(gè)被承載工件的重復(fù)的重新定位特別耗時(shí)，單獨(dú)印制每個(gè)工件也是如此。例如，在貼片機(jī)中，工件被單個(gè)真空塔相繼承載，并且自動(dòng)(robotic)取置臂重新校準(zhǔn)工件的位置。此外，自動(dòng)取置臂的這種對每個(gè)被承載工件的校準(zhǔn)是耗時(shí)的。
如在W0-A-2002/089551中公開的，本申請人以前已經(jīng)開發(fā)出了一種工具固定裝置(tooling fixture),其允許同時(shí)單獨(dú)地定位多個(gè)由上述工件載體所承載的工件,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器的單次操作，而無需任何重新定位或重新校準(zhǔn)。例如在絲網(wǎng)印刷機(jī)中，工具固定裝置允許在單次印制操作中印制多個(gè)工件，而無需型板的任何重新定位。例如在貼片機(jī)中，工具固定裝置允許在單次操作中布置部件在多個(gè)工件上，而無需自動(dòng)取置臂的任何重新校準(zhǔn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供改進(jìn)的工件載體，該工件載體在其上為多個(gè)工件提供精確的單獨(dú)的預(yù)先定位，以便在機(jī)器的后續(xù)處理中工件載體能夠作為單個(gè)單元被處理，而無需工件的任何后期定位。
本發(fā)明一方面提供用于承載多個(gè)工件的工件載體，該工件載體包括承載體，該承載體包括多個(gè)工件承載元件，每個(gè)工件承載元件用于承載工件并為該工件提供單獨(dú)定位，所述工件承載元件各自包括至少一個(gè)偏壓元件，用于施加偏壓力至相應(yīng)工件的邊緣；至少一個(gè)第一凸輪，用于在第一位置處作用于相應(yīng)工件的邊緣上，抵抗至少一個(gè)偏壓元件的偏壓；和至少一個(gè)第二凸輪，用于在第二位置處作用于相應(yīng)工件的邊緣上，抵抗至少一個(gè)偏壓元件的偏壓；其中至少一個(gè)第一凸輪和至少一個(gè)第二凸輪能被操作以使相應(yīng)工件的位置相對于承載體被設(shè)定。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)偏壓元件包括至少一個(gè)第一偏壓元件，用于沿第一偏壓方向施加偏壓力至相應(yīng)工件的邊緣；和至少一個(gè)第二偏壓元件，用于沿向第一偏壓方向傾斜的第二偏壓方向施加偏壓力至相應(yīng)工件的邊緣。
優(yōu)選地,第一和第二偏壓方向大致正交。
在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)第一凸輪包括單個(gè)凸輪。
優(yōu)選地，單個(gè)第一凸輪被配置成在大致與至少一個(gè)第一偏壓元件相對的位置處作用于相應(yīng)工件的邊緣。
在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)第二凸輪包括一對第二凸輪。
優(yōu)選地，這對第二凸輪被配置成在分隔的位置處作用于相應(yīng)工件的邊緣，以對抗至少一個(gè)第二偏壓元件的偏壓力。
在一個(gè)實(shí)施例中，工件大致為矩形，至少一個(gè)偏壓元件包括至少一個(gè)第一偏壓元件，配置成施加偏壓力至相應(yīng)工件的第一側(cè)；至少一個(gè)第二偏壓元件，配置成施加偏壓力至相應(yīng)工件的靠近第一側(cè)的第二側(cè)；至少一個(gè)第一凸輪，配置成作用于相應(yīng)工件的與第一側(cè)相對的第三側(cè)；以及至少一個(gè)第二凸輪，配置成作用于相應(yīng)工件的與第二側(cè)相對的第四側(cè)。
優(yōu)選地，至少一個(gè)第一凸輪包括單個(gè)凸輪。
更優(yōu)選地，單個(gè)第一凸輪配置成大致在相應(yīng)工件的第三側(cè)的中點(diǎn)處工作。
在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)第一偏壓元件包括單個(gè)偏壓元件，該單個(gè)偏壓元件配置成大致在相應(yīng)工件的第一側(cè)的中點(diǎn)處施加偏壓力。
優(yōu)選地，至少一個(gè)第二凸輪包括一對第二凸輪。
更優(yōu)選地，這對第二凸輪配置成朝向相應(yīng)工件的第四側(cè)的各個(gè)端部工作。
在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)第二偏壓元件包括單個(gè)偏壓元件，配置成大致在相應(yīng)工件的第二側(cè)的中點(diǎn)處施加偏壓力。
在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)凸輪包括凸輪構(gòu)件，該凸輪構(gòu)件包括凸輪元件，限定出接合相應(yīng)工件的一個(gè)邊緣的凸輪表面；和凸輪偏壓元件，配置成用足夠的力偏壓凸輪構(gòu)件抵抗承載體，以允許凸輪構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，將凸輪構(gòu)件設(shè)定在設(shè)定位置中，并通過凸輪構(gòu)件和承載體之間的摩擦接合將凸輪構(gòu)件保持在任意設(shè)定位置中。[0025]優(yōu)選地，凸輪構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)，并包括工具接合部件(feature),用于接合工具以使凸輪構(gòu)件能旋轉(zhuǎn)而設(shè)定凸輪構(gòu)件到設(shè)定位置中。
優(yōu)選地，凸輪構(gòu)件的凸輪元件布置在承載體的表面處，而凸輪偏壓元件配置成用足夠的力偏壓凸輪構(gòu)件的凸輪元件抵抗承載體，以允許凸輪構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，從而設(shè)定凸輪構(gòu)件到設(shè)定位置中，并通過凸輪構(gòu)件的凸輪元件和承載體之間的摩擦接合使凸輪構(gòu)件保持在任意設(shè)定位置中。
更優(yōu)選地，凸輪偏壓元件包括彈性元件。再更優(yōu)先地，凸輪偏壓元件包括彈簧墊圈。
在一個(gè)實(shí)施例中，工件承載元件各自還包括凹部，相應(yīng)工件在該凹部中被承載。
在一個(gè)實(shí)施例中，凹部包括通孔，該通孔包括用于承載相應(yīng)工件的邊緣的多個(gè)承載部。
優(yōu)選地，工件包括基板。
在一個(gè)實(shí)施例中，基板包括球柵陣列(BGA)基板。
在另一個(gè)實(shí)施例中，基板包括針柵陣列(PGA)基板。
本發(fā)明另一方面提供工件定位系統(tǒng)，用于單獨(dú)定位上述工件載體中的工件，該工件定位系統(tǒng)包括工件定位臺(tái)，其用于單獨(dú)定位位于工件載體的工件承載元件中的工件，其中工件定位臺(tái)包括驅(qū)動(dòng)組件，該驅(qū)動(dòng)組件用于單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)工件載體的工件承載元件的凸輪以設(shè)定工件的位置；成像單元，其用于使工件上的工件基準(zhǔn)特征的位置成像；以及控制單元，其用于根據(jù)工件基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制驅(qū)動(dòng)組件，以設(shè)定工件的位置。
在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)組件包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組能被操作以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)工件承載元件的凸輪，并且每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元配置成驅(qū)動(dòng)工件載體的相應(yīng)工件承載元件的凸輪，以設(shè)定相應(yīng)工件的位置。
在另一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)組件包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組是可移動(dòng)的，以便能被相繼操作以驅(qū)動(dòng)各個(gè)工件承載元件的凸輪，并且每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元配置成驅(qū)動(dòng)工件載體的工件承載元件的凸輪，以設(shè)定工件的位置。
在又一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)組件包括單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，所述單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組是可移動(dòng)的，以便能被相繼操作以驅(qū)動(dòng)每個(gè)工件承載元件的凸輪，所述單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元配置成驅(qū)動(dòng)工件載體的工件承載元件的凸輪，以設(shè)定工件的位置。
在一個(gè)實(shí)施例中，成像單元配置成使工件上的工件基準(zhǔn)特征和工件載體上的工件載體基準(zhǔn)特征的位置成像，且控制單元配置成根據(jù)各個(gè)工件基準(zhǔn)特征和工件載體基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制驅(qū)動(dòng)組件，以設(shè)定工件的位置。
在另一個(gè)實(shí)施例中，工件載體安裝有基準(zhǔn)模板，用于使工件載體承載的工件的位置相對于工件載體被校準(zhǔn)，成像單元配置成使工件上的工件基準(zhǔn)特征和模板上的模板基準(zhǔn)特征的位置成像，并且控制單元配置成根據(jù)各個(gè)工件基準(zhǔn)特征和模板基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制驅(qū)動(dòng)組件，以設(shè)定工件的位置。
在一個(gè)實(shí)施例中，成像單元包括單個(gè)攝像機(jī)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，成像單元包括多個(gè)攝像機(jī)。[0042]優(yōu)選地，工件定位系統(tǒng)還包括工件放置臺(tái)，用于將工件放置到工件載體的工件承載元件中。
優(yōu)選地，工件放置臺(tái)包括工件儲(chǔ)存器，用于儲(chǔ)存多個(gè)工件；和自動(dòng)定位器，用于從工件儲(chǔ)存器取出工件并將工件放置到工件載體的各個(gè)工件承載元件中。
優(yōu)選地，工件定位系統(tǒng)還包括導(dǎo)軌組件，工件載體沿該導(dǎo)軌組件被相繼傳送。
本發(fā)明又一方面提供用于單獨(dú)定位工件載體中的工件的方法，該方法包括以下步驟相繼提供如上所述的承載工件的工件載體至工件定位臺(tái)，該工件定位臺(tái)包括驅(qū)動(dòng)組件，用于單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)工件載體的工件承載元件的凸輪以設(shè)定工件的位置；使工件載體承載的工件上的工件基準(zhǔn)特征的位置成像；以及根據(jù)工件基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制驅(qū)動(dòng)組件以設(shè)定工件的位置。
在一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)組件包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組能被操作以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)工件承載元件的凸輪，并且每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元 配置成驅(qū)動(dòng)工件載體的相應(yīng)工件承載元件的凸輪，以設(shè)定相應(yīng)工件的位置。
在另一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)組件包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組是可移動(dòng)的，以便能被相繼操作以驅(qū)動(dòng)工件承載元件的凸輪，并且每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元配置成驅(qū)動(dòng)工件載體的工件承載元件的凸輪，以設(shè)定工件的位置。
在又一個(gè)實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)組件包括單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，所述單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組是可移動(dòng)的，以便能被相繼操作以驅(qū)動(dòng)各個(gè)工件承載元件的凸輪，所述單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元配置成驅(qū)動(dòng)工件載體的工件承載元件的凸輪，以設(shè)定工件的位置。
在一個(gè)實(shí)施例中，成像步驟包括以下步驟使工件上的工件基準(zhǔn)特征和工件載體上的工件載體基準(zhǔn)特征的位置成像；而控制步驟包括以下步驟根據(jù)各個(gè)工件基準(zhǔn)特征和工件載體基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制驅(qū)動(dòng)組件，以設(shè)定工件的位置。
在另一個(gè)實(shí)施例中，各個(gè)工件載體安裝有基準(zhǔn)模板，用于使工件載體承載的工件的位置相對于工件載體被校準(zhǔn)，成像步驟包括以下步驟使工件上的工件基準(zhǔn)特征和模板上的模板基準(zhǔn)特征的位置成像；而控制步驟包括以下步驟根據(jù)各個(gè)工件基準(zhǔn)特征和模板基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制驅(qū)動(dòng)組件，以設(shè)定工件的位置。


下面將只參考附圖以示例的方法來描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中
圖I示出了依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于承載多個(gè)工件的工件載體的透視圖，圖示為部分地裝有工件；
圖2以放大比例示出了圖I的工件載體的局部縱截面(沿截面1-1)；
圖3以放大比例示出了圖I的工件載體的局部俯視圖；及
圖4示出了依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于定位工件載體上的工件的工件定位系統(tǒng)的透視圖。
具體實(shí)施方式
圖I示出了依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的工件載體3，該載體3以承載方式為多個(gè)工件5提供精確的單獨(dú)定位，典型地實(shí)現(xiàn)通過例如印制機(jī)、沉積機(jī)或貼片機(jī)等機(jī)器進(jìn)行操作。
為了說明的目的，工件載體3表示成僅部分填充有工件5。工件5的實(shí)例包括包裝殼的底部，例如球柵陣列(BGA)和針柵陣列(PGA)基板，其容納有例如微處理器等集成電路；和例如印制電路板等基板，于其上電子部件得以安裝。
工件載體3包括板7，該板7包括用于承載各個(gè)工件5的多個(gè)承載元件9，在本實(shí)施例中為以2x2陣列成對布置的四個(gè)承載元件9。在其它實(shí)施例中，工件載體3可包括能以任意構(gòu)造布置并具有任意形狀的任意數(shù)目的承載元件9。
每個(gè)承載元件9包括承載工件5的工件支座10。在本實(shí)施例中，工件支座10包括通孔11，這里是矩形孔；和繞孔11的周邊布置的用于承載工件5的邊緣的多個(gè)承載部15，這里是位于孔11的各側(cè)的四個(gè)承載部15。在另一實(shí)施例中，工件支座10可包括實(shí)體底部，該實(shí)體底部可以包括多個(gè)小孔，用于工件5的下側(cè)上的一個(gè)或兩個(gè)清除結(jié)構(gòu)(clearingstructure,例如部件)，或允許施加真空至工件5的下側(cè)，以防止在工件支座10上操作的期間工件5從工件支座10上被抬起。每個(gè)工件支座10的承載部15從板7的上表面被分布成限定用于容納工件5的凹部，由此當(dāng)被相應(yīng)承載元件9承載時(shí)，工件5的上表面大體上與板7的上表面共面。
每個(gè)承載元件9還包括至少一個(gè)第一偏壓元件(biasing element) 17,在本實(shí)施例中為大致布置于相應(yīng)工件5的第一側(cè)的中點(diǎn)處的單個(gè)偏壓元件17，該偏壓元件17被布置成沿第一偏壓方向施加偏壓力至相應(yīng)工件5的邊緣；至少一個(gè)第二偏壓元件19，在本實(shí)施例中為大致布置于相應(yīng)工件5的靠近第一側(cè)的第二側(cè)的中點(diǎn)處的單個(gè)偏壓元件19，該偏壓元件19被布置成沿大致正交于第一偏壓方向的第二偏壓方向施加偏壓力至相應(yīng)工件5的邊緣；至少一個(gè)第一凸輪(cam)21，在本實(shí)施例中為大致布置于相應(yīng)工件5的與第一側(cè)相對的第三側(cè)的中點(diǎn)處的單個(gè)第一凸輪21，用于沿大致與至少一個(gè)第一偏壓元件17的偏壓力相反的方向作用于相應(yīng)工件5上；以及至少一個(gè)第二凸輪23，在本實(shí)施例中為布置于朝向相應(yīng)工件5的與第二側(cè)相對的第四側(cè)的各個(gè)端部的一對第二凸輪23a、23b，用于沿大致與至少一個(gè)第二偏壓元件19的偏壓力相反的方向作用于相應(yīng)工件5上。
采用該構(gòu)造，通過調(diào)整各個(gè)凸輪21、23a、23b，每個(gè)工件5的位置(沿正交方向x、y的平移和通過角度Θ的旋轉(zhuǎn))能相對于工件載體5被單獨(dú)調(diào)整。如圖3所示，至少一個(gè)第一凸輪21提供工件5沿第一方向X的平移，并且至少一個(gè)第二凸輪23提供工件5沿正交于第一方向X的第二方向I的平移。這樣，各個(gè)工件5的平移位置能相對于工件載體3被設(shè)定。在本實(shí)施例中，如圖3中所示，通過提供相對于第二偏壓元件19被隔開的一對第二凸輪23a、23b，各個(gè)工件5的旋轉(zhuǎn)位置能夠通過相對調(diào)整這對第二凸輪23a、23b而相對于工件載體3被設(shè)定，其中這對第二凸輪23a、23b的相對調(diào)整尤其提供繞第二偏壓元件19的旋轉(zhuǎn)。通過這對第二凸輪23a、23b沿相反方向旋轉(zhuǎn)相同的量，旋轉(zhuǎn)名義上是繞工件5的中心進(jìn)行。
如圖2所示,每個(gè)凸輪21、23a、23b包括凸輪構(gòu)件25,該凸輪構(gòu)件25包括凸輪元件27和延伸穿過板7的凸輪支柱(cam boss) 31,其中凸輪元件27靠近一相應(yīng)承載部15布置在板7的上表面并限定出與工件5的邊緣(在本實(shí)施例中為工件5的一相應(yīng)側(cè)面)相接 合的凸輪表面29 ;鎖緊元件(retaining element) 33,在本實(shí)施例中為連接到凸輪支柱31的軸環(huán)(collar);和偏壓元件35，在本實(shí)施例中為彈性元件，這里是彈簧墊圈，其配置成用足夠的力偏壓凸輪構(gòu)件25的凸輪元件27靠在板7的上表面，以便通過凸輪構(gòu)件25的凸輪元件27和板7的上表面之間的摩擦接合來將凸輪構(gòu)件25保持在任意設(shè)定位置中，并且還允許凸輪構(gòu)件25旋轉(zhuǎn)以設(shè)定其位置。
每個(gè)凸輪構(gòu)件25包括接合孔37，在本實(shí)施例中為槽形凹部，用于接收例如螺絲起子或六角鍵(hex key)等工具，以使各個(gè)凸輪構(gòu)件25能旋轉(zhuǎn),從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)工件5的定位。在本實(shí)施例中接合孔37位于凸輪支柱31中，以提供來自工件載體3之下的接合。在另一實(shí)施例中，接合孔37能夠位于凸輪元件27中，以提供來自工件載體3之上的接合。
在使用中，工件載體3加載有工件5，并且每個(gè)工件5通過調(diào)整相應(yīng)承載元件9的凸輪21、23a、23b而被單獨(dú)定位，這樣使得工件5相對于工件載體3被平移地和旋轉(zhuǎn)地定位在所需位置，以允許作為單個(gè)單元由機(jī)器(一般為印制機(jī)、沉積機(jī)或貼片機(jī))進(jìn)行后續(xù)操作。在手工系統(tǒng)中，工件5能夠由操作人員通過使用模板來手工定位。在該系統(tǒng)中，模板包括用于校準(zhǔn)模板相對于工件載體3的位置的模板基準(zhǔn)特征以及用于校準(zhǔn)每個(gè)工件5相對于模板的位置的工件基準(zhǔn)特征，該模板首先被安裝到工件載體3的上表面，以使模板基準(zhǔn)特征與工件載體3上的相對應(yīng)的工件載體基準(zhǔn)特征相對齊，并且隨后每個(gè)工件5通過用手持工具(一般是螺絲起子或六角鍵)來手工調(diào)整相應(yīng)承載元件9的凸輪21、23a、23b而被單獨(dú)定位，這樣使得工件基準(zhǔn)特征與各個(gè)工件5上的相對應(yīng)的工件基準(zhǔn)特征相對齊。
在自動(dòng)系統(tǒng)中，工件載體3中的工件5各自使用工件定位系統(tǒng)41而被自動(dòng)定位。
圖4示出了用于單獨(dú)定位工件載體3中的工件5以作為單個(gè)單元進(jìn)行后續(xù)操作的工件定位系統(tǒng)41。
工件定位系統(tǒng)41包括工件放置臺(tái)43，用于放置工件在通過系統(tǒng)41傳送的工件載體3中的每個(gè)承載元件9中，在本實(shí)施例中沿著一對工件傳遞導(dǎo)軌44、44得以傳送；和工件定位臺(tái)45，用于單獨(dú)定位在每個(gè)工件載體3中所放置的工件5，以允許每個(gè)工件載體3作為單個(gè)單元被后續(xù)處理。
工件放置臺(tái)43包括用于存儲(chǔ)多個(gè)工件5的工件儲(chǔ)存器46 ;和自動(dòng)臂47，其包括位于末端處的保持元件49 (在本實(shí)施例中為氣動(dòng)抽吸元件)，并能被操作以從工件存儲(chǔ)器46提取工件5并放置該工件5到工件載體3的各個(gè)承載元件9中。
工件定位臺(tái)45包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組53，在本實(shí)施例中為四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組53，每個(gè)組包括第一、第二和第三驅(qū)動(dòng)單元55a、55b、55c，所述驅(qū)動(dòng)單元配置成接合工件載體3的各個(gè)承載元件9的凸輪21、23a、23b，從而調(diào)整凸輪21、23a、23b以設(shè)定各個(gè)工件5的位置。
在本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)單元55a、55b、55c各自包括齒輪步進(jìn)馬達(dá)(geared steppermotor)和工具57，該工具57配置成接合各個(gè)凸輪21、23a、23b的接合構(gòu)件37 (在本實(shí)施例中為延伸到接合構(gòu)件37中)，并且被驅(qū)動(dòng)以使各個(gè)凸輪21、23a、23b的凸輪構(gòu)件25旋轉(zhuǎn)。
工件定位臺(tái)45進(jìn)一步包括攝像機(jī)單元59 (在本實(shí)施例中為單個(gè)攝像機(jī))，用于使工件載體3上的工件載體基準(zhǔn)特征和工件5上的工件基準(zhǔn)特征成像。在另一實(shí)施例中，攝像機(jī)單元59可包括多個(gè)攝像機(jī)，用于使工件載體3上的成組的或單個(gè)的工件載體基準(zhǔn)特征以及工件5上的工件基準(zhǔn)特征成像。通過使工件載體3上的工件載體基準(zhǔn)特征以及工件5上的工件基準(zhǔn)特征成像，工件5相對于工件載體3的位置能夠被確定，并且工件5的任意位置上的(平移或旋轉(zhuǎn))調(diào)整能夠通過控制各個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組53的驅(qū)動(dòng)單元55a、55b、55c而實(shí)現(xiàn)，其中工件5相對于工件載體3的所需位置已經(jīng)通過使模板成像得以預(yù)先了解。
系統(tǒng)41進(jìn)一步包括控制單元61，用于控制工件放置臺(tái)43的操作，即通過自動(dòng)臂47放置工件5，以及控制工件定位臺(tái)45，即根據(jù)工件載體3上的工件載體基準(zhǔn)特征以及工件5上的工件基準(zhǔn)特征的成像的位置而控制各個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組53的驅(qū)動(dòng)單元55a、55b、55c。
最后，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明只是描述了其優(yōu)選實(shí)施例，在不偏離如權(quán)利要求
所限定的本發(fā)明的范圍的前提下，能以多種不同方式進(jìn)行修改。
例如，工件定位臺(tái)45可只包括單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組53，該驅(qū)動(dòng)單元組53能在工件載體3下方移動(dòng)，以相繼接合工件載體3的各個(gè)承載元件9的凸輪21、23a、23b，從而調(diào)整凸輪21、23a、23b以設(shè)定各個(gè)工件5的位置。
在另一實(shí)施例中，工件定位臺(tái)45能采用安裝到工件載體3的透明模板，而不是獲知工件5相對于工件載體3的所需位置。這種模板包括用于校準(zhǔn)模板相對于工件載體5的位置的模板基準(zhǔn)特征；和工件基準(zhǔn)特征，其被控制單元61利用，以校準(zhǔn)每個(gè)工件5相對于模板(繼而工件載體3)的位置。在使用中，模板被安裝到工件載體3的上表面，以便模板基準(zhǔn)特征對齊于工件載體3上的相對應(yīng)的工件載體基準(zhǔn)特征，然后每個(gè)工件5被相應(yīng)驅(qū)動(dòng)單元組53單獨(dú)定位，以便模板上的工件基準(zhǔn)特征對齊于各個(gè)工件5上的相對應(yīng)的工件基準(zhǔn)特征。
權(quán)利要求
1.一種用于承載多個(gè)工件的工件載體，所述工件載體包括承載體，該承載體包括多個(gè)工件承載元件，每個(gè)工件承載元件用于承載工件并提供該工件的單獨(dú)定位，所述工件承載元件各自包括至少一個(gè)偏壓元件，用于施加偏壓力至相應(yīng)工件的邊緣；至少一個(gè)第一凸輪，用于在第一位置處作用于所述相應(yīng)工件的邊緣上，抵抗所述至少一個(gè)偏壓元件的偏壓；以及至少一個(gè)第二凸輪，用于在第二位置處作用于所述相應(yīng)工件的邊緣上，抵抗所述至少一個(gè)偏壓元件的偏壓；其中所述至少一個(gè)第一凸輪和所述至少一個(gè)第二凸輪能被操作以使所述相應(yīng)工件的位置能相對于所述承載體被設(shè)定。
2.如權(quán)利要求
I所述的工件載體，其中所述至少一個(gè)偏壓元件包括至少一個(gè)第一偏壓元件，用于沿第一偏壓方向施加偏壓力至所述相應(yīng)工件的邊緣；和至少一個(gè)第二偏壓元件，用于沿相對所述第一偏壓方向傾斜的第二偏壓方向施加偏壓力至所述相應(yīng)工件的邊緣。
3.如權(quán)利要求
2所述的工件載體，其中所述第一和第二偏壓方向大致正交。
4.如權(quán)利要求
I所述的工件載體，其中所述至少一個(gè)第一凸輪包括單個(gè)凸輪。
5.如權(quán)利要求
4所述的工件載體，其中所述至少一個(gè)偏壓元件包括至少一個(gè)第一偏壓元件，用于沿第一偏壓方向施加偏壓力至所述相應(yīng)工件的邊緣；和至少一個(gè)第二偏壓元件，用于沿相對所述第一偏壓方向傾斜的第二偏壓方向施加偏壓力至所述相應(yīng)工件的邊緣，并且所述單個(gè)第一凸輪配置成大致在與所述至少一個(gè)第一偏壓元件相對的位置上作用于所述相應(yīng)工件的邊緣上。
6.如權(quán)利要求
I所述的工件載體，其中所述至少一個(gè)第二凸輪包括一對第二凸輪。
7.如權(quán)利要求
6所述的工件載體，其中所述至少一個(gè)偏壓元件包括至少一個(gè)第一偏壓元件，用于沿第一偏壓方向施加偏壓力至所述相應(yīng)工件的邊緣；和至少一個(gè)第二偏壓元件，用于沿相對所述第一偏壓方向傾斜的第二偏壓方向施加偏壓力至所述相應(yīng)工件的邊緣，并且所述一對第二凸輪配置成在分開的位置上作用于相應(yīng)工件的邊緣上，以對抗所述至少一個(gè)第二偏壓元件的偏壓力。
8.如權(quán)利要求
I所述的工件載體，其中所述工件大致為矩形，所述至少一個(gè)偏壓元件包括至少一個(gè)第一偏壓元件，配置成施加偏壓力至所述相應(yīng)工件的第一側(cè)；和至少一個(gè)第二偏壓元件，配置成施加偏壓力至所述相應(yīng)工件的靠近所述第一側(cè)的第二側(cè)；所述至少一個(gè)第一凸輪配置成作用于所述相應(yīng)工件的與所述第一側(cè)相對的第三側(cè)上，而所述至少一個(gè)第二凸輪配置成作用于所述相應(yīng)工件的與所述第二側(cè)相對的第四側(cè)上。
9.如權(quán)利要求
8所述的工件載體，其中所述至少一個(gè)第一凸輪包括單個(gè)凸輪。
10.如權(quán)利要求
9所述的工件載體，其中所述單個(gè)第一凸輪配置成大致在所述相應(yīng)工件的第三側(cè)的中點(diǎn)處工作。
11.如權(quán)利要求
8所述的工件載體，其中所述至少一個(gè)第一偏壓元件包括單個(gè)偏壓元件，配置成大致在所述相應(yīng)工件的第一側(cè)的中點(diǎn)處施加偏壓力。
12.如權(quán)利要求
8所述的工件載體，其中所述至少一個(gè)第二凸輪包括一對第二凸輪。
13.如權(quán)利要求
12所述的工件載體，其中所述一對第二凸輪配置成朝向所述相應(yīng)工件的第四側(cè)的各個(gè)端部工作。
14.如權(quán)利要求
8所述的工件載體，其中所述至少一個(gè)第二偏壓元件包括單個(gè)偏壓元件，配置成大致在所述相應(yīng)工件的第二側(cè)的中點(diǎn)處施加偏壓力。
15.如權(quán)利要求
I所述的工件載體，其中每個(gè)凸輪包括凸輪構(gòu)件，所述凸輪構(gòu)件包括凸輪元件，該凸輪元件限定出接合所述相應(yīng)工件的邊緣的凸輪表面；和凸輪偏壓元件，該凸輪偏壓元件配置成用足夠的力來偏壓所述凸輪構(gòu)件靠在所述承載體上，以便允許所述凸輪構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，以設(shè)定所述凸輪構(gòu)件到設(shè)定位置中，并通過所述凸輪構(gòu)件和所述承載體之間的摩擦接合將所述凸輪構(gòu)件保持在任意設(shè)定位置中。
16.如權(quán)利要求
15所述的工件載體，其中所述凸輪構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)，并包括工具接合部件，用于接合工具以使所述凸輪構(gòu)件能旋轉(zhuǎn)，以將所述凸輪構(gòu)件設(shè)定在設(shè)定位置中。
17.如權(quán)利要求
15所述的工件載體，其中所述凸輪構(gòu)件的凸輪元件布置在所述承載體的表面處，并且所述凸輪偏壓元件配置成用足夠的力來偏壓所述凸輪構(gòu)件的凸輪元件靠在所述承載體上，以便允許所述凸輪構(gòu)件運(yùn)動(dòng)，以設(shè)定所述凸輪構(gòu)件到設(shè)定位置中，并通過所述凸輪構(gòu)件的凸輪元件和所述承載體之間的摩擦接合將所述凸輪構(gòu)件保持在任意設(shè)定位置中。
18.如權(quán)利要求
15所述的工件載體，其中所述凸輪偏壓元件包括彈性元件。
19.如權(quán)利要求
18所述的工件載體，其中所述凸輪偏壓元件包括彈簧墊圈。
20.如權(quán)利要求
I所述的工件載體，其中所述工件承載元件各自還包括凹部，相應(yīng)工件在該凹部中被承載。
21.如權(quán)利要求
I所述的工件載體，其中所述工件包括基板。
22.如權(quán)利要求
21所述的工件載體，其中所述基板包括球柵陣列(BGA)基板。
23.如權(quán)利要求
21所述的工件載體，其中所述基板包括針柵陣列(PGA)基板。
24.一種用于單獨(dú)定位如權(quán)利要求
I所述的工件載體中的工件的工件定位系統(tǒng)，所述工件定位系統(tǒng)包括 工件定位臺(tái)，用于單獨(dú)定位位于工件載體的工件承載元件中的工件，其中所述工件定位臺(tái)包括 驅(qū)動(dòng)組件，用于單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)所述工件載體的工件承載元件的凸輪，以設(shè)定所述工件的位置； 成像單元，用于使所述工件上的工件基準(zhǔn)特征的位置成像；和 控制單元，用于根據(jù)所述工件基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制所述驅(qū)動(dòng)組件，以設(shè)定所述工件的位置。
25.如權(quán)利要求
24所述的工件定位系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)組件包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組能被操作，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)承載元件的凸輪，并且每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元配置成驅(qū)動(dòng)所述工件載體的一相應(yīng)工件承載元件的凸輪，以設(shè)定所述相應(yīng)工件的位置。
26.如權(quán)利要求
24所述的工件定位系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)組件包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組是可移動(dòng)的，以便能被相繼操作以驅(qū)動(dòng)所述工件承載元件的凸輪，并且每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元配置成驅(qū)動(dòng)所述工件載體的工件承載元件的凸輪，以設(shè)定所述工件的位置。
27.如權(quán)利要求
24所述的工件定位系統(tǒng)，其中所述驅(qū)動(dòng)組件包括單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，所述單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組是可移動(dòng)的，以便能被相繼操作以驅(qū)動(dòng)每個(gè)所述工件承載元件的凸輪，所述單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元配置成驅(qū)動(dòng)所述工件載體的工件承載元件的凸輪，以設(shè)定所述工件的位置。
28.如權(quán)利要求
24所述的工件定位系統(tǒng)，其中所述成像單元配置成使所述工件上的工件基準(zhǔn)特征和所述工件載體上的工件載體基準(zhǔn)特征的位置成像，而所述控制單元配置成根據(jù)相應(yīng)工件基準(zhǔn)特征和所述工件載體基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制所述驅(qū)動(dòng)組件，以設(shè)定所述工件的位置。
29.如權(quán)利要求
24所述的工件定位系統(tǒng)，其中所述工件載體安裝有基準(zhǔn)模板，用于使所述工件載體承載的工件的位置能相對于所述工件載體被校準(zhǔn)，所述成像單元配置成使所述工件上的工件基準(zhǔn)特征和所述模板上的模板基準(zhǔn)特征的位置成像，并且所述控制單元配置成根據(jù)相應(yīng)工件基準(zhǔn)特征和所述模板基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制所述驅(qū)動(dòng)組件，以設(shè)定所述工件的位置。
30.如權(quán)利要求
24所述的工件定位系統(tǒng)，其中所述成像單元包括單個(gè)攝像機(jī)。
31.如權(quán)利要求
24所述的工件定位系統(tǒng)，其中所述成像單元包括多個(gè)攝像機(jī)。
32.如權(quán)利要求
24所述的工件定位系統(tǒng)，其中還包括 工件放置臺(tái)，用于將工件放置到所述工件載體的工件承載元件中。
33.如權(quán)利要求
32所述的工件定位系統(tǒng)，其中所述工件放置臺(tái)包括 工件儲(chǔ)存器，用于儲(chǔ)存多個(gè)工件；和 自動(dòng)定位器，用于從所述工件儲(chǔ)存器中取出工件并將所述工件放置到所述工件載體的各個(gè)工件承載元件中。
34.如權(quán)利要求
24所述的工件定位系統(tǒng)，其中還包括 導(dǎo)軌組件，所述工件載體沿該導(dǎo)軌組件被相繼傳送。
35.一種用于單獨(dú)地定位工件載體中的工件的方法，所述方法包括以下步驟 相繼提供如權(quán)利要求
I所述的承載工件的工件載體至工件定位臺(tái)，該工件定位臺(tái)包括驅(qū)動(dòng)組件，用于單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)所述工件載體的工件承載元件的凸輪，以設(shè)定所述工件的位置； 使所述工件載體承載的工件上的工件基準(zhǔn)特征的位置成像；以及 根據(jù)所述工件基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制所述驅(qū)動(dòng)組件，以設(shè)定所述工件的位置。
36.如權(quán)利要求
35的所述方法，其中所述驅(qū)動(dòng)組件包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組能被操作以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)工件承載元件的凸輪，并且每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元配置成驅(qū)動(dòng)所述工件載體的一相應(yīng)工件承載元件的凸輪，以設(shè)定所述相應(yīng)工件的位置。
37.如權(quán)利要求
35的所述方法，其中所述驅(qū)動(dòng)組件包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組是可移動(dòng)的，以便能被相繼操作以驅(qū)動(dòng)所述工件承載元件的凸輪，并且每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元,所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元配置成驅(qū)動(dòng)所述工件載體的工件承載元件的凸輪，以設(shè)定所述工件的位置。
38.如權(quán)利要求
35的所述方法，其中所述驅(qū)動(dòng)組件包括單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組，所述單個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組是可移動(dòng)的，以便能被相繼操作以驅(qū)動(dòng)所述每個(gè)工件承載元件的凸輪，所述驅(qū)動(dòng)單元組包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元,所述多個(gè)驅(qū)動(dòng)單元配置成驅(qū)動(dòng)所述工件載體的工件承載元件的凸輪，以設(shè)定所述工件的位置。
39.如權(quán)利要求
35所述的方法，其中所述成像步驟包括以下步驟 使所述工件上的工件基準(zhǔn)特征和所述工件載體上的工件載體基準(zhǔn)特征的位置成像； 而所述控制步驟包括以下步驟 根據(jù)所述工件基準(zhǔn)特征和所述工件載體基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制所述驅(qū)動(dòng)組件，以設(shè)定所述工件的位置。
40.如權(quán)利要求
35所述的方法，其中每個(gè)工件載體安裝有基準(zhǔn)模板，用于使所述工件載體承載的工件的位置能相對于所述工件載體被校準(zhǔn)，所述成像步驟包括以下步驟 使所述工件上的工件基準(zhǔn)特征和所述模板上的模板基準(zhǔn)特征的位置成像； 而所述控制步驟包括以下步驟 根據(jù)相應(yīng)工件基準(zhǔn)特征和所述模板基準(zhǔn)特征的成像的位置來單獨(dú)地控制所述驅(qū)動(dòng)組件，以設(shè)定所述工件的位置。
專利摘要
一種用于承載多個(gè)工件的工件載體，該工件載體包括承載體，該承載體包括多個(gè)工件承載元件，每個(gè)工件承載元件用于承載工件并提供該工件的單獨(dú)定位，工件承載元件各自包括至少一個(gè)偏壓元件，用于施加偏壓力至相應(yīng)工件的邊緣；至少一個(gè)第一凸輪，用于在第一位置處作用于相應(yīng)工件的邊緣上，以對抗至少一個(gè)偏壓元件的偏壓；以及至少一個(gè)第二凸輪，用于在第二位置處作用于相應(yīng)工件的邊緣上，以對抗至少一個(gè)偏壓元件的偏壓；其中所述至少一個(gè)第一凸輪和所述至少一個(gè)第二凸輪能被操作，以使相應(yīng)工件的位置能相對于承載體被設(shè)定。
文檔編號H05K13/02GKCN101473711 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200780023092
公開日2012年9月5日 申請日期2007年5月10日
發(fā)明者菲利普·J·蘭伯特 申請人:Dek國際有限責(zé)任公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3),