CN110783224B - 利用在参照元件的相对两侧构成的结构特征之间的偏置信息来装配元件载体 - Google Patents

Abstract

本发明描述了用于装配元件载体（180）与电子元件（190、490c）的方法和装配机（100）。所述方法包括：（a）采集第一元件的第一侧的第一图像，在该第一元件的第一侧可识别第一结构特征（296a、496a）；（b）光学采集第一元件（190、490c）的第二侧的第二图像，在该第一元件的第二侧可识别第二结构特征（294、296b、496b），其中，第一侧与第二侧彼此相对；（c）测定第一结构特征（296a、496a）与第二结构特征（294、296b、496b）之间的空间偏置（c1）；（d）光学采集第二元件（190、490c）的一侧的图像；（e）基于所采集的第二元件（190、490c）的一侧的图像，确定第二元件（190、490c）的空间位置；以及（f）基于所确定的第二元件（190、490c）的空间位置以及所测定的空间偏置（c1），将第二元件（190、490c）组装到元件载体（180）上。

Description

利用在参照元件的相对两侧构成的结构特征之间的偏置信息 来装配元件载体

技术领域

本发明涉及用于装配元件载体与电子元件的方法和设备，在将电子元件组装到元件载体上之前光学测量其相对两侧。

背景技术

在制造有壳体的电子元件时，将无壳体的（半导体）芯片（所谓的“裸芯片”）装配在元件载体或载体上。在所谓的“嵌入式晶圆级封装”(eWLP)的范畴内，每个包装（Package）的一个或多个芯片以主动侧朝上安放在位于载体上的粘贴薄膜上。随后，许多安放的芯片借助塑料材料浇铸，其随后是壳体。整个铸造产品随后在高压下烘烤，并随后从载体或粘贴薄膜松脱。在随后的工艺步骤中接触这些芯片，必要时还电连接，并且放置用作电连接触点的焊球。结束时，将整个进一步加工的铸造产品锯成单个的元件，或者以其他方式弄碎。

直观地表达是，eWLP是用于集成电路的壳体结构形式，其中电连接触点在由芯片和铸造材料人工制成的晶片上产生。在此还要执行所有所需的加工步骤，以便在人造晶片上形成壳体。相对于传统的封装技术（在此应用了所谓的“引线键合”），这一点允许以尤其低的制造成本制造非常小且平整的壳体，其具有优良的电特性和热特性。借助该技术，能够制造例如用作球栅阵列封装（BGA）的元件。

在eWLP工艺的范畴内，典型地借助与已知的表面贴装技术相比（修正）的装配机来操纵还没有壳体的芯片。这种装配机具有装配头，芯片借助它安装或定位在各载体的预定义的装配位置上。在此，对装配的位置精度要求尤其高。

针对高精度装配，例如针对eWLP工艺，通常必须基于元件载体上侧的结构来组装待装配（无壳体）的元件。然而，使用自动装配机的常规元件-照相机，只能测量元件下侧的结构。通过使用（附加的）照相机对上侧进行附加的测量，可以测定上侧的结构与下侧的结构之间的偏移或空间偏置。这样对元件的附加测量会减慢装配流程。这在只有少数几个元件须以如此高的精度装配到元件载体上的装配作业中可能无足轻重。然而，在借助“eWLP”制造有壳体的电子元件时，元件载体装配有大量元件，例如100000个元件，这样即使装配过程中最轻微的“减慢”也会导致效率显著下降。

发明内容

本发明的目的是提供用于高度精确又时间上高效地装配元件载体与元件的方法和设备，其中考虑关于存在于结构特征的元件不同侧的信息。

本发明用以达成上述目的的解决方案为独立权利要求的技术特征。本发明的有利实施方式参阅从属权利要求。

根据本发明的第一方面，描述一种用于装配元件载体与电子元件的方法。所述的方法包括：（a）尤其借助第一照相机，光学采集第一元件的第一侧的第一图像，在该第一元件的第一侧可识别第一元件的第一结构特征；（b）尤其借助第二照相机，光学采集第一元件的第二侧的第二图像，在该第一元件的第二侧可识别第一元件的第二结构特征，其中，第一侧与第二侧彼此相对；（c）测定第一结构特征与第二结构特征之间的空间偏置；（d）尤其借助第一照相机和第二照相机，光学采集第二元件的一侧的图像；（e）基于所采集的第二元件的一侧的图像，确定第二元件的空间位置；以及（f）基于所确定的第二元件的空间位置以及所测定的第一元件的第一结构特征与第二结构特征之间的空间偏置，将第二元件组装到元件载体上。

所述的方法是基于以下认识：通过使用第一元件作为参照元件，并且仅针对其测定参照元件上侧的可光学检测的结构与参照元件下侧的可光学检测的结构之间的空间偏置，能够以高效或快速的方式实现高度精确地装配多个元件或一系列元件。应以尤其高的精度执行这种空间偏置的测定，这种测定的时间因素可能起到次要作用。此后，再仅用一个照相机仅在第二元件的一侧光学检测该第二元件，并且在后续装配第二元件期间，不仅考虑仅从一侧摄取的第二元件的图像的图像信息，而且还考虑针对第一参照元件测定的空间偏置。在所述的方法中，假设至少针对一定数目的元件（优选批件，或就半导体芯片而言，优选晶片），这些元件在上侧与下侧之间的可能空间偏置至少近似相同。

概念“电子元件”或“元件”在本发明中可以理解为所有能够安装或组装至元件载体的可装配元件。概念“元件”可以包括有壳体的元件，尤其是无壳体的元件或芯片。这些包括双极或多极SMT元件或者其它高度集成的平面、圆形或不同形状的元件，例如球栅阵列、裸芯片、倒装芯片或单个零件，如镇流器。半导体晶片的半导体芯片，它们尤其在结构化并切削晶片之后进一步处理成成品元件。

概念“元件载体”在本发明中可以理解为任何种类的可装配的介质，尤其是衬底或印刷电路板。可装配的介质、尤其印刷电路板可以具刚性或柔性。它也可以具有至少一个第一刚性区域和至少一个柔性区域。可装配的介质也可以是临时载体，为了制造元件，例如借助所谓的“嵌入式晶圆级封装（eWLP）”工艺，将尚无壳体的芯片安装在该临时载体上。这样的临时载体可以是以公知方式绷紧在框架结构上的粘性箔片。粘性箔片可以是放热箔片（所谓的thermo release foil），以便通过使用热能很容易就能将粘附的芯片与（先前的）粘性箔片剥离。

概念“组装”在本发明中可以理解为电子元件以任何方式附接至元件载体。就此而言，附接可以为永久性，例如，在借助后续熔融并固化焊料来装配电路板的情况下。附接也可以为临时性，例如，在装配张紧的载体箔片来制造用于生产封装半导体元件的人造晶片的情况下。

在本发明的优选实施方式中，作为参照使用的第一元件和第二元件为相同类型。于是，就能以尤其高的精度假定针对第一元件所测定的空间偏置等于（未测定的）第二元件的对应结构之间的空间偏置。

所确定的偏置尤其涉及平行于第一元件的两侧定向的平面中的偏置。就长方体形状的元件而言，这两侧优选为两个较大主侧，其中在这两个主侧中的至少一侧形成元件的电连接触点。

根据具体应用情况，结构特征可以例如包括相关元件的电连接触点、相关元件的壳体或封装的边缘、无壳体元件的（半导体）芯片的边缘、具有透明封装的（LED）元件的（小）芯片等。

所述的空间偏置（在本发明中又称偏移）可以为真实存在的偏置和/或虚拟的偏置。例如，就半导体芯片而言，在晶片平面上制造芯片期间，由于不同光刻步骤中的不精确性，可能出现真实的偏置。例如，如果两个照相机的光轴未完全相互（平行）取向，则可能发生虚拟的偏置。于是，尽管现实中不存在空间偏置，但针对高度精确的装配，还必须考虑虚拟的偏移，需在组装第二元件期间对其进行适当的位置补偿。

根据本发明的某一实施例，所述方法进一步包括：（a）基于（i）所采集的第一元件的第一侧的第一图像和/或（ii）所采集的第一元件的第二侧的第二图像，确定第一元件的空间位置；以及（b）基于所确定的第一元件的空间位置以及所测定的第一元件的第一结构特征与第二结构特征之间的空间偏置，将第一元件组装到元件载体上。

在该实施方式中，用于确定空间偏置或偏移的第一（参照）元件是真实的元件，其随后成为所装配的元件载体的所得装配内容的一部分。结果，既不需要单独的参照元件也不需要在确定来自放置过程的偏移之后去除用作参照的元件。这样的优点是，在元件载体上长时间装配多个元件的基础上，可以时时以简单的方式重复所述的方法，这样就能反复地更新空间偏置值。结果，既能至少大致消除元件的不精确性，这是基于一系列元件内各个元件之间的所述空间偏置（例如，由于时间上不完全持续的生产条件）变化。也能至少部分地消除用于执行或其中执行所述方法的装配机的部件中非期望的热漂移。

根据本发明的另一实施例，第二元件的空间位置涉及可光学检测的结构（在第二元件的相关侧）。

可光学检测的结构可以为对于第二元件的操作具特征性和/或必要的第二元件的任何功能性特征。根据该功能性特征的类型，它可以（a）位于第一侧并由所述第一照相机来摄取，或者（b）位于第二元件的相对的第二侧并与此相应地由所述第二照相机摄取。

根据本发明的另一实施例，可光学检测的结构包括第二元件的电连接触点。

基于电连接触点的位置（而不是基于对于第二元件的功能不具重要性或仅具次要性的其他可光学检测的结构）组装第二元件的优点是，第二元件能够始终可靠地电接触到元件载体，例如印刷电路板或半导体衬底。这同样适用于，参与的电连接表面（元件载体上的连接触点和/或连接焊盘）极小和/或彼此在空间上极为靠近。随着电子组件日渐小型化，这方面的重要性日益增加。

根据本发明的另一实施例，第二元件为发光半导体元件，并且可光学检测的结构包括半导体元件的发光表面。

基于发光表面的精确位置组装发光半导体元件可以尤其在光电应用中十分有利，因为由此精确地定位发光半导体元件的光源（而不只电连接触点）。结果，能够在元件载体上高度精确地“铺设”或形成光束路径。简而言之，当对光源位置的“光学”精度要求高于对准确电接触的“电学”精度要求时，相对于发光表面来组装发光半导体元件始终是有利的。

发光半导体元件可以为发光二极管（LED）或激光二极管，例如垂直腔面发射激光器（VCSEL）。

根据本发明的另一实施例，第一结构特征包括第一元件的第一侧的边缘。替选地，第二结构特征包括第一元件的第二侧的边缘。此外，所采集的第二元件的一侧的图像显示第二元件的边缘。这样的优点是，基于清晰且可清楚识别的结构来确定第二元件的空间位置，因此可以高度精确又可靠地执行这种确定。

该实施方式在某些应用中、尤其在直接从晶片获取的半导体芯片的装配中的另一显著优点将表现出，如当元件并非完美的长方体形状，而是具有倾斜或相对于基面斜向的侧表面。这样倾斜的侧表面可以例如通过用于分割半导体芯片的非最优的机械锯切工艺或借助激光束执行的锯切工艺而形成。通过本发明中所描述的确定空间偏置，在该实施方式中，确定一侧的边缘与另一侧的结构特征之间的空间偏置，可以考虑至少一个侧表面的这种斜置。在该实施方式中当然还假设，在所述的方法中“涉及”的元件的斜置至少大致相同。

根据本发明的另一实施例，针对至少一个另外的元件中的每一个元件，所述方法进一步包括：（a）光学采集另外的元件的一侧的另外的图像；（b）基于所采集的另外的元件的另外的图像，确定另外的空间位置；以及（c）基于所确定的另外的元件的另外的空间位置以及所测定的第一元件的第一结构特征与第二结构特征之间的空间偏置，将另外的元件组装到元件载体上。

第一元件作为参照元件就不仅能够用于装配或组装第二构件，而且能够用于原则上任意数目的后续另外的元件，这些元件（应当）基于所测定的第一元件的第一侧和第一元件的第二侧的空间结构信息而以高空间精度组装或放置到元件载体上。

根据具体应用情况和所需的精度，所加工的其它元件的数目可以少于5000，优选少于2000，更优选少于500。

基于第一元件的结构信息能够以高精度进一步处理的另外的元件的数目可以尤其取决于将预期或获得的该元件相对于第一（参照）元件的可能结构偏差。这样，另外的元件的数目可以取决于生产批次的规模，其中假设该生产批次的全部元件具有至少大致相同的空间结构性质。

在处理无壳体的电子元件（芯片）的情况下，将其直接从晶片取下并放置到元件载体上，例如可以设想，该晶片的全部芯片在空间结构上相似，使得（该晶片的）第一芯片可以用作该晶片的全部其他芯片的适当参照芯片。这种情况例如是，该晶片的全部芯片已用同一个锯切装置分割，这就确保各个芯片的尺寸和/或形状至少大致相同。针对这样进一步处理晶片，如果例如仅将那些芯片作为相对于晶片上同一行中的第一芯片（参照芯片）布置的“另外的元件”来进行处理，则可以进一步提高精度。这就表明，针对晶片上的每一行芯片均使用第一元件作为参照元件或参照芯片。

在这一点上应注意，在这种半导体芯片的处理中，元件载体通常为能够装配的临时粘附箔片，其在框架上或框架处绷紧。所有组装到该箔片上的芯片的整体通常称为人造晶片。

根据本发明的另一实施例，所述方法进一步包括至少将第一元件临时放置在光学透明的放置件上，其中，透过光学透明的放置件自上而下地和自下而上地检测第一元件。这样的优点是，至少可以从两侧光学检测用作参照元件的第一元件，而不必为此移动该元件。不像既往设计那样在采集第一图像之后并在采集第二图像之前需要操纵第一元件，而这种操纵在测定空间偏置时总是导致一定的不精确性。采集第一图像与采集第二图像就能至少大致同时进行，这尤其有利于顺利执行所述的方法。

光学透明的放置件可以例如借助玻璃片来实现。通过对玻璃片进行适当的表面处理，例如通过形成抗反射涂层，可以有助于透过玻璃片以高光学精度检测相关的元件。至少一个参照标记可以附接或形成在放置件上，例如借助适当的铣削或蚀刻玻璃片的至少一个表面。参照标记也可以借助适当的参照模块来实现，该参照模块放置在光学透明的放置件上。

根据本发明的另一实施例，光学透明的放置件具有至少一个参照标记。此外，所述方法包括：（a）在摄取第一元件的第一侧的第一图像的第一照相机的第一照相机图像中，检测参照标记的第一参照位置；（b）在摄取第一元件的第二侧的第二图像的第二照相机的第二照相机图像中，检测参照标记的第二参照位置；以及（c）基于两个照相机图像中的两个参照位置的空间位置，确定第一照相机与第二照相机之间的相对空间定位和/或相对定向。

对此，可以利用对两个照相机的相对定位或定向的确切认识，在对照相机图像的图像分析的基础上，考虑并以适当的方式补偿因两个照相机相互间的不完美空间定位或取向所导致的误差。因此，可以进一步提高装配精度。

尤其可以在（装配机中）初始设置两个照相机之后进行所描述的确定相对定位或取向。另外，也可以在（较大型）装配作业的流程中重复执行所描述的确定。于是，还能检测并以适当的方式补偿关于两个照相机的相对定位或取向的非期望时间漂移。

根据本发明的另一实施例，光学透明的放置件具有至少一个参照标记。另外，所述方法包括：（a）周期性检测多个照相机图像中的参照标记；（b）针对每个照相机图像并在每个照相机图像中，确定参照标记的位置；以及（c）测定多个照相机图像中的参照标记的位置的时间漂移。进一步基于所测定的漂移进行第二元件和/或至少一个另外的元件的组装。

通过所描述的周期性或重复性检测参照标记，可以识别时间漂移，这种时间漂移会对所有空间测量产生影响，尤其是对测定第一结构特征与第二结构特征之间的空间偏置以及确定第二元件和/或另外的元件的空间位置产生影响。通过（定量）认识这种漂移行为，以适当的方式修改第二元件和/或另外的元件的组装位置，由此能够至少部分地补偿这种时间变化。因此，能够在更长的时间段内使装配精度保持在高水平。

例如，在照相机中出现以非期望的方式影响空间测量的漂移。由于照相机的部件、例如用于光学器件或传感器芯片的支架的热膨胀，影响到照相机中的光学成像，结果相关的照相机所摄取的照相机图像中的结构（这里是参照标记）在“照相机图像之间游移”。

简而言之，检测作为参照元件的第一元件代表“初始测量”。在该初始测量之后，在另外的照相机图像中观察至少一个参照标记的位置。然后，基于参照标记的“游移”来确定漂移，在第二元件或另外的元件的组装期间通过适当的重新定位将相关元件放置或组装在元件载体上的装配头来补偿这种漂移。

如上所述，这种漂移尤其因相关照相机中的热膨胀和/或应力而产生。但应注意，这种漂移也可能发生在装配机的其它部位，例如在承载装配头和/或相关照相机并负责这些部件的运行或定位的龙门系统。

应注意，在本发明所述方法的范畴内周期性检测并为此测定各个时间漂移的参照标记的数目原则上没有上限。一般而言，所考虑的参照标记的数目越多，能够越精确地在相关装配机中识别的热膨胀和/或应力并通过适当的定位装配头进行补偿。

优选地，至少一个参照标记布置在不干扰检测相关元件的部位。这就表明，在相关照相机的检测区域内，提供部分区域，用于成像相关元件，并且在该检测区域内，提供至少一个与其间隔的其他部分区域，用于显示至少一个参照标记。在优选的实施方式中，一些参照标记位于检测区域的两个相对边缘区域中或者位于围绕提供用于成像相应元件的中间检测区域的框形检测区域中。

根据本发明的另一实施例，共同检测至少一个参照标记和元件。这样的优点是，不必摄取额外的照相机图像就能测定时间漂移，从而可以顺利执行所述的方法。

简而言之，借助对元件、第一元件、第二元件和/或至少一个另外的元件的每次图像摄取，也同时检测至少一个参照标记。然后，借助适当的图像评估在不同的图像摄取中进行参照标记的位置确定，利用适当的处理器性能可以时滞中立地执行这种图像评估，并且不会减慢所述方法的执行。

根据本发明的另一实施例，在照相机芯片上定义至少两个所选定的空间图像区域，这些空间图像区域显示相应的元件和至少一个参照标记。为了确定参照标记的位置并确定元件的位置和/或另外的元件的另外的位置，则仅使用所选定的空间图像区域的图像数据。这样的优点是，可以显著减少须从相应的照相机芯片传输到数据处理装置的数据量，从而可以在此执行适当的图像评估。这样减少数据量的重要贡献在于，能够执行本文所述方法的速度不受必要数据传输的限制。根据摄取相关装配过程的图像而获得的对高装配精度做出重要贡献的全部信息可以相对于其它（机械）方法步骤（尤其是处理相关元件）时滞中立。

根据本发明的另一实施例，所述方法进一步包括：（a）使第一元件围绕垂直于元件的第一侧和/或垂直于其第二侧定向的旋转轴线旋转180°；（b）借助第一照相机，光学采集旋转180°后的第一元件的第一结构特征的第三图像；（c）借助第二照相机，光学采集旋转180°后的第一元件的第二结构特征的第四图像；以及（d）当第一元件处于旋转180°后的位置时，测定第一结构特征与第二结构特征之间的另外的空间偏置。进一步基于所测定的另外的空间偏置，将第二元件组装到元件载体上。

通过所描述的两次确定两个结构特征之间的空间偏置，第一次是在第一元件处于第一角位置时，而第二次是在元件处于旋转180°后的第二角位置时，可以由两个照相机中的至少一个照相机来识别与期望定向的偏差。这样的识别是基于以下考虑。

（A）通常，两个照相机如此相对定向，使得它们的光轴相互平行或更优选相互共线布置。这就表明，在长方体形状的元件中，元件的第一侧和元件的第二侧都由相应的照相机以垂直的视角来检测。如果此时照相机存在非期望的倾斜，则该照相机以略倾斜的角度检测元件。由于视差效应，位于面向照相机一侧的结构特征则出现在相关照相机图像中稍微偏移的位置。由此得出两个结构特征之间的虚拟空间偏置。

（B）在两个照相机完美平行定向的情况下，就不会出现这种虚拟的空间偏置。所测定的两个结构特征之间的真实空间偏置则处于与第一角位置中对应的真实空间偏置完全相反的第二角位置。这就表明，两个空间偏置中的“恒等比例”为照相机倾斜方向和范围的直接量度。在认识到涉及相关光学成像的部件的几何尺寸的情况下，在组装第二元件和/或组装另外的元件的过程中考虑相关照相机的（不期望）倾斜，并且在放置相关元件时通过适当地定位装配头而进行补偿。

应注意，在更长的元件载体的装配过程中，也可以就另外的元件周期性重复所描述的（定量）确定照相机轴的非期望倾斜。以这种方式，可以测定相对于相关照相机的可变倾斜的时间漂移，并且以累进方式，即以前瞻性方式，在组装“后续”另外的元件的过程中考虑或补偿这种时间漂移。

根据本发明的另一方面，描述一种用于装配元件载体与电子元件的装配机。所述的装配机包括：（a）机架；（b）安装至机架的容纳装置，用于容纳待装配的元件载体；（c）龙门系统，该龙门系统具有静止地安装至机架的静止的部件，以及可相对于静止的部件定位的可活动的部件；（d）装配头，该装配头安装至可活动的部件，并且该装配头配置成拾取元件并在可活动的部件适当定位之后装配元件载体与元件，其中，每个元件在预定的装配位置组装到元件载体上；（e）第一光学检测装置，用于从第一侧面光学检测元件；（f）第二光学检测装置，用于从与第一侧面相对的第二侧面光学检测元件；以及（g）数据处理装置，该数据处理装置可通信地耦合到龙门系统、装配头和两个光学检测装置，并且该数据处理装置配置成能够控制或运行前述的方法。

所描述的装配机也基于以下认识：从相对两侧光学测量作为参照元件的第一元件，从而确定关于参照元件上侧的至少一个可光学检测的结构与参照元件下侧的至少一个可光学检测的结构之间的元件独特或元件特定的空间偏置的信息。于是，假设后续元件中会出现类似的偏置，可以在组装后续元件的过程中考虑该元件独特的偏置信息。因此，如上所述，能够以高效又快速的方式实现高度精确地装配多个元件或一系列元件。

光学检测装置可以例如均为照相机。在该实施方式中，两个光学检测装置借助（a）从一侧检测相关元件的单个照相机以及（b）布置在元件的相对的另一侧上的照明装置来实现。照明装置如此照亮元件，使得照相机检测到元件的投射阴影，并且基于所得的阴影图像，至少能够识别元件的外轮廓。

根据本发明的某一实施例，第一光学检测装置为相对于机架静止的照相机。第一光学检测装置优选为自下而上地检测元件的所谓的元件-照相机。前述的光学透明的放置件可以直接或间接地安装至该第一光学检测装置或第一照相机。然后，可以通过装配头拾取待检测的元件并将其放置到放置件上，再由第一照相机自下而上地检测该元件，必要时结合光学透明的放置件上形成的参照标记。

根据本发明的另一实施例，第二光学检测装置为相对于机架可活动的照相机。

在常规的装配机中，这种（第二）照相机通常称为印刷电路板-照相机或元件载体-照相机，其识别待装配的元件载体上的标记并且由此测定关于元件载体在装配机的装配区域内的精确定位的信息。第二光学检测装置或第二照相机可以安装至龙门系统的可活动的部件。也可能直接或间接地安装至装配头。替选地，也可以为第二照相机设置独自的定位系统。

应指出，已结合不同的发明主题描述了本发明的多种实施方式。尤其描述了本发明关于产品权利要求的几种实施方式，并且描述了本发明关于方法权利要求的其它实施方式。本领域技术人员阅读本申请后能够清楚地理解，如果没有另外的详细说明，则除了这些属于这种类型发明主题的特征组合以外，还可能实现属于其他类型发明主题的任意特征组合。

本发明的其它优点和特征从目前优选的实施例的以下示例性描述中得出。本发明的各个附图仅为未意性并且未按真实比例绘制。

附图说明

图1示出根据本发明的一实施例的装配机，其具有两个照相机和数据处理装置，以便在元件上测定相对两侧存在的结构特征之间的空间偏置。

图2示出具有倾斜侧表面的半导体元件。

图3a至图3c示出在相对两侧光学检测元件的不同可行方案。

图4a示出测定第一照相机与第二照相机之间的相对位置。

图4b示出基于在玻璃片上用通孔形成的参照标记同时用第一照相机测量元件的下侧并测定第一照相机的光学畸变的时间漂移。

图4c示出同时测量半导体元件的下侧和上侧，以便测定（i）在下侧构成的可光学识别的第一结构与（ii）在上侧构成的可光学识别的第二结构之间的偏移。

图5a和图5b示出光学透明的支撑元件，其上附有或形成有参照标记。

附图标记列表：

100 装配机

102 机架

104 容纳装置/传递装置

110 龙门系统

112 静止的部件/静止的承载臂

114 可活动的部件/可移动的承载臂

120 元件-供应装置

130 装配头

140 第一照相机/静止的照相机/元件-照相机

150 第二照相机/可活动的照相机/元件载体-照相机

160 数据处理装置

180 元件载体

185 晶片

190 元件/芯片

292 元件主体

293 倾斜的侧表面

294 连接触点

296a 第一侧/下侧的边缘

296b 第二侧/上侧的边缘

a1 距离

b1 距离

c1 空间偏置

341 壳体

342 第一照明装置

351 移动第二照相机

352 第二照明装置

370 光学透明的放置件/玻璃片

372 参照标记

375 可转动的操纵工具

375a 旋转轴线

376 移动操纵工具

377 基体

379 元件-止动装置/抽吸夹具

441 光轴

470 参照片

490 元件（具有弯曲的连接触点）

490c 元件

496a 第一结构特征（在下侧）

496b 第二结构特征（在上侧）。

实施方式

应指出，在下面的详细描述中，不同实施例的特征或部件（它们与其他实施例的相应特征或部件相同或者至少功能相同）标有相同的附图标记或者不同的附图标记，这些不同的附图标记在最后两个字母上与相同的或至少功能上相同的特征或部件的附图标记相同。为了避免不必要的重复，已经借助前面描述的实施例阐述的特征或部件在后面不再详细阐述。

此外应指出，以下描述的实施方式仅表示对本发明的可行变型方案的有限选择。尤其可能的是，单个实施方式的特征以适当的方式彼此组合，因此借助本文详细描述的变型方案，许多不同的实施方式对于本领域技术人员而言是显而易见的。

此外应指出，应用了有关空间的概念例如“前”和“后”、“上”和“下”、“左”和“右”等，以便描述一个元件与另一元件或其他元件的关系，如同在这些附图中展示的一样。因此，这些有关空间的概念能够适用于与附图中所示的方位不同的方位。但应理解，为了简化描述，所有这些有关空间的概念都涉及在图面中描述的方位，但绝不是对它进行限制，因为这些描述的装置、部件等在使用时都能占据与在图面中描述的方位不同的方位。

图1示出根据本发明的一实施例的装配机100的示意图。在本发明描述的应用中，装配机100用于直接从（锯切或分割的）晶片185取下构造为无壳体的半导体芯片的元件190并且将其放置或组装到元件载体180上，其在本图中是由框架以未示出的方式撑紧的载体箔片。组装至载体箔片上的装配材料包含所谓的人造晶片，可以再用于制造有壳体的电子元件，例如借助上述eWLP工艺。

装配机100具有机架102，其表示用于装配机100的各种部件的框架或支撑结构。图1中标有附图标记120的元件-供应装置为晶片185提供装配过程。待装配的元件载体180借助传递装置104传递到装配机100的装配区域中并在此被提供给装配过程。相关的元件载体180以未示出的方式固定在装配位置，这样传递装置也表示用于待装配的元件载体180的容纳装置104。然而，借助传递装置104，不仅在装配过程供应待装配的元件载体180，而且在至少部分地装配元件载体180之后也将其传送走，以便随后可以装配下一个元件载体180。

由装配头130执行实际的装配过程。装配头130以可在平行于元件载体180的传递方向（箭头x）的方向（双箭头x）上移动的方式安装至可移动的承载臂114。可移动的承载臂114安装至与机架102固定连接并桥跨传递装置104的静止的承载臂112。可移动的承载臂114可相对于传递方向横向（双箭头y）移动。静止的承载臂112表示装配机100的龙门系统110的静止的部件，可移动的承载臂114表示龙门系统110的可活动的部件。就此，龙门系统110就使得装配头130能够在跨x方向和y方向的xy平面中进行二维运动或定位。

在至少一个元件190的组装过程之前，借助龙门系统110使装配头130移动到元件-供应装置120，其在此接收至少一个元件190。随后，使该装配头在待装配的元件载体180上移动，其在此将至少一个元件190放置在元件载体180上。

装配机100进一步包括两个照相机，即静止的第一照相机140和可活动的第二照相机150。

根据本图示出的实施例，静止的第一照相机140布置在元件-供给装置120与待装配的元件载体180所在的装配区域之间。静止的照相机140直接或间接地连接到机架102并且具有朝上的视场，即图1中穿出纸面。只要装配头130位于第一照相机140上方，第一照相机140就可以自下而上地测量由装配头130借助未示出的抽吸夹具自下而上地保持的元件190。因此，第一照相机140又称为元件-照相机。

根据本图所示的实施例，可活动的第二照相机150安装至可移动的承载臂114，并且正如装配头130那样可以沿双箭头所示的x方向移动。第二照相机150也可以直接安装至装配头130，具有自上而下的视场，即，图1中穿入纸面。第二照相机150就可以识别附接或形成在元件载体180上的标记（未示出），这样第二照相机150又可称为元件载体-照相机。

装配机100进一步包括数据处理装置160，由虚线示意性示出，该数据处理装置可通信地耦合到两个照相机140和150以及装配头130。数据处理装置160通过适当地控制驱动电机或促动器来确保装配头130的操作。另外，根据本图示出的实施例，同样由数据处理装置160进行对两个照相机140和150所摄取的图像的图像处理。

图2示出借助锯切工艺从晶片中分割出来的半导体元件190。本发明人在描述本发明时已经意识到，实践中，这种锯切工艺永远不会完美并且可能导致元件190具有带倾斜侧表面293的元件主体292。构造在元件主体292的上侧（第二侧）上的结构294为电连接触点294。除元件主体292的上侧的电连接触点294之外，自上而下地检测元件190的照相机（图2中未示出）可以识别边缘296b。自下而上地检测元件190的照相机（同样未示出）可以识别元件主体292下侧的边缘296a。

在不同的晶片中，侧表面293的倾斜角度通常不同。但本发明人已经认识到，在同一个晶片中，源自该晶片的元件190一般具有基本上恒定的倾斜角度。侧表面293的斜置导致元件主体292在上侧存在的边缘296b与元件主体292对应在下侧存在的边缘296a之间产生距离c1。在倾斜角度为零的情况下，c1当然为零。

通常借助（a）自上而下地观察元件190的照相机和（b）自下而上地观察元件的另一个照相机来进行识别元件190的中心。相关的照相机自上而下地识别元件-连接触点294的结构与图2中元件主体292的右上边缘296b之间的距离a1。自下而上地观察元件190的照相机识别元件190的不同中心位置。在图2中示出比距离a1更小的距离b1，该距离b1表示元件-连接触点294的结构与图2中元件主体292的右下边缘296a之间的（水平）距离。

图3a至图3c示出在相对两侧光学检测元件190的不同可行方案。出于简化说明的原因，元件190（具有倾斜的侧表面）不像图2中那样示为平行四边形，而是相应示为梯形。

图3a示出当前优选的实施方式，其中图1所示的两个照相机，即静止的第一照相机140和可活动的第二照相机150用于从两侧光学检测元件190。为此，元件190放置在光学透明的放置件370上，根据本图示出的实施例，该放置件370为光学上高品质的玻璃片。玻璃片370位于两个照相机140和150之间。根据本图示出的实施例，玻璃片370直接安装至照相机140的壳体341。另外，根据本图示出的实施例，玻璃片370还具有参照标记372，其用于校准两个照相机140和150彼此相对的相对位置或取向。与第一照相机140相关联的第一照明装置342自下而上地提供对元件190（以及参照标记372）的照明。这样就自下而上地透过玻璃片370照亮元件190（和参照标记372）。而且，透过玻璃片370，进行由第一照相机140对元件190和参照标记372的光学检测。另外，设置与第二照相机150相关联并自上而下地照亮元件190以及参照标记372的第二照明装置352。以对应的方式，第二照相机150自上而下地检测元件190以及参照标记372，而对应的光束不必穿透玻璃片370。

为了确定“倾斜度”和与之相关的（a）元件190的上侧（上侧边缘）或其上形成的电连接触点294的结构与（b）元件190（的下侧边缘）之间的空间偏置，将元件190从晶片取下并放置在玻璃片370上（在参照标记372之间）。然后，从两侧光学检测元件190，并且必要时考虑两个对应照相机图像中示出的参照标记372的位置，确定空间偏置。通过两个对应照相机后置的数据处理装置（未示出）进行对两个所得的照相机图像的评估。

图3b示出从两侧测量元件190，其中仅使用自上而下地检测元件190的照相机150。为了识别元件190的上侧，激活第二照明装置352。在明场照明下进行对元件190的检测。为了识别元件190的下侧，断开第二照明装置352并且激活位于玻璃片370下方的第一照明装置342。照相机150就基于元件190的阴影图像识别元件190（在暗场照明下）。

图3c示出从两侧测量元件190的另一变型方案，其中使用可转动的操纵工具375。以与图3a和图3b的变型方案的情况相同的方式，借助元件-照相机150检测元件190的上侧。为了光学检测元件190的下侧，使照相机150移动远离玻璃片370（参见双箭头351），以便能够从上方拾取元件190。由可转动的操纵工具375进行这种拾取，该操纵工具具有主体377以及多个从主体径向突出的元件-止动装置379。根据本图示出的实施例，元件-止动装置为抽吸夹具379。另外，根据本图示出的实施例，操纵工具375能够以平移方式移动（参见双箭头376）并围绕旋转轴线375a转动。由此可以从玻璃片370取下元件190并将其引入照相机140的光学检测区域，这在必要时借助自下而上地检测元件190的第一照明装置342。

下面将描述能够特别准确地测定元件上侧的结构与元件下侧的结构之间的空间偏置的本发明的实施方式。这里，尤其通过校准所使用的照相机并且通过适当地考虑当然导致一定像差的（随时间变化的）照相机的位置、定向和/或内部几何形状来实现高精度。这些像差可以通过下文描述的校准措施以适当的方式（尤其在图像处理中）至少大致得以补偿。

校准是基于上文已经提及的测量针对待检测的元件在光学透明的放置件上形成的参照标记。由两个照相机，即静止的第一元件-照相机和可活动的第二元件载体-照相机，检测这些参照标记。参照标记布置在静止的照相机的焦平面中的静止的照相机的视场的边缘区域中并且同样可以通过适当地定位可活动的照相机来检测。这就表明：两个照相机在测定偏移相关的部位处精确地测量相同的结构。

（A）为了测定两个照相机彼此的相对取向，由两个照相机检测相同的参照标记，并且在两个照相机图像中测量它们的确切空间位置。此后，将所测得的空间位置作为用于后续漂移补偿的参照值保存在存储器中。

（B）为了测定元件上侧的结构与元件下侧的结构之间的空间偏置（偏移），将相关的元件放置到光学透明的放置件上，从两侧进行测量，并且通过评估两个对应的照相机图像来测定空间偏置。然后，由装配头拾取元件，并且考虑所测定的空间偏置而将元件组装在元件载体上。

（C）补偿漂移：在执行（更长的）装配作业流程中，周期性或重复性（时时性）测量参照标记。这里，与在时间点（A）所测定的值相比，确定所测得的参照标记的位置的差异。这里，确定更新的校准值，在组装另外的元件期间可以将其考虑在内。

借助使用两个照相机测量参照标记来进行这种周期性漂移补偿的变型方案是在原本使用静止的照相机自下而上地对所放置的元件执行测量的基础上测量参照标记（参见上述测定偏移的流程）。这里，虽然只能补偿静止的（元件-）照相机的漂移，但无需（大量的）额外测量时间。

在照相机的几个传感器中，借助所谓的“多窗口”功能，存在限定多个图像区域并且仅精确地将相关的图像区域（即，仅元件和参照标记的图像区域）传输到后置的数据处理装置中以尽量减少图像数据传输时间的可能性。一种可能的流程是：以更长的时间间隔在两次额外的测量中借助两个照相机测量参照标记，以便补偿整个漂移（如上所述），并且在这些测量之间，使用静止的照相机自下而上地多次（几乎）时滞中立地测量参照标记，同时测量所放置的元件，以便在时间上更快地解析并且至少大致时滞中立地校正漂移的至少一部分（即，静止的照相机的漂移）。

（D）另外，可以在测定偏移期间识别并补偿因两个照相机的光轴不平行而引起的误差。为此，两次确定元件的上侧与下侧之间的偏移。第一次处于第一角位置，而第二次处于元件旋转180°的第二角位置。这里，旋转轴线垂直于光学透明的放置件的表面。如果元件在上侧与下侧之间具有偏移，则由于两次测量中的180°旋转，在相反的方向上确定这种偏移。然而，如果两个照相机的光轴存在偏斜，则两次测量的偏移相同。这样就能通过确定两次测量的偏移中的恒等比例来计算偏斜比例。这随后可以用于校正其它测量，因为偏斜不会随时间显著变化。

图4a示出测定（a）具有光轴441的静止的第一照相机140与（b）可移动的第二照相机150之间的相对位置。如图4a可见，两个照相机（同时）测量参照标记374的位置。基于两个所得的照相机图像中的参照标记的位置，可以测定两个照相机之间的相对空间位置和/或定向。

图4b示出使用静止的第一照相机140（a）从元件490b的下侧并（b）从两个参照标记374同时进行测量。通过按照优选各自显示不同元件490b的照相机图像的时间顺序重复测量参照标记374的位置，可以测定使照相机140光学畸变的时间漂移。

如图4b可见，根据本图示出的实施例，参照标记374附接至具有开口的参照片470，照相机140通过该开口检测元件490b。根据本图示出的实施例，元件490b为封装在壳体中并具有弯曲连接触点的元件。

图4c示出同时测量半导体元件490c的下侧和上侧，以便测定（i）在下侧构成的可光学识别的第一结构496a与（ii）在上侧构成的可光学识别的第二结构496b之间的偏移。这种类型的从两侧测量基本上对应于上述结合图3a说明的偏移测量。

图5a和图5b各自示出光学透明的支撑元件370，其上附有或形成有参照标记372。在图5a所示的实施例中，参照标记372位于支撑元件370的两侧区域。中间区域设置用于放置元件并且没有参照标记。在图5b所示的实例中，参照标记372的数目稍多，并且参照标记372布置在围绕支撑元件370中间的框状边缘区域中。

注意，概念“具有”并不排除其他元件，并且“一个”并不排除多个。结合不同实施例描述的元件也能够相互组合。还应注意，权利要求中的附图标记并不用来限制权利要求的保护范围。

Claims (18)

1.一种用于装配元件载体（180）与电子元件（190、490c）的方法，所述方法包括：

光学采集第一元件的第一侧的第一图像，在所述第一元件的第一侧可识别所述第一元件（190、490c）的第一结构特征（296a、496a）；

光学采集所述第一元件（190、490c）的第二侧的第二图像，在所述第一元件的第二侧可识别所述第一元件（190、490c）的第二结构特征（294、296b、496b），其中，所述第一侧与所述第二侧彼此相对；

测定所述第一结构特征（296a、496a）与所述第二结构特征（294、296b、496b）之间的空间偏置（c1）；

光学采集第二元件（190、490c）的一侧的图像；

基于所采集的第二元件（190、490c）的一侧的图像，确定所述第二元件（190、490c）的空间位置；以及

基于所确定的第二元件（190、490c）的空间位置以及所测定的第一元件的第一结构特征（296a、496a）与第二结构特征（294、296b、496b）之间的空间偏置（c1），将所述第二元件（190、490c）组装到所述元件载体（180）上。

2. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

基于（i）所采集的第一元件（190、490c）的第一侧的第一图像和/或（ii）所采集的第一元件（190、490c）的第二侧的第二图像，确定所述第一元件（190、490c）的空间位置；以及

基于所确定的第一元件（190、490c）的空间位置以及所测定的第一元件（190、490c）的第一结构特征（294、296a、496a）与第二结构特征（296b、496b）之间的空间偏置，将所述第一元件（190、490c）组装到所述元件载体（180）上。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，

所述第二元件（190、490c）的空间位置涉及可光学检测的结构（296a、294、296b、496a、496b）。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，

所述可光学检测的结构包括所述第二元件（190、490c）的电连接触点（294）。

5. 根据权利要求3所述的方法，其中，

所述第二元件为发光半导体元件（190、490c），并且

所述可光学检测的结构包括半导体元件（190、490c）的发光表面。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，

所述第一结构特征包括所述第一元件（190、490c）的第一侧的边缘（296a），或者所述第二结构特征包括所述第一元件（190、490c）的第二侧的边缘（296b），且其中，

所采集的第二元件（190、490c）的一侧的图像显示所述第二元件（190、490c）的边缘（296b）。

7.根据权利要求1所述的方法，针对至少一个另外的元件（190、490c）中的每一个元件，所述方法进一步包括：

光学采集所述另外的元件（190、490c）的一侧的另外的图像；

基于所采集的另外的元件（190、490c）的另外的图像，确定另外的空间位置；以及

基于所确定的另外的元件（190、490c）的另外的空间位置以及所测定的第一元件（190、490c）的第一结构特征（296a、496a）与第二结构特征（294、296b、496b）之间的空间偏置（c1），将所述另外的元件（190、490c）组装到所述元件载体（180）上。

8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

至少将所述第一元件（190、490c）临时放置在光学透明的放置件（370）上，其中，

透过所述光学透明的放置件（370）自上而下地和自下而上地检测所述第一元件（190、490c）。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，

所述光学透明的放置件（370）包括至少一个参照标记（372、374），其中，所述方法进一步包括：

在摄取所述第一元件（190、490c）的第一侧的第一图像的第一照相机（140）的第一照相机图像中，检测所述参照标记（372、374）的第一参照位置；

在摄取所述第一元件（190、490c）的第二侧的第二图像的第二照相机（150）的第二照相机图像中，检测所述参照标记（372、374）的第二参照位置；以及

基于两个照相机图像中的两个参照位置的空间位置，确定所述第一照相机（140）与所述第二照相机（150）之间的相对空间定位和/或相对定向。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，

所述光学透明的放置件（370）包括至少一个参照标记（372、374），其中，所述方法进一步包括：

周期性检测多个照相机图像中的参照标记（372、374）；

针对每个照相机图像并在每个照相机图像中，确定所述参照标记（372、374）的位置；以及

测定所述多个照相机图像中的参照标记（372）的位置的时间漂移；其中，

基于所测定的漂移，进一步组装所述第二元件（190、490c）。

11.根据权利要求7所述的方法，进一步包括

至少将所述第一元件（190、490c）临时放置在光学透明的放置件（370）上，其中，

透过所述光学透明的放置件（370）自上而下地和自下而上地检测所述第一元件（190、490c）。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，

所述光学透明的放置件（370）包括至少一个参照标记（372、374），其中，所述方法进一步包括：

周期性检测多个照相机图像中的参照标记（372、374）；

针对每个照相机图像并在每个照相机图像中，确定所述参照标记（372、374）的位置；以及

测定所述多个照相机图像中的参照标记（372）的位置的时间漂移；其中，

基于所测定的漂移，进一步组装所述至少一个另外的元件（190、490c）。

13.根据权利要求10或12所述的方法，其中，

共同检测所述至少一个参照标记（372、374）和第一、第二或另外的元件（190、490c）。

14. 根据权利要求13所述的方法，其中，

在照相机芯片上定义至少两个所选定的空间图像区域，所述空间图像区域显示相应的第一、第二或另外的元件（190、490c）和所述至少一个参照标记（372、374），其中

为了确定所述参照标记（372、374）的位置并确定元件（190、490c）的位置和/或另外的元件（190、490c）的另外的位置，仅使用所选定的空间图像区域的图像数据。

15.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

使所述第一元件（190、490c）围绕垂直于所述第一元件（190、490c）的第一侧和/或垂直于其第二侧定向的旋转轴线旋转180°；

借助第一照相机（140），光学采集旋转180°后的第一元件（190、490c）的第一结构特征（296a、496a）的第三图像；

借助第二照相机（150），光学采集旋转180°后的第一元件（190、490c）的第二结构特征（294、296b、496b）的第四图像；以及

当所述第一元件（190、490c）处于旋转180°后的位置时，测定所述第一结构特征（296a、496a）与所述第二结构特征（294、296b、496b）之间的另外的空间偏置；其中，

进一步基于所测定的另外的空间偏置（c1），将所述第二元件（190、490c）组装到所述元件载体（180）上。

16.一种用于装配元件载体（180）与电子元件（190、490c）的装配机（100），所述装配机（100）包括：

机架（102）；

安装至所述机架（102）的容纳装置（104），用于容纳待装配的元件载体（180）；

龙门系统（110），所述龙门系统具有静止地安装至所述机架（102）的静止的部件（112）以及可相对于所述静止的部件（112）定位的可活动的部件（114）；

装配头（130），所述装配头安装至所述可活动的部件（114），并且所述装配头配置成拾取元件（190、490c）并在所述可活动的部件（114）适当定位之后装配所述元件载体（180）与所述元件（190、490c），其中，每个元件（190、490c）在预定的装配位置组装到所述元件载体（180）上；

第一光学检测装置，用于从第一侧光学检测第一元件（190、490c）；

第二光学检测装置，用于从与所述第一侧相对的第二侧光学检测所述第一元件（190、490c）；以及

数据处理装置（160），所述数据处理装置可通信地耦合到所述龙门系统（110）、所述装配头（130）和所述两个光学检测装置，并且所述数据处理装置配置成控制如权利要求1所述的方法。

17.根据权利要求16所述的装配机（100），其中，

所述第一光学检测装置为相对于所述机架静止的第一照相机（140）。

18.根据权利要求16所述的装配机（100），其中，

所述第二光学检测装置为相对于所述机架可活动的第二照相机（150）。