將預定元件置于目標平臺的裝置和方法

專利名稱：將預定元件置于目標平臺的裝置和方法
技術領域：
本發明一般而言涉及組裝技術，更具體地，本發明包括通過用各種探測技術把對準標記結合到元件上和把參考標記結合到目標平臺上而在目標平臺上檢測和改進元件放置準確度的結構和方法。
背景技術：
電子器件已經發展多年了。隨著集成電路(IC)的復雜性和運行速度增加，具有超過幾百或甚至一千的管腳數量的器件的數量不斷增加，這并不是不尋常的。例如，高速設計 需要更多的功率和接地管腳。這種差動對正在代替器件的輸入和輸出管腳(I/o)處的單端信號，以滿足信號完整性要求。此外，隨著芯片上系統變成現實，越來越多的管腳被添加到器件I/o中以支持更多的功能。總之，這些管腳中的許多(如果不是所有的話)趨于增加封裝器件或元件中的管腳數量。隨著管腳數量的增加，器件的管腳間距趨于減少而限制封裝尺寸的增加。減少的管腳間距，特別是如果管腳間距小于O. 5mm,對將元件準確地置于目標平臺(諸如，印刷電路板(PCB))上的放置設備提出了挑戰。傳統的表面安裝設備在目標焊接區圖案的中心處使用直角坐標作為參考點以將元件置于PCB上。沒有反饋來監視元件放置的準確度。沒有適當的反饋，元件放置的準確度不確定。實際上，元件放置的準確度受到封裝輪廓的缺陷、元件的觸點陣列離理想格柵位置的偏離、PCB封裝參考中的缺陷、放置設備的老化和內在公差等的影響。隨著累積誤差接近觸點陣列的間距尺寸，將元件準確地放置在PCB上是個很大的問題。在表面安裝裝配線中不難碰到元件放置問題，特別是放置細間距元件。例如，如果BGA元件不準確地置于PCB上，則會引起BGA觸點陣列離理想的焊接區圖案位置偏移，導致焊接不足或焊料橋接到PCB上相鄰的墊。修正這些問題的返工是乏味的和昂貴的。對于在高密度PCB上的高價高管腳數量元件的返工更加糟糕。而且，制造商經常使用插座將高端高管腳數量的芯片容納在母板上。這使得用戶能夠在現場選擇正確的速度等級的元件或中執行速度升級。然而，對用戶或制造商來說，沒有簡便的方法來監視芯片是否正確地插在插座上或芯片是否與插座內的插孔良好地接觸。可見，需要用于檢測和改進元件放置準確度以及用于檢測接觸狀態的技術。

發明內容
本發明一般而言涉及組裝技術，描述了在組裝中改進元件放置的準確度的對準和探測技術。更具體地，本發明包括通過用各種探測技術把對準標記結合到元件上和把參考標記結合到目標平臺上而在目標平臺上檢測和改進元件放置準確度的結構和方法。組成陣列以形成多傳感器探頭的一組傳感器，能夠在組裝中檢測位移元件的偏離。僅僅通過示例的方式，將本發明應用于將封裝器件置于用于電子系統制造的電子襯底上。但是應認識到本發明具有更寬的應用范圍。在一個具體的實施例中，本發明提供了一種技術解決方案，用于IC或封裝器件，在IC或封裝器件上的預定的空間區域中具有一組一個或多個對準標記。根據該實施例，封裝器件可以是封裝在諸如塑料(例如，環氧)、陶瓷(例如，二氧化鋁)或其它材料中的集成電路器件，封裝器件含有多個I/o觸點和多個連接到I/O觸點的焊墊。封裝器件可以是多IC堆疊器件、多封裝堆疊器件或多芯片載體。封裝器件還可以是層疊有各向異性傳導彈性體(ACE)膜作為用于外部連接的互連界面的集成電路器件，等等。該組對準標記監視該封裝器件在目標襯底或平臺上的放置，以判斷在器件上的多個外部連接是否精確地放置在諸如印刷電路板、母板、陶瓷板、裸管芯IC或其它封裝器件和元件的目標襯底或平臺上的焊接區圖案處。如果封裝器件沒有精確地放置，則對準標記還能夠用來獲得反饋以調節器件 位置的偏離。為了簡便，IC和封裝器件稱為元件。在一個具體的實施例中，對準標記是在元件上的參考區域，外部探頭能夠使用該對準標記監視在目標平臺上的元件放置的精確度。結合在元件上的對準標記可以是在元件上作為直接對準標記的從頂部到底部的連接表面區域的傳導路徑，或可以是作為間接對準標記的在元件的底部處連接兩個表面區域的不同的傳導路徑。除了在元件內作為傳導路徑，對準標記還可以是在元件上的簡單表面標記，這取決于所使用的探測方法。對準標記的結構可以是簡單的幾何結構或一組幾何結構。對于元件上的每一個對準標記,參考標記能夠添加到目標平臺供元件放置參照。在一個具體實施例中，本發明提供用于諸如印刷電路板、母板、陶瓷板、裸管芯IC或其它封裝器件和元件目標襯底或平臺的技術解決方案，通過在預定分區域處結合一組一個或多個參考標記，供元件放置參考。參考標記能夠用傳導路徑連接到相同目標平臺的其它參考標記。其能夠連接到目標平臺中的接地端，或其能夠簡單地為在目標平臺上的表面標記，這取決于所使用的探測方法。在優選的實施例中，本發明提供用于改進元件放置精度的探頭技術解決方案。探頭可以是單傳感器探頭或可以是傳感器陣列。單傳感器探頭能夠檢測元件放置的精度和在目標平臺上元件接觸條件的狀態。由傳感器陣列組成而變成多傳感器探頭的探頭，能夠通過將在元件上的一個或多個對準標記對準已經對準參考標記的探頭位置而調節偏移元件的偏移。多傳感器探頭能夠檢測元件的偏移并且向放置設備反饋該信息以修正該位置偏離。盡管單對準標記能夠修正元件偏移誤差，兩個對準標記能夠修正放置的方位誤差。探頭可以是電阻探頭、電容探頭、光學探頭或這些探頭的組合。電阻探頭用于開/關測量，電容探頭用于測量傳感器表面和目標參考之間重疊的相對區域，光學探頭用于測量來自目標參考的反射。參考探頭是接觸探頭。電容探頭和光學探頭是非接觸探頭。多傳感器探頭上的有效傳感器的范圍能夠通過感測目標參考標記的尺寸而自動確定。在一個具體的實施例中，本發明提供用于在各種探測技術下在目標平臺上對準元件的方法。本方法包括將包括一個或多個對準標記的元件置于目標平臺上的區域。目標平臺上的區域含有目標結構和一組由探頭監視的參考標記，以判斷元件是否已經精確地置于目標結構上。在PCB上，目標結構是元件焊接區圖案。對于在元件上的每一個對準標記,對應的參考標記能夠包括在焊接區圖案上。在頂部的對準標記相對于在元件底部的觸點陣列的空間關系應該匹配參考標記相對于焊接區圖案上的觸點陣列的空間關系。該方法還包括在目標圖案上對準多傳感器探頭的方法，確定該組多傳感器的有效范圍，調節相對于對準探頭的元件位置。由于對準標記相對于有關觸點陣列的空間關系能夠在器件制造或元件封裝過程中精確地控制，所以能夠確保對準標記和器件或封裝上的觸點陣列之間固定的空間關系。這允許在物理輪廓上具有小傾斜度的封裝(傾斜封裝)或沿相鄰管芯之間的劃線沒有很好地中心切割的裸管芯還能夠用于組裝。這是因為在組裝中，元件放置這時能夠依賴對準標記的位置，而不是依靠封裝輪廓的幾何公差。在一個具體的實施例中，本發明提供了一種方法，能夠將物理上不合規格的器件或封裝安裝在PCB或目標平臺上的相應接觸區域。經常在組裝中引起未對準問題的物理上不合規格的器件將不再被拋棄。在器件的管芯切割中或在元件的封裝的模制中，更大的公差意味著更高的元件產率。通過本發明優于傳統的技術的方式能夠獲得許多益處。本技術能夠容易地使用依 賴傳統技術的工藝。在一些實施例中，該方法提供了改進產率、降低返工和提高放置精確度的手段。此外，該方法提供與傳統的工藝技術兼容的工藝，而沒有對傳統的設備和工藝進行實質上的修改。本發明對具有超細觸點間距和超過幾百或甚至一千的觸點的器件尤其有用。而且，本發明提供了一種方法，用于監視用各向異性導電彈性體(ACE)作為互連界面封裝的器件的放置。對于各種應用場合，其能夠有效地和精確地使非焊球基封裝器件組裝到目標平臺或PCB。各向異性導電彈性體含有僅僅以某方向傳導電流的嵌入在彈性絕緣硅樹脂膜的大量細小導電金屬管。其已經在高密度和高管腳數量的測試插座中用作互連以提供優良的接觸、可重復性和在IC器件測試中的高頻特性。作為界面互連用于器件和封裝是可行的。層疊有ACE的器件或元件能夠直接地安裝到目標襯底上。夾具罩能夠用來將器件夾持在一起而不需要將器件焊在目標襯底上，如果可以獲得精確的放置技術。這種對準技術能夠使在電子系統上的ACE層疊器件的組裝變得可行。根據該實施例，一個或多個這些優點能夠獲得，并且在整個說明書中將更加詳細的描述。本發明的各種附加的目的、特征和優點能夠通過參照下面的詳細的說明和附圖更加完全理解。


圖IA是理想封裝的示例；圖IB是傾斜封裝的示例；圖IC是具有觸點陣列偏離格柵的不合規格封裝的示例；圖2示出在焊接區圖案上格柵偏離元件的放置，在放置之后元件上的所有觸點從焊接區圖案偏移相同的偏移量；圖3示出具有一組傳導路徑的元件在目標平臺上放置，該目標平臺具有匹配的焊接區圖案和參考標記，用于檢查放置精度和接觸條件；圖4示出對準標記的不同構造，其中所有可進行測試的點作為觸點陣列在相同的一側，這是間接對準路徑和間接對準標記的簡化圖；圖5示出使用單檢測探頭以檢查放置精度和元件接觸條件的示例；圖6示出使用四點探頭用于檢測元件放置的位置偏移的示例；圖7示出由測試點陣列組成的一般性測試探頭，用于檢測元件放置的偏移，在探頭上的工作測試點能夠在過程中(on-the-fly)確定；圖8示出關于一組SR鎖存器的使用，以跟蹤工作測試點的位置并且將測試探頭的中心對準目標參考標記的中心的示例 ，該組SR鎖存器能夠由一組可寫的鎖存器代替。圖9示出使用兩組鎖存器以確定偏移元件的方向和位移，狀態由二進制對的第一位表示的一組鎖存器，表示對準標記和參考標記之間的重疊狀態，狀態由二進制對的第二位表示的另一組鎖存器，表示工作測試點的位置；圖10示出使用三組鎖存器以將小對準標記對準大參考標記的中心，元組中的第三位表示用于對準更小測試點的工作測試點的有效范圍；圖11示出關于使用一般性測試探頭修正偏移元件的圖表理解。其中，元件上的對準標記尺寸小于參考標記的尺寸；圖12是示出測試探頭的簡化圖，該測試探頭層疊有各向異性導電彈性體(ACE)作為互連界面，以改進測試點和對準標記之間或測試點和參考標記之間的接觸條件；圖13示出在元件上結合兩個對準標記以修正元件放置中的方位誤差的示例；圖14示出在目標平臺上的串聯對準鏈的簡化圖；圖15是電容傳感器的簡化圖，其用防護體來聚焦傳感器的電場；圖16是示出一組電容傳感器的簡化圖，該傳感器組成陣列以形成用于非接觸電對準的多傳感器電容探頭；圖17是關于使用電場對準技術以監視元件堆疊的示例；圖18示出的是電對準技術的不同應用，用于將具有四傳感器對準標記的物體對準到具有四三角形參考標記的第二物體；圖19示出在元件上的透明光路，能夠用作光學對準標記，如果與目標平臺上的匹配的反射墊結合，其能夠用來改進元件放置的精度；圖20是示出光電檢測器陣列的簡化圖，該光電檢測器陣列以陣列的形式組成，以形成用于元件對準的多檢測器光學探頭；圖21是一種光學構造的簡化圖，該光學構造具有四個光電檢測器和四個I/V放大器，用于調節偏移元件的偏移。
具體實施例方式根據本發明，描述了在組裝中改進元件放置的準確度的對準和探測技術。更具體地，本發明包括通過用各種探測技術把對準標記結合到元件上和把參考標記結合到目標平臺上而在目標平臺上檢測和改進元件放置準確度的結構和方法。以陣列組成而形成多傳感器探頭的一組傳感器，能夠在組裝中檢測位移元件的偏離。僅僅通過示例的方式，將本發明應用于將封裝器件置于用于電子系統制造的電子襯底上。但是應認識到本發明具有更寬的應用范圍。本發明的進一步細節能夠在整個本發明的說明書中發現，并且更詳細地在下面。對準標記
根據優選的實施例，對準標記是元件上的參考區域，外部探頭能夠使用對準標記監視在目標平臺上的元件放置的準確度。結合到元件上的對準標記可以是作為直接對準標記的在元件上從頂部到底部的連接表面區域的傳導路徑，或者是作為間接對準標記的在元件的底部連接兩個表面區域的不同的傳導路徑。盡管從上到下的傳導路徑不需要是直路徑，但從頂部到底部或在元件上匹配的頂部和底部位置的直路徑，更容易目視與對準標記關聯的底部接觸的位置。在底部的傳導路徑的表面區域可以是在觸點陣列上的觸點或不同的訪問點。除了元件內的傳導路徑，對準標記還可以是元件上的簡單表面標記，這取決于所使用的探測方法。對準標記的結構可以是簡單的幾何結構或一組幾何結構。在元件上的對準標記可以是單個對準標記或一組對準標記。正常地,一個對準標記是足夠的。如果元件的尺寸較大或可以要求方位調整以改進放置準確度，則向元件添加第二對準標記。如果有方位的誤差，對于大元件中的遠端接觸，離理想焊接區圖案的切向偏離會是很顯著的。對于小元件，由于較小方位的誤差的后果是不顯著的。取決于探測技術，當探頭用來監視元件放置準確度時，探頭能夠與對準標記直接接觸或不直接接觸。如果電阻探頭用來監視對準標記的位置，則其需要直接接觸。如果電容探頭用來監視對準標記的位置，則不需要的直接接觸。在這兩種情況下，對準標記是電對 準標記，因為傳導電流流過對準標記，除了一個是DC電流和另一個是AC電流以外。如果光學探頭用于監視來自對準標記的表面的反射，那么則對準標記是光學對準標記。因而，在元件的頂表面上反射的、導電的標記能夠使用作為電對準標記或作為光學對準標記，這取決于對準標記如何構造和使用哪種探測技術。參考標記對于元件上的每一個對準標記,對應的參考標記能夠添加到目標平臺供元件放置參考。在元件上對準標記與觸點陣列的空間關系應該匹配在目標平臺上參考標記與關聯的焊接區圖案的空間關系。參考標記可以是在目標平臺上元件接觸焊接區圖案的一部分。取決于探測技術和應用要求，參考標記可以或可不需要與對準標記的底部直接接觸。在一個具體的情況下，如果參考標記簡單地是在目標平臺上的表面標記，并且如果對準標記也是簡單表面標記，這時則在元件上的對準標記的頂部位置能夠以這樣一種方式選擇，使得其匹配焊接區圖案上的觸點陣列的中點或角落點中的一個點，以消除對目標平臺上附加參考標記的需要。元件放置的不確定件目前對準技術中一個有用的方面是放置準確定不再依賴于元件的物理輪廓，也不依賴于觸點陣列離元件邊緣的格柵準確度。例如，如果模制工藝在完成的封裝中導致小的傾斜，使得封裝上的觸點陣列與封裝的邊緣沒有很好地平行(傾斜封裝)，在傳統的技術下，尤其是當封裝尺寸較大并且陣列間距尺寸較小時，很難將該封裝正確地置于焊接區圖案上；對于觸點陣列從理想格柵位置偏移的封裝(格柵偏離的封裝)，也是如此。傳統放置設備使用在焊接區圖案中心處的直角坐標作為參考點以將元件置于其上，這是基于假定元件的物理輪廓是沒有缺陷的，并且其觸點陣列按照封裝的機械規格精確地相對于元件的所有邊緣定位。圖IA示出理想封裝的示例。其具有沒有缺陷的物理輪廓并且所有的封裝觸點在所劃的格柵位置上。圖IB示出傾斜封裝的示例，其中觸點陣列不平行于封裝物理輪廓，并且從封裝的輪廓看去傾斜于理想的格柵位置。圖IC示出一個不合規格封裝的不同的示例，其中觸點陣列沒有正確地中心模制，并且因而從封裝輪廓看去顯示出從理想格柵位置偏離。在圖IB和圖IC中封裝是物理上不符合規格，難以在傳統的表面安裝組裝中使用。附圖中的缺陷被夸張了，以示出該概念。圖2示出將偏離格柵元件200置于目標焊接區圖案208上的示例。如所示,在元件200上的觸點陣列209在左下方向具有偏離量207。在放置之后，在元件200上的所有的觸點200將具有離目標焊接區圖案208相同的偏離量207。這不同于傾斜封裝的放置，在傾斜封裝的放置中在拐角觸點處的偏斜或偏離大于在中心處的。將對準標記添加到元件將顯著地減少由于封裝輪廓的缺陷的不良影響，并且即使封裝輪廓仍然符合規格，也能夠消除由觸點陣列離理想格柵位置的偏離而引起的接觸位置不確定性。對準標記能夠置于元件觸點陣列內或之外。在相對于元件觸點陣列的預定空間關系處制造，而不是在基于元件物理輪廓或離封裝邊緣的距離的位置處。對準標記去掉了設備對元件的理想物理輪廓的依賴。因而，之前在生產中劃線的 一些物理上不合規格的元件，諸如在物理輪廓中具有小傾斜的封裝、具有偏離理想格柵位置的觸點陣列的封裝、或裸管芯(沿相鄰管芯之間的劃線切割而沒有很好地定心)，將能夠用于系統組裝。該結構的進一步細節和對準標記的操作描述如下。在整個本說明書中，還提供某些方法和變型。使用電阻探頭的元件對準在這個實施例中，對準標記是以相對于觸點陣列的預定空間位置結合在元件或封裝中的電傳導路徑。傳導路徑能夠從元件的頂表面(測試信號可以施加到該處)到元件的底部表面(目標平臺上的匹配觸電點或參考墊能夠連接在下面)。元件上的傳導路徑和目標平臺上的匹配參考墊是成對的，以監視元件放置的準確度。如果元件準確地放置在目標平臺上，匹配參考墊將出現在傳導路徑的底部表面下，當電壓施加到元件的頂表面時傳導電流將被檢測到。圖3示出將元件300置于目標平臺310上的示例。元件300是在觸點陣列309處具有多個外部連接和作為對準標記的一個或多個傳導路徑302、303的密封封裝301。在目標平臺上，焊接區圖案308和一組參考墊306、307預先制造。如果元件300與焊接區圖案308對準，則參考墊306、307將在傳導路徑302、303的底部表面下。該圖僅僅是示例，在這里不應該不適當地限制權利要求的范圍。所屬領域的一般技術人員將認識到許多變型、修改和替代，諸如元件可以是具有嵌入的從頂部到底部作為對準標記的傳導路徑的裸管芯、密封在具有焊堆的陶瓷材料封裝或塑料封裝中的集成電路、或用于外部互連但沒有焊堆的層疊有一層ACE膜的器件，或這些的組合等。元件300中的傳導路徑可以是直管或任何不規則形狀的傳導跡線303，在元件中從頂部到表面延伸。一個或多個傳導路徑能夠結合在元件中。與傳導路徑302、303關聯的外部訪問點304、305可以是簡單圓形墊。其它墊的形狀諸如方形、矩形、三角形、梯形或這些形狀的組合是可能的。電阻探頭置于外部訪問點304、305上，以監視放置準確度的狀態。傳導路徑可以是金屬、摻雜半導體路徑或其它可檢測的實體。在圖3中，一組參考墊306、307在目標平臺上預先制造，作為目標參考來弓I導元件的放置。參考墊可以是簡單圓形墊，但是其它形狀諸如方形、矩形、三角形、梯形、一組接地點和這些的組合也可能。在目標平臺310上的參考墊306、307稱為”參考標記”。對于元件上的對準標記，對應的參考標記能夠添加到目標平臺上。目標平臺310上的參考標記的位置以這樣一種方式制造，使得目標平臺上的參考標記306、307和焊接區圖案308之間空間關系匹配元件300上的對準標記302、303和觸點陣列309之間的空間關系。參考標記的尺寸由諸如元件輪廓、觸點陣列、目標平臺、設備精度、機械老化和數據庫取整誤差等中的缺陷的放置系統的變量確定。具有較大累積的放置不確定性需要較大參考標記。參考標記的尺寸應該是足夠的大，使得在每一個元件初始放置處對準標記應該至少局部地在目標參考標記的邊界內。初始元件放置是基于存儲在放置數據庫中的參考標記或目標焊接區圖案的坐標的放置。此外，優選地，對準標記的尺寸與參考標記的尺寸相同或小于參考標記的尺寸，這是因為其能夠影響元件放置的準確度，這將在后面解釋。除了上下結構(與傳導路徑關聯的一個測試點在元件的頂表面上)，如圖4所示，還可以在與觸點陣列409相同側處具有兩個測試點411、412。在這個情況下兩個附加的跡 線406、407添加到目標平臺410，以將與傳導路徑關聯的測試點411、412連接到目標平臺404上的外部訪問點403、404。電阻探頭的功率和接地端能夠施加到兩個外部訪問點403、404，以檢測是否有傳導電流，以判斷元件是否已經正確地置于目標焊接區圖案408之上。具有位于與觸點陣列相同側的兩個測試點的傳導路徑稱為間接對準路徑。其接觸點是間接對準標記。如果在不同元件上的幾個間接對準路徑連接到目標平臺上的系列菊花鏈，則其能夠用于監視鏈中所有元件的接觸條件或檢查當該系統在使用中時所有元件是否還在適當的位置。這對于裝有無焊元件(諸如使用ACE作為互連界面的元件)的電子系統是有用的，在這種情況下，用于所有ACE基的元件的間接對準路徑連接成單對準鏈或幾個更短的鏈。供應電壓和檢測器，諸如LED 二極管，能夠連接到每一個鏈，以監視鏈中所有無焊元件的連接狀態。在元件上結合對準標記不僅能夠檢測在目標平臺上元件放置的準確度，而且能夠在放置之后修正元件位置偏移。然而，是測試探頭的構造以及對測試探頭所檢測的信號進行的處理來確定對準標記的功能。單測試點探頭，即單傳感器探頭，能夠檢測放置狀態和界面接觸條件，而多測試點探頭，即多傳感器探頭，能夠檢測元件放置的偏移方向和程度，這將在后面解釋。圖5示出使用單測試點電阻探頭520以監視目標平臺510上的元件500的對準狀態的示例。假定包含兩個對準標記501和502的元件500已經與目標平臺510上的焊接區圖案對準，這時，有一組對應的參考標記503和504。傳導路徑從探頭520的供應端521通過對準標記501到目標平臺510上的參考標記503而形成。第二傳導路徑從電阻標記502到目標平臺510上的參考標記504。為了避免兩個參考標記503、504在測試時浮置,兩個參考標記503、504應該連接到目標平臺510上的內平面507，內平面507連接到已知的參考電壓或通過表面接觸708接地508。不同的方法是將兩個參考標記在內部連接在一起。在放置元件之后，可以應用探頭來測試連接性。例如，如果將探頭520的供應端521施加到對準標記501的頂表面，并且將接地端515施加到對準標記502的頂表面，那么，如果元件500在目標平臺510上很好地對準，則形成閉合的電流環路，以檢測從探頭的測試端521通過對準標記501、參考標記503、內部跡線或平面507返回至參考標記504、對準標記502，并且最終至探頭接地端515的傳導電流。盡管示出兩個對準標記，如果方位誤差在元件放置中可能性不大，則一個對準標記就足夠。或者，如果參考墊503、504連接到內平面507，參考電壓或接地508施加到表面接觸505，那么，參考墊503、504將在參考電壓下或接地。由于在這種情況下測試端521施加到元件500上的對準標記的頂表面，所以，如果兩個接地連接在一起，那么閉合環路從探頭通過電阻標記、對應的參考標記，到系統接地，然后探頭接地而形成。如圖5所示，測試探頭520可以含有電阻522、發光二極管523、聲音蜂鳴器或電流計524，以指示放置的狀態。電阻器限制流過探頭和對準標記的最大電流。發光二極管提供可見信號以指示放置是否正確。聲音蜂鳴器使用戶能夠聽得見。電流計示出通過探頭的電流量。探頭能夠設置在用于監視放置狀態的放置設備中。還可以是用于由用戶人工地檢查元件放置準確度和接觸條件的探頭。
圖6示出改進元件放置的準確度的四點探頭的使用。多檢測點探頭是修正元件放置偏移不可少的。在該示例中，使用具有測試點A、B、C和D的四點電阻探頭。圓形參考標記602以大虛線圓示出。也是圓形對準標記601以大實線圓示出。為了使圖示更簡單，假定電對準標記601的尺寸與參考標記602的尺寸相同，并且假定用在該放置中的探頭具有匹配參考標記602的環境的所有四個測試點。如果選擇方形參考標記作為示例，則在探頭位置與參考標記對準之后探頭上所有四個點應該能夠匹配方形參考標記的四個角。為了修正元件放置的偏離，首先需要通過將探頭上所有測試點A、B、C和D移動到或靠近目標參考標記602的邊界而相對于參考標記的位置對準探頭位置。接著，將元件移入并且根據存儲在放置數據庫的信息置于目標焊接區圖案的坐標。如果元件放置出現偏移，則，元件上的對準標記601將僅僅局部地與目標平臺上的目標參考標記602重疊。四點電阻探頭能夠檢測這種局部重疊。例如，假定偏移是向左下角的并且只有測試點C在左下角處與對準標記601接觸。這時,只有該測試點C檢測到流經對準標記601到接地參考標記602的電流。測試點A、B和D沒有檢測到電流。這是因為它們在對準標記601的外部區域，而該區域不導電的。使用該測試結果作為反饋，放置設備能夠因而獲知元件放置的偏移。元件位置向右上的偏移能夠修正放置偏移，即從電流由測試點通過對準標記601檢測的方向到沒有檢測到電流的方向。這個過程持續直到元件上的對準標記601移動到與所有測試點接觸的位置。然后，元件準確地定位。如果放置之后，對準標記601在兩個測試點(譬如，兩個左測試點)檢測傳導電流的位置。那么，對準標記，還有元件應該向右偏移直到其到達所有四個測試點能夠檢測到電流的位置。在這情況下，測試探頭、參考標記和對準標記都對準，元件被準確地放置。放置設備中的測試探頭和元件的拾取頭都能夠獨立地調節。在每一個元件放置的開始，調節測試探頭對準目標參考標記是確保放置準確度不可少的。在這個具體的情況下，探頭和參考標記之間沒有元件，是通過使探頭接觸參考標記而完成的，從探頭的中心到目標參考標記的中心的偏移能夠通過監視哪一個探頭導電而確定。通過向測試點沒有檢測到電流的方向偏移探頭位置，探頭能夠與目標參考標記對準。這是探頭對準步驟。多測試點探頭在監視元件放置上具有比單測試點探頭更多的性能。單測試點電阻探頭能夠用來檢測放置準確度和接觸狀況，而多測試點探頭能夠用來檢測和提供有關偏移元件的偏離的反饋。圖7示出由測試點701陣列組成的一般性測試探頭。如果由測試點陣列701可檢測的面積大于參考標記700的尺寸，那么只有測試點陣列的一個子組將被啟動來檢測位置偏移。在每一個元件放置中待被啟動的測試點陣列的子組能夠以類似的方式在工作進程中自動地被確定。這能夠通過降低測試探頭，假定它是電阻探頭，與參考標記700接觸，然后將電壓施加到陣列700中所有的測試點以觀察哪些測試點導電。如果所有導電的測試點是陣列中內部測試點，那么選擇內部測試點檢測電流702，以便于元件位置調節。陣列中不導電的那些測試點703在電流元件放置中將被忽略。待被啟動以便于元件位置調節的陣列中的內部測試點子組是工作測試點702。在位置調節中被忽略的那些測試點是無效測試點703。 由于從探頭結構已知多測試點探頭的中心，如果該組工作測試點能夠重定位到圍繞多測試點探頭的中心的中央，則探頭設計能夠更簡單。這能夠通過將探頭移動到新的位置直到所有內部工作測試點在多測試點探頭的中央區域而實現。在這新位置中，測試探頭的中心與目標參考標記的中心對準且工作測試點的外部范圍匹配參考標記的邊界。如果部分導電的測試點在多測試點陣列的邊緣，則探頭尺寸要么太小要么探頭位置沒有與參考標記對齊。假定探頭尺寸太小，即小于目標參考標記的尺寸，它會引起由于不能夠將小探頭對準參考標記中心而引起的元件位置調節的不確定性。優選地，測試探頭的范圍兼容或大于參考標記的尺寸。如果探頭的位置沒有與參考標記對齊，則應當調節直到陣列中工作測試點的中心對準參考標記的中心。在測試探頭的電子組中能夠實施一組異步置位復位(SR)鎖存器，一個SR鎖存器用于探頭上的每一個測試點。對應于探頭上測試點被啟動以監視元件放置的子組，設定SR鎖存器的子組以表示對于每一個元件放置的工作測試點的位置。整組SR鎖存器在每一個元件放置開始時清零。可寫鎖存器也能夠用于實施SR鎖存器功能。圖8示出使用該組SR鎖存器以將測試探頭與目標參考標記的中心對準的方法。為了將多測試點電阻探頭對準參考標記，在接觸參考標記之后，如果對應的測試點導電則使SR鎖存器置位，如果對應的測試點檢測沒有電流則SR鎖存器仍然復位。計數器能夠用來掃描該組SR鎖存器上所有的行和列，以發現哪一行和哪一列檢測到了最高數量的“I”。最高的行和列的交點是參考標記的中點。用于尋找具有最高數量的“I”的行數字和列數字的行計數器、列計數器、比較器、寄存器，以及選定到這些邏輯單元的輸入的一組多路轉換器等，能夠用來實現該種功能。這僅僅是一個示例，而不應該是不適當地限制本發明的范圍。通過將具有最高數量的“ I”的行數字和列數字與在探頭中心處的行數字和列數字比較，能夠確定將該探頭對準參考標記中心所需的位移。探頭因而能夠相應地偏移以與參考標記的中心對準。在重定位探頭之后，SR鎖存器清零，以針對探頭上的所有測試點記錄新的傳導狀態。在該階段置位的SR鎖存器含有與參考標記的中心對準的該組工作測試點的信息。為了對準元件，另一組透明鎖存器能夠添加到探頭電子器件中，以跟蹤每次探頭變至新位置時所有測試點的即時導通狀況。透明鎖存器的內容記錄了對準標記和參考標記之間的重疊狀況。其內容將與SR鎖存器的內容相比較。如果兩組的內容匹配，則元件準確對準在目標焊接區圖案上。
圖9示出使用兩組鎖存器以獲得偏移的元件的方向和位移。在二進制對中的第一位是該組透明鎖存器的狀況，其表示對準標記和參考標記之間的重疊狀況。二進制中第二位是該組SR鎖存器的狀況，其表示工作測試點的位置。通過比較這兩組鎖存器的內容，或二進制對的值，能夠推導出錯位的元件的方向和調節位移。為了更簡單解釋，假定對準標記的尺寸與參考標記的尺寸相同。第一位中的“ I ”表示對準標記與參考標記重疊的區域。在第二數字中的“ I ”表示工作測試點的位置。通過參考圖9中的“ 11”區(可以通過簡單的AND邏輯知道)，在參考標記范圍內部，在右側有3列包含的全部是“01”，而在上側僅僅有兩行包含的全部是“01”。放置設備因而知道右側三個位置的偏移和上側兩個位置的偏移能夠正確地重定位元件。含有“01”的測試點的位置能夠通過簡單的專用OR門獲知。這個圖示僅僅是示例，不應該不適當限制本發明的范圍。盡管對于偏移的元件，較大參考標記能夠延伸調節的范圍，但是，如果測試探頭足夠大，即如果探頭上所有測試點的范圍大于參考標記的尺寸，較小的對準標記能夠還正確 地工作。為了支持較小的對準標記，第三組鎖存器能夠結合到探頭電子器件中，以表示工作測試點的有效子范圍，這時，在對準時將參照小對準標記。第三組鎖存器用作使能掩碼，在得出元件的偏移位移中確定有效的“ O I”范圍。在圖10中，二進制元組中的第三位表示匹配對準標記的尺寸的參考標記內的子范圍。第三位的“1”，諸如二進制元組“111”和“011”，表示工作測試點子組的位置，用作供較小對準標記對準的目標。盡管由參考標記的尺寸確定的工作測試點的整個范圍用來檢測對準標記的存在，但是，工作測試點的子范圍用作供小對準標記對準的目標。元組前兩位的“11”，即如圖10的示例中所示的“llx”表示對準標記和參考標記之間的重疊區域。元組“011”表示對準標記沒有與參考標記對準的區域。在圖10的目標的子范圍中，“111”的右側有兩列含有的上側有兩行含有“011”。因而，元件的向上的位置和向右兩個位置的偏移還能夠完全將對準標記對準參考標記，即使對準標記小于參考標記。與較小對準標記關聯的工作測試點的實際子范圍能夠通過參照存儲在放置數據庫中對準標記的直徑信息或通過使用與放置設備關聯圖像傳感器以在工作進程中測量對準標記的直徑。圖11示出使用一般性測試探頭以修正偏移元件的位置的圖示。在這個示例中，對準標記1101反映了元件的位置,并小于參考標記1102。在開始放置每一個元件之前,探頭上的工作測試點的范圍應當預先確定，即通過將探頭移動到參考標記1102的頂部，使其間沒有元件，并且施加電壓到所有的測試點以觀察哪一個導電。由于測試探頭的中心已知，所以能夠選擇一組工作測試點，使探頭與參考標記1102中心對準，并使最外側測試點靠近參考標記1102邊界。在圖11中，探頭上無源測試點用虛線圓表示，工作測試點用實線圓和實心黑點表示。還能夠使用放置設備內部的圖像傳感器測量對準標記的直徑，或參考存儲在放置數據庫中的對準標記的直徑信息，來動態地得到工作測試點中將要用于將較小對準標記對準參考標記的子范圍。在初始元件放置之后，元件上的對準標記1101完全或部分位于參考標記1102限定的工作測試點范圍內。假定初始元件放置有偏移，并假定僅一個角部工作測試點1105(在圖11中以實心黑點示出)檢測到電流。則放置設備能夠以工作測試點的子組為目標向右和向上偏移對準標記，直到對準標記與工作測試點1106的整個子組(圖11中央的大虛線圓所示)匹配。因而，即使對準標記小于參考標記，元件也能夠準確地對準目標焊接區圖案。相反，如果對準標記的區域比參考標記的區域大得多，則放置的準確度將降低。這是因為由小參考標記限定的工作測試點的范圍是相當有限的。因為不能獲得足夠的反饋以指導元件上的大對準標記將其中心移動到與有限組的工作測試點對準，所以元件調整處理不能繼續進行。對于電阻探測，使用較大對準標記的效果類似于使用單測試點探頭的效果，其中由單測試點探頭覆蓋的區域非常窄，類似于較小測試探頭或較小參考標記的效果。不管怎樣，在單測試點探頭的情況下，較小參考標記能夠檢測到更高的放置準確度，除非參考標記的尺寸太小而不能夠檢測。

在初始放置之后，元件被置于參考標記之外。在這種情況下任何工作測試點都不會檢測到導通電流。這表明放置元件的設置不正確，或者低估了元件放置中最差情況下的偏移，使大小標記走到了尺寸過小的參考標記之外。從而可以容易地監測到不正確的系統設置或操作錯誤。為了改進測試探頭的耐用性并確保對準標記和參考標記接觸良好，如圖12所示，各向異性導電彈性體(ACE) 1205能夠層疊在一般性的電阻探頭1200的表面作為互連界面。在這個圖中，每一個測試點由探頭1200內部的導電管1202組成。這幅圖僅僅是示例,不應認為是對本發明范圍的限制。例如，探頭示出為圓形，但也可以是其它形狀，諸如方形、矩形、三角形、梯形、其它不規則形狀或甚至柔性電纜。還有，盡管測試點在圖中以規則陣列示出，但陣列的測試點能夠根據應用需要以任何構形放置。為了解決元件放置中方位誤差，可以在元件的相反側面結合兩個對準標記。具有大的觸點陣列或超精細接觸管腳的元件中更容易產生方向誤差。圖13示出在元件上結合兩個對準標記以修正元件放置中的方位誤差的示例。假定在初始放置之后元件逆時針傾斜，并且假定對準標記的尺寸與參考標記的尺寸相同。圖中兩個大實線圓表示元件上兩個對準標記1301、1302。圖中連接這兩個對準標記1301、1302的假想實線示出初始放置之后元件的想象方位。目標平臺上兩個對應的參考標記1303、1304以大虛線圓示出，通過假想虛線連接以表示理想的目標方位。實線和虛線相交的銳角是在初始放置之后的方位誤差。如果沒有位移誤差，則交叉點是元件1300的中心。假定兩個測試探頭用來監視含有兩個對準標記的元件的放置，但是如果對于每次探測，防止設備都能記錄工作測試點和測試探頭的中心，則一個就足夠。在放置元件之前，探頭必須與目標參考標記對準。對于電阻探頭，這通過使探頭接觸參考標記以確定工作測試點相對于參考標記中心的范圍和坐標而來完成。接著，隨著探頭向上運動，將元件拾起并置于目標焊接區圖案處。如果元件放置沒有方位誤差，則兩個對準標記1301、1302將精確地位于參考標記1303、1304的頂部并且與工作測試點的范圍匹配。如果有方位誤差，那么探頭上一些工作測試點將在對準標記的范圍之外并且不導通電流。如果組件中的元件拾取頭能夠進行角位置調節，則通過監視工作測試點的導電狀態即可得知調節的方向，即，通過將元件或對準標記向工作測試點沒有檢測到電流的一側轉動。在圖13中，元件上的兩個對準標記1301、1302在右上和左下位置。如果逆時針方位誤差在元件放置之后發生，那么用于上探測的檢測導電電流的工作測試點1305將在左手邊傾斜并且用于下部檢測的檢測導電的工作測試點1307將在右手側傾斜。通過將元件從工作測試點檢測到電流的一側向沒有檢測到電流的一側轉動，即順時針方向轉動，元件的方位誤差能夠得到修正。但是，假如在兩次探測中電流感測測試點出現在相同側，譬如都在左手側，那么位移誤差已經發生并且元件應該向右偏移以修正位移誤差。對準技術可以根據應用的需要而調整。例如，如果放置系統本身是歪斜的，使得一個方向的放置誤差比另一方向大，則可以選擇矩形參考標記，并使其長邊對應于偏移較大的方向。優選地，探頭尺寸比參考標記尺寸大，以便對準探頭和在探頭上自動地確定工作測試點的范圍。優選地，參考標記的尺寸大于對準標記的尺寸，或者大小相近。電阻探測需要直接接觸測量，在需要將放置的元件在目標平臺上移動的情況下，可能在目標焊接區圖案周圍引起焊錫的污染。層疊有ACE作為互連界面的元件沒有這種問題。層疊有ACE互連界面的元件還與目標平臺上的焊接區圖案接觸良好。為了避免可能存在焊錫污染的不良影響，還可以在PCB上的焊接區圖案表面上層疊一薄層焊料，這與PCB制造過程中封裝上的焊球材料類似。接著可以取消表面安裝裝配 中的焊膏印制步驟，因而沒有焊膏污染。自頂向下的對準標記和間接電對準路徑能夠組合并且在同一元件中結合使用。自頂向下的對準標記能夠提高放置的準確度，間接對準路徑能夠串連成鏈狀，以監視鏈中所有元件的接觸狀態，如圖14所示。這對于用層疊有ACE互連的元件裝配成電子系統尤其有用。使用電容探頭的對準電對準還能夠使用非接觸方法實現。除了使用電阻探頭測量直接接觸點處的開/關電阻，還能用電容探頭以非接觸的方法對準元件。圖15不出由Lion Presion of St. Paul, Minnesota制造的電容傳感器不例。為了提高測量準確度，需要將來自傳感器的電場限制在傳感器的表面和參考目標之間的空間中。單獨的導體保持與傳感器自身相同的電壓，該導體用作圍繞傳感器的側面和后面的保護體。當AC信號施加到傳感器時，單個的電路向該保護體施加完全相同的激發電壓。因為傳感器和保護體之間沒有電壓差，所以它們之間沒有電場。除了傳感器，電容探頭旁邊或后面的任何其它導體與保護體而不是傳感器形成電場。只有未受保護的傳感器前端形成到參考目標的電場。傳感器產生的電場是其大小和形狀的投影。例如，圓形傳感器能夠向參考目標投影圓柱形電場。在Lion Presion的電容傳感器中，圓柱形電場在傳感器直徑40%的有效范圍處能夠擴展高達30%。由于AC信號施加到傳感器表面，AC電流將流經傳感器與目標參考之間的間隙所形成的電容。流過的電流大小取決于傳感器與目標參考之間的電容大小，即由間隔大小和表面之間的重疊程度確定。如果傳感器完全對準參考目標，則在間隙中形成的電容最大，AC電流最高。如果傳感器完全在參考目標之外，則沒有重疊的表面區域和相關的電容，只要在參考目標旁邊沒有外來的導體在傳感器范圍內。如圖16所示，可以將一組防護的電容傳感器組成陣列，形成用于非接觸電探測的多傳感器電容探頭。陣列中的傳感器還能夠根據應用需要選擇性地啟動。例如，圖16示出九傳感器的探頭。但是如果僅僅激活探頭四個角的傳感器用于放置檢測，則其成為四傳感器的電容探頭。
對于探測對準，由探頭上每一個傳感器檢測的確切的電容不是主要問題。這是因為在對準應用中，電容傳感器不測量平行物體之間的精確間隔，所以精確的電容讀數不是必須的。由探頭表面和目標參考區域之間的區域重疊程度確定的相對電容起著關鍵作用。如果沒有外來導體在傳感器電場的范圍內干擾相對電容的測量，則用于測量放置準確度時多傳感器電容探頭的有效范圍大于單個傳感器的范圍。由于AC激發施加到探頭上所有有效傳感器，所有傳感器將在傳感器和目標參考之間監測到相同的電容，因而如果探頭完全與參考目標對準，將測得相同大小的AC電流。如果存在未對準，則探頭檢測區域上與參考目標重疊的部分有效傳感器導通的電流最大，而參考目標之外的部分有效傳感器將導通很小的電流。通過比較有效傳感器陣列中AC電流的相對大小，能夠獲知偏移的方向。該偏移能夠通過在電容探頭下對準元件對準標記或通過向有效傳感器檢測到較小AC電流的方向移動偏移元件來調整。在這個過程中不需要探頭與目標平臺或元件接觸的探頭。電容傳感器通常校準為接地的目標。電容探頭的本體或外部插座應該用電連接至接地以提高探頭準確度。參考目標也需要正確地接地。參考目標不正確接地將降低探頭的 靈敏度和精確度。還好，許多目標盡管不直接接地，但與地之間有很大的電容通過其環境，諸如元件拾取頭。在AC激勵情況下，大電容最終會使目標參考對地短路。因而，將在目標平臺上的參考標記連接到接地面或將元件表面處的對準標記連接到本地接地面是有益的，但不是必要的，只要目標對地的電容與目標對傳感器的電容之比相當大。象兩個電容串聯的情況一樣，超過10的比率使電容測量的誤差小于10%。使用電容探頭對準元件時，只有元件的頂部的表面標記是相關的。在元件頂部上對準標記的表面區域確定了電容傳感器檢測的電容值。不再象電阻探測的情況那樣需要從元件頂部到底部的導通路徑作為電對準標記。然而，頂部的對準標記和元件底部處的觸點陣列之間的直角坐標關系應該與參考標記和目標平臺上的目標焊接區圖案之間的坐標關系相配。假定探頭已經對準參考標記，則在電容探頭下與對準標記對準可以通過在電容探頭下移動對準標記，并對對準標記上方的所有有效傳感器檢測到超過某最小閾值的相同電流的地方進行監視來完成。在對準標記對準探頭之后，對準的元件能夠接著向下降低以準確地置于目標焊接區圖案上。使用非接觸探測，諸如電容探測，將探頭對準目標參考和將對準標記對準探頭能夠獨立完成。因而，只要探頭檢測范圍大到足以覆蓋元件上的對準標記和目標平臺上的參考標記，則二者之間的尺寸關系不再如在接觸探測中那么重要。因而，利用非接觸探測，具有大對準標記的元件仍然能夠在較小的參考標記上準確地對準。電對準技術還能夠用于監視封裝芯片堆疊的準確度，其中，可以從封裝芯片的頂部到底部插入導通路徑作為電對準標記。電對準技術還能夠用來監視裸管芯堆疊的準確度，其中在裸管芯中從頂部到底部的導通路徑可以使用離子注入、擴散或其它方法形成。圖17示出使用電對準技術監視元件的堆疊的示例。在示例中示出幾個變型以說明不同情形下的應用。元件堆疊的準確度能夠通過直接將探頭置于頂部元件對準標記的頂部和底部元件對準標記的底部而得知。如果堆疊的元件將要置于支持面上，則可以將底部元件底部的對準標記連接到支持面上的接地參考點以產生從探頭到接地面的監視路徑。或者，可以在待堆疊的元件上結合一對電對準標記，它們可以連接到支持面中的導通路徑供探頭監視堆疊元件上兩個對準標記頂部的堆疊精度。在該圖中小圈表示到其它堆疊元件或支持面的接觸針。圖18示出使用電對準方法將兩個物體一起對準的另一種應用。在這個示例中,4個傳感器組成的陣列結合在第一物體中，4個三角形組成的陣列作為參考目標結合到第二物體中用于監視對準的準確度。四個參考三角形可以分成四個參考標記，也可以銜接在一起形成所示的一個。四個傳感器可以是采用接觸測量的一組電阻探頭或采用非接觸方法的一組電容探頭。該結構以類似方式工作。假定第一物體向左下方偏離第二物體，使得第一物體上的兩個左邊對準傳感器在與第二物體關聯的四分之一個三角形參考標記的外部。如果假定傳感器陣列的范圍和參考陣列的范圍匹配，那么感測電子設備會產生向右手側方向偏移第一物體的指令。但在第一物體向右手側偏移之后，兩個右下傳感器將接著落在第二物體上的參考標記區域(三角形C、D)之外，而此時兩個上部傳感器仍然在參考三角形的范圍內。通過向上，即向傳感器已經檢測到電流的方向移動第一物體，四個對準傳感器能夠接著移 動到參考標記的范圍內，兩個物體最終得到對準。使用光學探頭對準如果元件頂部的對準標記和目標平臺上的參考標記是高反射性的，則光學探頭能夠用于元件對準。如圖19所示，對準標記也可以是元件上的透明光路1901，它使激光束可以經過下面的參考標記并且從該參考標記反射回來。元件頂部反射性表面標記或元件上的光路都能夠用作光對準標記。在光探測中，不需要將元件上的對準標記或光路接地，也不需要將目標平臺上的參考標記接地。然而，頂部的對準標記和元件底部的觸點陣列之間的空間關系應該與參考標記和目標平臺上相關焊接區圖案之間的空間關系匹配，這與其它探測技術相同。圖20示出一組光電檢測器或光二極管組成的陣列，形成用于非接觸探測的多傳感器光學探頭。陣列的傳感器可以根據分辨率要求選擇性分組。例如，圖20示出十六傳感器的探頭。但是如果反射光束的邊界離焦并且略有模糊，或者如果反射光束的尺寸相當大，則可以將光學探頭上的十六個光電檢測器重新布置成四組以形成四傳感器的光學探頭。重新設置傳感器可以通過重新設置輸往探頭電子裝置中的輸入信號而完成。在另一種示例中，如果能夠對入射光束進行調節和聚焦，則只需選擇探頭中心的四個傳感器做為對準的目標傳感器以增加對準準確度，盡管所有16傳感器的整個范圍用作有效傳感器以增加入射光束的搜索范圍。如果測試傳感器陣列組成的一般性測試探頭是電阻探頭，則其測量每一個觸點處的連接電阻或DC電流。如果是電容探頭，則其測量每一個測試傳感器處的AC電流，該電流反映每一個傳感器的表面和目標參考之間的重疊區域。如果是光學探頭，則在每一個光電檢測器處檢測光電流，該電流表示反射光束的位置。使用光學對準，在元件放置開始時探頭位置必須與目標平臺上的參考標記的中心對準。在光學對準中，參考標記可以是簡單的反射墊。入射光束的直徑最好與參考標記的尺寸相符。否則，無論入射激光束的尺寸太大或參考標記的尺寸太大，都會產生不確定性。在檢測器側，入射光束應該正確地聚焦以確保其在光電檢測器的范圍內。在將探頭對準參考標記的中心之后，將元件移入并且置于焊接區圖案處。接下來將對準標記的位置與探頭的位置對準。對于非接觸探測，元件放置的最終精度是由兩步間接對準方法確定的。取決于光束如何以光學方法準直，對準標記和參考標記的相對的尺寸沒有在電阻探測情況下那么重要。圖21示出一種光學拾取頭的示例，它含有帶四個光電檢測器的探頭和用于檢測偏移兀件偏移的相關ι/ν放大器。每一個I/V放大器包括電流電壓轉換器和電壓放大器。隨著光入射到探頭上的光電檢測器而產生電流，該電流接著被Ι/v放大器放大。圖中還示出從目標參考反射的圓形光束2002。如果兀件完全對準參考目標,則反射光束將在光學拾取頭的中心。在圖21中，光學拾取頭產生四個不同的電壓VA、VB、VC和VD。可以用一組比較器來比較來自這些Ι/v放大器的電壓輸出。可以通過將每一個I/V放大器的輸出電壓與預定閾值電壓相比較而確定調節方向。由比較器檢測的高輸出電壓 表示探頭，目標參考具有重疊區域。由比較器檢測的低輸出電壓表示對應的區域還未對準。通過將元件從比較器檢測高輸入電壓的位置偏移到比較器檢測低輸入電壓的位置，未對準能夠被修正。如果沒有比較器檢測草果預定閾值電平(VT)的電壓電平，即沒有有關的反射束被任何四個光電檢測器檢測，其表示元件完全錯位或光學探頭根本沒有與目標參考對準。如果所有四個電壓電平達到預定閾值電平，元件精確地在目標平臺上對準。對準稈序使用對準技術改進元件放置精度的程序概括如下。a.準備在組件中放置元件，一些有關信息諸如焊接區圖案的中心的坐標或與目標平臺上焊接區圖案關聯的參考標記的坐標、探頭構造、待放置的元件上對準標記的尺寸等，輸入放置系統的數據庫。這些信息在放置自動化中是有用的。b.將目標平臺裝載到組裝設備。在目標平臺上的參考點選擇作為原點，以匹配存儲在放置數據庫中的坐標系統的原點。c.探頭可以是用于監視放置精度的單傳感器探頭，或可以是用于修正偏移元件的偏移的多傳感器探頭。為了修正沒有精確放置的元件的偏移，需要在將元件置于目標平臺上之前將探頭對準目標參考標記的中心。探頭可以是電阻探頭，其測量從探頭傳感器通過對準標計，借助于直接接觸方法到參考標記的開/關導通。探頭可以是電容探頭，其借助于非接觸方法檢測探頭和目標參考之間區域重疊的程度。探頭還可以是光學探頭，其測量探頭和目標參考之間的光對準。將探頭移到根據放置數據庫的參考標記的坐標，并如果需要的話，調節探頭位置，直到檢測到電流的所有傳感器是在探頭中心周圍的內部傳感器，這樣，能夠實現將探頭對準參考標記的中心。對于電阻探頭，探頭必須向下降以直接接觸參考標記。對于非直接接觸電容探頭，探頭需要移到沒有外來導電物體在其電場范圍的范圍。對于光學探頭，探頭需要調節高度以使光束匹配目標參考的直徑。檢測電流的內部傳感器基于通過參考標記的測量確定探頭上工作傳感器的范圍。利用正確的調節，這些工作傳感器的中心能夠自動匹配參考標記的中心。探頭上的工作傳感器的中心和范圍是待對準的元件上的對準標記的新位置和目標。多傳感器探頭能夠為元件位置調節提供反饋，該探頭不同于僅僅能夠檢測放置精度的單傳感器探頭。d.拾取元件并且將其置于目標焊接區圖案上。這種放置是基于目標焊接區圖案的中心的坐標或參考標記的坐標。e.調節元件拾取頭直到元件對準標記的位置對準探頭。調節的方向是使更多工作監測器檢測到電流的方向。當對準標記位于探頭上所有工作傳感器能夠檢測其存在時，對準就實現了。由于參考標記和目標平臺上的焊接區圖案之間的空間關系能夠預先制造以匹配元件對準標記和觸點陣列之間的關系，所以，元件能夠很好地對準目標焊接區圖案。在這種對準技術下，一些不合規格不嚴重的元件還能夠用在組件中。f.對于具有嵌入的間接對準路徑的元件，所有間接對準路徑能夠按照菊花鏈進行連接，以形成串聯的對準鏈或幾個更短的對準鏈。當系統投入使用時，對準鏈能夠用來檢測鏈中所有元件的連接狀態。以上順序的步驟示出根據本發明實施例的方法。當添加步驟、除去一個或多個步 驟，或者以不同順序提供一個或多個步驟時，還可以提供其它備用方案，而不脫離此處權利要求的范圍。這種對準技術不限于在組裝中PCB上放置元件，其還能夠用在各種應用中，諸如監視芯片封裝，其中待被安裝到襯底上的管芯被視為元件而封裝的襯底視為目標平臺。最后，這種對準標記和探測技術能夠應用到多封裝堆疊、裸管芯堆疊、多芯片載體模塊組件、模塊組件、封裝卡組件和母板組件，等等。所屬領域的技術人員將認識到許多變型、修改或替換。
權利要求
1.一種用于將元件放置到目標平臺上的裝置，所述裝置包括 多傳感器探頭，以適用于感測一個或多個參考標記或一個或多個對準標記相對于所述多傳感器探頭的相對位置，其中 所述元件包括所述一個或多個對準標記， 所述目標平臺包括所述一個或多個參考標記，并且 所述多傳感器探頭包括多個傳感器。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述多傳感器探頭還適用于 感測所述多傳感器探頭相對于所述一個或多個參考標記的第一相對位置， 感測所述一個或多個對準標記相對于所述多傳感器探頭的第二相對位置，以及 監視所述多傳感器探頭與所述一個或多個參考標記或者所述一個或多個對準標記之間的重疊狀態，以將所述元件與所述目標平臺對準。
3.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述多個傳感器的一個包括從至少電阻傳感器或電流傳感器中選取的接觸傳感器。
4.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述多個傳感器的一個包括從至少電容傳感器、光學傳感器、光電檢測器或光電二極管中選取的非接觸傳感器。
5.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述多傳感器探頭還適用于監視所述一個或多個對準標記或者所述一個或多個參考標記是否在所述多傳感器探頭的感測區域內。
6.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述多傳感器探頭還適用于檢測目標與所述多傳感器探頭的區域之間的位移，并且所述目標包括所述一個或多個對準標記或者所述一個或多個參考標記。
7.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述多傳感器探頭還適用于檢測目標的中心與所述多傳感器探頭的中心之間的位移，并且所述目標包括所述一個或多個對準標記或者所述一個或多個參考標記。
8.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述多傳感器探頭還包括 多個接觸傳感器，以及 層疊在所述多傳感器探頭的表面上的各向異性的導電彈性體。
9.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述多傳感器探頭還適用于與所述一個或多個參考標記對準，并且所述裝置適用于將所述一個或多個對準標記與經對準的所述多傳感器探頭對準。
10.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述目標平臺包括多個參考標記，并且所述多傳感器探頭還適用于感測所述多個參考標記并且適用于檢測所述目標平臺與所述多傳感器探頭之間的方位誤差。
11.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述元件包括多個對準標記，并且所述多傳感器探頭還適用于感測所述多個對準標記，并且適用于檢測所述元件與所述多傳感器探頭之間的方位誤差。
12.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述多傳感器探頭還適用于為元件位置調節向所述裝置提供反饋。
13.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述元件還包括小于O.5mm的接觸間距。
14.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述元件包括大于兩百個觸點。
15.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述元件是裸管芯集成電路或者裸管芯集成電路的堆置。
16.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述目標平臺是裸管芯集成電路或者裸管芯集成電路的堆疊。
17.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述一個或多個對準標記適用于相對于在所述元件上的接觸陣列具有預定空間關系。
18.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述一個或多個參考標記適用于相對于在所述目標平臺上的接觸焊接區圖案具有預定空間關系。
19.一種用于將元件放置到目標平臺上的裝置，所述裝置包括 多傳感器探頭，其包括多個傳感器； 第一多個鎖存器，其適用于記錄 所述目標平臺的參考標記的尺寸，以及 所述參考標記相對于所述多傳感器探頭的相對位置，以促進所述多傳感器探頭與所述參考標記的對準，其中，所述第一多個鎖存器被耦合到所述多個傳感器；以及 第二多個鎖存器，其適用于記錄所述元件的對準標記與經對準的所述多傳感器探頭之間的瞬時位置關系，以促進所述元件與經對準的所述多傳感器探頭的對準，其中，所述第二多個鎖存器被耦合到所述多個傳感器。
20.根據權利要求19所述的裝置，其中，所述多傳感器探頭適用于根據元件封裝的外形的缺陷、管芯的切口或者目標襯底的缺陷，將所述元件與所述目標平臺的對準解耦合。
21.根據權利要求19所述的裝置，其中，所述多傳感器探頭還包括層疊在所述多傳感器探頭的表面上的各向異性的導電彈性體。
22.根據權利要求19所述的裝置，其中 所述第一多個鎖存器還適用于在所述第一多個鎖存器的子組中記錄所述參考標記的所述尺寸以及相對于所述多傳感器探頭的相對位置， 所述第二多個鎖存器還適用于在所述第二多個鎖存器的子組中記錄所述對準標記與所述多傳感器探頭之間的所述瞬時位置關系，以及 所述裝置適用于響應于所述第一多個鎖存器的所述子組與所述第二多個鎖存器的所述子組之間的預定關系確定已實現的對準。
23.根據權利要求19所述的裝置，其中，所述多傳感器探頭還包括與所述多個傳感器對應的測試點陣列，其中，所述測試點陣列以規則的構造布置。
24.根據權利要求19所述的裝置，其中，所述多傳感器探頭還包括與所述多個傳感器對應的測試點陣列，其中所述測試點陣列以不規則的構造布置。
25.根據權利要求22所述的裝置，其中 所述多傳感器探頭還包括與所述多個傳感器對應的測試點陣列， 所述第一多個鎖存器的所述子組對應于所述參考標記的所述尺寸， 所述第二多個鎖存器的所述子組對應于所述對準標記與所述參考標記之間的重疊，并且 所述裝置還適用于如果所述第一多個鎖存器的所述子組與所述第二多個鎖存器的所述子組記錄了所述對準標記并且所述參考標記具有共同的中心，則確定已實現的對準。
26.一種用于將元件放置到目標平臺上的裝置，所述裝置包括 電容探頭，其適用于感測一個或多個參考標記或者一個或多個對準標記相對于所述電容探頭的相對位置，其中 所述元件包括所述一個或多個對準標記， 所述目標平臺包括所述一個或多個參考標記， 所述電容探頭包括多個電容傳感器， 所述電容探頭適用于與所述一個或多個參考標記對準，并且 所述裝置適用于使所述一個或多個對準標記與經對準的所述電容探頭對準。
27.一種用于通過裝置將元件放置到目標平臺上的方法，所述方法包括以下步驟 通過多傳感器探頭感測一個或多個參考標記或者一個或多個對準標記相對于所述多傳感器探頭的相對位置，其中 所述元件包括所述一個或多個對準標記， 所述目標平臺包括所述一個或多個參考標記，并且 所述多傳感器探頭包括多個傳感器。
28.根據權利要求27所述的方法，包括以下步驟 感測所述多傳感器探頭相對于所述一個或多個參考標記的第一相對位置， 感測所述一個或多個對準標記相對于所述多傳感器探頭的第二相對位置，以及監視所述多傳感器探頭與所述一個或多個參考標記或者所述一個或多個對準標記之間的重疊狀態，以將所述元件與所述目標平臺對準。
29.根據權利要求27所述的方法，其中，所述多個傳感器的一個包括從至少電阻傳感器或電流傳感器中選取的接觸傳感器。
30.根據權利要求27所述的方法，其中，所述多個傳感器的一個包括從至少電容傳感器、光學傳感器、光電檢測器或光電二極管中選取的非接觸傳感器。
31.根據權利要求27所述的方法，包括監視所述一個或多個對準標記或者所述一個或多個參考標記是否在所述多傳感器探頭的感測范圍內的步驟。
32.根據權利要求27所述的方法，其中，感測步驟包括檢測目標與所述多傳感器探頭的區域之間的位移，所述目標包括所述一個或多個對準標記或者所述一個或多個參考標記。
33.根據權利要求27所述的方法，其中，感測步驟包括檢測目標的中心與所述多傳感器探頭的中心之間的位移，并且所述目標包括所述一個或多個對準標記或者所述一個或多個參考標記。
34.根據權利要求27所述的方法，其中，所述多傳感器探頭還包括 多個接觸傳感器，以及 層疊在所述多傳感器探頭的表面上的各向異性的導電彈性體。
35.根據權利要求27所述的方法，包括以下步驟 將所述多傳感器探頭與所述一個或多個參考標記對準；以及 將所述一個或多個對準標記與經對準的所述多傳感器探頭對準。
36.根據權利要求27所述的方法，包括以下步驟 通過所述多傳感器探頭感測多個參考標記，其中，所述目標平臺包括所述多個參考標記；以及 檢測所述目標平臺與所述多傳感器探頭之間的方位誤差。
37.根據權利要求27所述的方法，包括以下步驟 通過所述多傳感器探頭感測多個對準標記，其中，所述元件包括所述多個參考標記；以及 檢測所述元件與所述多傳感器探頭之間的方位誤差。
38.根據權利要求27所述的方法，包括為元件位置調節通過多傳感器探頭向所述裝置提供反饋的步驟。
39.根據權利要求27所述的方法，其中，所述元件還包括小于O.5mm的接觸間距。
40.根據權利要求27所述的方法，其中，所述元件包括大于兩百個觸點。
41.根據權利要求27所述的方法，其中，所述元件是裸管芯集成電路或者裸管芯集成電路的堆置。
42.根據權利要求27所述的方法，其中，所述目標平臺是裸管芯集成電路或者裸管芯集成電路的堆疊。
43.根據權利要求27所述的方法，包括使所述一個或多個對準標記相對于在所述元件上的接觸陣列具有預定空間關系的步驟。
44.根據權利要求27所述的方法，包括使所述一個或多個參考標記相對于在所述目標平臺上的接觸焊接區圖案具有預定空間關系的步驟。
45.一種用于將元件放置到目標平臺上的方法，所述方法包括以下步驟 通過第一多個鎖存器記錄 在所述目標平臺上的參考標記的尺寸，以及 參考標記相對于包括多個傳感器的多傳感器探頭的相對位置，其中，所述第一多個鎖存器被耦合到所述多個傳感器； 通過所述裝置將所述多傳感器探頭與所述參考標記對準； 通過第二多個鎖存器記錄所述元件的對準標記與經對準的所述多傳感器探頭之間的瞬時位置關系；以及 通過所述裝置將所述元件與經對準的所述多傳感器探頭對準，其中，所述第二多個鎖存器被耦合到所述多個傳感器。
46.根據權利要求45的方法，包括根據元件封裝的外形的缺陷、管芯的切口或者目標襯底的缺陷、通過所述多傳感器探頭將所述元件與所述目標平臺的對準解耦合的步驟。
47.根據權利要求45的方法，其中，所述多傳感器探頭還包括層疊在所述多傳感器探頭的表面上的各向異性的導電彈性體。
48.根據權利要求45的方法，包括響應于所述第一多個鎖存器的子組與所述第二多個鎖存器的子組之間的預定關系、通過所述裝置確定已實現的對準的步驟，其中 通過所述第一多個鎖存器進行的記錄包括在所述第一多個鎖存器的所述子組中記錄所述參考標記的尺寸以及相對于所述多傳感器探頭的相對位置，以及 通過所述第二多個鎖存器進行的記錄包括在所述第二多個鎖存器的所述子組中記錄所述對準標記與所述多傳感器探頭之間的所述瞬時位置關系。
49.根據權利要求45的方法，其中，所述多傳感器探頭還包括與所述多個傳感器對應的測試點陣列，其中所述測試點陣列以規則的構造布置。
50.根據權利要求45的方法，其中，所述多傳感器探頭還包括與所述多個傳感器對應的測試點陣列，其中所述測試點陣列以不規則的構造布置。
51.根據權利要求48的方法，包括如果所述第一多個鎖存器的所述子組與所述第二多個鎖存器的所述子組記錄了所述對準標記并且所述參考標記具有共同的中心，則通過所述裝置確定已實現的對準的步驟，其中 所述多傳感器探頭還包括與所述多個傳感器對應的測試點陣列， 所述第一多個鎖存器的所述子組對應于所述參考標記的所述尺寸，并且 所述第二多個鎖存器的所述子組對應于所述對準標記與所述參考標記之間的重疊。
52.一種用于通過裝置將元件放置到目標平臺上的方法，所述方法包括以下步驟 通過電容探頭感測一個或多個參考標記或者一個或多個對準標記相對于所述電容探頭的相對位置， 通過所述裝置將所述電容探頭與所述一個或多個參考標記對準，以及 通過所述裝置將所述一個或多個對準標記與經對準的所述電容探頭對準，其中 所述元件包括所述一個或多個對準標記， 所述目標平臺包括所述一個或多個參考標記，并且 所述電容探頭包括多個電容傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種將預定元件置于目標平臺的裝置和方法。本發明一般來講涉及組裝技術。根據本發明，描述了在組裝中改進元件放置精度的對準和探測技術。更具體地，本發明包括在各種探測技術中通過在元件結合對準標記并且在目標平臺上結合參考標記而檢測和改進目標平臺上元件放置準確度的方法和結構。組成陣列以形成多傳感器探頭的一組傳感器能夠在組裝中檢測偏移元件的偏移。
文檔編號H05K13/08GK102856239SQ20121002946
公開日2013年1月2日 申請日期2006年7月31日 優先權日2006年7月31日
發明者孔-琛·陳 申請人:溫泰克工業有限公司