用于将电气元件与衬底连接起来的热压装置和方法与流程

1.本文描述一种用于将电气元件与衬底连接起来的热压装置和方法。具体而言，本文描述的是在粘合剂的固化过程所持续的时间内，如何将电气元件压向衬底。制造芯片卡或rfid(radio-frequency-identification，射频识别)标签时，使用热压方法将电气元件机械地(以及导电地)连接至衬底。这类方法特别用于将采用倒装芯片设计的半导体芯片与衬底连接起来。


背景技术：

2.热压描述的是一种通过暂时的施力和热输入来将元件连接在一起的连接方法。现有技术中已知有用于将电气元件与衬底连接起来的热压装置。
3.位于电子元件与衬底之间的粘合剂沉积物以明确的温度-时间曲线进行固化。在该温度-时间曲线的发展过程中，电子元件被压到衬底上。用于工业规模的元件连接时，这类热压头组件(thermodenanordnung)通常在《250℃的工作温度范围内工作，过程时间》1秒至《10秒。这两个过程参数由(温度)传感器和随时间变化的机械移行运动来控制。在一些组件中，在组件的生产操作前的调节阶段，通过测量技术对压紧压力或压紧力进行测试和调节。为此，在热压头组件的工作路径中暂时插入测力传感器。
4.这类装置例如通过标签模块组件(tma)生产线而被披露，在这些生产线中，带有电气元件的衬底在两个挤压式加热轨道之间连续运动。在此过程中，待连接元件与加热轨道之间可能发生对定位精度有影响的相对运动。因此，这种结构被用来制造位置公差更大的产品。
5.由de 10 2012 012 879 b3已知一种用于将电气元件与衬底连接起来的热压装置。该装置具有用于导引衬底的辊子。其中，驱动辊用于分步输送衬底。此外，该装置具有用于衬底的支架、起压力带作用的钢箔以及磁体，磁体将压力带吸住，以使压力带将电气元件压到衬底上。支架上装有加热轨道。该装置还具有升降单元，压力带固定在该升降单元上，且该升降单元被设置为相对于支架上升和下降。升降单元上装有辐射加热器。在操作过程中，带有液态连接剂(verbindungsmittel)和电气元件的衬底被输送到支架与压力带之间。随后，升降单元下降，使压力带在磁体作用下将电气元件压向衬底。为了固化连接剂，由加热轨道和辐射加热器提供热量。该装置的制造成本很低，并且可用明确的力将电气元件压到衬底上。
6.然而，在操作过程中，加热轨道和辐射加热器都不直接接触衬底和电气元件。具体来说，安装在升降单元上的辐射加热器以热辐射的形式释放热量，该热量在到达压力带后才对其进行加热。由于加热射线的缘故，压力带需要一些时间才能加热到适合固化连接剂的某个温度。这就限制了该装置所能达到的产量。
7.由ep 1 780 782 a1已知一种用于制造芯片的装置，其中在一个连续的过程中，通过压力和供热将芯片和衬底连接在一起。其中，利用磁力产生压力。热量则是由热压缩空气提供，通过喷嘴将热压缩空气定向施加到衬底上。此外，使用加热冲模单元来将力和热施加
到待连接元件上也是已知的。例如，ep 2 506 295 a2和jp h-03225842(a)所揭示的装置将衬底和多个布置在衬底上的半导体芯片放置在保持板上，并使用加热冲模单元将其连接在一起。借助加热冲模单元对待连接元件施力，以将其压向保持板。此外，由加热冲模中的热源提供热量，以便将施加在衬底与半导体芯片之间的粘合剂固化。
8.为了制造带有热固性材料层的电子组件，us 2009/0291524 a1和wo 2010/095311a1进一步公开了具有加热冲模单元的热压装置。待制组件由衬底和布置在该衬底上的半导体芯片组成，热固性材料层在其上延伸。加热冲模单元使电子组件的元件受到力和热的作用，从而使衬底和半导体芯片被布置在其上面的热固性材料层连接在一起。
9.然而，提供加热冲模单元对这类热压装置的设计复杂度和成本有影响。
10.wo 00/41219a1公开一种用于将布置在衬底上的元件与衬底连接起来的装置，该装置具有用于将多个电子元件放置在衬底上的放置站以及与该放置站分开的、用于将元件与衬底连接起来的再压站。再压站包括一个具有多个滑块的上部工具，这些滑块被安装成可朝衬底支撑面方向移动，并被提供来用作热压头组件。滑块被设置为一次对一个元件施加压紧力。为了补偿衬底上待处理元件的不同高度，该装置还包括用于将所施加的力静力分配给各滑块的液体腔。液体腔沿滑块背面延伸，并借助柔性膜片相对于滑块被密封。出于安全原因，滑块在弹簧的偏置作用下被压向膜片，从而朝初始位置方向偏置。
11.us 6 015 081 a揭示一种用于将叠放在一起的电子元件导电连接起来的热压装置。为了确保元件之间存在均匀的压紧力，该装置包括板簧，该板簧借助压紧构件对布置在支撑面上的元件施加压紧力。其中，该板簧在其端部与压紧构件接触。
12.wo 2016/192926 a1涉及一种用于将电气元件与衬底连接起来的热压装置，包括上部工具和下部工具，下部工具具有第一热源和用于放置衬底的支撑面，衬底上布置有至少一个电气元件。上部工具包括具有至少一个弹簧元件的压紧元件。弹簧元件被设置为在上部工具与下部工具之间的相对运动中发生弹性变形，从而对位于压紧元件与支撑面之间的、带有至少一个电气元件的衬底施力，以便在固化过程所持续的时间内将电气元件压向有待被布置在支撑面上的衬底。此外，第一热源被设置为向有待被布置在支撑面与压紧元件之间的、带有电气元件的衬底提供热量，以便将施加在衬底与至少一个电气元件之间的连接剂固化。


技术实现要素：

13.基于此，本发明的目的是提供一种能够在确保高产量(每单位时间的件数)的情况下以更简单的方式和更低的成本将电气元件与衬底连接起来的装置和方法。待提供的装置和方法将借助于高温热压头组件来实现电子元件(例如芯片)与衬底(例如印制电路板或rfid天线材料或类似之物)的连接。
14.为了达成这个目的，根据独立权利要求提出一种热压装置、一种将电气元件与衬底连接起来的方法以及一种具有两个或更多的热压装置的加工站，所述热压装置用于将电气元件与承载有多个布置成一排或多排的电气元件的衬底连接起来。
15.第一方面涉及一种用于将电气元件与衬底连接起来的热压装置，包括下部工具和上部工具，下部工具具有支撑面，该支撑面用于放置布置有至少一个电气元件的衬底，上部工具具有面向下部工具的支撑面的压紧元件。下部工具和/或上部工具可在开/合运动中进
行相对运动。下部工具和/或上部工具被设置为通过第一驱动装置和第二驱动装置来执行开/合运动。第一驱动装置被设置为在第一速度范围和第一行程范围内执行第一运动。第二驱动装置被设置为在第二速度范围和第二行程范围内执行第二运动。第一速度范围小于第二速度范围，并且第一行程范围大于第二行程范围。下部工具或上部工具承载有被分配给支撑面和/或压紧元件的热压头组件。该热压头组件被设置为向元件和/或衬底馈送加热能，以将施加在元件与衬底之间或位于该处的粘合剂热固化。
16.其中，可以以半导体芯片、rfid芯片、高质量led等形式提供电气元件。此外，电气元件可以采用扁平设计，并且可在待布置到衬底上的一面上具有电触点。电触点可被提供来例如用作接触点，特别是“凸块”形式的接触点，并且可被设置为与布置在衬底上的触点或导电点进行导电连接。位于衬底上的触点可被设计成金属层。
17.此外，衬底可以包含以下群组中的一种或多种材料：纸、聚氯乙烯(pvc)、聚乙烯(pe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或二醇改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(petg)、聚萘二甲酸乙二醇酯(pen)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(abs)、聚乙烯醇缩丁醛(pvb)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚酰亚胺(pi)、聚乙烯醇(pva)、聚苯乙烯(ps)、聚乙烯酚(pvp)、聚丙烯(pp)、聚碳酸酯(pc)或其衍生物。
18.为了将电气元件与衬底连接起来，进一步设置成：在电气元件与衬底之间施加有连接剂。该连接剂优选被提供来用作热固性粘合剂，特别是液态粘合剂。此外，该粘合剂可以是导电的，并适于以机械方式将电气元件和衬底导电地连接在一起。
19.特别是，可以将基于改性环氧树脂的各向异性导电热固性粘合剂用作粘合剂，这种粘合剂为单组分、热固性、无溶剂和/或经填充。该粘合剂例如在约+100℃至约+250℃的温度下被热压头装置固化，其中较高的温度会缩短固化时间，较低的温度会延长固化时间。该粘合剂的一个变体是delo monopox ac6545。快速固化对于高制造速度至关重要。当使用230℃的热压头时，delo monopox ac6545能够在一秒钟内固化。使用上述更高的温度范围还能实现更短的固化时间。
20.在另一个变体中，可在布置有电气元件的衬底上布置隔离层。借此可防止上部工具在固化过程中与连接剂接触。
21.在本文所提出的装置中，上部工具和下部工具可以做相向运动和相离运动。在该装置的一个变体中，除了第一和第二驱动装置的运动外，上部工具和下部工具还可在装置的纵向(衬底的输送方向)上一起运动。这可以简化在支撑面上放置待加工元件以及从支撑面上移除待加工元件的操作。此外还可以延长热压头在上部工具和下部工具闭合时用来固化粘合剂的时间。
22.此外，所述装置还可具有用于使上部工具和/或下部工具在水平方向上相对运动的其他驱动单元。
23.在所述装置的另一个变体中，上部工具和下部工具(或至少是其分别与衬底或元件接触的部件)被设计成可在衬底的输送方向上通过相应的驱动装置与衬底一起运动。这就可以将衬底设计成准无端(quasi endlos)带子，在设于所提出的装置上游的工作站/工作步骤中分配好的粘合剂和元件被放置在该带子上。
24.在一个变体中，热源位于上部工具上。在另一个变体中，下部工具也配备有用于预热粘合剂的热源。
25.用上部工具的热源固化粘合剂。
26.在所述装置的一个变体中，上部工具可包括第二热源，该第二热源被设置为进一步为有待被布置在支撑面与压紧元件之间的带有至少一个电气元件的衬底提供热量，以便将施加在衬底与至少一个电气元件之间的粘合剂固化。
27.作为热源的热压头被设置为通过热传导(即以接触的方式)向元件/粘合剂/衬底提供热量。为此，热压头可被设计成加热电阻的形式，例如加热丝等。加热丝为压紧元件的压紧面加热，压紧元件再将热量传递给衬底/芯片。
28.在所述装置的一个变体中，第一驱动装置被设置为使下部工具或上部工具在第一运动中在第一位置与第二位置之间运动。在所述装置的一个变体中，第二驱动装置被设置为使下部工具或上部工具在第二运动中在第二位置与第三位置之间运动。在所述装置的一个变体中，优选地，第一位置是停放位置，第二位置是打开位置，第三位置是闭合位置。在所述装置的一个变体中，第一驱动装置和第二驱动装置被设置和控制为或依次地或时间上重叠地执行第一运动和第二运动。
29.通过将下部工具或上部工具从停放位置经第二位置进入闭合位置的总行程路径分配给具有不同的子行程路径和不同速度的第一和第二驱动装置，可以实现特别高的整体动态，进而实现高产量。
30.在所述装置的一个变体中，第一驱动装置和第二驱动装置被设置为在同一方向或相反方向上作用，以实现下部工具和上部工具相对于彼此的开/合运动。在所述装置的一个变体中，两个驱动装置可布置在衬底的同一侧，即，或只分配给上部工具，或只分配给下部工具。作为替代方案，在所述装置的一个变体中，两个驱动装置可布置在衬底的不同侧，即分配给上部工具和下部工具。
31.亦即，第一驱动装置和第二驱动装置或者都被分配给下部工具或上部工具，或者两个驱动装置中的一个被分配给下部工具，两个驱动装置中的另一个被分配给上部工具。
32.在所述装置的一个变体中，热压头组件被设置和控制为在约0.07秒至约1.5秒或约0.1秒至小于约1秒的加热间隔期间，在约300℃至约500℃的温度范围内向元件和/或衬底馈送加热能，以将施加在元件与衬底之间的粘合剂热固化。在所述装置的一个变体中，热压头组件具有用于加热能的、大致呈圆形且直径小于约5mm的压紧面。在所述装置的一个变体中，热压头组件包括热绝缘体，该热绝缘体几乎完全包围待通电的加热元件。在所述装置的一个变体中，至少压紧面是裸露的。
33.在所述装置的一个变体中，在热压装置中，下部工具和/或上部工具被分配了力传感器，该力传感器被设置为至少在从下部工具和上部工具的连续闭合位置中选定的闭合位置上对在下部工具与上部工具之间作用在位于这两者之间的衬底、布置在衬底上的元件以及施加在元件与衬底之间的粘合剂上的压紧力进行检测，并向控制器发送关于该压紧力的信号。
34.在所述装置的一个变体中，在热压装置中，第一驱动装置被设计成气动缸或液压缸，第二驱动装置被设计成柱塞线圈致动器。
35.在所述装置的一个变体中，在热压装置中，第一驱动装置和/或第二驱动装置在第一运动或第二运动期间由控制器以控制回路模式控制。在所述装置的一个变体中，通过用上述力传感器进行力测量和/或通过位移测量来测定目标变量，特别是力或第一驱动装置
和/或第二驱动装置的位移位置。
36.在一个变体中，气动缸或液压缸配备有活塞杆，通过该活塞杆可以使带有第二驱动装置、热压头组件和可能存在的力传感器的电枢发生运动。这些缸体或设计成单作用，或设计成双作用。一个缸体可被设计为具有单活塞杆或双头活塞杆、可调端位阻尼器以及用于非接触式位置识别的传感器。
37.在柱塞线圈致动器中，载流导体在(永久)磁场中的力与磁场强度和流经导体的电流成比例。电流方向改变时，力的方向也会改变。因此，柱塞线圈致动器是双向工作的，在两个工作方向上都有相同的行为。柱塞线圈的动质量小，可以实现高加速度和低滞后性的高动态操作。因此，下部工具相对于上部工具的第二运动在两个方向上都是可控且可重复的，方向反转时也是如此。柱塞线圈致动器的运动很好控制，过冲程度轻微；由柱塞线圈致动器施加在元件上的力也可加以非常精细的控制。
38.柱塞线圈致动器工作时产生一个与线圈和永磁体之间的相对速度成比例的反电压(反电动势)，因此在恒定负载和恒定电压供应的稳定状态下，致动器将会达到恒定速度。线圈电阻与温度有关。因此，借助于例如实现在控制器中的伺服控制器，可以在电流控制模式下实现恒定力比。在所述装置的不同变体中，既可借助电流控制又可借助速度控制来操作柱塞线圈致动器。
39.柱塞线圈致动器的作用是线性的，在所述装置的一个变体中，活动的柱塞线圈在滚子轴承中受导引，作为替代方案则是在滑动轴承中受导引。在柱塞线圈致动器的另一个技术方案中，集成有位置传感器。柱塞线圈致动器也可以实施为活动的柱塞线圈不具有整体式轴承(eigenlagerung)。如果——像在柱塞线圈致动器的一个变体中那样——对活动的柱塞线圈进行双极控制，则其会在两个运动方向上产生均匀的力。在这种变体中，柱塞线圈致动器的滞后性特别低，这在本用途中非常有利，可用来避免元件表面在下部工具相对于上部工具运动时受损。
40.另一个方面涉及一种用于将电气元件与衬底连接起来的热压装置的操作方法。该方法所使用的装置例如是一种上述类型的装置。所述方法包括以下步骤：
[0041]-将布置有至少一个电气元件的衬底放置在下部工具的支撑面上，并置于上部工具的压紧元件之下。
[0042]-通过第一驱动装置和第二驱动装置使下部工具和上部工具在开/合运动中进行相对运动。
[0043]
在所述方法的一个变体中，第一驱动装置在第一速度范围和第一行程范围内执行第一运动。
[0044]
在所述方法的一个变体中，第二驱动装置在第二速度范围和第二行程范围内执行第二运动。
[0045]
在所述方法的一个变体中，第一速度范围小于第二速度范围，并且第一行程范围大于第二行程范围。
[0046]
在所述方法的一个变体中，下部工具或上部工具承载有被分配给支撑面或压紧元件的热压头组件。
[0047]
在所述方法的一个变体中，热压头组件被设置为在开/合运动的至少一部分期间为元件和/或衬底提供加热能，以将施加在元件与衬底之间的粘合剂热固化。
[0048]
在所述方法的一个变体中，使第一驱动装置、下部工具或上部工具在第一运动中在第一位置与第二位置之间进行相对运动。在所述方法的一个变体中，使第二驱动装置、下部工具或上部工具在第二运动中在第二位置与第三位置之间进行相对运动。优选地，第一位置是停放位置，第二位置是打开位置，第三位置是闭合位置。在所述方法的一个变体中，第一驱动装置和第二驱动装置或依次地或时间上重叠地执行第一运动和第二运动。在所述方法的一个变体中，在下部工具和上部工具的打开位置上，将带有元件和粘合剂的衬底连续和/或间歇地(周期性地)输送到下部工具的支撑面与上部工具的压紧元件之间。
[0049]
在所述方法的一个变体中，在第一阶段中，在第一驱动装置执行了第一运动，以使下部工具和上部工具从停放位置运动到打开位置之后，第二驱动装置开始执行第二运动，以使下部工具和上部工具相对于彼此地从打开位置运动到闭合位置。
[0050]
在所述方法的一个变体中，在第一阶段的加速部分中，用于执行第二运动的第二驱动装置进行加速，直至达到预定的第一目标速度，例如100mm/s至300mm/s，例如200mm/s，下部工具和上部工具以第一目标速度相对于彼此地从打开位置运动到闭合位置。
[0051]
在所述方法的一个变体中，在第一阶段的减速部分中，用于执行第二运动的第二驱动装置进行减速，直至达到低于第一目标速度的预定第二目标速度，例如2mm/s至20mm/s，例如5mm/s，下部工具和上部工具以第二目标速度相对于彼此地从打开位置运动到闭合位置，以便以这个第二目标速度来识别元件和/或元件在衬底上的位置。
[0052]
在所述方法的一个变体中，在第二阶段中，当下部工具和上部工具相对于彼此地从打开位置运动到闭合位置，以便通过接触元件来识别元件和/或元件在衬底上的位置时，将第二驱动装置的控制信号，例如柱塞线圈致动器的控制电压，限制在预定的最大值。这确保了当上部工具的压紧元件碰到元件时，元件不会被损坏。
[0053]
在所述方法的一个变体中，在第二阶段中，当下部工具和上部工具相对于彼此地从打开位置运动到闭合位置，以识别元件和/或元件在衬底上的位置时，连续或间歇地监测下部工具相对于上部工具的瞬时速度是否下降至一阈值(例如)以下。在所述方法的一个变体中，这个瞬时速度的阈值比第二目标速度低约1到4个数量级(十次方)。在所述方法的一个变体中，这种下降至阈值以下被评估为上部工具接触到衬底上的元件。
[0054]
在所述方法的一个变体中，在第三阶段中，当下部工具和上部工具已相对于彼此到达闭合位置，并且已接触到元件时，在预定的挤压时间内将第二驱动装置的控制信号，例如柱塞线圈致动器的控制电压，限制在预定的挤压值。这个挤压值代表了将元件透过粘合剂压在衬底上所使用的力。
[0055]
在所述方法的一个变体中，在第六阶段中，当下部工具和上部工具已相对于彼此到达闭合位置，并且已接触到元件时，第二驱动装置的控制信号，例如柱塞线圈致动器的控制电压，在预定的挤压时间内遵循预定的挤压值-力/时间-曲线，以便改变将元件透过粘合剂压在衬底上所使用的力。
[0056]
在所述方法的一个变体中，在第七阶段中，在预定的挤压时间过去之后，下部工具和上部工具进行相离运动，以从闭合位置运动到打开位置。
[0057]
在所述方法的一个变体中，在第二至第三阶段中，在上部工具相对于下部工具从打开位置到闭合位置的运动开始之后，将上部工具接触元件的位置和/或对元件在衬底上
的位置的测定结果与预定的位移或位置值进行比较。如果偏离(特别是低于)预定的位移或位置值且偏离程度大于预定的第一偏差值，则检测到出错情况。一个原因可能是两个元件被叠放在衬底上的同一位置处。另一个原因可能是元件的高度出于其他原因(例如外延缺陷)偏离了预期值。在出错情况下，以信号的形式向机器控制系统发送出错信息或中断请求。作为替代方案或补充方案，在偏离(特别是低于)预定的位移或位置值且偏离程度小于第二预定偏差值时，可以检测到出错情况。作为替代方案或补充方案，在偏离(特别是超过)预定的位移或位置值且偏离程度为预定的偏差值时，可以检测到出错情况，其原因是衬底上未放置元件。在这种出错情况下，也以信号的形式向机器控制系统发送中断请求。
[0058]
在所述方法的一个变体中，力传感器至少在从下部工具和上部工具的连续闭合位置中选定的闭合位置上对在下部工具与上部工具之间作用在位于这两者之间的衬底、布置在衬底上的元件以及施加在元件与衬底之间的粘合剂上的压紧力进行检测，并向控制器发送关于该压紧力的信号。在所述方法的一个变体中，在下部工具和上部工具从打开位置到闭合位置的相对运动完成之前，并且在将衬底或衬底的布置有元件和施加在二者之间的粘合剂的那个部分送到下部工具与上部工具之间之后，对承载力进行检测。
[0059]
在所述方法的一个变体中，用于衬底的索引记录(indexing-register)被分配给控制器，衬底的布置有元件或未布置元件的装料位置可被录入该索引记录中。在一个变体中，该索引记录是可由控制器逐项读出的结构化文件，例如以表格的形式。衬底的这些装料位置被事先录入这个索引记录中。然后，控制器从索引记录中读出衬底的布置有元件的装料位置，并及时控制相关的第一和第二驱动装置以及热压头等，以便在这些装料位置上执行通过固化粘合剂来连接元件与衬底的操作。
[0060]
在所述方法的一个变体中，控制器从索引记录中读出衬底的未布置元件的装料位置。在这些装料位置上不执行将(不存在的)元件与衬底连接起来的操作。
[0061]
在所述方法的一个变体中，控制器针对每个装料位置在索引记录中录入以下内容：
[0062]
●
装料位置上是否没有元件，
[0063]
●
装料位置上是否存在粘合剂，
[0064]
●
装料位置上是否存在元件和粘合剂，以及/或者，
[0065]
●
如果装料位置上至少存在元件，则将该元件的位置录入为x,y坐标并录入该元件的旋转角度。
[0066]
在所述方法的一个变体中，如果装料位置上没有元件，则由控制器做出并促成以下决定：不执行将元件与衬底连接起来的步骤。
[0067]
在所述方法的一个变体中，如果装料位置上存在粘合剂，则由控制器做出并促成以下决定：使下部工具和上部工具相对于彼此地运动到中间位置，以便对粘合剂进行非接触式固化。
[0068]
在所述方法的一个变体中，如果装料位置上存在元件和粘合剂，则由控制器做出并促成以下决定：执行通过固化粘合剂来连接元件与衬底的操作。
[0069]
在所述方法的一个变体中，从设于装置上游的机器模块和/或设于装置上游的图像采集检查系统中以信号的形式向控制器发送需要针对每个装料位置录入索引记录中的数据、被采集图像(bildeinzug)或从被采集图像中测定的关于粘合剂固化、元件位置“位置
x、y”和元件旋转的元数据，并在控制器中对其进行进一步处理。
[0070]
在所述方法的一个变体中，从设于装置下游的图像采集检查系统以信号的形式向控制器发送被采集图像或从被采集图像中测定的关于粘合剂固化、元件位置“位置x、y”和元件旋转的元数据，以便控制器对其进行进一步处理和/或将其转发到下一级或上一级过程站。
[0071]
另一个方面涉及一种加工站，该加工站具有两个或更多的热压装置，特别是上述类型的热压装置，用于将电气元件与衬底连接起来，衬底承载有多个布置成一排或多排的电气元件，其中要么两个热压装置被布置并定向为将沿着衬底的输送方向布置成一排的电气元件与衬底连接起来，要么两个或更多的热压装置被布置并定向为将沿着衬底的输送方向布置成两排或更多排的电气元件与衬底连接起来，其中所述两个或更多的热压装置或在横向于输送方向的一条线上相邻布置，或在横向于输送方向的两条线上彼此隔开布置，其中，两个热压装置的间距是固定的或可以改变，使得基本上约有一排电气元件是裸露的，并且横向于输送方向的两条线上的热压装置彼此错开约一排电气元件。
[0072]
所述装置/所述方法/所述加工站不那么复杂；与已知装置相比，它们所需要的部件少得多，更易实施，每单位时间能加工更多元件。本装置的制造和运行成本相应低很多。这种较低的复杂性也使得所述装置/所述加工站容易适应不同的待加工部件。这使得加工不同的元件和制造不同的组件变得容易。由于大幅缩短了过程时间，这种新式热压装置将取代大量的老式热压装置。
附图说明
[0073]
从以下对非限制性实施例的描述和相关附图中可得到进一步的目标、特征、优点和用途。
[0074]
图1为用于将电气元件与衬底连接起来的热压装置的示意性前视图。
[0075]
图2、图2a为图1中的热压装置的驱动装置的运动示意图。
[0076]
图3a至图3d为具有一个或多个热压装置的加工站的不同配置示意图，用于加工具有一排或多排元件的幅面式衬底(substratbahn)。
具体实施方式
[0077]
图1示出用于将电气元件b与衬底s连接起来的热压装置100的一种实施方式的结构示意图。热压装置100以下部工具10和上部工具20进行操作，下部工具具有用于放置带有至少一个电气元件b的衬底s的平坦支撑面14，上部工具具有压紧元件22，该压紧元件面向下部工具10的支撑面14。热压头组件30的作用是通过将施加在元件b与衬底s之间的粘合剂k热固化来将二者固定地连接在一起。
[0078]
衬底s上设有导电接触面和可能存在的印制导线。在之前的加工步骤中，粘合剂k形式的连接剂被施加在衬底s上。粘合剂k呈液态并以热的方式发生固化。在之前的另一个步骤中，电气元件b(在此是采用倒装芯片设计的半导体芯片)被放置在衬底s和液态粘合剂k上。电气元件b在其底面上具有与衬底s的导电接触面接触的导电触点。所述触点例如可呈金属接触脚或所谓的“凸块”的形状。
[0079]
在此处所图示的变体中，下部工具10的用于放置衬底s的平坦支撑面14采用位置
固定的布置方式，上部工具20的压紧元件22则可相对于支撑面进行运动。为了使下部工具10和上部工具20在开/合运动中进行相对运动，设有第一驱动装置24和第二驱动装置26。
[0080]
在此处所图示的变体中，第一驱动装置24被设计成气动缸，第二驱动装置26被设计成柱塞线圈致动器。第一驱动装置24具有带活塞杆24a的气动缸，该活塞杆使电枢28上下运动，由该电枢承载带有热压头组件30的第二驱动装置26。为此，电枢28可纵向移动地在两个直线导引件32a、32b中受导引。第一驱动装置24的缸体被设计成具有双重作用。为此，图1中的缸体上端口可被施加超压p++，以使活塞杆24a沿运动箭头m1向下运动，缸体下端口可被施加超压p++，以使活塞杆24a沿运动箭头m1向上运动。
[0081]
由电枢28承载的第二驱动装置26被设计成柱塞线圈致动器，其中例如呈圆柱形的柱塞线圈26a以可沿运动箭头m2进行纵向运动的方式容置在永磁体26b的采用相对设计的环形间隙中，该永磁体位置固定地布置在电枢28上。其中，由流经柱塞线圈26a的电流通过其电流强度和极性决定柱塞线圈26a的偏移。
[0082]
柱塞线圈26a以其在图1中位于下方的自由端与弯曲的承载臂28a耦接。承载臂28a在直线导引件32c上受导引，可进行与柱塞线圈26a的偏移相对应的纵向移动。承载臂28a以其在图1中位于右侧的、侧向突出于电枢28的自由端形成具有热压头组件30的上部工具20，该热压头组件面向下部工具10。
[0083]
例如根据致动器的刚度，必要时可弃用直线导引件32a、32b、32c。
[0084]
热压头组件30具有与元件b的尺寸相适配的、用于传递加热能的压紧面38。热压头组件30由控制器50施加电流，以便在大约0.1秒至小于约1秒的加热间隔期间，在大约300℃至大约500℃的温度范围内将加热能送入元件b和/或衬底s。加热间隔的温度和持续时间被选择成能使施加在元件b与衬底s之间的粘合剂k发生热固化。
[0085]
在这个变体中，热压头组件30具有用于加热能的圆形压紧面38，该压紧面的直径小于约5mm，以适应元件b的尺寸。热压头组件30具有大致呈圆柱形的加热元件34，该加热元件被热绝缘体36包围。朝向下部工具10的压紧面38裸露。
[0086]
第一和第二驱动装置24、26的偏移由控制器50以下文将会详细描述的方式加以规定。第一和第二驱动装置24、26可以同时或依次地、互不影响地在两个方向上被操纵。因此，在所图示的变体中，第一驱动装置24的作用是使上部工具20在第一运动m1中在第一位置(停放位置pp)与第二位置(打开位置op)之间运动。在所图示的变体中，第二驱动装置26的作用是使上部工具20在第二运动m2中在第二位置(打开位置op)与第三位置(闭合位置gp)之间运动。
[0087]
力传感器40被分配给下部工具10。这个力传感器40的作用是当下部工具10和上部工具20运动到闭合位置或处于闭合位置时，对在下部工具10与上部工具20之间作用在位于这两者之间的衬底s、布置在衬底s上的元件b以及施加在元件b与衬底s之间的粘合剂k上的压紧力进行检测。然后，描述该压紧力的值或相应的数据报文以信号的形式被发送给控制器50。为此，力传感器40集成在下部工具10中，并透过支撑面14对下部工具10运动到闭合位置时所施加的、作用在该力传感器上的力进行检测。
[0088]
在装置100的一个变体中，直线导引件32a、32b、32c中的一个或多个被分配了位移传感器44a、44b、44c，以便代替力传感器40或作为力传感器的补充来检测下部工具10与上部工具20之间的运动对位于这两者之间的衬底s、布置在衬底s上的元件b以及施加在元件b
与衬底s之间的粘合剂k的影响。然后，描述第一和/或第二驱动装置24、26沿着运动m1、m2的移行距离的值或相应的数据报文同样以信号的形式被发送给控制器50。为此，位移传感器44a、44b、44c集成在对应的直线导引件32a、32b、32c中，并对第一和/或第二驱动装置24、26的移行距离进行检测。
[0089]
基于这些信号，控制器50分别在第一运动m1和第二运动m2期间以控制回路模式控制第一驱动装置24和第二驱动装置26。其中，力测量和/或位移测量作为实际值，用于测定目标变量，特别是第一驱动装置24和/或第二驱动装置26的位移位置，或第一驱动装置24和/或第二驱动装置26的运动所产生的、作用在位于这两者之间的衬底s、布置在衬底s上的元件b以及施加在元件b与衬底s之间的粘合剂k上的力。
[0090]
基于力测量和/或位移测量的控制回路模式的作用是在第一速度范围和第一行程范围内用第一驱动装置24执行第一运动m1，并在第二速度范围和第二行程范围内用第二驱动装置26执行第二运动m2。其中，第一速度范围小于第二速度范围，并且第一行程范围大于第二行程范围。在上部工具20接近下部工具10之前和/或期间，控制器50就已经使热压头组件30通电，以使热压头组件具有固化粘合剂所需要的温度。压紧面38一接近元件b，加热能就被送入元件b和衬底s中，以便将位于元件b与衬底s之间的粘合剂k热固化。
[0091]
一种操作热压装置100、特别是具有上述特征和特性的热压装置的方法包括以下步骤：
[0092]
在上部工具20的压紧元件22下方，将布置有至少一个电气元件b的衬底s放置在下部工具10的压紧面14上。在一个方法变体中，衬底s是一种准无端带材，带有在前一个方法步骤中分几排设置的元件b，这些元件借助尚待固化的粘合剂k被安置在衬底s上。其中，粘合剂先于元件b以定量的方式被施加在为元件b设置的位置上。
[0093]
第一驱动装置24和第二驱动装置26使下部工具10和上部工具20发生作为开/合运动的相对运动。其中，第一驱动装置24在第一速度范围和第一行程范围内执行第一运动。第二驱动装置26在第二速度范围和第二行程范围内执行第二运动。第一速度范围小于第二速度范围，并且第一行程范围大于第二行程范围。图2对此进行了图示说明。
[0094]
在开/合运动的至少一部分期间，由上部工具20携带的、被分配给压紧元件22的热压头组件30将加热能送入元件b和/或衬底s，以便将施加在元件b与衬底s之间的粘合剂k热固化。
[0095]
图2进一步图示了第一驱动装置24如何使上部工具20在相对于位置固定的下部工具10的第一运动m1中在第一位置pp与第二位置op之间运动。然后，第二驱动装置26使上部工具20在第二(摆动)运动m2中在第二位置op与第三位置gp之间相对于下部工具10运动。第一位置是停放位置pp，第二位置是打开位置op，第三位置是闭合位置gp。在此处所图示的变体中，第一驱动装置24和第二驱动装置26依次执行第一运动m1和第二运动m2。图2示出上部工具20相对于下部工具10在第二位置op与第三位置gp之间以摆动方式反复实施的第二运动m2。这个运动的作用是在下部工具10和上部工具20处于打开位置op时将被设计成带材的衬底s上的元件，更准确地说是将位于元件b与衬底s之间的粘合剂k，连续或间歇地输送到支撑面14与压紧元件22之间，并且在下部工具和上部工具处于闭合位置gp时为上述的元件和粘合剂施加加热能。
[0096]
图2a详细图示了图2中一个闭合-加热-打开序列的过程。
[0097]
首先，第一驱动装置24执行第一运动m1，直至上部工具20从停放位置pp开始与下部工具10一起进入打开位置op(图2a中2mm高度)。其中，第一运动m1具有加速部分a1、高速部分a2和减速部分a3(见图2)。
[0098]
在第一阶段p1中，第二驱动装置26开始执行第二运动m2，使上部工具20从打开位置op朝下部工具10运动，从而到达闭合位置gp。其中，第二运动m2具有加速部分v1、高速部分v2和减速部分v3(见图2a)。
[0099]
在加速部分v1中，用于执行第二运动m2的第二驱动装置26进行加速，直至达到预定的第一目标速度，在此接近于200mm/s，下部工具10和上部工具20以这个速度从打开位置op相对于彼此地运动到闭合位置gp(见图2a)。
[0100]
在第一阶段的减速部分v3中，用于执行第二运动m2的第二驱动装置26对第二运动进行减速，直至达到低于第一目标速度的预定第二目标速度，在此约为5mm/s，上部工具20以这个速度从打开位置op朝下部工具10运动到闭合位置gp。随后，上部工具20继续以这个更低的第二目标速度运动，以便以这个速度来识别元件b和/或元件b在衬底s上的位置。
[0101]
当上部工具20通过用于执行第二运动m2的第二驱动装置26以更低的第二目标速度从打开位置op朝下部工具10运动到闭合位置gp时，在第二阶段p2中，为了通过接触元件b来识别该元件和/或其在衬底s上的位置，将第二驱动装置26的控制信号(在此为柱塞线圈致动器的控制电压)限制在预定的最大值。这种缓慢移动，再加上柱塞线圈致动器的减力，可以防止当上部工具20的压紧元件22碰到元件b时对其造成损伤。
[0102]
当上部工具20通过用于执行第二运动m2的第二驱动装置26以更低的第二目标速度从打开位置op朝下部工具10运动到闭合位置gp，以识别元件b和/或其在衬底s上的位置时，对上部工具20相对于下部工具10的瞬时速度是否下降至一阈值(例如)以下进行连续监测。这个阈值显然(比第二目标速度例如低1到4个数量级)。一旦上部工具20的运动m2的瞬时速度下降到这个阈值以下，控制器就会识别出衬底s上的元件b已被上部工具10接触到。这在图2a中被标记为x“接触”。
[0103]
当下部工具10和上部工具20保持闭合位置gp，并且——在热压头组件30对元件b及其下面的粘合剂k的加热作用下——实现对元件b的接触时，对第二驱动装置26的控制信号(在此为柱塞线圈致动器的控制电压)进行限制。在这个第三阶段p3(即预定的挤压时间)中，将第二驱动装置26的控制信号限制在预定的挤压值，该挤压值代表了将元件b透过粘合剂k压在衬底s上所使用的力。在这段时间内，加热效应和作用在元件b上的力使粘合剂k固化。
[0104]
在图2a所示的方法变体中，在这个第三阶段p3中，将元件b透过粘合剂k压在衬底s上所使用的力是恒定的。在一个此处未进一步图示的方法变体中，在预定的挤压时间内，自上部工具接触元件b起到上部工具与元件b分离为止，将元件b透过粘合剂k压在衬底s上所使用的力遵循预定的挤压值-力/时间-曲线，根据该曲线，元件b被压入粘合剂k并被压在衬底s上。
[0105]
在第三阶段p3中的预定挤压时间过去之后的第四阶段p4中，下部工具10和上部工具20通过用于执行第二运动m2的第二驱动装置26进行相离运动，以从闭合位置gp运动到打开位置op。
[0106]
在第二和第三阶段p2、p3中，在从打开位置op到闭合位置gp的运动开始之后，控制器将上部工具20(更准确地说是压紧元件22)接触元件b的位置x和/或对元件b在衬底s上的位置(或顶面高度)的测定结果与预定的位移或位置值tf进行比较。因此，位移或位置值tf规定了一个高度范围或位移范围，压紧元件22应当在这个范围内与元件b的顶面发生接触。如果低于预定的位移或位置值tf且程度大于预定的第一偏差值af1，则检测到出错情况，其原因例如在于两个元件b被叠放在衬底s上的同一位置处，或者元件s的高度出于其他原因(例如元件b的外延缺陷)偏离了预期值。随后以信号的形式向(上一级)机器控制系统发送出错信息或中断请求。
[0107]
此外，如果低于预设的位移或位置值tf且程度小于第二预定偏差值af2，则检测到出错情况，或者，如果超过预设的位移或位置值tf且程度为预定的第三偏差值af3，则检测到出错情况，其原因是衬底b上未放置元件b。随后以信号的形式向(上一级)机器控制系统发送出错信息或中断请求。这是为了防止热压头组件30或压紧面22接触到粘合剂k或衬底s，否则会导致热压头组件30的压紧面22受到污染或导致衬底s被烧穿。如果控制器50发现由于元件b的缺失而即将发生与粘合剂k或衬底s的接触，上部工具20就会使热压头组件30停下来，将其移至回缩的安全位置zp并在该处停留较长时间，该安全位置接近预期的x“接触”位置。这一操作的作用是对可能存在的粘合剂k进行非接触式固化。
[0108]
在这段时间过去之后，上部工具在第四阶段p4中以与第一阶段p1相反的方式将热压头组件30送回打开位置op。从该处开始，一个新的循环开始于第一阶段p1。在此期间可进一步传送衬底s，以便将下一个元件定位在上部工具与下部工具之间。
[0109]
由于第二阶段的搜寻速度较慢，未充分预设好的搜寻位置会导致到达x“接触”之前存在很长时间的延迟。其结果是机器循环大大减慢。此外，热压头组件也会在预热阶段出现长度变化。如果x“接触”位置是在冷态下测量的，并且未考虑预料得到的长度变化，这就会导致上部工具过早地接触元件表面。在操作过程中，控制器中的控制回路会通过上述处理方式对这两个方面都进行补偿。这一控制的目的是为了实现尽可能短的搜寻阶段，以达到高产量。
[0110]
在一个方法变体中，当下部工具10和上部工具20运动到闭合位置并停留在该闭合位置时，力传感器40对在下部工具10与上部工具20之间作用在位于这两者之间的衬底s、布置在衬底上的元件b以及施加在元件与衬底之间的粘合剂k上的压紧力进行检测。检测到的压紧力以信号的形式被发送给控制器50。在下部工具10和上部工具20从打开位置op到闭合位置gp的相对运动完成之前，并且在尚未施加压紧力时，在装入衬底s或衬底s的布置有元件b和施加在二者之间的粘合剂k的那个部分之后，对承载力tara进行检测。衬底s压在力传感器40上。因此，检测承载力tara可以补偿衬底s在输送方向上的张力波动对力测量结果所产生的影响。在输送衬底s以使元件b定位于力传感器40正上方之后，以及在热压头组件30触碰之前激活这个tara功能。
[0111]
在一个方法变体中，用于衬底s的索引记录ir被分配给控制器50。衬底s的布置有元件b或未布置元件b的装料位置会被录入索引记录ir中。这一录入操作或由外部数据源进行，或由控制器50用外部相应提供的数据进行。
[0112]
在控制器50的一个未进一步图示的变体中，从设于装置100上游的机器模块和/或设于装置100上游的图像采集检查系统is中以信号的形式发出需要针对每个装料位置录入
索引记录ir中的数据、被采集图像或从被采集图像中测定的关于粘合剂固化、元件位置“位置x、y”和元件旋转的元数据，并在控制器50中对其进行进一步处理，以便操作装置100。
[0113]
在控制器50的另一个未进一步图示的变体中，从设于装置100下游的图像采集检查系统以信号的形式发出被采集图像或从被采集图像中测定的关于粘合剂固化、元件位置“位置x、y”和元件旋转的元数据，以便对其进行进一步处理和/或将其转发到下一级或上一级过程站。
[0114]
执行粘合剂固化操作时，控制器50从索引记录ir中读出衬底s的布置有元件b的装料位置pos x、pos y。随后，在这些装料位置上以上述方式通过固化粘合剂k来执行元件b与衬底s的连接操作。此外，在一个变体中，控制器50或外部数据源还在索引记录ir中针对每个装料位置录入以下内容：装料位置上是否没有元件b y/n，装料位置上是否存在粘合剂k y/n，以及装料位置上是否存在元件和粘合剂，以及/或者，如果装料位置上至少存在元件b，则将元件b的位置录入为x坐标、y坐标，并录入其旋转角度theta。如果控制器50从索引记录ir中读出衬底s的未布置元件b的装料位置，即b y/n＝n，就不在这些装料位置上执行通过固化粘合剂k来连接元件b与衬底s的操作。
[0115]
如果控制器50从索引记录ir中读出衬底s的未布置元件b的装料位置，即b y/n＝n，但存在粘合剂，即k y/n＝j，就不在这些装料位置上执行通过固化粘合剂k来连接元件b与衬底s的操作，下部工具10和上部工具20相对于彼此地运动到中间位置zp。在该处，在热压头组件30与粘合剂k之间存在距离的情况下对粘合剂进行非接触式固化。
[0116]
否则，如果元件b和粘合剂k存在于装料位置，控制器50就会执行通过固化粘合剂k来连接元件b与衬底s的操作。
[0117]
图3a-图3d示出加工站的不同配置，其中加工站设计有两个或更多的用于将电气元件b与衬底s连接起来的热压装置100，衬底承载有多个布置成一排或多排的电气元件b。
[0118]
图3a以俯视图示出具有图1的配置的加工站，其中无端幅面式衬底承载有一排由一个热压装置100加工的元件。
[0119]
图3b示出具有两个热压装置100的加工站的俯视图。这两个热压装置100对带有一排元件的无端幅面式衬底进行加工。其中，两个热压装置100以镜像方式布置，并且沿幅面式衬底彼此保持一定距离。
[0120]
图3c以俯视图示出幅面式衬底宽度是图3a的配置的两倍的加工站，其中幅面式衬底承载有平行的两排元件，其中的每排元件均由两个热压装置100中的一个进行加工。在此，两个热压装置100在横向于幅面式衬底的输送方向的一条线上相邻布置。
[0121]
图3d以俯视图示出幅面式衬底宽度是图3a的配置的四倍的加工站，其中幅面式衬底承载有平行的四排元件，其中的每排元件均由四个热压装置100中的一个进行加工。其中，四个热压装置100在横向于输送方向的两条线上沿输送方向彼此隔开布置，其中这样来设定两个热压装置100的间距，使得在两个相邻的热压装置100(例如图3d中最上面一排和第三排中的热压装置)之间基本上有一排电气元件b是裸露的。横向于输送方向的两条线上的热压装置100(在图3d中，最上面一排和第三排中的热压装置100形成一条线，而最下面一排和第二排中的热压装置100形成一条线)分别错开约一排电气元件b。这种交错布置适用于元件排距小于热压装置两倍宽度的情况。
[0122]
上述装置变体及其结构和操作方面，仅用于使结构、操作方式和特性更易理解；公
开内容并不因此而局限于实施例。附图为部分示意图，其中基本特性和效果部分地被放大图示，以阐明功能、作用原理、技术设计和特征。其中，附图或正文中所公开的每一种操作方式、每一个原理、每一种技术设计和每一项特征均可与所有权利要求、正文中和其他附图中的每一项特征、本公开中所包含的或从中得出的其他操作方式、原理、技术设计和特征自由且任意地相结合，以便所有可设想的组合均可对应于所述处理方式。正文中(即说明书的每一章节中)和权利要求书中所有单个实施方案之间的组合，以及正文中、权利要求书和附图中不同变体之间的组合也被包括在内。权利要求书也不限制公开内容，进而也不限制所有被披露特征相互之间的组合可能性。所有被公开的特征在此也明确地被单独公开，并且与所有其他特征相结合地被公开。

技术特征：
1.一种用于将电气元件(b)与衬底(s)连接起来的热压装置(100)，包括：具有支撑面(14)的下部工具(10)，所述支撑面用于放置布置有至少一个电气元件(b)的所述衬底(s)，以及具有压紧元件(22)的上部工具(20)，所述压紧元件面向所述下部工具(10)的所述支撑面(14)，其中，所述下部工具(10)和所述上部工具(20)可在开/合运动中进行相对运动，其中，所述下部工具(10)和/或所述上部工具(20)被设置为：通过第一驱动装置(24)和第二驱动装置(26)来执行所述开/合运动，其中，所述第一驱动装置(24)被设置为在第一速度范围和第一行程范围内执行第一运动(m1)，并且所述第二驱动装置(26)被设置为在第二速度范围和第二行程范围内执行第二运动(m2)，其中，所述第一速度范围小于所述第二速度范围，并且所述第一行程范围大于所述第二行程范围，其中所述下部工具(10)或所述上部工具(20)承载有被分配给所述支撑面(14)和/或所述压紧元件(22)的热压头组件(30)，所述热压头组件被设置为向所述元件(b)和/或所述衬底(s)馈送加热能，以将施加在所述元件(b)与所述衬底(s)之间的粘合剂(k)热固化。2.根据权利要求1所述的热压装置(100)，其中，所述第一驱动装置(24)被设置为使所述下部工具(10)或所述上部工具(20)在所述第一运动中在第一位置与第二位置之间运动，并且所述第二驱动装置(26)被设置为使所述下部工具(10)或所述上部工具(20)在所述第二运动中在所述第二位置与第三位置之间运动，其中优选地，所述第一位置是停放位置(pp)，所述第二位置是打开位置(op)，所述第三位置是闭合位置(gp)，并且/或者，所述第一驱动装置(24)和所述第二驱动装置(26)被设置和控制为或依次地或时间上重叠地执行所述第一运动和所述第二运动。3.根据权利要求1或2所述的热压装置(100)，其中，所述第一驱动装置(24)和所述第二驱动装置(26)被设置为在同一方向或相反方向上作用，以实现所述下部工具(10)和所述上部工具(20)的所述开/合运动。4.根据权利要求1至3中任一项所述的热压装置(100)，其中，所述第一驱动装置(24)和所述第二驱动装置(26)或者都被分配给所述下部工具(10)或所述上部工具(20)，或者所述两个驱动装置(24、26)中的一个被分配给所述下部工具(10)，并且所述两个驱动装置(24、26)中的另一个被分配给所述上部工具(20)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的热压装置(100)，其中，所述热压头组件(30)被设置和控制为在约0.07秒至约1.5秒或约0.1秒至小于约1秒的加热间隔期间，在约300℃至约500℃的温度范围内向所述元件(b)和/或所述衬底(s)馈送加热能，以将施加在所述元件(b)与所述衬底(s)之间的所述粘合剂(k)热固化，并且/或者，其中，
所述热压头组件(30)具有用于所述加热能的、大致呈圆形且直径小于约5mm的压紧面(38)，并且/或者，其中，所述热压头组件(30)包括热绝缘体，所述热绝缘体几乎完全包围待通电的加热元件(34)，其中至少所述压紧面(38)是裸露的。6.根据权利要求1至5中任一项所述的热压装置(100)，其中，所述下部工具(10)和/或所述上部工具(20)被分配了力传感器(40)，所述力传感器被设置为至少在从所述下部工具(10)和所述上部工具(20)的连续闭合位置中选定的闭合位置上对在所述下部工具(10)与所述上部工具(20)之间作用在位于这两者之间的所述衬底(s)、布置在所述衬底(s)上的所述元件(b)以及施加在所述元件(b)与所述衬底(s)之间的所述粘合剂(k)上的压紧力进行检测，并向控制器(50)发送关于所述压紧力的信号。7.根据权利要求1至6中任一项所述的热压装置(100)，其中所述第一驱动装置(24)被设计成气动缸或液压缸，所述第二驱动装置(26)被设计成柱塞线圈致动器。8.根据权利要求1至7中任一项所述的热压装置(100)，其中所述第一驱动装置(24)和/或所述第二驱动装置(26)在所述第一运动(m1)或所述第二运动(m2)期间由所述控制器(50)以控制回路模式控制，其中使用力测量和/或位移测量来测定目标变量，特别是所述第一驱动装置(24)和/或所述第二驱动装置(26)的位移位置，以及作用在位于这两者之间的所述衬底s、布置在所述衬底s上的所述元件b以及施加在所述元件b与所述衬底s之间的所述粘合剂k上的力。9.一种根据权利要求1至9中任一项或多项所述的、用于将电气元件(b)与衬底(s)连接起来的热压装置(100)的操作方法，包括以下步骤：将布置有至少一个电气元件(b)的所述衬底(s)放置在所述下部工具(10)的支撑面(14)上，并置于上部工具(20)的压紧元件(22)之下；通过第一驱动装置(24)和第二驱动装置(26)使所述下部工具(10)和所述上部工具(20)在开/合运动中进行相对运动，其中，所述第一驱动装置(24)在第一速度范围和第一行程范围内执行第一运动，并且所述第二驱动装置(26)在第二速度范围和第二行程范围内执行第二运动，其中，所述第一速度范围小于所述第二速度范围，并且所述第一行程范围大于所述第二行程范围，并且其中所述下部工具(10)或所述上部工具(20)承载有被分配给所述支撑面(14)或所述压紧元件(22)的热压头组件(30)，所述热压头组件被设置为在所述开/合运动的至少一部分期间为所述元件(b)和/或所述衬底(s)提供加热能，以将施加在所述元件(b)与所述衬底(s)之间的粘合剂(k)热固化。10.根据权利要求10所述的操作热压装置(100)的方法，其中，使所述第一驱动装置(24)、所述下部工具(10)或所述上部工具(20)在所述第一运动中在第一位置与第二位置之间进行相对运动，并且使所述第二驱动装置(26)、所述下部工具(10)或所述上部工具(20)在所述第二运动中在所述第二位置与第三位置之间进行相对运动，其中优选地，所述第一位置是停放位置(pp)，所述第二位置是打开位置(op)，所述第三位置是闭合位置(gp)，并且/或者，
所述第一驱动装置(24)和所述第二驱动装置(26)或依次地或时间上重叠地执行所述第一运动(m1)和所述第二运动(m2)，并且/或者，在所述下部工具(10)和所述上部工具(20)的所述打开位置上，将带有所述元件(b)和所述粘合剂(k)的所述衬底(s)连续和/或间歇地输送到所述下部工具(10)的所述支撑面(14)与所述上部工具(20)的所述压紧元件(22)之间。11.根据权利要求10至11中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，在第一阶段(p1)中，在所述第一驱动装置(24)执行了所述第一运动(m1)，以使所述下部工具(10)和所述上部工具(20)从所述停放位置(pp)运动到所述打开位置(op)之后，所述第二驱动装置(26)开始执行所述第二运动(m2)，以使所述下部工具(10)和所述上部工具(20)相对于彼此地从所述打开位置(op)运动到所述闭合位置(gp)。12.根据权利要求10至12中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，在所述第一阶段(p1)的加速部分(v1)中，用于执行所述第二运动(m2)的所述第二驱动装置(26)进行加速，直至达到预定的第一目标速度，例如100mm/s至300mm/s，例如200mm/s，所述下部工具(10)和所述上部工具(20)以所述第一目标速度相对于彼此地从所述打开位置(op)运动到所述闭合位置(gp)。13.根据权利要求10至13中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，在所述第一阶段的减速部分(v3)中，用于执行所述第二运动的所述第二驱动装置(26)进行减速，直至达到低于所述第一目标速度的预定第二目标速度，例如2mm/s至20mm/s，例如5mm/s，所述下部工具(10)和所述上部工具(20)以所述第二目标速度相对于彼此地从所述打开位置(op)运动到所述闭合位置(gp)。14.根据权利要求14所述的操作热压装置(100)的方法，其中，在第二阶段(p2)中，当所述下部工具(10)和所述上部工具(20)相对于彼此地从所述打开位置(op)运动到所述闭合位置(gp)，以便通过接触所述元件(b)来识别所述元件(b)和/或所述元件在所述衬底(s)上的位置时，将所述第二驱动装置(26)的控制信号，例如所述柱塞线圈致动器的控制电压，限制在预定的最大值，以便确保当所述上部工具(20)的所述压紧元件(22)碰到所述元件(b)时，所述元件不会被损坏。15.根据权利要求10至15中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，在所述第二阶段(p2)中，当所述下部工具(10)和所述上部工具(20)相对于彼此地从所述打开位置(op)运动到所述闭合位置(gp)，以识别所述元件(b)和/或所述元件在所述衬底(s)上的位置时，连续或间歇地监测所述下部工具(10)相对于所述上部工具(20)的瞬时速度是否下降至一阈值(例如)以下，其中所述阈值比所述第二目标速度低1到4个数量级，并且这种下降至所述阈值以下被评估为所述上部工具(10)接触到所述衬底(s)上的所述元件(b)。16.根据权利要求10至16中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，在第三阶段(p3)中，当所述下部工具(10)和所述上部工具(20)已相对于彼此到达所述闭合位置(gp)，并且已接触到所述元件(b)时，在预定的挤压时间内将所述第二驱动装置(26)的控制信号，例如所述柱塞线圈致动器的控制电压，限制在预定的挤压值，所述挤压值代表了将所述元件(b)透过所述粘合剂(k)压在所述衬底(s)上所使用的力。17.根据权利要求10至17中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，
在所述第三阶段(p3)中，当所述下部工具(10)和所述上部工具(20)已相对于彼此到达所述闭合位置(gp)，并且已接触到所述元件(b)时，所述第二驱动装置(26)的控制信号，例如所述柱塞线圈致动器的控制电压，在所述预定的挤压时间内遵循预定的挤压值-力/时间-曲线，以便改变将所述元件(b)透过所述粘合剂(k)压在所述衬底(s)上所使用的力。18.根据权利要求10至18中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，在第四阶段(p4)中，在所述预定的挤压时间过去之后，所述下部工具(10)和所述上部工具(20)进行相离运动，以从所述闭合位置(gp)运动到所述打开位置(op)。19.根据权利要求10至19中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，在所述第二和第三阶段(p2、p3)中，在从所述打开位置(op)到所述闭合位置(gp)的所述运动开始之后，所述控制器(50)将接触所述元件(b)的时间点(x)和/或对所述元件在所述衬底(s)上的位置或高度的测定结果与预定的位移或位置值(tf)进行比较，并且在偏离、特别是低于所述预定的位移或位置值(tf)且偏离程度大于预定的第一偏差值(af1)时检测到出错情况，并以信号的形式发出出错信息或中断请求，并且/或者，所述控制器在偏离、特别是低于所述预定的位移或位置值(tf)且偏离程度小于第二预定偏差值(af2)时检测到出错情况，并以信号的形式发出出错信息或中断请求，并且/或者，所述控制器在偏离、特别是超过所述预定的位移或位置值(tf)且偏离程度为预定的第三偏差值(af3)时检测到出错情况，并以信号的形式发出出错信息或中断请求20.根据权利要求10至20中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，力传感器(40)至少在从所述下部工具(10)和所述上部工具(20)的连续闭合位置中选定的闭合位置上对在所述下部工具(10)与所述上部工具(20)之间作用在位于这两者之间的所述衬底(s)、布置在所述衬底(s)上的所述元件(b)以及施加在所述元件(b)与所述衬底(s)之间的所述粘合剂(k)上的压紧力进行检测，并向控制器(50)发送关于所述压紧力的信号，并且/或者，在所述下部工具(10)和所述上部工具(20)从所述打开位置(op)到所述闭合位置(gp)的所述相对运动完成之前，并且在将所述衬底(s)或所述衬底(s)的布置有所述元件(b)和施加在二者之间的所述粘合剂(k)的那个部分送到所述下部工具(10)与所述上部工具(20)之间之后，对承载力(tara)进行检测。21.根据权利要求10至21中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，用于所述衬底(s)的索引记录(ir)被分配给所述控制器(50)，所述衬底(s)的布置有元件(b)或未布置元件(b)的装料位置可被录入所述索引记录中，并且所述控制器(50)从所述索引记录(ir)中读出所述衬底(s)的布置有元件(b)的装料位置，并且在所述这些装料位置上执行通过固化所述粘合剂(k)来连接所述元件(b)与所述衬底(s)的操作，并且/或者，所述控制器(50)从所述索引记录(ir)中读出所述衬底(s)的未布置元件(b)的装料位置，并且在所述这些装料位置上不执行通过固化所述粘合剂(k)来连接所述元件(b)与所述衬底(s)的操作。22.根据权利要求22所述的操作热压装置(100)的方法，其中，所述控制器(50)针对每个所述装料位置在所述索引记录(ir)中录入以下内容：
●
所述装料位置上是否没有元件，
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所述装料位置上是否存在粘合剂，
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所述装料位置上是否存在元件和粘合剂，以及/或者，
●
如果所述装料位置上至少存在所述元件，则将所述元件的位置录入为x,y坐标并录入所述元件的旋转角度。23.根据权利要求10至23中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，如果所述装料位置上没有元件，则由所述控制器(50)做出并促成以下决定：不执行将所述元件(b)与所述衬底(s)连接起来的步骤，并且/或者，如果所述装料位置上存在粘合剂(k)，则由所述控制器(50)做出并促成以下决定：使所述下部工具(10)和所述上部工具(20)相对于彼此地运动到中间位置(zp)，以便对所述粘合剂(k)进行非接触式固化，并且/或者，如果所述装料位置上存在元件和粘合剂，则由所述控制器(50)做出并促成以下决定：执行通过固化所述粘合剂(k)来连接所述元件(b)与所述衬底(s)的操作。24.根据权利要求22至24中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，从设于所述装置(100)上游的机器模块(mm)和/或设于所述装置(100)上游的图像采集检查系统(is)中以信号的形式向所述控制器(50)发送需要针对每个所述装料位置录入所述索引记录(ir)中的数据、被采集图像或从被采集图像中测定的关于粘合剂固化、元件位置“位置x、y”和元件旋转的元数据，并在所述控制器(50)中对其进行进一步处理。25.根据权利要求10至25中任一项所述的操作热压装置(100)的方法，其中，从设于所述装置(100)下游的图像采集检查系统(is)以信号的形式向所述控制器(50)发送被采集图像或从被采集图像中测定的关于粘合剂固化、元件位置“位置x、y”和元件旋转的元数据，以便所述控制器对其进行进一步处理和/或将其转发到下一级或上一级过程站。26.一种加工站，具有两个或更多的用于将电气元件(b)与衬底(s)连接起来的热压装置(100)，所述衬底承载有多个布置成一排或多排的电气元件(b)，其中，要么两个热压装置(100)被布置并定向为将沿着所述衬底(s)的输送方向布置成一排的电气元件(b)与所述衬底(s)连接起来，要么两个或更多的热压装置(100)被布置并定向为将沿着所述衬底(s)的输送方向布置成两排或更多排的电气元件(b)与所述衬底(s)连接起来，其中所述两个或更多的热压装置(100)或在横向于所述输送方向的一条线上相邻布置，或在横向于所述输送方向的两条线上彼此隔开布置，其中，两个热压装置(100)的间距是固定的或可以改变，使得基本上约有一排电气元件(b)是裸露的，并且横向于所述输送方向的所述两条线上的所述热压装置(100)彼此错开约一排电气元件(b)。

技术总结
一种用于将电气元件与衬底连接起来的热压装置，包括下部工具和上部工具，所述下部工具具有支撑面，所述支撑面用于放置布置有至少一个电气元件的所述衬底，所述上部工具具有面向所述下部工具的所述支撑面的压紧元件。所述下部工具和所述上部工具可在开/合运动中进行相对运动。所述下部工具和/或所述上部工具被设置为通过第一驱动装置和第二驱动装置来执行所述开/合运动。所述第一驱动装置被设置为在第一速度范围和第一行程范围内执行第一运动。所述第二驱动装置被设置为在第二速度范围和第二行程范围内执行第二运动。所述第一速度范围小于所述第二速度范围，并且所述第一行程范围大于所述第二行程范围。所述下部工具或所述上部工具承载有被分配给所述支撑面和/或所述压紧元件的热压头组件。这个热压头组件被设置为向所述元件和/或所述衬底馈送加热能，以将施加在所述元件与所述衬底之间或位于该处的粘合剂热固化。的粘合剂热固化。的粘合剂热固化。


技术研发人员：B
受保护的技术使用者：MB自动化有限两合公司
技术研发日：2021.10.22
技术公布日：2023/9/13