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Title:
DEVICE FOR FITTING SUBSTRATES WITH ELECTRICAL COMPONENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/051408
Kind Code:
A1
Abstract:
The head (1, 17) of the fitting device is provided with a storage element (7) that can be successively filled with components (3) by a gripper (4, 14). The head (1, 17) is then displaced along a substrate (13) to be fitted, where the gripper (4, 14) successively takes out the components (3) from the storage element (7) and places them on the substrate (13). This reduces the displacement paths and enhances fitting performance.

Inventors:
SCHULZ RALF (DE)
MEHDIANPOUR MOHAMMAD (DE)
Application Number:
PCT/DE2000/000314
Publication Date:
August 31, 2000
Filing Date:
February 02, 2000
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
SCHULZ RALF (DE)
MEHDIANPOUR MOHAMMAD (DE)
International Classes:
H05K13/04; (IPC1-7): H05K13/04
Foreign References:
US4875285A1989-10-24
US4619043A1986-10-28
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Bestücken von Substraten (13) mit elektri schen Bauelementen (3) mittels eines verfahrbaren Bestückkop fes (1,17) zum Handhaben der Bauelemente (3), die von zumin dest einem Greifer (4,14) des Bestückkopfes (1,17) an Zu führeinrichtungen (z. B. 2) aufnehmbar, zu Bestückplätzen auf dem Substrat (13) transportierbar und dort auf das Substrat (13) aufsetzbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bestückkopf (1,17) zumindest ein vom Greifer (4,14) getrennter Speicher (7) mit mehreren Speicherplätzen (11) für die Bauelemente (3) zugeordnet ist, daß der Greifer (4,14) und die Speicherplätze (11) relativ zueinander bewegbar sind, daß die vom Greifer (4,14) aufgenommenen Bauelemente (3) an den Speicherplätzen (11) des Speichers ablegbar sind und daß die abgelegten Bauelemente (3) mittels des Greifers (4, 14) von den Speicherplätzen (11) entnehmbar und auf das Sub strat (13) aufsetzbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (3) an einem Halteende des Greifers (4, 14) fixierbar sind, daß das Halteende quer zur Aufsetzrichtung der Bauelemente (3) in eine Ubergabestellung bewegbar ist, die einer Uberga bestation des Bestückkopfes (1,17) zugeordnet ist und daß die Speicherplätze (11) im Bestückkopf (1,17) sukzessive zur Ubergabestation verschiebbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer (4,14) in einem Schwenkteil (5, z. B. 15) des Bestückkopfes (1,17) gelagert sind und daß das Halteende mittels des Schwenkteils quer zur Aufsetz richtung zwischen einer Aufsetzstation und der Übergabesta tion schwenkbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer (4,14) in einer Führung des Schwenkteils (5, z. B. 15) in der Aufsetzrichtung längsverschiebbar gelagert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteende in der Ubergabestation (19) in die Richtung des dort befindlichen Speicherplatzes (11) längsverschiebbar ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer (4,14) als Sauggreifer ausgebildet ist und daß die Druckverhältnisse im Greifer (4,14) in der Übergabe stellung derart steuerbar sind, daß die Haltekraft des Grei fers (4,14) die Haltekraft des Speicherplatzes (11) über steigt oder unterschreitet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplätze (11) rasterartig an einem Schiebeteil (8) verteilt sind, das am Bestückkopf (1,17) schrittweise verschiebbar gelagert ist und daß die Speicherplätze (11) sukzessive zur Übergabestation verschiebbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebeteil (8) an den Speicherplätzen (11) mit Saug öffnungen (10) für die Bauelemente (3) versehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugöffnungen (10) des Speichers (7) permanent an ei ne gemeinsame Saugleitung angeschlossen sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (7) an der Ubergabestation mit Mitteln zur Druckumschaltung in der Saugöffnung (10) versehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiebeteil (8) ringförmig ausgebildet und drehbar gelagert ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Schiebeteils (8) mit der Längsachse des in der Aufsetzstellung befindlichen Greifers (4,14) dek kungsgleich ist und daß die Speicherplätze (11) für die Bauelemente (3) Auflage flächen aufweisen, die sich senkrecht zur Längsachse des in der Ubergabestellung befindlichen Greifers (4,14) erstrek ken.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenkteil (5, z. B. 15) mit mehreren Führungen für mehrere der Greifer (4,14) versehen ist, die sukzessive in die Übergabestellung schwenkbar sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwenkteil (5) zwei Greifer (4) mit in einer Schwenk ebene vförmig zueinander stehenden Längsachsen vorgesehen sind, daß die Greifer (4) abwechselnd in die Aufsetzstellung schwenkbar sind, in der sich der jeweils andere Greifer (4) in der Ubergabestellung befindet.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwenkteil als revolverartiger Rotor (15) mit einer Vielzahl von zirkulär angeordneten Greifern (14) ausgebildet ist und daß der Rotor (15) entsprechend der Winkelteilung der Greifer (14) indexiert antreibbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß entlang einer Umlaufbahn der Greifer (14) an einem Stator (16) des Bestückkopfes (17) Arbeitsstationen vorgesehen sind und daß zumindest eine der Arbeitsstationen die Übergabestation (19) bildet.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Drehrichtung des Rotors (15) zwischen der Uberga bestation (19) und der Aufsetzstation (18) eine Abtaststation (20) zur Lageermittlung der Bauelemente (3) und eine Verdreh station (21) für die Bauelemente (3) angeordnet sind.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestückkopf (17) zumindest einen weiteren Speicher (7) aufweist, dem zumindest eine weitere Ubergabestation zu geordnet ist.
Description:
l Beschreibung Vorrichtung zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestücken von Substraten mit elektrischen Bauelementen mittels eines verfahrbaren Bestückkopfes zum Handhaben der Bauelemente, die von zumindest einem Greifer des Bestückkopfs an Zuführein- richtungen aufnehmbar, zu Bestückplätzen auf dem Substrat transportierbar und dort auf das Substrat aufsetzbar sind.

Eine derartige Einrichtung ist z. B. durch die US 4,875,285 bekannt geworden. Ein revolverkopfartiger Bestückkopf weist eine Vielzahl von als Saugpipetten ausgebildete Greifer auf, die die Bauelemente an den Zuführeinrichtungen aufnehmen. Von dort verfährt der Bestückkopf zu einer in der Vorrichtung fi- xierten Leiterplatte, auf die die Bauelemente sukzessive auf- gesetzt werden. Dabei beschränkt sich die Anzahl der trans- portierten Bauelemente auf die Anzahl der Saugpipetten. Nach dem Aufsetzen muß der Bestückkopf erneut zu den außerhalb des Bestückbereichs angeordneten Zuführeinrichtungen verfahren.

Insbesondere große Bauelemente, z. B. vielpolige IC's, können aus Platzgründen nicht mit dem Revolverkopf gehandhabt wer- den. Für solche Bauelemente sind Köpfe mit nur einem Greifer vorgesehen, mit denen jeweils nur ein Bauteil transportiert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei geringem bauli- chen Aufwand die Bestückleistung zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 ge- löst. Der Speicher kann so groß ausgebildet werden, daß er eine Vielzahl von Bauelementen aufnehmen kann. Dabei wird der Bestückkopf im Bereich der Zuführeinrichtungen solange Bau- elemente aufnehmen, bis der Speicher gefüllt ist. Sodann ver-

2 fährt der Bestückkopf über das zu bestückende Substrat, wo der Greifer die Bauelemente aus dem Speicher entnimmt und sukzessive auf die vorgesehenen Bestückplätze aufsetzt. Ein derartiger Bestückkopf benötigt nur einen einzigen Greifer zum Füllen und Entleeren des Speichers. Da dabei nur geringe Relativbewegungen zwischen dem Greifer und dem Speicher stattfinden, können diese Vorgänge mit hoher Taktrate ähnlich wie beim Revolverkopf ablaufen.

Der Speicher kann mechanisch weitaus einfacher gestaltet wer- den als die Greifer des Revolverkopfes. Er kann außerdem so groß gehalten werden, daß er eine erheblich größere Anzahl von Bauelementen aufnimmt, wodurch der Bestückkopf weniger oft zwischen den Zuführeinrichtungen und dem Substrat verfah- ren muß.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den An- sprüchen 2 bis 18 gekennzeichnet : Durch die Weiterbildung nach Anspruch 2 können die Bauelemen- te zwischen dem Greifer und dem Speicher in einfachen Bewe- gungsabläufen transportiert werden.

Durch das Schwenkteil nach Anspruch 3 läßt sich die Relativ- bewegung des Greifers zwischen der Aufsetz-und der Übergabe- stellung in einfacher Weise realisieren.

Durch die Weiterbildung nach den Ansprüchen 4 und 5 kann das Bauteil in einfacher Weise von den Zuführeinrichtungen abge- holt, an den Speicher übergeben, aus diesem entnommen und auf das Substrat aufgesetzt werden.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 6 kann die Übergabe zwischen dem Greifer und dem Speicher derart gesteuert wer- den, daß das Bauelement in jeder Phase sicher gehalten ist.

3 Durch die Weiterbildung nach Anspruch 7 wird das Positionie- ren der Bauelemente auf dem Schiebeteil vereinfacht. Es ist möglich, einer der Schrittstellungen des Schiebeteils eine z. B. optische Abtasteinrichtung zur Lagebestimmung der Bau- elemente zuzuordnen. Da das Übergeben der Bauelemente vom Schiebeteil zum Greifer definiert erfolgt, ist es möglich, die aus der Abtasteinrichtung gewonnenen Positionsdaten zur Winkel-und Lagekorrektur der Bauelemente zu verwenden.

Die Saugöffnungen nach Anspruch 8 stellen einfache Haltemit- tel für die Bauelemente am Schiebeteil dar.

Durch die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 9 und 10 können die Bauelemente in einfacher Weise am Schiebeteil gehalten und übergeben werden.

Das ringförmige Schiebeteil nach Anspruch 11 stellt ein ein- faches und einfach zu betätigendes Konstruktionsteil dar.

Die Anordnung nach Anspruch 12 ermöglicht in einfacher Weise das senkrechte Aufsetzen der Bauelemente auf die Speicher- plätze bzw. auf das Substrat.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 13 können die Wechsel- vorgänge beim Abholen der Bauelemente von den Zuführeinrich- tungen und beim Füllen des Speichers beschleunigt werden, in dem sich jeweils einer der Greifer in der Abholstellung und ein anderer in der Ubergabestellung befindet. In gleicher Weise kann das Entleeren des Speichers und das Bestücken des Substrats beschleunigt werden.

Das Schwenkteil nach Anspruch 14 benötigt nur zwei Greifer, die in einer Pendelbewegung abwechselnd die Aufsetzstellung bzw. die Ubergabestellung einnehmen. Hierbei muß jedoch jedem einzelnen der Greifer eine eigene Ubergabestellung zugeordnet werden. Dies ist bei einem zur Aufsetzstellung konzentrischen Schiebeteil in einfacher Weise realisierbar, in dem die bei-

4 den Ubergabestationen einander diametral gegenüberliegen. Ein Füllzyklus kann dann mit einer halben Umdrehung des Schiebe- teils durchgeführt werden, wobei jeder der beiden Greifer ei- ne Ringhälfte füllt.

Durch den Rotor nach Anspruch 15 kann das Schwenkteil in ei- ner rotatorischen Bewegung indexiert ohne Richtungswechsel betätigt werden. Da nun die Greifer nicht mehr primär der Speicherung der Bauelemente dienen, kann ihre Anzahl auf die Anzahl der vorgesehenen Arbeitsstationen ohne Leistungseinbu- ße verringert werden Wenn z. B. zusätzlich zur Aufsetz-und zur Ubergabestation noch eine Abtast-und eine Verdrehstation vorgesehen sind, werden nur noch vier Greifer benötigt.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 16 erfolgt das Überge- ben der Bauelemente im Arbeitstakt des Bestückkopfes ohne Zeitverlust.

Die Anordnung nach Anspruch 17 ermöglicht es, die Lagekon- trolle und Lagekorrektur der Bauelemente nach der Entnahme aus dem Speicher und unmittelbar vor dem letzten Handhabungs- schritt des Aufsetzens auf das Substrat vorzunehmen.

Durch den zusätzlichen Speicher nach Anspruch 18 kann die Speicherkapazität erheblich erhöht werden. Bei einem revol- verartigen Bestückkopf ist es leicht möglich, die zweite Übergabestation einer bisher nicht genutzten Haltestation zu- zuordnen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Figur 1 zeigt schematisiert einen Bestückkopf mit zwei V- förmig zueinander stehenden Greifern, Figur 2 den Bestückkopf nach Figur 1 in einer anderen Ar- beitsphase,

Figur 3 schematisiert eine Seitenansicht eines anderen Be- stückkopfes mit revolverartig angeordneten Grei- fern, Figur 4 eine Stirnansicht des Bestückkopfes nach Figur 3.

Nach Figur 1 ist ein Bestückkopf 1 in der Richtung der ange- gebenen Pfeile X und Y in zwei Koordinatenrichtungen mittels eines nicht dargestellten Positioniersystems z. B. zwischen Zuführeinrichtungen und einem Substrat verfahrbar. Derartige Zuführeinrichtungen weisen z. B. zueinander parallel verlau- fende Bauteilebänder 2 mit Taschen auf, in denen elektroni- sche Bauelemente 3 aufgenommen sind. Die Taschen können durch schrittweises Verschieben des Bauteilebandes 2 in eine Abhol- position verschoben werden, in der das jeweilige Bauelement 3 von einem Greifer 4 in der angegebenen senkrechten Pfeilrich- tung aus dem Bauteileband 2 z. B. durch Ansaugen entnommen werden kann.

Der Greifer 4 ist in einem Schwenkteil 5 geführt und in der zur Verfahrebene senkrechten Abholrichtung verschiebbar. Er wird mit seinem Halteende auf das bereitliegende Bauelement abgesenkt, daß in den Wirkbereich eines Saugkanals des Grei- fers gelangt. Durch Zurückziehen des Greifers wird das Bau- element 3 aus dem Bauteileband entnommen und in die darge- stellte Transportstellung angehoben.

Das Schwenkteil 5 ist um eine waagerechte Achse 6 gemäß dem Rundpfeil S schwenkbar. Es weist einen weiteren Greifer 4 auf, der in der Schwenkebene des Schwenkteils 5 zum anderen Greifer 4 v-förmig stehend angeordnet ist, derart, daß sich die Längsachsen der Greifer 4 im Zentrum der Achse 6 treffen.

Der Bestückkopf 1 weist außerdem einen ringförmigen, zum senkrecht stehenden Greifer 4 konzentrischen Speicher 7 auf, der mit einem ringförmigen Schiebeteil 8 versehen ist, das an einem stationären Ringteil 9 des Speichers 7 gemäß dem Dreh- pfeil D drehbar gelagert ist. Eine freie Innenseite des

6 Schiebeteils 9 ist konisch ausgebildet und mit Saugöffnungen 10 versehen, die in gleichmäßigen Teilungsabständen umlaufend angeordnet sind. Diese Saugöffnungen 10 definieren Speicher- plätze 11 für die Bauelemente 3.

Das Schwenkteil 5 ist zwischen Anschlägen 12 des Bestückkop- fes 1 derart schwenkbar, daß sich jeweils einer der Greifer 4 in der senkrechten Abholstellung und der andere Greifer in einer schrägen Ubergabestellung befindet, in der er einer Übergabestation 19 des Bestückkopfes 1 zugeordnet ist. Zur gleichen Zeit ist das Schiebeteil 8 in eine Stellung ver- dreht, in der einer der freien Speicherplätze 11 ebenfalls der Ubergabestation 19 zugeordnet ist, wobei der Greifer 4 senkrecht zum Speicherplatz 11 gerichtet ist. Durch eine senkrechte Aufsetzbewegung des Greifers 4 kann das zuvor ab- geholte Bauelement 3 auf dem Speicherplatz 11 des Schiebe- teils 8 abgelegt werden. Bei diesen Ubergabevorgängen können die Druckverhältnisse in der Saugöffnung 10 und dem Saugkanal des Greifers 4 derart gesteuert werden, daß das Bauelement 3 in jeder Phase sicher gehalten wird und ohne seitliches Ver- setzen übergeben werden kann.

Durch Schwenken des Schwenkteils 5 kann anschließend der freie Greifer 4 in die Abholstellung geschwenkt werden, wobei der andere Greifer 4 in eine andere Ubergabestellung gelangt, in der er einer weiteren Ubergabestation 19 zugeordnet ist, die der anderen diametral gegenüberliegt. Das Schiebeteil 8 ist dabei so getaktet, daß sich jeweils einer der Speicher- plätze 11 in der Ubergabestation 19 befindet, wobei der Spei- cher 7 bereits nach einer halben Umdrehung des Schiebeteils 8 vollständig gefüllt ist.

Der Bestückkopf 1 kann sodann gemäß Figur 2 in einem Bestück- bereich der Bestückvorrichtung über ein Substrat 13 verfahren werden, auf das die Bauelemente 3 in einem zum Füllen rever- siblen Bewegungsablauf sukzessive aus dem Speicher 7 entnom- men werden und auf das Substrat 13 aufgesetzt werden.

Nach den Figuren 3 und 4 ist eine Vielzahl von Greifern 14 auf einem Rotor 15 angeordnet, der an einem Stator 16 eines anderen Bestückkopfes 17 schrittweise drehbar gelagert ist.

Verschiedene Winkelstellungen der Greifer 14 sind verschiede- nen Arbeitsstationen zugeordnet. Diese sind z. B. als Aufsetz- station 18, Ubergabestation 19, Abtaststation 20 und Verdreh- station 21 ausgebildet.

In der Aufsetzstation 18 werden die Bauelemente 3 aus dem Bauteileband 2 entnommen und in zwei Schritten bis zur Uber- gabestation verschwenkt. In deren Höhe befindet sich der ringförmige Speicher 7 mit dem konischen Schiebeteil 8, auf dessen Speicherplätze 11 die Bauelemente 3 sukzessive aufge- setzt werden können. Nachdem diese gefüllt sind, können die Greifer 14 des Rotors 15 in einem weiteren Umlauf mit zusätz- lichen Bauelementen 3 belegt werden, wobei insbesondere sol- che Bauteile in Frage kommen, die für die Zwischenspeicherung im Speicher 7 weniger geeignet sind.

Danach verfährt der Bestückkopf 17 bis über das zu bestücken- de Substrat 13 in die in Figur 4 dargestellte Lage. Hier wer- den zunächst die an den Greifern 14 befindlichen Bauelemente 3 an der Aufsetzstation 18 auf das Substrat 13 aufgesetzt.

Bei diesem Umlauf wird in der optischen Abtaststation 20 die genaue Lage der Bauelemente 3 ermittelt. In der nachfolgenden Verdrehstation 21 wird die Winkellage der Bauelemente 3 durch Verdrehen des Greifers 14 um seine Längsachse korrigiert, die zur Drehachse des Rotors radial stehend angeordnet ist.

Sobald freigewordene Greifer 14 die Ubergabestation 19 errei- chen, entnehmen sie dem synchron mitlaufenden Schiebeteil 8 des Greifers 7 sukzessive die Bauelemente 3 und setzen sie nach dem Durchlaufen der Abtaststation 20 und Verdrehstation 21 ebenfalls auf das Substrat 13 auf. Nachdem sämtliche Bau- elemente 3 auf das Substrat 13 aufgesetzt worden sind, kann

der Bestückkopf 17 für einen neuen Abholzyklus über die Zu- führeinrichtungen verfahren werden.

Es ist möglich, im Bestückkopf 17 zumindest einen weiteren Speicher 7 und eine weitere Ubergabestation vorzusehen, wie dies in Figur 4 strichpunktiert angedeutet ist. Dadurch kann die Speicherkapazität des Bestückkopfes 17 entsprechend er- höht werden.