Rundtischmaschine zum Bestücken von Substraten mit Bauelemen¬ ten

Bei der automatischen Bestückung von Substraten, insbesondere von Leiterplatten oder Keramiksubstraten, mit SMD-Bauelemen¬ ten für die Oberflächenmontage (SMD = S_urface Mounted De¬ vices) , unterscheidet man zwischen dem Pick and Place-Prin- zip, dem Chip Shooter-Prinzip und dem Collect and Place-Prin- zip.

Beim Pick and Place-Prinzip erfolgt die Bereitstellung der SMD-Bauelemente über ortsfest angeordnete Zuführmodule. Ein an einem x-y-Portalsystem verfahrbar angeordneter Bestückkopf nimmt mit seiner Saugpipette die SMD-Bauelemente aus den Ab¬ holpositionen der Zuführmodule auf, transportiert sie zu dem ebenfalls ortsfest angeordneten Substrat und setzt sie dort in den vorgegebenen Bestückpositionen ab. Dadurch sind die nur in Lotpaste oder Kleber eingebetteten SMD-Bauelemente keinen unnötigen Beschleunigungen ausgesetzt. Ein weiterer Vorteil dieses Bestückungsprinzips ist auch die ortsfeste Bauelemente-Bereitstellung, die eine Nachversorgung während des Bestückens erlaubt.

Beim Chip Shooter-Prinzip wird durch einen ortsfesten, hori¬ zontal angeordneten Revolverkopf mit einer Vielzahl von Saug¬ pipetten der Abhol- und Bestückvorgang simultan durchgeführt. Die Substratpositionierung erfolgt gleichzeitig mit der Rota- tion des Revolverkopfes. Die Zuführmodule für die SMD-Bauele¬ mente sind auf einem beweglichen Bauelementetisch angeordnet. Der Vorteil dieses Bestückungsprinzips liegt in der hohen Bestückleistung. Nachteilig ist jedoch, daß eine Bauelemen- tennachversorgung während des Bestückbetriebes nicht möglich ist, und daß bereits bestückte SMD-Bauelemente durch das ständige Beschleunigen und Verzögern der Substrate verrut¬ schen können.

Das Collect and Place-Prinzip vereinigt die Vorteile der fle¬ xiblen Pick and Place-Systeme mit jenen der leistungsstarken Shooter. Der Hauptunterschied zu den Pick and Place-Systemen besteht darin, daß anstelle eines Einfachkopfes hier von ei¬ nem x-y-Portalsystem ein Revolverkopf mit einer Vielzahl von Saugpipetten und mit einer horizontalen Rotationsachse getra¬ gen wird. Dieser Revolverkopf nimmt die SMD-Bauelemente nach¬ einander aus den ortsfest angeordneten Zuführmodulen auf und bestückt sie wegoptimiert auf den ortsfest angeordneten Substraten.

Bestückstationen nach dem Pick and Place-Prinzip können über einen gemeinsamen Substra -Transport untereinander und mit Auftragsstationen zum Auftragen von Klebstoff oder Lotpaste verkettet werden. Dies trifft auch für Bestückstationen nach dem Collect and Place-Prinzip zu. Da beide Bestücksysteme eine ortsfeste Bauelemente-Bereitstellung und eine ortsfeste Anordnung der Substrate aufweisen, können auch Bestückstatio- nen nach dem Pick and Place-Prinzip und Bestückstationen nach dem Collect and Place-Prinzip untereinander und mit Auftrags¬ stationen zum Auftragen von Klebstoff oder Lotpaste, verket¬ tet werden.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, mit geringem Aufwand und bei geringem Platzbedarf, eine zuverlässige Verkettung mehrerer SMD-Bestückstationen zu ermöglichen.

Durch die Verkettung mehrerer Bestückstationen in Form einer Rundtischmaschine, ergeben sich ein günstiger Platzbedarf und eine sehr gute Zugänglichkeit der Bestückköpfe und der am Umfang des Rundtisches angeordneten Zuführmodule. Außerdem kann durch die übersichtliche Anordnung der gesamte Bestück- Vorgang leicht beobachtet werden. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist, daß im Gegensatz zu geraden SMD-Fertigungslinien durch den genauen Rundlauf einer Rundtischmaschine eine me-

chanische Zentrierung und/oder Lageerkennung der Substrate nur einmal vorgenommen werden muß.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Figur 1 eine Rundtischmaschine zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen in der Draufsicht und

Figur 2 einen Schnitt gemäß der Linie II-II der Figur 1.

Figur 1 zeigt in stark vereinfachter schematischer Darstel¬ lung eine Draufsicht auf eine Rundtischmaschine zum Bestücken von Substraten S mit Bauelementen. Im dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel handelt es sich bei den Substraten S um Leiter¬ platten, die mit SMD-Bauelementen bestückt werden. Wesentli¬ ches Element der Rundtischmaschine ist ein mit R bezeichneter Rundtisch, der in Richtung des Pfeiles PF1 um eine festste¬ hend angeordnete und vertikal ausgerichtete Mittelsäule MS gedreht werden kann.

Der ringförmige Rundtisch R besitzt insgesamt neun in gleich¬ mäßiger Umfangsteilung angeordnete Substrat-Aufnahmen SA, in welchen die Substrate S von unten her aufgenommen und mecha- nisch fixiert werden. Die einzelnen Substrate S werden hierzu über ein Förderband FB in Richtung des Pfeiles PF2 zu einer Eingabestation ES transportiert, auf in der Zeichnung nicht näher erkennbare Weise angehoben und in der jeweils sich in der Eingabestation ES befindlichen Substrat-Aufnahme AS fi- xiert. Die Eingabestation ES umfaßt auch eine CCD-Kamera K, die an einem Portalsystem PS in tangentialer und radialer Richtung des Rundtisches verfahren werden kann. Diese CCD-

Kamera K ist Bestandteil eines sogenannten Vision-Systems, mit welchem Referenzmarken oder geeignete Schaltungsstruktu¬ ren der Substrate S erfaßt werden. Aus ihrer Lage ermittelt ein Rechner die genaue Position des jeweiligen Substrates S und einen eventuell vorhandenen Substratverzug. Zur späteren Bestückung in unterschiedlichen Stationen werden dann alle Bestückpositionen entsprechend korrigiert. Wahlweise können die Substrate S auch durch Paßstifte mechanisch zentriert werden. Aber auch in diesem Fall können eventuell noch vor- handene Ungenauigkeiten vom Vision-System erfaßt und durch eine entsprechende Korrektur der Bestückpositionen kompen¬ siert werden.

Nach der Übergabe und Aufnahme eines Substrats S in der Ein- gabestation ES wird dieses Substrat S durch zwei schrittweise Drehungen des Rundtisches R um jeweils 40° zu einer Auftrags¬ station AS befördert, in welcher Klebstoffpunkte aufgetragen werden, die in Größe und Anzahl auf die jeweiligen SMD-Gehäu- seformen abgestimmt sind. Das Auftragen dieser Klebstoffpunk- te erfolgt mit einem Dosierkopf D, der an einem Portalsystem PS in tangentialer und radialer Richtung des Rundtisches R verfahren werden kann.

Nach dem Auftragen der Klebstoffpunkte wird das Substrat S durch eine weitere Drehung des Rundtisches R um 40° zu einer ersten Bestückstation BSl befördert und mit SMD-Bauelementen bestückt. Die Bereitstellung dieser SMD-Bauelemente erfolgt in einer Vielzahl von parallel angeordneten und am Umfang des Rundtisches R in Höhe der ersten Bestückstation BSl aufge- stellten Zuführmodulen ZM. Aus dem in Figur 2 dargestellten Schnitt durch die erste Bestückstation BSl ist ersichtlich, daß in den hier dargestellten Zuführmodulen ZM gegurtete SMD- Bauelemente bereitgestellt werden, wobei die Gurtspulen mit GS bezeichnet sind.

In der ersten Bestückstation BSl erfolgt die Bestückung der Substrate S mit einem Bestückkopf BK, der an einem Portalsy-

stem PS in tangentialer und radialer Richtung des Rundtisches R verfahren werden kann. Bei diesem in Figur 2 schematisch angedeuteten Bestückkopf BK handelt es sich um einen nach dem Collect and Place-Prinzip arbeitenden Revolverkopf. Aus Figur 2 ist auch ersichtlich, daß das Portalsystem PS der ersten Bestückstation BSl auf zwei parallel im Abstand zueinander angeordneten Führungsschienen FS in tangentialer Richtung des Rundtisches R verfahren werden kann. Die äußere Führungs¬ schiene FS ist dabei auf in der Zeichnung nicht näher erkenn- bare Weise auf dem Fundament abgestützt, während die innere Führungsschiene FS auf der ortsfesten Mittelsäule MS des Rundtisches R ruht. Dies trifft im übrigen auch für alle an¬ deren Portalsystem PS der Rundtischmaschine zu.

Das in der ersten Bestückstation BSl mit SMD-Bauelementen bestückte Substrat S wird dann in weiteren Drehschritten von jeweils 40° Bestückstationen BS2 bis BS5 zugeführt, die grundsätzlich gleich aufgebaut sind, wie die vorstehend be¬ schriebene erste Bestückstation BSl. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß einzelne oder gegebenenfalls auch alle Be¬ stückstationen BSl bis BS5 auch mit Bestückköpfen BK (vergleiche Figur 2) ausgerüstet werden können, die nach dem Pick and Place-Prinzip arbeiten.

Das in der fünften Bestückstation BS5 mit weiteren SMD-Bau¬ elementen bestückte Substrat S, gelangt dann in zwei weiteren Drehschritten von jeweils 40° wieder in die Eingangsεtation ES, die im dargestellten Ausführungsbeispiel gleichzeitig auch als Ausgabestation für die mit SMD-Bauelementen bestück- ten Substrate S dient. Die Substrate S werden dann nach dem Lösen ihrer mechanischen Fixierung über das Förderband FB in Richtung des Pfeiles PF3 beispielsweise einem Infrarot-Ofen zugeführt.

Die Arbeitsweise der Rundtischmaschine wurde vorstehend an¬ hand eines einzelnen Substrates S geschildert, welches die einzelnen Stationen durchläuft. Die Rundtischmaschine ist

jedoch so aufgebaut, daß nach jeder schrittweisen Drehung des Rundtisches R in jeder der beschriebenen Stationen jeweils ein Substrat behandelt werden kann.

Die vorstehend anhand der Figuren 1 und 2 beschriebene Rund¬ tischmaschine kann ohne das geschilderte Prinzip zu verlas¬ sen, in vielfacher Hinsicht abgewandelt werden. So können neben den beschriebenen Stationen beispielsweise auch andere Stationen am Umfang des Rundtisches R angeordnet werden, wie z.B. Auftragsstationen zum Auftragen von Lotpaste oder Sta¬ tionen, in welchen Fine-Pitch-ICs gleichzeitig bestückt und durch Bügellöten auf dem Substrat S befestigt werden. Zur Steigerung der Bestückleistung können auch die Ausgabestation und die Station zur Lageerkennung der Substrate S als von der Eingangsstation ES getrennte, separate Stationen ausgebildet werden.