CH664320A5 - Vorrichtung zum bestuecken eines objektes mit verschiedenen in elektrischen und elektronischen schaltkreisen ueblichen komponenten. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestücken eines Objektes mit verschiedenen in elektrischen und elektronischen Schaltkreisen üblichen Komponenten, mit mindestens einem Bestückungswerkzeug.

Es sind Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei welchen die einzelnen Komponenten direkt aus vereinzelten Zuführungseinheiten (Vibrationsförderern, Bandträgern, Magazinen u.s.w.) durch das Bestückungswerkzeug dem zu bestückenden Objekt zugeführt werden. Es ist bei diesen Vorrichtungen die Ungenauigkeit der Komponentenbereftstellung von Nachteil, die eine komplizierte Ausbildung des Bestükkungswerkzeuges unumgänglich macht. Das Bestückungswerkzeug muss neben seiner Greiffunktion die genaue Zentrierung und korrekte Winkeleinstellung der Komponenten besorgen. Dies verlangt eine hohe Präzision des Werkzeuges und ist bei einer Vielfalt von Komponenten recht umständlich. Eine gleichzeitige Bestückung mehrerer verschiedener Komponenten ist unmöglich.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine leistungsfähigere und präzisere Bestückungsvorrichtung zu schaffen, die flexibel und universal in ihrer Verwendung ist.

Vier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen: Fig. 1 einen Teil eines Komponentenmagazins, einer Zentriervorrichtung und eines Ausstossers im Schnitt Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung gemäss einem zweiten Ausführungsbeispiel Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestücken des Komponentenmagazins einerseits und eines Objektes anderseits Fig. 4 eine weitere Vorrichtung zum Bestücken des Objektes in Seitenansicht und teilweise im Schnitt Fig. 5 die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung in Ansicht Fig. 6 einen Bestückungskopf in Ansicht Fig. 7 einen Schnitt nach Linie VII -VII in Fig. 6.

Fig. 8 einen Schnitt nach Linie VIII - VIII in Fig. 6.

Gemäss Fig. 1 weist ein Komponentenmagazin 1 eine Magazinplatte 2 auf, die mit einer Anzahl durchgehender Bohrungen 3 versehen ist. Es sind in Fig. 1 lediglich drei Bohrungen 3 dargestellt. Jede Bohrung 3 ist mit einer Zentrierfläche 4 versehen. Auf der den Zentrierflächen 4 abgewandten Seite ist die Magazinpiatte 2 mit einer klebenden Schicht 5 (aus Klebstoff, einer selbstklebenden Schicht, einer beidseitig klebenden Folie u.s.w.) bedeckt, auf welcher verschiedene zu bestückende Komponenten 6, beispielsweise Chip-Komponenten oder andere konventionelle Bauelemente haften.Den Zentrierflächen 4 der Magazinplatte 2 entsprechen Zentrierflächen 8 eines Zentrierkörpers 9, der in einem Träger 11 befestigt und mit diesem sowohl in der zur Magazinplatte 2 senkrechten Richtung wie auch in einer zur Magaziaplatte parallelen Ebene in nicht näher dargestellter Weise verstellbar und somit jeder einzelnen Bohrung 3 zuführbar ist. Allerdings könnte auch die Zentriervorrichtung 9, 11 ortsfest angeordnet sein und der Komponentenmagazin 1 entsprechend beweglich angeordnet werden. Im Zçn- trierkörper 9 ist senkrecht zur Magazinplatte 2 eine in die jeweilige Bohrung 3 einführbare Ausstossnadel 10 verschiebbar gelagert.Auf der anderen Seite des Komponentenmagazins 1 liegt dem Zentrierkörper 9 mit der Ausstossnadel 10 ein Bestückungswerkzeug 35 gegenüber der analog wie die Zentriervorrichtung 9, 11 relativ zum Komponentenmagazin 1 beweglich ist, wie später näher beschrieben wird.

Während in Fig. 1 die Ausstossnadel 10 mit einer flachen Stirnseite 12 versehen ist, zeigt Fig. 2 eine für sehr kleine Komponenten bestimmte Variante. In diesem Fall weist die Ausstossaadel 10 eine Spitze 13 auf. Damit auch diejenigen Komponenten 6 verwendet werden können, die kleiner sind als die Bohrungen 3, sind die Bohrungen 3 mit einer selbstklebenden Folie 14 überbrückt. Anstelle Bohrungen 3 könnte auch Öffnungen eines anderen als runden Querschnitts verwendet werden.

Gemäss Fig. 3 ist das Komponentenmagazin 1 verschiebbar gelagert und mit einer Steuerung 16 wirkverbunden. Auf einer Aufnahmeplatte 17 kann eine an sich bekannte Komponentenzuführungseinheit (z. B. ein Magazin, ein Bandträger, ein Vibrationsförderer u.s.w.) angebracht werden, aus welcher gemäss einem Steuerbefehl bzw. einem in der Steuerung 16 aktivierten Programm, die Komponenten 6 durch einen an sich bekannten und nicht näher dargestellten Lader 18 dem Komponentenmagazin 1 zugeführt werden. In der Endstellung des Laders 18 befindet sich die aus Fig. 1 und 2 ersichtliche Zentriervorrichtung 9, 11, in diesem Fall ortsfest gegenüber dem beweglichen Komponentenmagazin 1 angeordnet.Auf der Aufnahmeplatte 17 kann aber auch das zu bestückende Objekt, beispielsweise Substrat in nicht näher dargestellter Weise positioniert und die Komponenten 6 umgekehrt vom Komponentenmagazin 1 mittels des Laders 18 dem zu bestückenden Objekt zugeführt werden.

In Fig. 4 und 5 ist eine nummerisch gesteuerte Bestükkungsvorrichtung dargestellt. Auf einer Grundplatte 21 ist ein X-Y-Koordinatentisch 22 angebracht. Auf einem mit der Grundplatte 21 verbundenen Träger 23 ist neben dem Komponentenmagazin 1 das zu bestückende Objekt 24 angeordnet. Der X-Y-Koordinatentisch 22 trägt einerseits einen Ausstosser 7, anderseits aber auch eine Konsole 25 mit einem Bestückungskopf 27. Der Bestückungskopf 27 ist in einem Schlitten 26 senkrecht zum Komponentenmagazin 1 verschiebbar gelagert. Wie gestrichelt dargestellt, könnte jedoch auch umgekehrt der Träger 23 mit dem Komponentenmagazin 1 und dem Objekt 24 dem X-Y-Koordinatentisch 22 und die Konsole 25 mit dem Bestückungskopf 27 sowie auch der Ausstosser 7 auf der Grundplatte 21 befestigt werden.

Der Bestückungskopf 27 ist im Detail aus Fig. 6 bis 8 ersichtlich. Ein Grundkörper 31 des Bestückungskopfes 27 weist einseitig offene, in diesem Fall prismatische Führungen 32 auf (siehe Fig. 8) in welchen Werkzeughalter 33 mittels je eines Magnets 34 (Fig. 7 und 8), beispielsweise eines Elektromagnets, gehalten werden. Eine andere Form der Führungen 32 ist jedoch durchaus möglich. In Werkzeughaltern 33 sind Bestückungswerkzeuge 35, gegebenenfalls drei verschiedene Bestückungswerkzeuge 35a, 35b, 35c gehalten, die in ihrer Form den benötigten Komponenten 6, gegebenenfalls den in Fig. 6 gestrichelt angedeuteten Komponenten 6a, 6b, 6c angepasst sind.

Prinzipiell ist eine Verwendung eines einfachen Bestükkungskopfes 27 mit einem Einzelwerkzeug möglich. Vorzugsweise werden jedoch mehrere Bestückungswerkzeuge 35 einem Bestückungskopf 27 zugeordnet, wobei der Achsabstand einzelner Bestückungswerkzeuge 35 dem Achsabstand einzelner Bohrungen 3 (Fig. 1 und 2), im Komponentenmagazin 1 oder dem Mehrfachen dieses Abstandes entspricht.

Am Grundkörper 31 des Bestückungskopfes 27 sind ferner Ausschubeinheiten 36 zum Ausstossen der Werkzeughalter 33 mit den Bestückungswerkzeugen 35 aus den Führungen 32, wobei dieses Ausstossen für alle Bestückungswerkzeuge 35 gleichzeitig oder individuell erfolgen kann.

Die Bestückungswerkzeuge 35 sind durch an sich bekannte Vakuumgreifer gebildet. In Fig. 7 sind die Vakuumskanäle und Verbindungsräume angedeutet und mit 37 bezeichnet.

Der Ausstosser 7 weist gemäss Fig. 4 und 5 eine der Anzahl der Bestückungseinheiten am Bestückungskopf 27 entsprechende Anzahl der aus Fig. 1 und 2 bekannter Ausstossnadel 10, wobei die Betätigung dieser Ausstossnadel 10 gleichzeitig oder individuell erfolgen kann. In Fig. 1, 2 und 6 ist jeweils eine Ausstossnadel 10 einer Komponente 6 zugeordnet. Für grössere Komponenten 6 können jedoch an einer Komponente 6 zwei oder gar mehrere Ausstossnadeln 10 gleichzeitig angreifen.

Aus dem beschriebenen Aufbau ergibt sich folgende Wirkungsweise.

In einem ersten Schritt werden alle zur Bestückung des Objektes 24 notwendigen Komponenten 6 (beispielsweise Chips, Transistoren, Kondensatoren und andere Mikroban- teile) den an sich bekannten und daher nicht näher dargestellten Zuführungseinheiten durch konventionelle Lader entnommen und auf dem Komponentenmagazin 1 positio niert. Dabei haften die Komponenten 6 auf der klebenden Schicht 5 in den den Bohrungen 3 entsprechenden Stellen, wobei die Lage dieser Komponenten 6 durch die Zentriervorrichtung 9, 11 jeweils genau definiert wird (vgl. Fig. 3).

Sollen beispielsweise drei verschiedene Komponenten 6a, 6b, 6c dem zu bestückenden Objekt 24 zugeführt werden, so wird zuerst auf der in Fig. 2 schematisch dargestellten Vorrichtung die erste, die vierte, die siebte Stelle u.s.w. auf dem Komponentenmagazin 1 mit der Komponente 6a belegt, wobei der Vorschub des Komponentenmagazins 1 dreifache Schritte ausführt und die Komponenten 6a der entsprechenden Zuführungseinheit auf der Aufnahmeplatte 17 entnommen werden. Der Zentrierkörper 9 befindet sich in einer der Endstellung des Laders 18 entsprechenden Stellung und ermöglicht eine genaue Positionierung der Komponentenstellung auf dem Komponentenmagazin 1, ohne dass auf den Vorschub des Komponentenmagazins 1 allzu grosse Präzisionsansprüche gestellt werden müssen.Danach wird die Zuführungseinheit für die zweite Komponente 6b auf der Aufnahmeplatte 17 montiert und die zweite, die fünfte, die achte Stelle u.s.w. des Komponentenmagazins 1 belegt. Zuletzt wird auch die dritte Komponente 6c der dritten, der sechsten, der neunten Stelle u.s.w. zugeführt.

In einem zweiten Schritt erfolgt dann die eigentliche Bestückung des Objektes 24 mit den auf dem Komponentenmagazin 1 genau positionierten Komponenten 6. Es sind dabei alle notwendigen Komponenten 6 unabhängig von ihrer Art und Grösse bereit gestellt. Bei kleineren Serien oder zu Laborzwecken kann dieser zweite Schritt auf der gleichen Vorrichtung wie der erste Schritt in einem reversiblen Vorgang stattfinden (Fig. 3). Zu diesem Zweck muss in der Steuerung 16 ein entsprechendes Programm aktiviert werden. Dabei werden die Komponenten 6 durch die den Zentrierkörper 9 durchdringende Ausstossnadel 10 von der Schicht 5 angehoben, durch den Lader 18 ergriffen und zum Objekt 24 gebracht. Die genaue Positionierung des Objektes 24 erfolgt manuell mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Positioniersvorrichtung (beispielsweise mit Referenzoptik u.ä.) Zu einer Vielfachbestückung wird mit Vorteil eine automatische Bestückungsvorrichtung, wie in Fig. 4 bis 8 dargestellt, verwendet.

In einer Ausgangsposition befindet sich der Schlitten 26 mit dem Bestückungskopf 27 oben. Die Bestückungswerkzeuge 35 werden mittels der Ausschubeinheiten 36 nach unten geschoben. Der Bestückungskopf 27 sowie auch der Ausstosser 7 werden mit dem X-Y-Koordinatenfisch 22 gemäss den angegebenen Koordinaten gegenüber dem Komponentenmagazin 1 verstellt, wonach der Schlitten 26 nach unten geschoben wird. Die Bestückungswerkzeuge 35 kommen in Berührung mit den Komponenten 6 und werden durch diese angehalten während sich der Bestückungskopf 27 weiter nach unten bewegt. Dadurch verschieben sich die Bestükkungswerkzeuge 35 in den Führungen 32 relativ nach oben.

In einer bestimmten Lage stoppt der Schlitten 26 und das Vakuum in den Bestückungswerkzeugen 35 wird eingeschal tet. Die Ausstossnadeln 10 des Ausstossers 7 heben die Komponenten 6 vom Komponentenmagazin 1 ab. Der Schlitten 6 führt nach oben und die Komponenten 6 werden durch den Bestückungskopf 27 mitgenommen. Der Bestük kungskopf 27 wird mit dem X-Y-Koordinatentisch über die gewünschte Stelle auf dem Objekt 24 gebracht. Dann werden die Bestückungswerkzeuge 35 durch die Ausschubeinheiten 36 wiederum in den Führungen 32 nach unten geschoben, wobei das Vakuum in den Bestückungswerkzeugen ausgeschaltet wird. Die Komponenten 6 bleiben auf dem Objekt 24, während der Schlitten 26 wieder nach oben fährt. Dabei werden auch die Bestückungswerkzeuge 35 durch die Aus schubeinheiten 36 ganz nach oben in die Ausgangslage ge bracht.

Die Lagerung der Werkzeughalter 33 in den einseitig offenen Führungen 32 mit Hilfe des Magnets 34 ermöglicht eine rasche und mühelose Auswechslung der Betätigungswerkzeuge 35

Claims (10)

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Bestücken eines Objektes (24) mit verschiedenen in elektrischen und elektronischen Schaltkreisen üblichen Komponenten (6), mit mindestens einem Bestückungswerkzeug (35) dadurch gekennzeichnet, dass alle zur Bestückung des Objektes (24) notwendigen Komponenten (6) auf einem Komponentenmagazin (1) angeordnet und durch eine klebende Schicht (5) gehalten sind, dass das Komponentenmagazin (1) mit einer Zentriervorrichtung (9, 11) zusammenwirkende Zentrierflächen (4) aufweist, dass dem Bestückungswerkzeug (35) ein Ausstosser (7) zum Anheben der Komponenten (6) von der Schicht (5) gegenüberliegt und dass das Komponentenmagazin (1) einerseits und das Bestückungswerkzeug (35) sowie der Ausstosser (7) anderseits sowohl in der Achsrichtung beider letztgenannten Teile als auch senkrecht dazu relativ zueinander beweglich angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Komponentenmagazin (1) eine Magazinplatte (2) umfasst, die eine Anzahl mit den Zentrierflächen (4) versehender Bohrungen (3) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriervorrichtung (9, 11) einen mit Zentrierflächen (8) versehenen Zentrierkörper (9) aufweist, in welchem eine Ausstossnadel (10) verschiebbar gelagert und in die Bohrungen (3) einführbar ist, wobei die Zentrierflächen (8) des Zentrierkörpers (9) mit den Zentrierflächen (4) des Komponentenmagazins (1) in Eingriff bringbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausstossnadel (10) eine flache Stirnseite (12) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausstossnadel (10) mit einer Spitze (13) versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bestückungswerkzeuge in einem Bestükkungskopf (27) angeordnet sind, deren Achsabstände den Achsabständen der Bohrungen (3) oder dem Mehrfachen dieser Achsabstände entsprechen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 und Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Bestückungswerkzeug (35) eine Ausstossnadel (10) zugeordnet ist und dass sowohl die einzelnen Bestückungswerkzeuge (35) als auch die einzelnen Ausstossaadeln (10) gleichzeitig oder individuell betätigbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Komponentenmagazin (1) und das Objekt (24) auf einem orstfesten Träger (23) angeordnet sind und dass das Bestückungswerkzeug (35) und der Ausstosser (7) mit einem nummerisch gesteuerten Koordinatentisch (22) verbunden und mit diesem parallel zum Komponentenmagazin (1) beweglich sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückungswerkzeuge (35) in einseitig offenen Führungen (32) eines Grundkörpers (31) des Bestückungskopfes (27) verschiebbar gelagert und mit Hilfe eines Magnets (34) gehalten sind, und dass im Grundkörper (31) Vakuumkanäle (37) angeordnet und mit Vakuumkanälen (37a) im Bestückungswerkzeug (35) verbindbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (6) durch einen Lader (18) aus auf einer Aufnahmeplatte (17) angebrachten Zuführungseinheiten dem Komponentenmagazin (1) zuführbar sind und dass umgekehrt durch den Lader (18) die Komponenten (6) vom Komponentenmagazin (1) dem auf der Aufnahmeplatte (17) positionierten Objekt (24) zuführbar sind.