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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Bestückung von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen unter Verwendung des sog. Collect & Place Prinzips. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen, welcher eine Mehrzahl von Bauelement-Haltevorrichtungen aufweist, welche jeweils ein elektronisches Bauelement temporär halten können. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ferner einen Bestückautomaten sowie ein Verfahren zum automatischen Bestücken von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen unter Verwendung dieses Bestückkopfes.
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Hintergrund der Erfindung
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Aufgrund der zunehmenden Miniaturisierung von elektronischen Baugruppen werden an die Bestückgenauigkeit von modernen Bestückvorrichtungen bzw. Bestückautomaten hohe Anforderungen gestellt. Aufgrund des großen Preisdrucks in der Elektronikindustrie müssen die Bestückautomaten zudem eine hohe Bestückleistung haben, damit die elektronischen Baugruppen in kurzer Zeit und damit kostengünstig hergestellt werden können. Unter dem Begriff „Bestückleistung“ versteht man in diesem Zusammenhang die Anzahl von elektronischen Bauelementen, die pro Zeiteinheit von dem betreffenden Bestückautomaten auf einem Bauelementeträger oder auf mehreren Bauelementeträgern aufgesetzt werden können.
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In Hinblick auf eine kostengünstige Herstellung von elektronischen Baugruppen ist in der Praxis jedoch nicht alleine die Bestückleistung eines Bestückautomaten entscheidend. Das am meisten wesentliche Leistungsmerkmal eines Bestückautomaten ist die Bestückleistung pro Fläche, welche in einer Fabrik zur Herstellung von elektronischen Baugruppen von einem Bestückautomaten eingenommen wird. Eine hohe Bestückleistung pro Fläche kann mit Hochleistungs-Bestückautomaten erreicht werden, welche Oberflächenmontage-Bauelemente (surface mount devices, SMD) ausschließlich über das sogenannte Collect & Place - Prinzip auf Bauelementeträger platzieren. Bei einem Collect & Place Prozesszyklus werden von einem Bestückkopf, welcher mehrere Bauelement-Haltevorrichtungen zum Aufnehmen und Halten von jeweils einem Bauelement aufweist, zunächst mehrere Bauelemente von einem Bauelement-Zuführsystem aufgenommen. Dann wird die Mehrzahl von aufgenommenen Bauelementen von dem Bestückkopf in einen Bestückbereich transportiert, in welchem sich ein zu bestückender Bauelementeträger befindet. Danach werden die transportierten Bauelemente nacheinander auf die Oberseite des Bauelementeträgers derart aufgesetzt, dass an den Unterseiten der Bauelemente befindliche Bauelement-Anschlüsse mit entsprechenden Anschlussflächen bzw. Anschlusspads in Kontakt kommen, welche an der Oberseite des Bauelementeträgers ausgebildet sind. Am Ende des Prozesszyklus wird der Bestückkopf dann wieder in Richtung eines Abholbereiches verfahren, in welchem sich das Bauelement-Zuführsystem befindet. Dann kann ein neuer Prozesszyklus mit dem erneuten Aufnehmen von weiteren elektronischen Bauelementen beginnen.
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Um sowohl bei der Aufnahme eines Bauelements von einem Bauelement-Zuführsystem als auch bei einem Aufsetzen des Bauelements auf einen Bauelementeträger nicht den gesamten Bestückkopf entlang einer zu einer Bestückebene senkrechten z-Richtung bewegen zu müssen, sind die Haltevorrichtungen eines sog. Mehrfach-Bestückkopfes relativ zu einem Chassis des Bestückkopfes entlang der z-Richtung verschiebbar. Für diese z-Verschiebung kann beispielsweise ein Linearmotor verwendet werden. Dabei kann für mehrere Haltevorrichtungen ein gemeinsamer Linearantrieb oder für jede Haltevorrichtung ein individueller Linearantrieb vorgesehen sein. Um ein Bauelement in einer korrekten Winkellage auf den zu bestückenden Bauelementeträger aufsetzen zu können, sind die Haltevorrichtungen ferner typischerweise jeweils um ihre Längsachse drehbar.
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Wie vorstehend beschrieben, umfasst ein Collect & Place Prozesszyklus die folgenden vier bedeutenden Prozessphasen: (1) Abholen der Bauelemente, (2) Transport der Bauelemente, (3) Bestücken des Bauelementeträgers mit Bauelementen und (4) Rücktransport des Bestückkopfes. Die Bestückleistung pro Fläche eines Bestückautomaten kann am wirksamsten durch eine Optimierung der Prozessphasen (1) und (3) erhöht werden.
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JP 2012 -
164 881 A offenbart einen Zylinder-Revolverkopf (sog. Turret-Bestückkopf), welcher zwei zylindrische Rotoren aufweist, die unabhängig voneinander um eine gemeinsame Drehachse gedreht werden können, welche beim Bestücken senkrecht zu der Oberfläche eines zu bestückenden Bauelementeträgers orientiert ist. An jedem Rotor sind acht als Saugpipetten ausgebildete Bauelement-Haltevorrichtungen angebracht. Ferner sind jedem Rotor zwei sog. z-Antriebe zugeordnet, mittels welchen zwei der acht Saugpipetten relativ zu einem Gehäuse des Zylinder-Revolverkopfes entlang einer z-Achse bewegt werden können, welche parallel zu der gemeinsamen Drehachse orientiert ist. Durch eine Variation des Drehwinkels des einen Rotors relativ zu dem anderen Rotor kann der Abstand zwischen einer ersten Saugpipette des ersten Rotors und einer zweiten Saugpipette des zweiten Rotors eingestellt werden. Falls dieser Abstand der Distanz von zwei abzuholenden elektronischen Bauelementen entspricht, die von einem Bauelement-Zuführsystem bereitgestellt wurden, dann können diese beiden Bauelemente gleichzeitig von dem Zylinder-Revolverkopf aufgenommen werden.
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US 2012 / 0 036 711 A1 offenbart einen Bestückkopf mit mehreren Saugpipetten, deren Abstand zueinander einstellbar ist. Dieser Abstand kann beim Abholen von Bauelementen an einen vorgegebenen Abstand zwischen zwei von einem Bauelement-Zuführsystem bereitgestellten elektronischen Bauelementen angepasst werden.
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JP 2009 -
295 608 A offenbart einem Turret-Bestückkopf mit mehreren Saugpipetten, die auf zwei unterschiedlichen Teilkreisen in der Weise angeordnet sind, dass die Positionen der Saugpipetten einer Matrixanordnung entsprechen.
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DE 100 06 918 A1 offenbart einen Bestückkopf, welcher zwei Pipettenblöcke mit jeweils zwei Saugpipetten aufweist. Die beiden Pipettenblöcke sind an einer Linearschiene entlang einer durch die Längsrichtung der Linearschiene vorgegeben Richtung verfahrbar. Dadurch kann ein Abstand zwischen den beiden Pipettenblöcken und damit zwischen den jeweils zwei Saugpipetten entlang der vorgegeben Richtung verstellt werden.
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DE 10 2008 019 100 B3 offenbart einen Bestückkopf zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen. Der Bestückkopf weist zwei Pipettenträger mit jeweils einer Mehrzahl von Pipetten zum Aufnehmen von jeweils einem Bauelement auf, wobei für jede Pipette ein Drehantrieb sowie ein Hubantrieb vorgesehen ist. Einer der Pipettenträger kann relativ zu dem anderen Pipettenträger verdreht werden. Darüber hinaus offenbart
DE 10 2008 019 100 B3 eine Ausführungsform, bei welcher der Bestückkopf drei drehbare Pipettenträger aufweist, welche jeweils einen um eine Drehachse drehbaren Rotor umfassen, an dem die einzelnen Pipetten angebracht sind. Ein mittlerer Pipettenträger ist ortsfest am Bestückkopf angeordnet. Die beiden anderen äußeren Pipettenträger sind entlang einer Linearführung relativ zu dem mittleren Pipettenträger verschiebbar.
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DE 102 36 604 A1 offenbart einen Bestückkopf mit einer Trägerstruktur, an der zwei Gruppen von Greifern angebracht sind, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Eine erste Gruppe von Greifern ist einem Querschlitten zugeordnet, welcher entlang einer y-Richtung relativ zu der Trägerstruktur verfahren werden kann. Eine zweite Gruppe von Greifern ist einem Längsschlitten zugeordnet, welcher entlang einer x-Richtung relativ zu der Trägerstruktur verfahren werden kann.
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DE 40 34 422 A1 beschreibt, dass bei der automatischen Bestückung von Leiterplatten eine Saugpipette von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden muss.
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Ein derartiger Austausch kann automatisch innerhalb eines Bestückautomaten erfolgen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bestückkopf zu schaffen, mit welchem die Zeitspanne für einen Prozesszyklus eines Collect & Place-Bestückungsvorganges verkürzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Bestückkopf zum automatischen Bestücken eines Bauelementeträgers mit elektronischen Bauelementen beschrieben. Der beschriebene Bestückkopf weist auf (a) ein Chassis, (b) einen Rotor, welcher relativ zu dem Chassis um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Der Rotor weist auf (b1) einen ersten Block, welcher zumindest zwei erste Pinolen aufweist, welche relativ zu dem ersten Block entlang einer Richtung, die parallel zu der Drehachse ist, verschiebbar gelagert sind, (b2) einen zweiten Block, welcher zumindest zwei zweite Pinolen aufweist, welche relativ zu dem zweiten Block entlang der Richtung, die parallel zu der Drehachse ist, verschiebbar gelagert sind, wobei die ersten Pinolen und die zweiten Pinolen derart ausgebildet sind, dass jeweils eine Bauelement-Haltevorrichtung an einem Ende der jeweiligen Pinole anbringbar ist, und (b3) eine Linearführung, welche konfiguriert ist, zumindest einen der beiden Blöcke zu führen um diesen Block in einer anderen Richtung zu verschieben, welche senkrecht zu der Richtung ist, die parallel zu der Drehachse ist. Der Bestückkopf weist ferner auf (c) einen zentralen Drehantrieb, welcher mit dem Chassis und dem Rotor mechanisch gekoppelt ist und welcher konfiguriert ist, den Rotor anzutreiben um den Rotor relativ zu dem Chassis um die Drehachse herum zu drehen. Erfindungsgemäß ist der Linearantrieb über einen Linear-Kopplungsmechanismus mit beiden Blöcken gekoppelt, so dass beide Blöcke jeweils in der anderen Richtung verschiebbar sind, die senkrecht zu der Drehachse ist.
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Dem beschriebenen Bestückkopf liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Abstand zwischen einer ersten Pinole bzw. einer daran angebrachten ersten Bauelement-Haltevorrichtung und einer zweiten Pinole bzw. einer daran angebrachten zweiten Bauelement-Haltevorrichtung frei einstellbar ist, wenn der Abstand zwischen den beiden Blöcken entlang einer Richtung frei eingestellt werden kann, welche senkrecht zu der Drehachse ist. Die Drehachse des Rotors kann insbesondere entlang einer internen z-Richtung des Bestückkopfes ausgerichtet sein. Die interne z-Richtung des Bestückkopfes kann insbesondere mit der allgemein üblichen internen z-Richtung eines Bestückautomaten übereinstimmen. Ferner kann eine Winkellage zwischen einer Verbindungslinie zwischen den beiden Pinolen bzw. Bauelement-Haltevorrichtungen durch eine geeignete Aktivierung des zentralen Drehantriebs eingestellt werden. Der in diesem Dokument beschriebene Bestückkopf lässt damit das freie Positionieren von zwei Bauelement-Haltevorrichtungen sowohl für einen gleichzeitigen Abholvorgang von zwei Bauelementen aus zwei vorbestimmten Abholpositionen eines Bauelement-Zuführsystems als auch für ein gleichzeitiges Absetzen von zwei Bauelementen auf zwei auf einem Bauelementeträger vorgegebenen Bestückpositionen zu.
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Das kartesische Bezugssystem für den beschriebenen Bestückkopf kann derart gewählt sein, dass sich die Drehachse entlang einer z-Achse erstreckt. Eine dazu senkrechte xy-Ebene wird durch eine x-Achse und eine zu der x-Achse senkrechte y-Achse aufgespannt. Die Verschiebebewegung des zumindest einen Blocks erfolgt dann in der xy-Ebene, wobei abhängig von der durch den zentralen Drehantrieb bestimmten Winkellage die Verschiebung entlang der x-Achse, entlang der y-Achse oder entlang einer Richtung erfolgt, welche sowohl eine x- als auch eine y-Komponente aufweist.
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Anschaulich ausgedrückt sind bei dem beschriebenen Bestückkopf zwei Pinolengruppen jeweils einem Block zugeordnet. Durch eine lineare Bewegung von zumindest einem der beiden Blöcke relativ zu der Drehachse des Rotors kann der Abstand der beiden Pinolengruppen zueinander verändert werden. Damit kann der Abstand zwischen zwei beliebigen Pinolen aus jeweils einer der beiden Pinolengruppen gezielt verändert werden. Die beiden Pinolengruppen können zudem zusammen mit dem Rotor um die Drehachse rotiert werden, welche die Längsachse (z-Achse) eines zentralen Schafts des Bestückkopfes sein kann.
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Wird der Bestückkopf auf einem Flächenpositioniersystem mit zwei Freiheitsgraden (x-Richtung, y-Richtung) montiert, so besitzt das System die zum parallelen Abholen und Bestücken benötigten insgesamt vier Freiheitsgrade. Diese vier Freiheitsgrade sind gegeben durch eine freie Einstellbarkeit (i) der x-Position des Chassis, (ii) der y-Position des Chassis, (iii) der von der Ansteuerung des zentralen Drehantriebs abhängigen Winkellage des Rotors bzw. der beiden Blöcke und (iv) durch die lineare Verschiebung zumindest eines der beiden Blöcke.
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Ein bedeutender Vorteil des beschriebenen Bestückkopfes besteht darin, dass (i) durch die Drehbarkeit der beiden Blöcke um die Drehachse herum und (ii) durch die lineare Verschiebbarkeit der beiden Blöcke die räumliche Lage von jeweils einer ersten Pinole und einer zweiten Pinole in der xy-Ebene frei eingestellt werden kann. Aufgrund einer Variation der xy-Positionen der Pinolen in einem weiten Bereich kann im Vergleich zu dem Verfahrbereich eines verwendeten Positioniersystems, welches den beschriebenen Bestückkopf trägt, der effektive Arbeitsbereich der Pinolen bzw. der daran angebrachten Bauelement-Haltevorrichtungen vergrößert werden.
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Die Drehachse ist bevorzugt in der Mitte des Chassis oder in einem Symmetriepunkt des gesamten Bestückkopfes angeordnet. Bevorzugt fällt dieser Punkt zumindest annähernd mit dem Schwerpunkt des gesamten Bestückkopfes zusammen. Dadurch wird auf einfache und vorteilhafte Weise eine Unwucht des Bestückkopfes vermieden, welche insbesondere dann von Nachteil wäre, wenn sich der Rotor zusammen mit den beiden Blöcken vergleichsweise schnell um die Drehachse dreht.
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Unter dem Begriff „elektronisches Bauelement“ oder „Bauelement“ können in diesem Dokument alle bestückungsfähigen Elemente verstanden werden, welche auf einem Bauelementeträger platziert werden können. Bauelemente können insbesondere zwei- oder mehrpolige SMT-Bauelemente oder andere hochintegrierte flächige, runde oder anders geformte Bauelemente wie beispielsweise Ball Grid Arrays, Bare Dies und Flip Chips sein. Ferner kann der Begriff „Bauelement“ auch mechanische Elemente wie beispielsweise Anschlussstifte, Stecker, Buchsen oder dergleichen oder optoelektronische Bauelemente wie beispielsweise Leuchtdioden oder Fotodioden umfassen. Außerdem kann der Begriff „Bauelement“ auch sog. RFID-Chips umfassen, welche für sog. Transponder verwendet werden.
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Unter dem Begriff „Bauelementeträger“ können in diesem Dokument jede Art von bestückungsfähigen Substraten, insbesondere Leiterplatten, verstanden werden. Ein Bauelementeträger kann starr oder auch flexibel sein. Ein Bauelementeträger kann auch sowohl starre als auch flexible Bereiche aufweisen.
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In diesem Dokument kann „relativ zu dem Chassis“ bedeuten, dass die entsprechende Komponente des Bestückkopfes an dem Chassis angebracht und insbesondere innerhalb des Chassis angeordnet ist. „An dem Chassis angebracht“ kann bedeuten, dass die entsprechende Komponente außerhalb des Chassis angeordnet ist. Ferner können sich die an der Linearführung verschiebbaren Blöcke auch je nach ihrer aktuellen Verschiebeposition (i) innerhalb, (ii) teilweise innerhalb und außerhalb oder (iii) außerhalb des Chassis befinden.
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Die beiden Blöcke können beide an der genannten Linearführung angebracht sein. In diesem Fall stellt die Linearführung eine gemeinsame Führung für beide Blöcke dar. Der Bestückkopf kann jedoch auch eine weitere Linearführung aufweisen, wobei die vorstehend eingeführte Linearführung einem der beiden Blöcke zugeordnet ist und die weitere Linearführung dem anderen der beiden Blöcke zugeordnet ist.
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Es können bevorzugt zumindest die beiden Blöcke innerhalb des Chassis angeordnet sein. Damit kann der Bestückkopf als eine kompakte Komponente realisiert werden. Beim Betrieb des Bestückkopfes in einem Bestückautomaten sind dann wesentliche Bauteile des Bestückkopfes durch das Chassis vor negativen mechanischen Einflüssen aus der Umgebung des Bestückkopfes geschützt.
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Der beschriebene Linearantrieb kann einen Linearmotor aufweisen. Der Linearantrieb kann auch einen einfachen Drehmotor sowie ein Zahnrad und eine Spindel aufweisen, so dass bei einer Aktivierung des Drehmotors in bekannter Weise eine lineare Verschiebung des zumindest einen Blocks erzeugt wird.
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Der erfindungsgemäße Linear-Kopplungsmechanismus zwischen den beiden Linearantrieben kann derart ausgebildet sein, dass die beiden Blöcke synchronisiert zueinander bewegt werden können. Die Verwendung eines einzigen Linearantriebs für beide Blöcke hat den Vorteil, dass lediglich ein einziger Linearantrieb vorgesehen sein muss, um beide Blöcke in geeigneter Weise relativ zu dem zentralen Schaft verschieben zu können.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Linear-Kopplungsmechanismus derart ausgebildet, dass bei einer Aktivierung des Linearantriebs beide Blöcke gegenläufig zueinander verfahren werden. Dies bedeutet, dass dann, wenn der eine Block in einer ersten Richtung innerhalb der vorstehend genannten xy-Ebene verfahren wird, der andere Block in einer zu der ersten Richtung antiparallelen zweiten Richtung verfahren wird. Dabei können die beiden miteinander synchronisierten und gegenläufigen Verfahr-Bewegungen so dimensioniert sein, dass der Schwerpunkt der beiden Blöcke unverändert bleibt. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verringerte Komplexität für das Regelverhalten eines Gesamtsystems aufweisend den beschriebenen Bestückkopf und ein Positioniersystem, welches den ganzen Bestückkopf bewegt. Dies liegt daran, dass bzgl. der Rotation um das durch den zentralen Schaft gegebene Drehzentrum keine Unwuchten entstehen und ferner bei Beschleunigungen entlang der Linearführung durch die symmetrische Bewegung keine unerwünschten Gegenkräfte entstehen.
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Alternativ zu dem erfindungsgemäßen Linear-Kopplungsmechanismus kann bei anderen Bestückköpfen ein weiterer Linearantrieb verwendet werden. Der Linearantrieb ist dabei dem ersten Block zugeordnet und der weitere Linearantrieb ist dabei dem zweiten Block zugeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die beiden Blöcke vollständig unabhängig voneinander bewegt werden können. Selbstverständlich können die beiden Linearantriebe auch derart angesteuert werden, dass sich die vorstehend beschriebene synchronisierte und gegebenenfalls auch gegenläufige Verfahr-Bewegung der beiden Blöcke ergibt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Bestückkopf ferner auf (a) zumindest zwei erste Drehantriebe, wobei jeweils ein erster Drehantrieb einer der beiden ersten Pinolen zugeordnet ist, und/oder (b) zumindest zwei zweite Drehantriebe, wobei jeweils ein zweiter Drehantrieb einer der beiden zweiten Pinolen zugeordnet ist.
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Mit einem Drehantrieb kann in bekannter Weise die jeweilige Pinole um ihre Längsachse gedreht werden. In Bezug zu dem hier beschriebenen Bestückkopf kann die Längsachse der jeweiligen Pinole parallel zu der Drehachse bzw. parallel zu der z-Achse des Bestückkopfes ausgerichtet sein. Die Winkellage eines elektronischen Bauelementes, welches von einer Bauelement-Haltevorrichtung gehalten wird, die an der jeweiligen Pinole angebracht ist, kann somit in bekannter Weise so angepasst werden, dass das betreffende Bauelement in einer korrekten Winkellage in Bezug auf vorgegebene Anschlussflächen auf einen Bauelementeträger aufgesetzt werden kann.
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Bevorzugt ist für jede Pinole ein eigener Drehantrieb vorgesehen, so dass die Winkellagen aller Pinolen unabhängig voneinander variiert werden können. Damit kann der Drehwinkel von jedem elektronischen Bauelement, welches von dem Bestückkopf aufgenommen worden ist, vor dem Aufsetzen auf einen zu bestückenden Bauelementeträger individuell eingestellt werden.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass für mehrere Pinolen auch ein gemeinsamer Drehantrieb vorgesehen sein kann, welcher über einen geeigneten Dreh-Kopplungsmechanismus, der beispielsweise einen oder mehrere Reibräder umfasst, mit der jeweiligen Pinole gekoppelt oder koppelbar ist. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass jedem Block zumindest zwei Drehantriebe zugeordnet sind. Der Bestückkopf kann dann auch mit jeweils einem Drehantrieb für jeden der beiden Blöcke realisiert werden.
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Der Dreh-Kopplungsmechanismus kann auch derart ausgebildet sein, dass er selektiv mit einer oder mit mehreren Pinolen gekoppelt ist. In diesem Fall können die einzelnen Pinolen zwar nicht gleichzeitig unabhängig voneinander aber doch unabhängig voneinander um jeweils einen geeigneten Winkel gedreht werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Bestückkopf auf (a) einen ersten z-Antrieb, welcher zumindest einer der ersten Pinolen zugeordnet ist, so dass die zumindest eine erste Pinole relativ zu dem Chassis entlang der Richtung verschiebbar ist, die parallel zu der Drehachse ist, und/oder (b) einen zweiten z-Antrieb, welcher zumindest einer der zweiten Pinolen zugeordnet ist, so dass die zumindest eine zweite Pinole relativ zu dem Chassis entlang der Richtung verschiebbar ist, die parallel zu der Drehachse ist.
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Mit den beschriebenen z-Antrieben können die einzelnen Pinolen und damit auch die Bauelement-Haltevorrichtungen, welche an einer Pinole angebracht ist, entlang einer z-Achse verschoben werden. Dies ermöglicht in bekannter Weise kurz vor dem Aufnehmen eines elektronischen Bauelementes ein gezieltes Absenken der jeweiligen Bauelement-Haltevorrichtung auf ein elektronisches Bauelement, welches von einem Bauelement-Zuführsystem an einer Abholposition bereitgestellt ist. Ferner kann in bekannter Weise die jeweilige Bauelement-Haltevorrichtung unmittelbar vor dem Aufsetzen eines elektronischen Bauelements auf den zu bestückenden Bauelementeträger abgesenkt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist (a) der erste z-Antrieb über einen ersten z-Kopplungsmechanismus mit zumindest zwei ersten Pinolen gekoppelt und/oder (b) der zweite z-Antrieb über einen zweiten z-Kopplungsmechanismus mit zumindest zwei zweiten Pinolen gekoppelt. Dies bedeutet, dass jeder Block mindestens einen z-Antrieb aufweist, welcher einer Mehrzahl von zumindest zwei Pinolen zugeordnet ist. Damit ist es auf vorteilhafte Weise nicht erforderlich, für jede Pinole einen eigenen z-Antrieb bereitzustellen.
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Da ein Kopplungsmechanismus typischerweise leichter ist als eine entsprechende Anzahl von z-Antrieben, kann der in diesem Dokument beschriebene Bestückkopf ein vergleichsweise geringes Gewicht haben. Damit kann die Massenträgheit des beschriebenen Bestückkopfes klein gehalten und eine einfache Positionierung des gesamten Bestückkopfes mittels eines Positioniersystems erreicht werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist (a) der erste z-Kopplungsmechanismus mehrere erste Koppelelemente auf, wobei jeweils ein erstes Koppelelement einer ersten Pinole zugeordnet ist, und/oder (b) der zweite z-Kopplungsmechanismus mehrere zweite Koppelelemente auf, wobei jeweils ein zweites Koppelelement einer zweiten Pinole zugeordnet ist.
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Die Koppelelemente können über geeignete Aktoren individuell aktiviert bzw. deaktiviert werden. In diesem Zusammenhang bedeutet „aktivieren“, dass das entsprechende Koppelelement mit der jeweiligen Pinole in Wechselwirkung gebracht wird. Die Wechselwirkung kann beispielsweise mittels eines mechanischen Eingriffselementes realisiert werden. Die Möglichkeit der individuellen Aktivierung der Koppelelemente, die jeweils einer Pinole zugeordnet sind, erlaubt ein wahlfreies Koppeln der jeweils einem Block zugeordneten einzelnen Pinolen mit dem jeweiligen Koppelelement. Es kann somit eine bestimmte Pinole der Mehrzahl von Pinolen in einem Block ausgewählt werden, welche einer Bewegung des z-Antriebs entlang der z-Achse folgt. Die anderen Pinolen dieser Gruppe sind dann nicht mit dem z-Koppelmechanismus gekoppelt
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Der erste Kopplungsmechanismus und/oder der zweite Kopplungsmechanismus kann bzw. können mit mehreren gemeinsam drehbaren Eingriffsscheiben realisiert werden, welche jeweils an unterschiedlichen Drehwinkelpositionen einen Vorsprung oder eine Aussparung aufweisen. Abhängig von der Drehwinkelpositionen der jeweiligen Eingriffsscheiben wird somit eine Kopplung zwischen dem z-Antrieb und der jeweiligen Pinole hergestellt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der erste Block zumindest vier erste Pinolen auf, welche in einem ersten zweidimensionalen Raster angeordnet sind. Alternativ oder in Kombination weist der zweite Block zumindest vier zweite Pinolen auf, welche in einem zweiten zweidimensionalen Raster angeordnet sind.
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Die beschriebene zweidimensionale Anordnung der jeweils zumindest vier Pinolen hat den Vorteil, dass eine Mehrzahl von Pinolen relativ kompakt angeordnet werden kann. Dies gilt insbesondere für den Flächenbedarf in der xy-Ebene, in welcher die jeweils entlang der z-Richtung verschiebbaren Pinolen angeordnet sind. Eine kompakte Anordnung der Mehrzahl von zumindest vier Pinolen schafft wiederum die Möglichkeit, den ersten Block und/oder den zweiten Block in einer kompakten und leichten Bauform zu realisieren. Dadurch kann auch der gesamte Bestückkopf in einer kompakten Bauform und mit einem geringen Gewicht realisiert werden.
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Die jeweils zumindest vier Pinolen sind gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel also so angeordnet, dass sie zumindest zwei Reihen von jeweils zumindest zwei Pinolen bilden.
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In einer derzeit besonders günstig erscheinenden Ausführungsform weist der Bestückkopf für jeden Block zumindest zwei z-Antriebe auf, wobei jeweils ein z-Antrieb einer Reihe mit zumindest zwei Pinolen zugeordnet ist. Wie bereits vorstehend beschrieben, können die Pinolen von dieser Reihe mittels eines Kopplungsmechanismus selektiv mit dem jeweiligen z-Antrieb gekoppelt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bestückautomat zum automatischen Bestücken eines Bauelementeträgers mit elektronischen Bauelementen beschrieben. Der beschriebene Bestückautomat weist auf (a) einen Rahmen, (b) ein Positioniersystem mit einer stationären Komponente und einer beweglichen Komponente, wobei die stationäre Komponente an dem Rahmen angebracht, und (c) einen Bestückkopf der vorstehend beschriebenen Art, wobei das Chassis des Bestückkopfes an der beweglichen Komponente des Positioniersystems angebracht ist.
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Dem beschriebenen Bestückautomat liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass der vorstehend beschriebene Bestückkopf mit den zwei jeweils mehrere Pinolen aufweisenden Blöcken, bei dem (i) der Abstand zwischen den beiden Blöcken gezielt variiert werden kann und bei dem (ii) die beiden Blöcke gemeinsam um die Drehachse des Rotors des Bestückkopfes gedreht werden können, für einen besonders effektiven und damit zügigen Bestückungsprozess verwendet werden kann. Mit dem beschriebenen Bestückkopf ist nämlich sowohl (a) eine gleichzeitige Aufnahme von zwei elektronischen Bauelementen, die jeweils an einer Abholposition bereitgestellt sind, als auch (b) ein gleichzeitiges Aufsetzen von zwei aufgenommenen elektronischen Bauelementen auf einen zu bestückenden Bauelementeträger möglich. Dabei können die beiden elektronischen Bauelemente sowohl mit hoher Genauigkeit innerhalb einer xy-Ebene als auch mit einer genauen Winkellage auf vorgegebenen Anschlusspads auf einem zu bestückenden Bauelementeträger aufgesetzt werden.
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Um ein Aufsetzen von elektronischen Bauelementen auf einen zu bestückenden Bauelementeträger an beliebigen Positionen auf dem Bauelementeträger zu ermöglichen, ist das Positioniersystem vorzugsweise ein sogenanntes Flächen-Positioniersystem, mit dem der Bestückkopf innerhalb eines vorgegebenen Positionierbereiches in einer xy-Ebene, welche senkrecht zu der Drehachse des Rotors bzw. zu der z-Richtung orientiert ist, frei verfahren werden kann. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass anstelle eines Flächen-Positioniersystems auch ein einfaches Linear-Positioniersystem verwendet werden kann, wenn gleichzeitig sichergestellt wird, dass der mit einer Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zu bestückende Bauelementeträger während der Bestückung senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Linear-Positioniersystems verfahren werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Bestückautomat ferner ein Bauelement-Zuführsystem auf. Das Bauelement-Zuführsystem weist auf (a) eine erste Bauelement-Zuführeinrichtung mittels welcher elektronische Bauelemente an einer ersten Abhol-Position bereitgestellt werden, und (b) eine zweite Bauelement-Zuführeinrichtung mittels welcher elektronische Bauelemente an einer zweiten Abholposition bereitgestellt werden. Die beiden Abholpositionen sind dabei derart voneinander beabstandet, dass von dem Bestückkopf ein erstes elektronisches Bauelement von der ersten Abholposition und ein zweites elektronisches Bauelement von der zweiten Abholposition abgeholt werden können.
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Falls es sich bei den beiden Bauelement-Zuführeinrichtungen um sogenannte Gurt-Förderer handelt, welche in einem Gurt verpackte elektronische Bauelemente sequenziell an ihre Abholposition fördern, dann ist der Abstand zwischen den beiden Abholpositionen zumindest grob festgelegt. Da die elektronischen Bauelemente jedoch typischerweise ein gewisses Spiel innerhalb einer in dem jeweiligen Gurt ausgebildeten Aufnahmetasche haben, kann es zu geringfügigen Abweichungen der tatsächlichen Position des abzuholenden Bauelements von der vorgegebenen Bauelement-Abholposition kommen. Solche Abweichungen können mit dem beschriebenen Bestückkopf, bei dem ein Abstand zwischen einer ersten Pinole des ersten Blocks und einer zweiten Pinole des zweiten Blocks frei eingestellt werden kann, auf einfache und effektive Weise kompensiert werden. Damit ist auf alle Fälle eine gleichzeitige Abholung eines ersten Bauelements mit einer ersten Pinole und eines zweiten Bauelements mit einer zweiten Pinole möglich.
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Der in diesem Dokument beschriebene Bestückkopf kann jedoch auch auf vorteilhafte Weise in einem Bestückautomaten verwendet werden, welcher ein Bauelement-Zuführsystem mit zumindest zwei Bauelement-Zuführeinrichtungen aufweist, die jeweils als sogenannte Schüttgut-Förderer ausgebildet sind. Bei solchen Schüttgut-Förderern werden die Bauelemente lediglich innerhalb eines bestimmten Abholbereiches einzeln bereitgestellt, wobei die genaue Position eines abzuholenden elektronischen Bauelements innerhalb des Abholbereiches nicht festgelegt ist. Sofern die genaue Position eines abzuholenden elektronischen Bauelements beispielsweise mittels eines geeigneten Vision- oder Bilderkennungssystems bestimmt wird, dann kann der in diesem Dokument beschriebene Bestückkopf so eingestellt werden, dass der Abstand zwischen einer bestimmten ersten Pinole des ersten Blocks und einer bestimmten zweiten Pinole des zweiten Blocks genauso so groß ist wie der Abstand zwischen zwei bestimmten in unterschiedlichen Abholbereichen bereitgestellten Bauelementen. Somit kann auch im Falle eines Schüttgut-Förderers ein gleichzeitiges Aufnehmen von zwei elektronischen Bauelementen auf einfache und zuverlässige Weise gewährleistet werden.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass als Bauelement-Zuführeinrichtungen außer den vorstehend beschriebenen Gurt-Förderern und Schüttgut-Förderern auch beliebige andere Typen von Bauelement-Zuführeinrichtungen wie z.B. sog. Magazin-Förderer oder Stangen-Förderer verwendet werden können. Auch eine Kombination von verschiedenen Arten von Förderern ist möglich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum automatischen Bestücken eines Bauelementeträgers mit elektronischen Bauelementen mittels des vorstehend beschriebenen Bestückautomaten und/oder mittels des vorstehend beschriebenen Bestückkopfes angegeben. Dieses Verfahren weist auf (a) Aufnehmen eines ersten elektronischen Bauelements von einer ersten Abholposition mit einer ersten Pinole des ersten Blocks des Bestückkopfes, (b) Aufnehmen eines zweiten elektronischen Bauelements von einer zweiten Abholposition mit einer zweiten Pinole des zweiten Blocks des Bestückkopfes, (c) Transportieren der beiden aufgenommenen elektronischen Bauelemente in einen Bestückbereich, in welchem sich ein zu bestückender Bauelementeträger befindet, (d) Aufsetzen des transportierten ersten elektronischen Bauelements an einer ersten Einbauposition auf den Bauelementeträger, und (e) Aufsetzen des transportierten zweiten elektronischen Bauelements an einer zweiten Einbauposition auf den Bauelementeträger.
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Dem beschriebenen Bestückungsverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit dem vorstehend beschriebenen Bestückkopf sowohl (i) ein gleichzeitiges Aufnehmen von zwei an unterschiedlichen Abholpositionen bereitgestellten elektronischen Bauelementen als auch (ii) ein gleichzeitiges Aufsetzen von zwei aufgenommen elektronischen Bauelementen an auf dem zu bestückenden Bauelementeträger vorgegebenen Positionen möglich ist.
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Die Abholposition von jedem elektronischen Bauelement ist dabei durch die Art eines Bauelement-Zuführsystems gegeben, welches die elektronischen Bauelemente an jeweils einer Abholposition oder innerhalb jeweils eines vorgegebenen Abholbereiches bereitstellt. Die Einbauposition für jedes Bauelement ist in bekannter Weise durch Anschlusskontakte bzw. Anschlusspads auf dem Bauelementeträger vorgegebenen. Das gleiche gilt für die Winkellage des aufgesetzten elektronischen Bauelements. Die Winkellage muss durch eine geeignete Ansteuerung des Bestückkopfes bzw. der jeweiligen Drehantrieb so eingestellt werden, dass eine zuverlässige Kontaktierung zwischen elektrischen Anschlüssen des jeweiligen Bauelements und den auf dem Bauelementeträger ausgebildeten elektrischen Anschlusskontakten gewährleistet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Aufnehmen des ersten elektronischen Bauelements und das Aufnehmen des zweiten elektronischen Bauelements gleichzeitig. Alternativ oder in Kombination erfolgen das Aufsetzen des transportierten ersten elektronischen Bauelements und das Aufsetzen des transportierten zweiten elektronischen Bauelements gleichzeitig. Die beschriebene zeitliche Parallelisierung des Abholens bzw. Aufnehmens von zumindest zwei Bauelementen aus einem Bauelement-Zuführsystem und/oder die beschriebene zeitliche Parallelisierung des Aufsetzens von zumindest zwei Bauelementen auf einen zu bestückenden Bauelementeträger hat den Vorteil, dass der gesamte Bestückprozess beschleunigt werden kann.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Bestückautomaten mit einem Bestückkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welcher Bestückkopf mittels eines Flächenpositioniersystems verfahrbar ist.
- 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Rotors eines Bestückkopfes mit zwei relativ zueinander verschiebbaren Blöcken mit jeweils 8 Pinolen, welche Blöcke gemeinsam um eine Drehachse drehbar sind.
- 3a und 3b illustrieren (i) eine Einstellung des Abstandes zwischen einer ausgewählten Pinole eines ersten Pinolenblocks und einer ausgewählten Pinole eines zweiten Pinolenblocks und (ii) eine Winkeleinstellung einer Verbindungslinie zwischen den beiden ausgewählten Pinolen.
- 4a und 4b zeigen den Rotor des Bestückkopfes in zwei verschiedenen Winkelpositionen, wobei der Rotor in der zweiten Winkelposition derart orientiert ist, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Pinolen gleich dem Teilungsabstand zwischen benachbarten Bauelement-Abholpositionen ist.
- 5 zeigt einen Bestückkopf gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Querschnittsansicht.
- 6a und 6b illustrieren eine selektive mechanische Ankopplung in z-Richtung von einer Pinole aus einer linearen Anordnung von vier Pinolen an einen gemeinsamen z-Antrieb.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten von einer anderen Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit einem Bezugszeichen versehen sind, welches sich von dem Bezugszeichen der gleichen oder zumindest funktionsgleichen Merkmale bzw. Komponenten lediglich in der ersten Ziffer unterscheidet. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
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1 zeigt einen Bestückautomaten 100, welcher einen Rahmen 102 aufweist, an dem zwei parallel ausgerichtete Linearführungen 103 angebracht sind. Die beiden Linearführungen 103 tragen einen quer stehenden Trägerarm 104. Der quer stehende Trägerarm 104 weist selbst eine Linearführung 105 auf, an welcher ein Trägerelement 106 verschiebbar gelagert ist. Die beiden Linearführungen 103 verlaufen entlang einer y-Richtung, die Linearführung 105 verläuft entlang einer x-Richtung. An dem Trägerelement 106 ist ein Bestückkopf 130 angeordnet, welcher zwei als Saugpipetten ausgebildete Bauelement-Haltevorrichtungen aufweist, eine erste Bauelement-Haltevorrichtung 144 und eine zweite Bauelement-Haltevorrichtung 154.
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Die erste Bauelement-Haltevorrichtung 144 ist zusammen mit zumindest einer nicht dargestellten weiteren ersten Bauelement-Haltevorrichtung einem ersten in 1 nicht dargestellten Block des Bestückkopfes 130 zugeordnet. Die zweite Bauelement-Haltevorrichtung 154 ist zusammen mit zumindest einer nicht dargestellten weiteren zweiten Bauelement-Haltevorrichtung einem zweiten in 1 nicht dargestellten Block des Bestückkopfes 130 zugeordnet. Die beiden Blöcke können um eine in 1 nicht dargestellte Drehachse, die entlang der z-Richtung verläuft, gedreht werden. Diese Drehung ist durch den Doppelpfeil angedeutet, welcher vor dem unteren Teil des Bestückkopfes 130 dargestellt ist. Zusätzlich sind, wie nachstehend im Detail erläutert wird, die beiden Blöcke mit ihren zugeordneten Bauelement-Haltevorrichtungen 144, 154 relativ zu der Drehachse in einer xy-Ebene verschiebbar.
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Die Bauelement-Haltevorrichtungen 144 und 154 sind mittels eines in 1 ebenfalls nicht dargestellten Hubaktuators entlang der z-Richtung verschiebbar. Die z-Richtung erstreckt sich senkrecht sowohl zu der x-Richtung als auch zu der y-Richtung.
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Der Bestückautomat 100 weist ferner ein Bauelement-Zuführsystem 110 auf, welches zumindest zwei Bauelement-Zuführeinrichtungen 112 umfasst. Die Bauelement-Zuführeinrichtungen 112 stellen an mehreren Abholpositionen 112a nicht dargestellte elektronische Bauelemente für einen sog. „Collect & Place“ Bestückprozess bereit. Dabei können mittels unterschiedlicher Bauelement-Zuführeinrichtungen 112 gleichartige oder auch verschiedenartige Bauelemente zugeführt werden.
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Ferner umfasst der Bestückautomat 100 ein Förderband 115, mit dem ein Bauelementeträger 190 in einen Bestückbereich des Bestückautomaten 100 eingebracht werden kann. Die Bauelement-Haltevorrichtungen 144, 154 können durch eine geeignete translatorische Bewegung des Bestückkopfes 130 und durch eine geeignete rotatorische Bewegung der beiden Blöcke des Bestückkopfes 130 parallel zu der xy-Ebene innerhalb des gesamten Bestückbereichs positioniert werden.
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Der Bestückautomat 100 weist außerdem einen Prozessor 101 auf. Auf diesem Prozessor 101 kann ein Bearbeitungsprogramm für den Bestückautomaten 100 zum Bestücken von Bauelementeträgern 190 mit elektronischen Bauelementen ausgeführt werden, so dass alle Komponenten des Bestückautomaten 100 in genau aufeinander abgestimmter Weise arbeiten und somit zu einem fehlerfreien und zügigen Bestücken von Bauelementeträgern 190 mit Bauelementen beitragen.
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An dem Trägerelement 106 ist zusätzlich eine sog. Leiterplatten-Kamera 120 befestigt, welche zur Erfassung von zumindest einer an dem Bauelementeträger 190 angebrachten Markierung 192 vorgesehen ist. Auf diese Weise kann die genaue Position des in den Bestückbereich eingebrachten Bauelementeträgers 190 durch eine Lagevermessung der zumindest einen Markierung 132 innerhalb des Gesichtsfeldes der Leiterplatten-Kamera 120 bestimmt werden.
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Zur Positionsvermessung und zur Kontrolle von durch den Bestückkopf 130 aufgenommenen Bauelementen ist eine sog. Bauelemente-Kamera 122 vorgesehen, welche gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in einer festen Position an dem Rahmen 102 des Bestückautomaten 100 angeordnet ist. Eine optische Bauelement-Vermessung erfolgt bevorzugt unmittelbar nach der Aufnahme des Bauelementes bzw. der Bauelemente von dem Bauelement-Zuführsystem 110. Dafür wird der Bestückkopf 130 bzw. die jeweilige Bauelement-Haltevorrichtung 144, 154 in das Gesichtsfeld der Bauelemente-Kamera 122 positioniert. Das von der Bauelemente-Kamera 122 aufgenommene Bild wird in einer Auswerteeinheit 124 ausgewertet und dabei die Lage des aufgenommenen Bauelements relativ zu der jeweiligen Bauelement-Haltevorrichtung 144, 154 ermittelt.
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Die Auswerteeinheit 124 kann auch in dem Prozessor 101 integriert sein. Dabei kann die Auswerteeinheit 124 mittels einer eigenen Hardware oder auch mittels einer geeigneten Software realisiert sein.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung keineswegs auf die Verwendung in dem hier dargestellten Bestückautomaten 100 beschränkt ist. Die Erfindung kann beispielsweise auch mit einer Bauelemente-Kamera realisiert werden, welche zusammen mit dem Bestückkopf verfahren wird und welche dafür vorgesehen ist, die aufgenommenen Bauelemente während des Transports von der Aufnahmeposition hin zu der Bestückposition zu vermessen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung des Rotors 235 eines Bestückkopfes gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Bestückkopf weist ein Chassis auf, welches in 2 nicht dargestellt ist. An bzw. in dem Chassis ist um eine Drehachse 260a drehbar gelagert der Rotor 235 angebracht. Der Rotor 235 weist zwei Linearführungen 270 auf, welche jeweils eine Schiene 270a und einem beweglichen Schlitten 270b umfassen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist an den beiden beweglichen Schlitten 270b jeweils eine Zahnstange 241 bzw. 251 angebracht, welche in ein Zahnrad 263 eingreifen. Die Funktion des Zahnrades 263 wird nachstehend genauer erläutert.
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An dem Schlitten 270b der in 2 links dargestellten Linearführung 270 ist ein erster Block 240 angebracht. Der erste Block kann zusammen mit dem Schlitten 270b entlang der Längsrichtung der Schiene 270a der linken Linearführung 270 verschoben werden. An dem Schlitten 270b der rechts dargestellten Linearführung 270 ist ein zweiter Block 250 angebracht, welcher zusammen mit dem Schlitten 270b entlang der Längsrichtung der Schiene 270a der rechten Linearführung 270 verschoben werden kann.
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Der erste Block 240 weist eine Mehrzahl von acht ersten Pinolen 242 auf, welche mittels einer z-Führung 242a relativ zu dem ersten Block 240 senkrecht zu der Zeichenebene entlang einer z-Richtung verschoben werden können. An jeder ersten Pinole 242 ist in bekannter Weise eine erste Bauelement-Haltevorrichtung 244 angebracht. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Bauelement-Haltevorrichtungen als Saugpipetten 244 ausgebildet. In 2 ist jeweils der Saugkanal 244a einer Bauelement-Haltevorrichtung 244 dargestellt, über welchen ein von der Saugpipette 244 gehaltenes nicht dargestelltes elektronisches Bauelement mit einem Unterdruck beaufschlagt und damit von der Saugpipette 244 gehalten wird.
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In entsprechender Weise weist der zweite Block 250 eine Mehrzahl von acht zweiten Pinolen 252 auf, welche mittels einer z-Führung 252a relativ zu dem Block 250 senkrecht zu der Zeichenebene (entlang der z-Richtung) verschoben werden können. Die jeweils an den zweiten Pinolen 252 angebrachten zweiten Bauelement-Haltevorrichtungen sind mit dem Bezugszeichen 254 versehen. Auch die zweiten Bauelement-Haltevorrichtungen sind als Saugpipetten 254 ausgebildet, welche jeweils einen Saugkanal 254a aufweisen.
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Das Zahnrad 263 ist um eine Drehachse 260a drehbar, die senkrecht zu der Zeichenebene entlang einer z-Richtung orientiert ist. Wie bereits vorstehend beschrieben, greift das Zahnrad 263 in die beiden Zahnstangen 241 und 251 ein.
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Der den Rotor 235 aufweisende Bestückkopf weist ferner einen in 2 nicht dargestellten Linearantrieb (in 5 dargestellt) auf, welcher stationär an dem ebenfalls in 2 nicht dargestellten Chassis (in 5 dargestellt) angebracht ist. Mittels dieses Linearantriebs kann das Zahnrad 263 um die Drehachse 260a gedreht werden. Infolge des Eingriffs des Zahnrads 263 in die beiden Zahnstangen 241 und 251 bewegen sich die beiden Blöcke 240 und 250 parallel zu der Zeichenebene stets gegenläufig zueinander. Die Bewegungen der beiden Blöcke 240 und 250 sind in 2 mit jeweils einem Pfeil dargestellt. Die beiden Pfeile 272a zeigen die Verschiebungen der beiden Blöcke 240 und 250, falls sich das Zahnrad 263 in einer ersten Richtung dreht. Die beiden Pfeile 272b zeigen die Verschiebungen der beiden Blöcke 240 und 250, falls sich das Zahnrad 263 in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung dreht.
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An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass alternativ oder in Kombination die beiden Blöcke auch an einem Riemen angekoppelt werden können.
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An dieser Stelle wird ferner darauf hingewiesen, dass jeder der beiden Blöcke auch mit einem eigenen Linearantrieb ausgestattet sein kann. Die beiden Linearantriebe werden dann bevorzugt so angesteuert, dass eine gegenläufige Bewegung entsteht.
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3a illustriert, wie durch eine gegenläufige Verschiebung der beiden Blöcke 240 und 250, welche Verschiebung durch die beiden Pfeile 272b angedeutet ist, der Abstand dx zwischen (i) einer ersten mit dem Bezugszeichen 244 versehenen Saugpipette des ersten Blocks 240 und (ii) einer zweiten mit dem Bezugszeichen 254 versehenen Saugpipette des zweiten Blocks 250 verändert werden kann. Es ist offensichtlich, dass in einer Konstellation, bei der die beiden Blöcke 240 und 250 nicht gegeneinander verschoben sind, der Abstand dx zwischen den beiden Saugpipetten 244 und 254 minimal ist. Je weiter sich die beiden Blöcke 240 und 250 gegeneinander verschieben, desto größer wird der Abstand zwischen den beiden Saugpipetten 244 und 254.
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3b zeigt, wie durch eine Rotation des Rotors 235 um die Drehachse 260a die Winkellage einer Verbindungslinie zwischen der ersten Saugpipette 244 und der zweiten Saugpipette 254 verändert werden kann. Eine Änderung der Winkellage der Verbindungslinie zwischen zwei exemplarischen Winkelpositionen ist in 3b mit dϕ gekennzeichnet.
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Durch eine Superposition von (i) einer translatorischen Verschiebung der beiden Blöcke 240 und 250 und (ii) einer Drehung des Rotors 235 um die Drehachse 260a können die beiden Saugpipetten 244 und 254 gleichzeitig von zwei beliebigen innerhalb von bestimmten räumlichen Grenzen liegenden Abholpositionen 112avon einem Bauelement-Zuführsystem abgeholt werden. Entsprechendes gilt für ein gleichzeitiges Aufsetzen von zwei elektronischen Bauelementen, wobei ein Bauelement von der Saugpipette 244 und das andere Bauelement von der Saugpipette 254 gehalten wird, auf beliebigen innerhalb von bestimmten räumlichen Grenzen liegenden Bestückpositionen auf der Oberseite eines Bauelementeträgers.
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Es ist ferner offensichtlich, dass durch eine geeignete Drehung (Schrägstellung) des Rotors 235 bzw. der daran verschiebbar angebrachten beiden Blöcke 240 und 250 und insbesondere durch eine translatorische Verschiebung zwischen den beiden Blöcken 240 und 250 der räumliche Bereich vergrößert werden kann, von dem gleichzeitig zwei elektronische Bauelemente von zwei voneinander beabstandeten Abholpositionen 112a abgeholt bzw. in dem gleichzeitig zwei elektronische Bauelemente an zwei voneinander beabstandeten Bestückpositionen auf einen Bauelementeträger aufgesetzt werden können.
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Die 4a und 4b zeigen den Rotor 235 des Bestückkopfes in zwei verschiedenen Winkelpositionen. Wie bereits in den 2, 3a und 3b dargestellt aber in der zugehörigen Beschreibung nicht explizit erwähnt, sind in den beiden Blöcken 240 und 250 die jeweils acht Saugpipetten 244 bzw. 254 in jeweils einem Array angeordnet. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die beiden Arrays jeweils zwei Spalten und vier Reihen auf.
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In der in 4a dargestellten Winkelposition des Rotors 235 sind die insgesamt vier Spalten der beiden Arrays so angeordnet, dass die Abstände zwischen zwei Saugpipetten 244 von unterschiedlichen Spalten einem Vielfachen eines Teilungsabstands t zwischen zwei benachbarten Abholpositionen 495a oder Vielfachen davon eines Bauelement-Zuführsystems 110 entsprechen, an welchen jeweils ein elektronisches Bauelement 495 bereitgestellt ist. Es können also im Prinzip gleichzeitig vier elektronische Bauelemente 495 von dem Bauelement-Zuführsystem 110 abgeholt werden.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Bauelement-Zuführsystem 110 insgesamt acht nicht näher dargestellte Bauelement-Zuführeinrichtungen 112 auf, welche in bekannter Weise in Bauelement-Gurten 412a verpackte elektronische Bauelemente 495 hin zu den jeweiligen Abholpositionen 495a fördern. Zu diesem Zweck weist jeder Bauelement-Gurt 412a an einer Seite eine Reihe von Eingriffslöchern 412b auf. Ein nicht dargestelltes Stiftrad kann dann in bekannter Weise in die Eingriffslöcher 412b eingreifen und den Bauelement-Gurt 412a in Richtung zu der jeweiligen Abholposition 495a transportieren.
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In der in 4b dargestellten Winkelposition sind die insgesamt vier Reihen der beiden Arrays so angeordnet, dass die Abstände zwischen zwei Saugpipetten von benachbarten Reihen genau dem Teilungsabstand t entsprechen. Es können also auch hier im Prinzip gleichzeitig vier elektronische Bauelemente 495 von den entsprechenden Abholpositionen 495a des Bauelement-Zuführsystems 110 abgeholt werden.
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5 zeigt den Bestückkopf 130 in einer Querschnittsansicht. Innerhalb des Chassis 532 des Bestückkopfes 130 befindet sich gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Rotor 235 und damit ein Großteil aller Komponenten des Bestückkopfes 130. Der Rotor 235 weist einen zentralen Schaft auf, welcher mit dem Bezugszeichen 560 versehen ist. Die Längsachse des zentralen Schafts 560 stellt die Drehachse des Rotors dar und fällt mit der in 2 dargestellten Drehachse 260a des Zahnrads 263 zusammen. Der zentrale Schaft 560 ist über ein Getriebe bestehend aus einem ersten Zahnrad 565a und einen zweiten Zahnrad 565b, welche ineinandergreifen, mit dem bereits zuvor erwähnten zentralen Drehantrieb gekoppelt, welcher hier mit dem Bezugszeichen 565 versehen ist. Mittels des Drehantriebs 565 kann somit der Rotor 235 innerhalb und relativ zu dem Chassis 532 um die Längsachse des zentralen Schafts 560 gedreht werden. Um die Reibung zwischen dem Rotor 235 und dem Chassis 532 gering zu halten, ist der zentrale Schaft 560 mittels zweier Kugellagerungen 532a in dem (stationären) Chassis 532 drehbar gelagert. Ferner sind Kugellager 532b vorgesehen, welche für eine geringe Reibung zwischen dem Chassis 532 und einen nicht mit einem Bezugszeichen versehenen Grundelement des Rotors 235 sorgen.
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Der zentrale Schaft 560 umfasst zwei verbreiterte Lagerabschnitte (ein unterer geringfügig verbreiterter Lagerabschnitt 560b und ein oberer deutlich verbreiterter Lagerabschnitt 560a). An den beiden Lagerabschnitten 560a und 560b sind die bereits vorstehend anhand von 2 beschriebenen Linearführungen 270 angebracht, an welchen die beiden Blöcke 240 und 250 verschiebbar sind. Die beiden Blöcke 240 und 250 bzw. die beiden Zahnstangen 241 und 251 sind mittels eines mechanischen Getriebes mit einem Linearantrieb 575 gekoppelt. Dieses Getriebe umfasst die beiden Zahnräder 575a und 575b, einen inneren Schaft 562 und das Zahnrad 263. Durch eine Aktivierung des Linearantriebs 575 können die Verschiebebewegungen der beiden Blöcke 240 und 250 (in der in 5 dargestellten Drehwinkelposition des Rotors 235 bzw. des zentralen Schafts 560 senkrecht zu der Zeichenebene) veranlasst werden. Die symmetrische Anordnung der beiden Zahnstangen 241 und 251 in Bezug zu dem Zahnrad 263 sorgt dafür, dass die Verschiebebewegungen der beiden Blöcke 240 und 250 einander gegenläufig verlaufen. Dies bedeutet, dass dann, wenn sich der erste Block 240 aus der Zeichenebene heraus bewegt, sich der zweite Block 250 in die Zeichenebene hinein bewegt.
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Aufgrund der für 5 gewählten Querschnittsansicht, welche senkrecht zu der Orientierung der beispielsweise in 4a dargestellten vier Spalten der insgesamt zwei Arrays von Bauelement-Haltevorrichtungen 244, 254 verläuft, sind von den insgesamt sechzehn Bauelement-Haltevorrichtungen 244, 254 bzw. sechzehn Pinolen 242, 252 lediglich insgesamt vier Bauelement-Haltevorrichtungen 244, 254 bzw. vier Pinolen 242, 252 zu erkennen.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeder Pinole ein Drehantrieb zugeordnet. Wie aus 5 ersichtlich, ist den ersten Pinolen 242 jeweils ein erster Drehantrieb 545 und den zweiten Pinolen 252 jeweils ein zweiter Drehantrieb 555 zugeordnet. Wie bereits vorstehend beschrieben, werden die Drehantriebe 545 und 555 dazu verwendet, die Winkellage von elektronischen Bauelementen, welche von den entsprechenden Bauelementes-Haltevorrichtungen 244, 254 aufgenommen worden sind, so einzustellen, dass die betreffenden elektronischen Bauelemente in der korrekten Winkellage auf einen zu bestückenden Bauelementeträger aufgesetzt werden können.
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Die vorstehend bereits beschriebenen z-Führungen 242a und 252a sorgen dafür, dass die Drehantriebe 545 bzw. 555 zusammen mit den Pinolen 242 bzw. 252 entlang der z-Richtung (d.h. parallel zu der Längsachse des zentralen Schafts 260) verschoben werden können.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Bestückkopf 130 bzw. der Rotor 235 des Bestückkopfes 130 insgesamt vier z-Antriebe 546 auf, wobei jeweils ein z-Antrieb 546 einer Spalte von Pinolen 242 zugeordnet ist. Wie bereits vorstehend erläutert, weist jeder Block 240, 250 jeweils zwei Spalten von jeweils vier Pinolen 242 bzw. 252 auf. Die Spalten erstrecken sich in 5 senkrecht zu der Zeichenebene, so dass jede der in 5 dargestellten Pinolen 242, 252 zu einer eigenen Spalte gehört. Eine selektive mechanische Kopplung zwischen einer Pinole 242 bzw. einem Drehantrieb 545 erfolgt über einen Kopplungsmechanismus, welcher aufweist (i) ein gabelförmiges Eingriffselement 547 bzw. 557, das über eine Stange 546a bzw. 556a mit einem Läufer des z-Antriebs 546 bzw. 556 verbunden ist, und (ii) ein Koppelelement 548 bzw. 558, das über einen Schub-Schaft 549 bzw. 559 mit dem Drehantrieb 545 bzw. 555 verbunden ist.
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Wie nachfolgend anhand von 6 beschrieben wird, bestehen die gabelförmigen Eingriffselemente 547, 557 jeweils aus zwei übereinander angeordneten Kreissegmenten. Durch eine Drehung der Stange 546a bzw. 556a können die Kreissegmente mit dem jeweiligen Koppelelement 548 bzw. 558 in Eingriff gebracht werden. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Drehung der Stange 546a bzw. 556a durch einen lediglich in 6 dargestellten Aktor veranlasst. Dieser Aktor ist über ein Zahnrad 547c bzw. 557c derart mit dem gabelförmigen Eingriffselement 547 bzw. 557 gekoppelt, dass bei einer Aktivierung des Aktors das entsprechende Zahnrad 547c, 557c zusammen mit dem entsprechenden gabelförmigen Eingriffselement 547 bzw. 557 gedreht wird. Bei einer geeigneten Winkelstellung des gabelförmigen Eingriffselements 547 bzw. 557 wird dann eine mechanische Kopplung in z-Richtung zwischen einem z-Antrieb 546 bzw. 556 und dem entsprechenden Koppelelement 548 bzw. 558 hergestellt, welches fest mit dem Drehantrieb 545 bzw. 555 gekoppelt ist. Um die jeweilige Pinole 242 bzw. 252 in einer oberen Ausgangsstellung zu halten, ist jeder Pinole 242 bzw. 252 eine Haltefeder 546b bzw. 556b zugeordnet, welche die entsprechende Pinole 242 bzw. 252 nach oben drückt. Damit ist es nicht erforderlich, von dem jeweiligen z-Antrieb 546 bzw. 556 eine Haltekraft bereitzustellen, welche die entsprechende Pinole 242 bzw. 252 in ihrer oberen Ausgangslage hält.
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Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jede der insgesamt vier Spalten der zwei Arrays von Pinolen 242 bzw. 252 mit einem gemeinsamen z-Antrieb 546 bzw. 556 ausgestattet. Damit ist es möglich, bis zu zwei Pinolen von jedem Block 240 und 250, also gleichzeitig bis zu vier Pinolen in z-Richtung zu bewegen. Erfolgt beispielsweise ein Bestücken und/oder ein Abholen von elektronischen Bauelementen paarweise, dann kann die z-Bewegung eines folgenden zweiten Paares von Pinolen bereits dann eingeleitet werden, wenn die Pinolen des ersten Paares wieder in ihre Ausgangsposition zurückgefahren werden. So ist eine deutliche Leistungserhöhung des Bestückkopfes 130 durch ein zeitliches Überschneiden von Bewegungen entlang verschiedener z-Achsen möglich.
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Die 6a und 6b illustrieren eine selektive mechanische Ankopplung in z-Richtung von einer Pinole 242 aus einer linearen Anordnung (Spalte) von vier Pinolen an einen gemeinsamen z-Antrieb 546. Wie aus 6a ersichtlich, ist der gemeinsame z-Antrieb 546 mit einem System von Stangen 546a verbunden, welche über eine Querstange 646b miteinander verbunden sind und welche jeweils in einer Führung entlang der z-Richtung verschiebbar gelagert sind.
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Wie aus 6a ersichtlich, sind die vier mit dem gemeinsamen z-Antrieb 546 gekoppelten Stangen 546a drehbar mit jeweils einem gabelförmigen Eingriffselement 547 verbunden. Die Drehbarkeit bezieht sich dabei auf eine Drehung um die Längsachse der jeweiligen Stange 546a. Die Winkelpositionen der gabelförmigen Eingriffselemente 547 können gemeinsam mittels eines Aktors 647a verändert werden, welcher über ein Getriebe bestehend aus mehreren Zahnrädern 547c und einen Zahnrad 647b mit dem jeweiligen gabelförmigen Eingriffselement 547 gekoppelt ist.
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Wie aus den beiden 6a und 6b ersichtlich, weisen die verschiedenen gabelförmigen Eingriffselemente 547 zueinander einen Winkelversatz auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit vier Pinolen 242, von denen jeweils eine durch eine geeignete Ansteuerung des Aktors 647a mit dem gemeinsamen z-Antrieb 546 gekoppelt werden kann, beträgt der Winkelversatz zwischen zwei benachbarten gabelförmigen Eingriffselementen 547 zumindest annähernd 90°. Bei einer anderen Anzahl von Pinolen, die mit einem gemeinsamen z-Antrieb gekoppelt werden sollen, ändert sich bei Beibehaltung des hier beschriebenen prinzipiellen Aufbaus in entsprechender Weise die Anzahl der Zahnräder sowie die Anzahl der gabelförmigen Eingriffselemente. Ferner kann der Winkelversatz zwischen zwei benachbarten gabelförmigen Eingriffselementen entsprechend angepasst werden, so dass die Winkelstellungen der verschiedenen gabelförmigen Eingriffselemente gleichmäßig verteilt sind.
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Wie aus 6b ersichtlich, verändert sich bei einer Aktivierung des Aktors 647a und einer daraus resultierenden Drehung des Zahnrads 647b die Winkellage der vier Zahnräder 547c, welche direkt oder indirekt mit dem Eingriffselement 547 verbunden sind. Aufgrund des vorstehend beschriebenen Winkelversatzes zwischen den verschiedenen gabelförmigen Eingriffselementen 547 wird jeweils nur ein Koppelelement 558 und damit nur die eine Pinole 242 mit dem z-Antrieb 546 gekoppelt, welche Pinole 242 den entsprechenden Koppelelement 558 zugeordnet ist. Durch eine geeignete Aktivierung des Aktors 647a können die Winkellagen der gabelförmigen Eingriffselemente kollektiv derart verändert werden, dass eine ausgewählte Pinole 242 der insgesamt vier Pinolen 242 mit dem z-Antrieb 546 gekoppelt wird.
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Die in diesem Dokument beschriebene Erfindung bzw. Ausführungsformen der Erfindung können in anschaulichen Worten wie folgt zusammengefasst werden:
- Bei dem beschriebenen Bestückkopf wird eine Mehrzahl von Pinolen, die in Matrizenform oder ähnlicher Form räumlich angeordnet sind, in einem Block (Pinolenblock) zusammengefasst. Insgesamt werden auf diese Weise zwei Pinolenblöcke gebildet, die relativ zueinander linear verschoben werden können, so dass sich die Distanz zwischen zwei ausgewählten Pinolen aus jeweils einem dieser Pinolenblöcke verändern lässt. Die Pinolenblöcke lassen sich zudem um ein gemeinsames Rotationszentrum rotieren. Wird der Bestückkopf mit einem Roboter bzw. einem Flächenpositioniersystem verbunden, der bzw. das den Bestückkopf in x- und y-Richtung positionieren kann, so ist eine beliebige Positionierung der beiden ausgewählten Pinolen möglich. Koppelt man die beiden ausgewählten Pinolen mit mindestens einem z-Antrieb, so können mit zwei Saugpipetten, von denen jeweils eine an der Unterseite von einer ausgewählten Pinole angebracht ist, gleichzeitig zwei elektronische Bauelemente abgeholt oder bestückt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Bestückautomat
- 101
- Prozessor
- 102
- Rahmen
- 103
- Linearführungen
- 104
- quer stehender Trägerarm
- 105
- Linearführung
- 106
- Trägerelement
- 110
- Bauelement-Zuführsystem
- 112
- Bauelement-Zuführeinrichtungen
- 112a
- Abholpositionen
- 115
- Förderband
- 120
- Leiterplatten-Kamera
- 122
- Bauelemente-Kamera
- 124
- Auswerteeinheit
- 130
- Bestückkopf
- 144
- erste Bauelement-Haltevorrichtung / erste Saugpipette
- 154
- zweite Bauelement-Haltevorrichtung / zweite Saugpipette
- 190
- Bauelementeträger
- 192
- Markierung
- 235
- Rotor
- 240
- erster Block
- 241
- Zahnstange
- 242
- erste Pinolen
- 242a
- z-Führung
- 244
- erste Bauelement-Haltevorrichtungen / erste Saugpipetten
- 244a
- Saugkanal
- 250
- zweiter Block
- 251
- Zahnstange
- 252
- zweite Pinolen
- 252a
- z-Führung
- 254
- zweite Bauelement-Haltevorrichtungen /zweite Saugpipetten
- 254a
- Saugkanal
- 260a
- Drehachse von zentralem Schaft 560 und Rotor 535
- 263
- Zahnrad
- 270
- Linearführung
- 270a
- Schiene
- 270b
- Schlitten
- 272a
- erste Verschieberichtung
- 272b
- zweite Verschieberichtung
- dx
- Abstand zwischen einer ersten Saugpipette und einer zweiten Saugpipette
- 412a
- Bauelement-Gurt
- 412b
- Eingriffslöcher
- 495
- elektronische Bauelemente
- 495a
- Bauelement Abholpositionen
- t
- Teilungsabstand
- 532
- Chassis
- 532a
- Kugellagerungen
- 532b
- Kugellager
- 545
- erster Drehantrieb
- 546
- erster z-Antrieb
- 546a
- Stange
- 546b
- Haltefeder
- 547
- Eingriffselement / Gabel
- 547c
- Zahnrad
- 548
- Koppelelement
- 549
- Schub-Schaft
- 555
- zweiter Drehantrieb
- 556
- zweiter z-Antrieb
- 556a
- Stange
- 556b
- Haltefeder
- 557
- Eingriffselement / Gabel
- 557c
- Zahnrad
- 558
- Koppelelement
- 559
- Schub-Schaft
- 560
- zentraler Schaft
- 560a
- Lagerabschnitt
- 560b
- Lagerabschnitt
- 562
- innerer Schaft
- 565
- zentraler Drehantrieb
- 565a
- erstes Zahnrad
- 565b
- zweites Zahnrad
- 575
- Linearantrieb
- 575a
- erstes Zahnrad
- 575b
- zweites Zahnrad
- 646b
- Querstange
- 647a
- Aktor für Eingriffselement / Gabel 557
- 647b
- Zahnrad
- 647c
- Zahnrad
