DE10020339A1 - Vorrichtung zum Überführen von Leiterplatten bei einer Flächenmontagevorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Überführungsvorrichtung einer Flächemmontagevorrichtung zum Montieren verschiedener elektronischer Bauteile auf einer Leiterplatte 1 hat einen Rahmen 10, ein X-Y-Portal 18, das auf einem oberen Abschnitt des Rahmens 10 vorgesehen ist und längs der X-Achse und Y-Achse bewegbar ist, eine auf dem Rahmen 10 und innerhalb des X-Y-Portals 18 angeordnete Basis 12, eine auf dem oberen Abschnitt der Basis 12 angeordnete Fühleinheit 20 zum Fühlen der von einem Einlaß 22 zugeführten Leiterplatte 1 zur Bestimmung ihrer Position, eine Überführungseinheit 32 für ein freies Bewegen der gefühlten Leiterplatte 1 auf der Basis 12 und wenigstens eine Aufnahmekopfeinheit 30, die in dem X-Y-Portal 18 angeordnet ist, für die Montage der elektronischen Bauelemente auf der Leiterplatte 1. Mit der so gebauten Überführungsvorrichtung ist eine genaue Einstellung der Montageposition eines elektronischen Bauteils bezüglich einer Leiterplatte 1 und die Vornahme der Montagearbeiten an beliebigen Stellen möglich, wobei eventuelle Montagefehler vorher leicht kompensiert werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überführen von Leiterplatten bei einer Flächenmontagevorrichtung, mit welcher verschiedene elektronische Bauteile, wie Chips, sowie Flächen­ montagekomponenten auf der Leiterplatte bzw. der gedruckten Schaltungsplatte montiert werden können.

Die moderne Entwicklung elektronischer Produkte geht in Rich­ tung höherer Leistungsdichte, geringerer Größe und breite Vielfalt von elektronischen Bauteilen, wobei die Flächenmon­ tagetechnologie zum Aufbringen elektrischer und elektronischer Bauelemente auf Leiterplatten dauernd verbessert wird. Den dabei verwendeten Flächenmontagevorrichtungen werden die ver­ schiedenen zu montierenden Bauteile von einer Zuführeinrich­ tung zugeführt, die in ihre Montagepositionen gebracht und dann auf der Leiterplatte montiert werden.

Wenn sehr viele Bauelemente in sehr kurzen Zeiträumen montiert werden sollen, werden mit hoher Geschwindigkeit arbeitende Flächenmontagevorrichtungen eingesetzt. Diese Massenproduktion geht jedoch zu Lasten der bei der Montage erreichbaren Präzi­ sion. Wenn Bauelemente unterschiedlicher Bauweisen montiert werden sollen, verwendet man Flächenmontagevorrichtungen, die speziell ausgelegt sind und mit denen sich eine hohe Montage­ genauigkeit erreichen läßt, was jedoch die Produktivität ver­ ringert.

Eine Flächenmontagevorrichtung besteht aus einer Zuführein­ richtung, gewöhnlich in Form eines Bandes, für die Bauelemen­ te, aus einem X-Y-Portal zur Bestimmung der Montagepositionen, aus einem Förderer zum Transportieren einer Leiterplatte und aus einem Montagekopf zum Aufnehmen der Bauelemente von der Zuführeinrichtung und für ihre Montage auf der Leiterplatte.

Der Förderer für die Leiterplatten ist dabei auf dem oberen Abschnitt einer Basisanordnung angeordnet. Die Zuführeinrich­ tung führt die verschiedenen Chips und/oder andere Bauelemente einem Montagekopf für deren Montage an der Leiterplatte zu, wobei eine Fühleinheit die Position der Bauelemente ermittelt und so korrigiert, daß sie vom Montagekopf genau montiert wer­ den können. Die Fühleinheit und der Montagekopf bzw. die Mon­ tageköpfe sind an einer X-Y-Portaleinheit vorgesehen, von der ein Block in eine durch einen X-Y-Tisch bestimmte Position für die Montage bewegt wird. Dieser eine Block hat eine Vielzahl von Köpfen für generelle Zwecke und eine Vielzahl von Köpfen für Präzisionsmontage, die so wirken, daß die elektronischen Bauteile zentriert werden. Diese Zentrierung hängt in großem Ausmaß davon ab, welche Art von Zuführeinrichtungen für die Bauteile und welche Art von Fühleinheiten, beispielsweise Ka­ meras, verwendet werden.

Die Fühleinheiten sind im Hinblick auf die Arbeitseffizienz an vorderen oder hinteren Positionen angeordnet. Die Fühleinheit an der Vorderseite ist bei der Zuführeinrichtung an einer vor­ deren Zuführbasis zugeordnet, die hintere Fühleinheit einer Zuführeinrichtung an einer hinteren Zuführbasis. Die Fühlein­ heiten erstellen Bilder der Bauelemente, die für ihre Montage verwendet werden.

Die Fördereinheit transportiert die Leiterplatten, auf denen die verschiedenen Chips zu montieren sind. Der Transport der Leiterplatten erfolgt durch ein Förderband, das auf der För­ dereinheit installiert ist. Schließlich werden die Chips durch den an dem X-Y-Portal angebrachten Montagekopf montiert.

Der Stand der Technik wird anhand von Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 perspektivisch eine bekannte Flächenmontagevorrichtung,

Fig. 2 perspektivisch von oben einen Förderer der Vorrichtung von Fig. 1 zum Zuführen der Leiterplatten, und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Förderer von Fig. 2.

Die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Flächenmontagevorrichtung hat eine Rahmenanordnung 100 für die Halterung der Montageelemen­ te, eine Basisanordnung 102, die am oberen Abschnitt der Rah­ menanordnung 100 angeordnet ist, und ein Fördersystem 104 am oberen Abschnitt der Basisanordnung 102 zum Überführen der Leiterplatten.

Oberhalb des Fördersystems 104 ist eine X-Y-Portaleinheit 106 vorgesehen, die für die Montage der elektronischen Bauteile in vier zueinander senkrechte Richtungen, also in der Zeichnung nach links und nach rechts sowie nach vorne und nach hinten bewegbar ist. Die X-Y-Portaleinheit 106 hat Portalrahmen 109 für die X-Achse bzw. Y-Achse.

Der Portalrahmen 109 trägt eine bewegbare Montagekopfanordnung 108 für die Montage der Bauelemente auf der von dem Fördersy­ stem 104 zugeführten Leiterplatte.

Die Montagekopfanordnung 108 hat einen Montagekopf 120 mit einer Düse 112 zum Ansaugen der Bauelemente sowie eine Prüfeinheit 114, die so wirkt, daß die angesaugten Bauelemente in exakter Position auf der Leiterplatte montiert werden kön­ nen. Das Fördersystem 104 hat eine Anschlaganordnung 110 zum Anhalten der Überführungsbewegung der Leiterplatte, wenn sie ihre Arbeitsstellung erreicht hat, einen Drücker 116 zum Anhe­ ben der Leiterplatte und einen am unteren Abschnitt des För­ dersystems 104 angeordneten Magneten 118 zum Fixieren des Drückers 116.

Das Fördersystem 104 hat gegenüberliegende Führungen 123, 124, die auf beiden Seiten der Basis 128 parallel zueinander ange­ ordnet sind und deren obere Abschnitte Schienen 126 aufweisen, auf denen die Leiterplatten mit gegenüberliegenden Randab­ schnitten positioniert und gleitend verschiebbar bewegt wer­ den. Zwischen den Führungen 123, 124 ist eine Schubplatte 122 angeordnet, auf deren Oberseite sich die Anschlaganordnung 110 befindet und in der eine Vielzahl von Drückern 116 zum Anheben der von der Anschlaganordnung 110 angehaltenen Leiterplatte angeordnet sind, wobei die Drücker 116 mit ihren unteren Enden über Magneten 118 an der Schubplatte 122 gehalten sind.

Quer zu den Führungen 123 und 124 ist auf jeder Seite der An­ schlaganordnung 110 eine Führungsstange 134 angeordnet. An einem vorderen und einem hinteren Abschnitt der Führungen 123 und 134 sind quer zu ihnen Kugelspindeln 134 angeordnet, von denen jede mit ihrem einen Ende mit einem Antriebsmotor ver­ bunden ist, durch dessen Aktivierung die entsprechende Kugel­ spindel 134 gedreht wird, und die Führungen 123, 124 ver­ schiebt. Dies ermöglicht eine glatte Zuführung von Leiterplat­ ten unterschiedlicher Größe durch Einstellen des entsprechen­ den Abstands der Führungen.

Für die Zuführung der Leiterplatte zur Fördereinheit muß das X-Y-Portal nach rechts und nach links so bewegt werden, daß es sich in einer vorgegebenen Position für die Funktion einer Aufnahmeeinrichtung an dem Montagekopf befindet, wobei die Montage nur nach Abschluß dieser Funktion erfolgen, und eine genaue Positionierung der Leiterplatte dann nicht erreicht werden kann, wenn die Leiterplatte unterschiedliche Abmessun­ gen der Längsseiten und Querseiten hat.

Eine ungenaue Positionierung der vom Förderer transportierten Leiterplatte führt auch häufig zu einer Neigung der Leiter­ platte mit einem konstanten Winkel, was die Produktivität ver­ ringert und den Ausschuß erhöht. Um dies zu vermeiden, muß eine Extra-Kalibrierung vorgenommen werden, was den Arbeits­ aufwand steigert.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Vorrichtung zum Überführen von Leiterplatten für eine Flächenmontagevorrichtung bereitzustellen, die eine ex­ akte Montage der Bauelemente auf der Leiterplatte bei redu­ ziertem Arbeitsaufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zum Überführen von Leiterplatten für eine Flächenmontagevorrichtung gelöst, wie sie im Anspruch 1 beschrieben ist, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung betreffen.

Mit der erfindungsgemäßen Überführungsvorrichtung für Leiter­ platten können die Positionen genau eingestellt werden, in denen die elektronischen Bauelemente auf der Leiterplatte mon­ tiert werden müssen, wobei diese Arbeit an beliebigen Stellen ausgeführt werden kann. Alle möglichen Fehler, die bei der Montage der elektronischen Bauteile auftreten können, lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach kompensie­ ren. Dadurch, daß die erfindungsgemäße Überführungsvorrichtung für die Leiterplatten zwei oder mehr Freiheitsgrade hat, läßt sich die Präzision der Montage der elektronischen Bauelemente steigern, was die Betriebssicherheit der erzeugten Produkte erhöht.

Anhand von Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 4 perspektivisch den Aufbau einer Flächenmontagevorrich­ tung mit der erfindungsgemäßen Überführungsvorrichtung für die Leiterplatten,

Fig. 5 perspektivisch und schematisch die Vielzahl von Über­ führungseinheiten für die Zuführung von Leiterplatten und von Aufnahmeeinrichtungen,

Fig. 6 perspektivisch eine Überführungseinheit für die Über­ führung von Leiterplatten, und

Fig. 7 eine Schnittansicht der Überführungseinheit von Fig. 6.

Die in Fig. 4 und 5 gezeigte Vorrichtung zum Überführen von Leiterplatten 1 hat einen Rahmen 10, ein X-Y-Portal 18 am obe­ ren Abschnitt des Rahmens 10, das längs der X- und Y-Achse bewegbar ist, eine am Rahmen 10 und innerhalb des X-Y-Portals 18 angeordnete Basis 12, eine Fühleinheit 20, die am oberen Abschnitt der Basis 12 installiert ist und die von einem Ein­ laß 22 bzw. 24 zugeführte Leiterplatte 1 für ihre Lagebestim­ mung fühlt, eine Überführungseinheit 32 für ein freies Bewegen der erfühlten Leiterplatte 1 auf der Basis 12 und wenigstens eine Aufnahmekopfeinheit 30 an dem X-Y-Portal 18 für die Mon­ tage von elektronischen Bauteilen auf der von der Überfüh­ rungseinheit 32 zugeführten Leiterplatte 1.

Die Überführungseinheit 32 für die Leiterplatte hat eine Bewe­ gungsachse, längs welcher sich die Basis 12 frei bewegen kann, eine erste Basis 36, die am oberen Abschnitt der Bewegungsach­ se vorgesehen ist, eine zweite Basis 48 am oberen Abschnitt der ersten Basis 36, eine Tragplatte 44 für die Leiterplatte 1, die am oberen Abschnitt der ersten Basis 36 angeordnet ist, und ein Klemmelement 46 für ein festes Halten der Leiterplatte 1. Das Klemmelement 46 ist auf der zweiten Basis 48 und unter der Tragplatte 44 angeordnet. Die Überführungseinheit 32 hat ferner eine Kraftübertragungseinheit zum Bewegen der ersten Basis 38 und der zweiten Basis 48 längs der X- bzw. Y-Achse sowie ein Führungselement 56, das auf das Klemmelement 46 wirkt. Bei diesem Aufbau hat die Überführungseinheit 32 einen oder mehrere Freiheitsgrade, indem sie sich frei auf der Basis 32 bewegen und in beliebige Positionen gebracht werden kann.

Die Kraftübertragungseinheit hat eine erste Kugelspindel 38, die durch die erste Basis 36 hindurchgeht und von einem An­ triebsmotor 39 in Drehung versetzbar ist, wodurch sich die erste Basis 36 frei längs der Y-Achse bewegen kann, sowie eine zweite Kugelspindel 42, die durch die zweite Basis 48 hin­ durchgeht und von einem Antriebsmotor 40 in Drehung versetzbar ist, wodurch die zweite Basis 48 sich frei längs der X-Achse bewegen kann.

Die in dem X-Y-Portal 18 installierte Aufnahmekopfeinheit 30 hat zwei oder mehr Freiheitsgrade, so daß Bewegungen der Auf­ nahmekopfeinheit längs der Z-Achse und der R-Achse möglich sind, wodurch die elektronischen Bauelemente auf der Leiter­ platte montiert werden können, die von der Überführungseinheit 32 zugeführt worden ist.

Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, sind oben auf dem Rahmen 10 gegenüberliegende Y-Portale 14 und ein eine Brücke dazwischen bildendes X-Portal 16 angeordnet, das horizontal in Richtung der X-Achse bewegbar ist und an dem auf einer Seite ein oder mehrere Aufnahmekopfeinheiten 30 für die Aufnahme und Montage der elektronischen Bauelemente angeordnet sind, wenn die Auf­ nahmekopfeinheit 30 nach oben und unten bewegt oder gedreht wird.

Die Aufnahmekopfeinheit 30 hat einen Montagekopf 26 und einen Aufnehmer 28 mit einem Düsenabschnitt (nicht gezeigt). Wenn eine Leiterplatte 1 ankommt, dreht sich der Aufnehmer 28 um die R-Achse und bewegt sich dann nach oben längs der normalen Z-Achse für die Montage der elektronischen Bauelemente.

Auf der auf der Oberseite des Rahmens 10 vorgesehenen Basis 12 können eine oder mehrere Überführungseinheiten 32 für die Überführung der durch den Einlaß 22 zugeführten Leiterplatten 1 bewegt werden.

Die Fühleinheit 20 ist dem Y-Portal 14 und dem Einlaß 22 zu­ geordnet und stellt die Position und Ausrichtung der zugeführ­ ten Leiterplatte 1 fest. Unter der Fühleinheit 20 befindet sich eine mit der Fühleinheit 20 elektrisch verbundene Steuer­ einheit 50, die einen Bewegungsabstand unter Verwendung der durch die Fühleinheit 20 festgestellten Positionsdaten berech­ net und die Überführung der Leiterplatte 1 steuert. Die Über­ führungseinheiten 32 sind alle in der beschriebenen Weise auf­ gebaut und befinden sich in einem begrenzten Bereich, in wel­ chem sie sich frei auf der Basis 12 bewegen können.

Da, wie in Fig. 5 gezeigt ist, ein oder mehrere X-Y-Portale 18 und Aufnahmekopfeinheiten 30 vorgesehen werden können, können unterschiedliche Arbeiten an beliebigen Stellen ausgeführt werden, wenn die Leiterplatten 1 zugeführt werden, und Zusam­ menwirkungskombinationen des X-Y-Portals 18 und der Aufnahme­ kopfeinheiten 30 vorgesehen werden. Diese Ausgestaltung ermög­ licht die Ausführung von Sofort-Operationen durch das Fühlen der relativen Positionen zwischen dem X-Y-Portal und der Über­ führungseinheit 32 sowie zwischen der Überführungseinheit 32 und der Aufnahmekopfeinheit 30 und/oder durch Steuern dieser Elemente.

Wie anhand von Fig. 6 und 7 erläutert wurde, hat die Überfüh­ rungseinheit 32 eine erste Basis 36, eine zweite Basis 48, die auf einem oberen Abschnitt der ersten Basis 36 angeordnet ist, eine Bewegungsachse, die vertikal so vorgesehen ist, daß so­ wohl die erste Basis 36 als auch die zweite Basis 48 bewegt werden kann, sowie ein Klemmelement 46, das über einem oberen Abschnitt der Bewegungsachse angeordnet ist und die Leiter­ platte 1 klemmend hält.

Für die Bewegung der ersten Basis 36 und der zweiten Basis 48 längs der X- und Y-Achse ist eine Kraftübertragungseinheit mit einer ersten Kugelspindel 38 und einer zweiten Kugelspindel 42 vorgesehen. Da die Kugelspindel 38 durch die erste Basis 36 hindurchgeht und vom Antriebsmotor 39 angetrieben wird, kann sich die erste Basis 36 frei längs der Y-Achse bewegen. Die zweite Basis 48 kann sich längs der X-Achse dadurch frei bewe­ gen, daß die zweite Spindel 42 durch die zweite Basis 48 hin­ durchgeht und von dem Antriebsmotor 40 angetrieben wird.

Als Kraftübertragung kann auch ein Motor als Antriebsquelle und eine damit über einen Riemen gekoppelte Scheibe verwendet werden. Für das Erzeugen der gewünschten Bewegung längs der X- und Y-Achse kann auch ein Linearmotor oder ein Motor in flä­ chiger Bauweise verwendet werden.

Wie aus Fig. 6 zu sehen ist, sind auf den gegenüberliegenden Seiten der Oberseite der ersten Basis 36 einander gegenüber­ liegende Bügel 34 vorgesehen, zwischen denen die zweite Basis 48 angeordnet ist. Dabei geht die zweite Kugelspindel 42 durch beide Bügel 34 und die zweite Basis 48 hindurch.

Die Klemmelemente 46 sind so ausgelegt, daß sie hin- und her­ bewegt werden und dadurch die Leiterplatte 1 greifen können. Diese Bewegung kann mit Hilfe einer Betätigungseinrichtung 54 erfolgen, die unter der Tragplatte 44 angeordnet ist. Die Klemmelemente 46 können aus wenigstens drei oder mehr Elemen­ ten bestehen. Als Betätigungseinrichtungen können ein oder mehrere Linearmotoren oder alternativ linear wirkende Motoren mit flächigem Aufbau oder alternativ ein oder mehrere Zylinder verwendet werden.

Wie vorstehend beschrieben, kann die Überführungseinheit 32 für die Leiterplatten 1 längs der Bewegungsachse bewegt wer­ den. Ferner kann sie in einem Winkel gedreht werden, wodurch eine Abweichung bezüglich der Montage der elektronischen Bau­ teile auf der Leiterplatte kompensiert werden kann. Außerdem kann aufgrund der wenigstens zwei oder mehr Freiheitsgrade eine exakte Montage der elektronischen Bauteile erfolgen, was die Produktivität steigert.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Überführen von Leiterplatten für eine Flächenmontagevorrichtung zum Montieren verschiedener elektronischer Bauteile auf einer Leiterplatte

• - mit einem Rahmen (10),
• - mit einem X-Y-Portal (18), das auf einem oberen Ab­ schnitt des Rahmens (10) angeordnet ist und längs der X- bzw. Y-Achse bewegbar ist,
• - mit einer auf dem Rahmen (10) und innerhalb des X-Y- Portals (18) angeordneten Basis (12),
• - mit einer Fühleinheit (20), die auf einem oberen Abschnitt der Basis (12) angeordnet ist und von ei­ nem Einlaß (22) zugeführte Leiterplatten (1) zur Bestimmung ihrer Position fühlt,
• - mit einer Überführungseinheit (32) für ein freies Bewegen der gefühlten Leiterplatten (1) auf der Ba­ sis (12), und
• - mit wenigstens einem oder mehreren Aufnahmekopfein­ heiten (30), die in dem X-Y-Portal (18) angeordnet sind und mit denen die elektronischen Bauelemente auf der Leiterplatte (1) montiert werden, die von der Überführungseinheit (32) zugeführt worden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführungseinheit (32)

• - eine Bewegungsachse, längs der die Basis (12) frei bewegbar ist,
• - eine erste Basis (36), die an einem oberen Abschnitt der Bewegungsachse vorgesehen ist,
• - eine zweite Basis (48), die an einem oberen Ab­ schnitt der ersten Basis (36) angeordnet ist,
• - ein Klemmelement (46), das auf der zweiten Basis (48) und unter einer Tragplatte (44) für die Leiter­ platte (1) angeordnet ist und zum Greifen der Lei­ terplatte (1) verwendet wird,
• - eine Kraftübertragungseinheit (38, 42) zum Bewegen der ersten Basis (36) und der zweiten Basis (48) längs der X-Achse bzw. der Y-Achse und
• - eine Betätigungseinrichtung (54) aufweist, die auf das Klemmelement (46) wirkt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinheit

• - eine erste Kugelspindel (38), die durch die erste Basis (36) hindurchgeht und von einem Antriebsmotor (39) in Drehung versetzbar ist, wodurch die erste Basis (36) sich frei längs der Y-Achse bewegen kann, und
• - eine zweite Kugelspindel (42) aufweist, die durch die zweite Basis (48) hindurchgeht und durch einen Antriebsmotor (40) in Drehung versetzbar ist, wo­ durch die zweite Basis (48) sich frei längs der X- Achse bewegen kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die auf das Klemmelement (46) wirkende Betäti­ gungseinrichtung (54) einen oder mehrere Linearmotoren aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die auf das Klemmelement (46) wirkende Betäti­ gungseinrichtung (54) einen oder mehrere linear wirkende Motoren mit flächigem Aufbau aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die auf das Klemmelement (46) wirkende Betäti­ gungseinrichtung (54) ein oder mehrere Zylinder aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überführungseinheit (32) aufgrund ihres Aufbaus einen oder mehrere Freiheitsgrade hat, so daß sie frei auf der Basis (12) bewegbar und in beliebige Stellungen bringbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekopfeinheit (30) in dem X-Y-Portal (18) installiert ist und zwei oder mehr Freiheitsgrade hat, so daß sie längs der Z-Achse und der R-Achse bewegbar ist, wodurch die elektronischen Bauele­ mente auf der von der Überführungseinheit (32) zugeführ­ ten Leiterplatte (1) präzise montierbar sind.