DE102007046282A1 - Supporting pin for supporting substrate i.e. printed circuit board, has spring element and damper element cooperated with each other such that spring element and damper element form spring-damper system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Stützstift zum Unterstützen eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrats sowie einen Bestückautomaten.The The invention relates to a support pin for supporting a substrate to be equipped with components as well a placement machine.
Bei Bestückautomaten zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen sind seitlich einer Transportstrecke für die Substrate Zuführvorrichtungen für Bauelemente angeordnet. Ein durch ein Positioniersystem verfahrbarer Bestückkopf des Bestückautomaten holt die Bauelemente von den Zuführvorrichtungen ab, verfährt diese zu einem Bestückbereich des Bestückautomaten, in dem das zu bestückende Substrat bereitgestellt ist, und setzt die Bauelemente auf dem Substrat ab. Während des Bestückvorgangs wird das Substrat an seinen Randbereichen seitlich fixiert.at Placement machines for equipping substrates with components are the side of a transport route for the substrates component feeders arranged. A placement head that can be moved by a positioning system of the placement machine fetches the components from the feeders From, this moves to a Bestückbereich the Placement machines in which the substrate to be loaded and deposits the devices on the substrate. During the placement process, the substrate becomes fixed laterally at its edge areas.
Die Substrate, insbesondere Leiterplatten, sind in der Regel nie ideal eben, sondern meist leicht nach oben oder unten gewölbt. Da die Bauelemente in einer z-Richtung mit einer gewissen Aufsetzkraft auf das Substrat gedrückt werden, um dort auf einem klebrigen Medium (z. B. Lotpaste, Kleber oder Flussmittel) haften zu bleiben, drückt die Saugpipette das Substrat nach unten. Durch die immer höher werdenden Maschinenleistungen ist zusätzlich die Aufsetzgeschwindigkeit der Saugpipette sehr groß, so dass das Substrat durch den Aufsetzimpuls zu Schwingungen angeregt wird. Diese sind einerseits schädlich für das gerade zu bestückende Bauelement, da durch das Zurückfedern des Substrats empfindliche Bauelemente beschädigt werden können, andererseits wird die Positioniergenauigkeit der Bauteile negativ beeinflusst. Ferner ist es möglich, dass Bauelemente, welche bereits auf dem Substrat positioniert wurden, durch die Erschütterungen beim Bestücken verrutschen oder sich ganz von dem Substrat lösen.The Substrates, especially printed circuit boards, are usually never ideal just, but usually slightly curved up or down. Since the components in a z-direction with a certain Aufsetzkraft pressed the substrate to get there on a sticky To adhere to medium (eg solder paste, glue or flux), the suction pipette pushes the substrate downwards. By the ever-increasing machine performance is additional the Aufsetzgeschwindigkeit the suction pipette very large, so that the substrate is excited by the Aufsetzimpuls to vibrations becomes. These are harmful on the one hand just to be assembled component, since by the springing back the substrate sensitive components are damaged On the other hand, the positioning accuracy of the Components negatively affected. Furthermore, it is possible that Components already positioned on the substrate slip through the vibrations during loading or detach completely from the substrate.
Aus diesen Gründen werden gerade bei großen Substraten sogenannte Substratunterstützungen eingesetzt. Dabei handelt es sich um mehrere in z-Richtung orientierte Stützstifte, welche unterhalb des Substrats angeordnet werden und vor dem Bestückvorgang zur Unterstützung von unten an das Substrat herangefahren werden.Out These reasons are especially for large substrates so-called substrate supports used. It acts it is a plurality of support pins oriented in the z-direction, which are arranged below the substrate and before the placement process moved to support from below to the substrate become.
Aus
der
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stützstift sowie einen Bestückautomaten bereitzustellen, mittels welcher eine hohe Prozesssicherheit sowie eine hohe Flexibilität bei der Anordnung der Stützstifte gewährleistet wird.It The object of the present invention is a support pin as well as to provide a placement machine by means of which high process reliability and high flexibility ensured in the arrangement of the support pins becomes.
Diese Aufgabe wird durch den Stützstift sowie den Bestückautomaten gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These The task is performed by the support pin and the placement machines according to the independent claims solved. Advantageous embodiments are the subject of dependent claims.
Gemäß Anspruch 1 weist der Stützstift zum Unterstützen eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrats einen Grundkörper und ein Auflageelement für das zu unterstützende Substrat auf, welches gegenüber dem Grundkörper mittels eines Federelements gefedert gelagert ist. Ferner umfasst der Stützstift für die gefederte Lagerung des Auflageelements ein zusätzliches Dämpferelement.According to claim 1, the support pin for supporting a with substrates to be equipped substrate a body and a support element for the to be supported Substrate on, which is opposite to the main body is suspended by means of a spring element. Further includes the support pin for the spring-loaded mounting of the Supporting element an additional damper element.
Werden mehrere Stützstifte zu Beginn eines Bestückvorgangs beispielsweise mittels eines Hubtisches langsam in einer z-Richtung nach oben gegen die Unterseite des Substrats verfahren, so federn diejenigen Auflageelemente, welche die Substratunterseite zuerst berühren, gegenüber dem Grundkörper des jeweiligen Stützstifts leicht ein, wobei das Federelement entsprechend gestaucht wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch bei gewölbten Substraten jedes Auflageelement sicher am Substrat anliegt, so dass das Substrat ganzflächig unterstützt wird.Become several support pins at the beginning of a placement process For example, by means of a lifting table slowly in a z-direction Move upwards against the underside of the substrate, so feathers those support elements which the substrate base first touch, opposite the main body of the respective support pin slightly, wherein the spring element is compressed accordingly. This will ensure that safe even with arched substrates each support element abuts the substrate, so that the substrate supports the whole area becomes.
Durch die Verwendung des zusätzlichen Dämpfer-Elements wird ein Einfedern des Federelements in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Federbewegung erschwert. Vor allem bei schnellen Bewegungen des Bestückkopfs und dem damit einhergehenden hohen Aufsetzimpuls wird eine hohe Dämpfwirkung erzielt. Bei langsamen Bewegungen, beispielsweise beim Heranfahren der Stützstifte an das Substrat, wird die Federbewegung kaum beeinflusst. Der Stützstift und damit auch das unterstützte Substrat weisen dadurch beim Aufsetzen der Bauelemente eine höhere Steifigkeit auf. Ein Nachschwingen des Substrats, resultierend aus dem hohen Aufsetzimpuls des Bestückkopfs, wird somit unterbunden. Die Bestückgenauigkeit und damit die Prozesssicherheit können hierdurch deutlich erhöht werden. Ein Verrutschen bereits bestückter Bauelemente wird verhindert. Ferner ist bei dieser Ausführung des Stützstifts keine externe Mechanik für die Fixierung des Auflageelements, so dass eine höhere Flexibilität hinsichtlich der Anordnung der Stützstifte ermöglicht wird.By the use of the additional damper element is a compression of the spring element in response to the speed of the spring movement difficult. Especially with fast movements of the placement head and the associated high Aufsetzimpuls a high damping effect is achieved. For slow movements, for example when approaching the support pins to the substrate, is the spring movement hardly influenced. The support pin and Thus also the supported substrate thereby Placing the components on a higher rigidity. A ringing of the substrate, resulting from the high Aufsetzimpuls of the placement, is thus prevented. The placement accuracy and thus the process reliability can be clear increase. Slipping already more populated Components is prevented. Furthermore, in this embodiment the support pin no external mechanics for the Fixation of the support element, allowing for greater flexibility in terms the arrangement of the support pins is made possible.
Als Federelement kommen dabei alle Arten von Federn, beispielsweise mechanische Schrauben- oder Tellerfedern, aber auch Elastomer-Federn oder Luftfedern, in Betracht.When Spring element come all kinds of springs, for example mechanical screw or disc springs, but also elastomer springs or Air springs, into consideration.
In einer Ausgestaltung des Stützstifts nach Anspruch 2 ist das Dämpfer-Element derart ausgebildet, dass beim Bestücken eines unterstützten Substrats ein Einfedern des Federelements weitestgehend unterbunden wird.In An embodiment of the support pin according to claim 2 the damper element designed such that when equipping a supported substrate a compression of the spring element is largely prevented.
Der Ausdruck „weitestgehend" ist hierbei dahingehend zu interpretieren, dass das Substrat beim Aufsetzen eines Bauelements starr bleibt und nicht infolge der Aufsetzkraft nachschwingt. Das Nachgeben des Substrats und damit das Einfedern des Federelements sind im Sinne dieser Erfindung soweit zu dämpfen, dass das Bauelement sicher und dauerhaft auf dem Substrat positioniert werden kann. Die dabei auftretende Aufsetzkraft muss jedoch ausreichend hoch sein, damit das Bauelement sicher auf der Lotpaste oder einem anderen Medium haftet. Dabei darf die Bestückgenauigkeit nicht beeinträchtigt werden, eine Beschädigung empfindliche Bauelemente (beispielsweise sogenannter bare dies) ist zu vermeiden. Daher ist der Stützstift derart ausgebildet, dass ein Einfedern des Federelements beim Bestücken soweit gedämpft wird, dass ein Bauelement sicher auf dem Substrat platziert werden kann.Of the Expression "as far as possible" is to be interpreted as meaning that the substrate remains rigid when placing a device and does not resonate as a result of the placement force. The yielding of the Substrate and thus the compression of the spring element are in the sense to dampen this invention so far that the device can be safely and permanently positioned on the substrate. However, the Aufsetzkraft occurring must be sufficiently high be sure the component is safe on the solder paste or another Medium sticks. The placement accuracy must not be affected, damage sensitive Components (for example so-called bare dies) should be avoided. Therefore, the support pin is formed such that a compression damped the spring element when equipping so far is that a device can be placed securely on the substrate can.
Um das Einfedern des Federelements beim Aufsetzen der Bauelemente auf das Substrat zu unterbinden, ist das zusätzliche Dämpfer-Element so ausgelegt, dass das Auflageelement beim Aufsetzen der Bauelemente aufgrund der Dämpfung nicht auf die Aufsetzkraft und damit den Druck der Pipette reagiert. Das Federelement folgt nicht dem Aufsetzimpuls des Bestückkopfs. Ein Nachgeben des Substrats ist somit nicht mehr möglich. Unter dem Aufsetzimpuls wird hierbei der Impuls verstanden, der beim Aufsetzen eines Bauelements vom Bestückkopf auf das Substrat ausgeübt wird. Die hierbei einhergehende Aufsetzkraft wird benötigt, da bei der SMT-Bestückung das Bauelement in ein Haftmittel, beispielsweise eine Lotpaste oder einen Kleber, gedrückt werden muss, um sicher und dauerhaft auf dem Substrat positioniert werden zu können.Around the compression of the spring element when placing the components To prevent the substrate is the additional damper element designed so that the support element when placing the components due to the damping not on the placement force and thus the pressure of the pipette reacts. The spring element does not follow the Aufsetzimpuls the placement head. A yielding of the substrate is therefore no longer possible. Under the Aufsetzimpuls is In this case understood the impulse, when placing a device exerted by the placement on the substrate. The associated Aufsetzkraft is needed because in the SMT assembly, the device in an adhesive, For example, a solder paste or adhesive pressed It needs to be positioned safely and permanently on the substrate to be able to.
Die Dämpfung des Substrats mittels der erfindungsgemäßen Stützstifte erfolgt dabei dynamisch, d. h. je höher der Impuls beim Aufsetzen des Bauelements auf das Substrat, desto härter wirkt die Dämpfung dieses Impulses durch das Dämpfer-Element. Hierzu ist das Dämpfer-Element derart ausgebildet, dass der Dämpfungsgrad bzw. die Dämpfungswirkung mit zunehmender Geschwindigkeit der Federbewegung zunimmt. Ein Einfedern des Federelements und damit des Auflageelements ist dabei, beispielsweise beim langsamen Heranfahren des Stützstifts an das Substrat, möglich, da der hierbei auftretende Impuls klein ist. Beim Bestücken mit hohen Verfahrgeschwindigkeiten des Bestückkopfs und einem entsprechend hohen Aufsetzimpuls wird ein Einfedern des Federelements aufgrund der Trägheit des Dämpfer-Elements unterbunden.The Damping of the substrate by means of the invention Support pins takes place dynamically, d. H. The higher the momentum when placing the device on the substrate, the more harder the damping of this pulse by the damper element. This is the damper element formed such that the degree of damping or the damping effect increases with increasing speed of the spring movement. A compression the spring element and thus the support element is, for example during the slow approach of the support pin to the substrate, possible because the pulse occurring is small. At the Equipping with high traversing speeds of the placement head and a correspondingly high Aufsetzimpuls a compression of the Spring element due to the inertia of the damper element prevented.
Ein weiterer Vorteil dieser dynamischen Dämpfung ist die selbständige Anpassung der Dämpfungswirkung an den jeweiligen Aufsetzimpuls des Bestückkopfs. Da beim Bestücken von Substraten in Abhängigkeit von der Empfindlichkeit des Bauelements verschiedene Bestückparameter (beispielsweise die Verfahrgeschwindigkeit der Pipette beim Absetzen eines Bauelements) eingestellt werden, passt sich somit die Dämpfung automatisch an die verschiedenen Betriebszustände hinsichtlich der auftretenden Aufsetzkräfte und -geschwindigkeiten an.One Another advantage of this dynamic damping is the independent Adaptation of the damping effect to the respective contact pulse of the Placement head. Because when loading substrates depending on the sensitivity of the device various placement parameters (for example the travel speed the pipette when discontinuing a component), Thus, the damping adapts automatically to the various Operating conditions with regard to the contact forces occurring and speeds.
In einer weiteren Ausgestaltung des Stützstifts nach Anspruch 3 wirken das Federelement und das Dämpfer-Element derart zusammen, dass sie ein Feder-Dämpfer-System bilden.In a further embodiment of the support pin according to claim 3, the spring element and the damper element act like this together that they form a spring-damper system.
Bei einem Feder-Dämpfer-System ist die dämpfende Wirkung des Dämpfer-Elements derart gerichtet, dass sie der Bewegung des Federelements entgegenwirkt. Beim Bestücken wird das Federelement in einer z-Richtung, welche senkrecht zu der zu bestückenden Oberfläche des Substrats orientiert ist, gestaucht. Diese Bewegung des Federelements wird durch das Dämpfer-Element vermindert bzw. weitestgehend unterbunden. Ebenso wirkt das Dämpfer-Element einer Bewegung des Federelements in entgegengesetzter Richtung entgegen. Gemeinsam mit dem Auflageelement bilden Federelement und Dämpfer-Element ein Feder-Masse-Dämpfer-System. Da es sich bei den verwende ten Komponenten um Standardbauteile handelt, ist diese Lösung einfach und kostengünstig zu realisieren.at a spring-damper system is the dampening effect directed the damper element so that it the movement counteracts the spring element. When populating it will Spring element in a z-direction, which is perpendicular to the to be populated Surface of the substrate is oriented, compressed. These Movement of the spring element is through the damper element reduced or largely prevented. Likewise, the damper element acts a movement of the spring element in the opposite direction. Together with the support element form spring element and damper element a spring-mass damper system. Since it is used th Components is standard components, this solution is easy and inexpensive to realize.
In einer Ausgestaltung des Stützstifts nach Anspruch 4 ist das Dämpfer-Element als hydraulischer Dämpfer ausgebildet.In An embodiment of the support pin according to claim 4 the damper element as a hydraulic damper educated.
In einer weiteren Ausgestaltung des Stützstifts nach Anspruch 5 ist das Dämpfer-Element als pneumatischer Dämpfer ausgebildet.In a further embodiment of the support pin according to claim 5 is the damper element as a pneumatic damper educated.
In einer Ausgestaltung des Stützstifts nach Anspruch 6 ist das Dämpfer-Element als Elastomer-Dämpfer ausgebildet.In An embodiment of the support pin according to claim 6 the damper element designed as an elastomer damper.
Bei einem Elastomer-Dämpfer handelt es sich um einen Festkörper-Dämpfer, bei dem die Dämpfwirkung durch einen elastomeren Werkstoff erreicht wird.at an elastomer damper is a solid-state damper, in which the damping effect is achieved by an elastomeric material becomes.
Alle Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 4, 5 und 6 haben den Vorteil, dass es sich bei den eingesetzten Dämpfern um Standardbauteile handelt. Die derart gestalteten Stützstifte sind somit einfach und kostengünstig herzustellen.All embodiments according to claims 4, 5 and 6 have the advantage that it is the one set dampers are standard components. The support pins designed in this way are thus simple and inexpensive to produce.
In einer weiteren Ausgestaltung des Stützstifts nach Anspruch 7 ist der Stützstift magnetisch auf einer Grundplatte eines Bestückautomaten fixierbar.In a further embodiment of the support pin according to claim 7, the support pin is magnetically supported on a base plate of a Placement machines can be fixed.
Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass der Stützstift an einer beliebigen Stelle auf der Grundplatte befestigt werden kann. Die Position ist demnach flexibel an die Topologie des zu unterstützenden Substrats anpassbar. Dabei ist es unerheblich, ob der Magnet im Fußbereich des Stützstifts oder im Bereich der Auflagefläche der Grundplatte angeordnet ist.From this There is the advantage that the support pin at any Place on the base plate can be fixed. The position is thus flexible to the topology of the to be supported Substrate customizable. It does not matter if the magnet is in Foot area of the support pin or in the area of Support surface of the base plate is arranged.
Der Bestückautomat zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen gemäß Anspruch 8 weist mindestens einen Stützstift nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf.Of the Placement machine for loading substrates with Components according to claim 8 has at least A support pin according to any one of claims 1 to 7 on.
Hinsichtlich der hieraus resultierenden Vorteile wird auf die Ausführungen zu den Ansprüchen 1 bis 7 verwiesen.Regarding the resulting benefits will be on the designs refer to the claims 1 to 7.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:in the The invention will be described below with reference to the attached figures explained in more detail. In the figures are:
Zum
Bestücken eines Substrats
In
Das
Bestücken des Substrats
Mehrere
Stützstifte
Weiterhin
verfügt der Stützstift
Beim
Bestücken wird zunächst das Substrat
- 11
- Bestückautomatautomatic placement
- 22
- Substratsubstratum
- 33
- Bauelementmodule
- 44
- Transportstrecketransport distance
- 55
- Zuführvorrichtungfeeder
- 66
- Bestückkopfplacement
- 77
- Querträgercrossbeam
- 88th
- Portalarmport alarm
- 99
- Haltemittelholding means
- 1010
- Stützstiftsupport pin
- 1111
- Grundkörperbody
- 1212
- Auflageelementsupport element
- 1313
- 1414
- Federelementspring element
- 1515
- Dämpfer-ElementDamper element
- 1717
- Magnetmagnet
- 1818
- Grundplattebaseplate
- 1919
- Transportriemenconveyor belts
- 2020
- Klemmelementclamping element
- 2121
- Lotpastesolder paste
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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