DE102008036805A1

DE102008036805A1 - Assembly head for use in mounting machine, has pipette shifted to high frequency mechanical oscillation and forming part of sonotrode, such that component aspirated over suction opening is held contactless from pipette

Info

Publication number: DE102008036805A1
Application number: DE102008036805A
Authority: DE
Inventors: Stefan Burger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2009-09-24

Abstract

The head (6) has a retaining device (10) for retaining and holding a component (3), where the retaining device has a pipette (11) at an end. The pipette has a suction opening (12), which aspirates the component in a pressurized manner with a negative pressure. The pipette is excited with ultrasonic in a z-direction perpendicularly to a plane of a substrate (2) and shifted to a high frequency mechanical oscillation and forms a part of a sonotrode, such that the component aspirated over the suction opening is held contactless from the pipette.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bestückkopf zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen sowie einen Bestückautomaten und ein Bestückverfahren.The The invention relates to a placement head for loading of substrates with components as well as a placement machine and a placement method.

In der Bestücktechnik werden mit Hilfe von Bestückautomaten Substrate, zumeist Leiterplatten, mit Bauelementen bestückt. Hierfür werden in der Regel Bestückköpfe eingesetzt, welche mittels eines Positioniersystems des Bestückautomaten in einer Ebene parallel zu einer Ebene des Substrats verfahrbar sind und zum Aufnehmen von Bauelementen bzw. Positionieren der Bauelemente auf dem Substrat ausgebildet sind. Mit Hilfe eines derart gestalteten Bestückkopfs werden die Bauelemente von sogenannten Zuführeinrichtungen abgeholt, zu einem Bestückbereich des Bestückautomaten, in dem das zu bestückende Substrat bereitgestellt ist, transferiert und an vordefinierten Bestückpositionen auf dem Substrat abgesetzt.In the placement technique be with the help of placement machines Substrates, usually printed circuit boards, equipped with components. For this will be usually placement heads used, which by means of a positioning of the placement in a plane are movable parallel to a plane of the substrate and to record of components or positioning of the components on the substrate are formed. With the help of such a design placement The components are picked up by so-called feeders, too a placement area of the placement machine, in which the to be equipped Substrate is provided, transferred and predefined placement positions deposited on the substrate.

Heutzutage wird hierfür meist das SMT-Verfahren (engl. Surface Mounted Technology) verwendet. Dabei wird vor dem eigentlichen Bestückvorgang zunächst das Lotmaterial in Form von Lotpaste auf die Kontaktstellen auf der Oberseite der Leiterplatte aufgebracht. Dies kann beispielsweise mittels Schablonendruck erfolgen. Im nächsten Schritt werden dann die Bauteile auf ihre jeweiligen, vordefinierten Bestückpositionen auf der Leiterplatte aufgesetzt. Die Verwendung einer klebrigen Lotpaste hat unter anderem den Vorteil, dass die Bauelemente durch die aufgebrachte Lotpaste auf dem Substrat an ihrer jeweiligen Soll-Position gehalten werden.nowadays will do this mostly the SMT (Surface Mounted Technology) method used. This is the first before the actual placement process Soldering material in the form of solder paste on the contact points on the Applied top of the circuit board. This can be, for example done by stencil printing. In the next step will be the components to their respective predefined placement positions placed on the circuit board. The use of a sticky Among other things, solder paste has the advantage that the components through the applied solder paste on the substrate at their respective desired position being held.

Zur Handhabung der Bauelemente hat sich das Ansaugen mittels Vakuum weitgehend durchgesetzt. Mit Hilfe einer Vakuumpipette, welche an dem Bestückkopf angeordnet ist, wird ein Bau element von der Zuführeinrichtung durch Ansaugen aufgenommen und während des Transfers zu seiner jeweiligen Bestückposition gehalten. Durch Abschalten des Vakuums oder überblasen mit Druckluft kann das Bauelement von der Vakuumpipette an das Substrat übergeben werden. Dabei ist bei der Elektronikfertigung ein genereller Trend zu kleineren Bauelementen zu beobachten. Auch wird vermehrt dazu übergegangen, vereinzelte Chips direkt von einem Wafer abzuholen und auf dem bereitgestellten Substrat zu positionieren. Da Beschädigungen jeglicher Art an einzelnen Bauelementen unter allen Umständen zu vermeiden sind, stellt gerade die Handhabung kleiner und/oder empfindlicher Bauelemente erhöhte Anforderungen an das verwendete Equipment sowie das damit durchgeführte Produktionsverfahren.to Handling of the components has sucked by vacuum largely enforced. With the help of a vacuum pipette, which on the placement head is arranged, a construction element of the feeder by suction taken and while the transfer to his respective placement position. By Turn off the vacuum or over blow with compressed air, the device can be transferred from the vacuum pipette to the substrate become. At the same time, electronics manufacturing is a general trend to observe smaller components. It is also increasingly being used pick up a few chips directly from a wafer and place them on the provided Position the substrate. Since damage of any kind to individual Components in all circumstances To avoid, just makes the handling smaller and / or increased sensitive components Requirements for the equipment used and the production process carried out with it.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bestückkopf, einen Bestückautomaten sowie ein Bestückverfahren bereitzustellen, welche für die Bestückung empfindlicher Bauelemente in besonderem Maße geeignet sind.It Therefore, the object of the present invention, a placement, a placement machine as well as a placement process to provide which for the equipment sensitive components are particularly suitable.

Diese Aufgabe wird durch den Bestückkopf, den Bestückautomaten sowie das Bestückverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These Task is by the placement, the placement and the placement method according to the independent claims. advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims.

Der erfindungsgemäße Bestückkopf zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen weist mindestens eine Halteeinrichtung zum Aufnehmen und Halten eines Bauelements auf. An einem Ende weist die Halteeinrichtung eine Pipette auf, welche eine Saugöffnung aufweist, die mit einem Unterdruck beaufschlagt das Bauelement ansaugt. Die Pipette wird in einer z-Richtung senkrecht zur Ebene des Substrats mit Ultraschall angeregt und in Schwingung versetzt und bildet dabei zumindest einen Teil einer Sonotrode, so dass das über die Saugöffnung angesaugte Bauelement von der Pipette berührungslos gehalten wird.Of the Inventive placement head for equipping Substrates with components has at least one holding device for receiving and holding a component. At one end points the holding device has a pipette which has a suction opening, which is acted upon by a negative pressure sucks the device. The The pipette becomes perpendicular in a z-direction to the plane of the substrate excited with ultrasound and vibrated and forms it at least part of a sonotrode, so that over the Suction port sucked Component from the pipette contactless is held.

Unter einer Sonotrode ist ein Werkzeug zu verstehen, welches durch ein Einleiten hochfrequenter mechanischer Schwingungen (Ultraschall) in Schwingung versetzt wird. Durch die Ultraschall-Anregung der Pipette wird eine abstoßende Kraft aufgebaut, welche verhindert, dass das Bauelement die Pipette berührt. Zwischen dieser abstoßenden Kraft und der aus dem Ansaugen des Bauelements mit Unterdruck resultierenden anziehenden Kraft stellt sich ein Gleichgewicht ein, so dass das Bauelement berührungslos in einem bestimmten Abstand vor der Spitze der Pipette schwebt.Under a sonotrode is a tool to understand through a Initiation of high-frequency mechanical vibrations (ultrasound) is vibrated. By the ultrasonic excitation of Pipette becomes a repellent Force built, which prevents the device from the pipette touched. Between this repulsive Force and the resulting from the suction of the device with negative pressure attractive force adjusts itself to a balance, so that the Component contactless hovering at a certain distance in front of the tip of the pipette.

Das berührungslose Halten ist vor allem für hochempfindliche Bauelemente von Vorteil: hierdurch kann beispielsweise bei der Handhabung von Chips, welche direkt von einem Wafer auf das Substrat bestückt werden, ein Verkratzen der empfindlichen Oberfläche vermieden werden.The contactless Holding is especially for highly sensitive Components of advantage: this can, for example, during handling of chips which are directly loaded onto the substrate by a wafer, Scratching the sensitive surface can be avoided.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Bestückkopf eine Sensoranordnung auf, die zur Messung eines Abstands des Bauelements von der Pipette ausgebildet ist.In According to an advantageous embodiment, the placement head has a sensor arrangement which is used to measure a distance of the device from the pipette is trained.

Mit Hilfe der Sensoranordnung ist es möglich, den Abstand des Bauelements zur Spitze der Pipette zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren. Hierfür kommen beispielsweise induktive oder kapazitive Näherungssensoren, aber auch optische oder magnetische Sensoranordnungen in Frage. Durch die Ermittlung des Abstands lässt sich zuverlässig bestimmen, ob ein Bauelement beim Abholen angesaugt wurde oder nicht. Ferner kann mit Hilfe der Sensoranordnung registriert werden, ob ein aufgenommenes und gehaltenes Bauelement während des Transfers vom Abholen zur Bestückposition wieder verloren wurde. Die Zuverlässigkeit und damit die Prozesssicherheit des mittels dieses Bestückkopfs ausgeführten Bestückverfahrens kann hierdurch deutlich erhöht werden.With the aid of the sensor arrangement, it is possible to check the distance of the component to the tip of the pipette and to correct if necessary. For this purpose, for example, inductive or capacitive proximity sensors, but also optical or magnetic sensor arrangements in question. By determining the distance can be reliably determine whether a component was sucked in picking or not. Furthermore, it can be registered with the aid of the sensor arrangement, whether a recorded and held component during the transfer from picking up to the placement position who was lost. The reliability and thus the process reliability of the placement process performed by means of this placement head can thereby be significantly increased.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Sensoranordnung als pneumatische Sensoranordnung ausgebildet, welche in eine Vakuumleitung der Pipette integriert ist.In In a further advantageous embodiment, the sensor arrangement designed as a pneumatic sensor assembly, which in a vacuum line of Pipette is integrated.

Durch die Ausbildung der Sensoranordnung als pneumatische Sensoranordnung, welche in die Vakuumleitung der Pipette integrierbar ist, sind keine externen Anordnungen erforderlich. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine preiswerte und kompakte Anordnung für den Bestückkopf realisiert werden.By the formation of the sensor arrangement as a pneumatic sensor arrangement, which can be integrated into the vacuum line of the pipette are not external Arrangements required. This can be done in a simple way an inexpensive and compact arrangement can be realized for the placement.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Sensoranordnung einen Strömungssensor und/oder einen Drucksensor zur Bestimmung eines Luftdurchsatzes durch die Saugöffnung der Pipette auf, wobei der Luftdurchsatz einen Abstand des Bauelements zur Pipette repräsentiert.In a further advantageous embodiment, the sensor arrangement a flow sensor and / or a pressure sensor for determining an air flow through the suction opening the pipette, wherein the air flow is a distance of the device represented to the pipette.

Die Ausgestaltung als pneumatische Sensoranordnung mit einem Strömungssensor und/oder einem Drucksensor zur Bestimmung des Luftdurchsatzes hat den Vorteil, dass hieraus der Abstand, den das Bauelement zur Spitze der Pipette einnimmt, sehr genau bestimmt werden kann. Der Luftdurchsatz durch die Saugöffnung der Pipette hängt stark vom Luftspalt, d. h. vom Abstand des Bauelements zur Spitze der Pipette ab. Dieser Luftdurchsatz kann durch den Strömungssensor und/oder indirekt über den Drucksensor gemessen bzw. bestimmt werden. Für die Bestimmung des Abstands des Bauelements zur Spitze der Pipette ist eine Messgenauigkeit von einigen wenigen μm erreichbar.The Design as a pneumatic sensor arrangement with a flow sensor and / or a pressure sensor for determining the air flow rate the advantage that from this the distance that the device to the top the pipette, can be determined very accurately. The air flow through the suction opening the pipette hangs strong from the air gap, d. H. from the distance of the device to the tip from the pipette. This airflow can be through the flow sensor and / or indirectly via the Pressure sensor to be measured or determined. For the determination of the distance of the device to the tip of the pipette is a measurement accuracy of a few μm reachable.

Da der Abstand des Bauelements zur Spitze der Pipette lediglich auf Basis des Luftdurchsatzes durch die Saugöffnung der Pipette bestimmt wird, können ferner keine Messungenauigkeiten aufgrund unterschiedlicher Materialien der Pipette oder des Bauelements auftreten, wie dies beispielsweise bei induktiven oder kapazitiven Messverfahren möglich wäre.There the distance of the device to the tip of the pipette only on Base of the air flow rate determined by the suction port of the pipette will, can Furthermore, no measurement inaccuracies due to different materials the pipette or the device occur, as for example would be possible with inductive or capacitive measuring methods.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Bestückkopf eine Steuerungseinrichtung auf, welche anhand des Abstands eine Aufsetzkraft bestimmt, die beim Bestücken von der Pipette auf das Bauelement ausgeübt wird.In In a further advantageous embodiment, the placement head has a Control device, which determines a placement force based on the distance, when loading is exerted by the pipette on the device.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuerungseinrichtung zur Regelung der Aufsetzkraft ausgebildet, wobei die Steuerungseinrichtung den Luftdurchsatz und damit den Abstand des Bauelements zur Pipette regelt.In A further advantageous embodiment is the control device designed to control the placement force, wherein the control device the air flow and thus the distance of the device to the pipette regulates.

Bei konstanter Schwingungsamplitude der Sonotrode ist der gemessene Abstand des Bauelements von der Pipettenspitze ferner ein Maß für die beim Bestücken auf das Bauelement ausgeübte Kraft. Damit ist mittels der Sensoranordnung indirekt auch eine Kraftmessung und darauf aufbauend mit Hilfe der Steuerungseinrichtung eine Kraftregelung beim Bestückvorgang möglich. Ist eine definierte Aufsetzkraft vorgegeben, so kann durch Regelung des Luftdurchsatzes durch die Saugöffnung der Pipette der Abstand des Bauelements von der Pipettenspitze und damit indirekt auch die Aufsetzkraft geregelt werden.at constant oscillation amplitude of the sonotrode is the measured Distance of the device from the pipette tip also a measure of the equip force exerted on the component. This is by means of the sensor arrangement indirectly also a force measurement and building on it with the help of the control device, a force control when mounting operation possible. If a defined Aufsetzkraft given, so can by regulation the air flow through the suction port of the pipette the distance the component of the pipette tip and thus indirectly the Aufsetzkraft be regulated.

Der erfindungsgemäße Bestückautomat zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen weist einen erfindungsgemäßen Bestückkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche auf.Of the Placement machine according to the invention for loading of substrates with components has a placement head according to the invention one of the preceding claims on.

Für das erfindungsgemäße Bestückverfahren zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen wird ein erfindungsgemäßer Bestückkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche verwendet.For the placement method according to the invention for loading of substrates with components is an inventive placement after one of the preceding claims used.

Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Bestückautomaten sowie des erfindungsgemäßen Bestückverfahrens wird auf die obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Bestückkopf verwiesen.Regarding the advantages of the placement machine according to the invention as well as the placement method according to the invention is based on the above refer to the placement head according to the invention.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Bestückkopfs unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:in the Following is an embodiment of the fitting head with reference to the attached Figures closer explained. In the figures are:

1 eine schematische Darstellung eines Bestückautomaten in einer Draufsicht, 1 a schematic representation of a placement in a plan view,

2 eine schematische Darstellung eines Bestückkopfs in einer Seitenansicht. 2 a schematic representation of a placement head in a side view.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Daher wird jedes Teil nur einmal beschrieben, wobei die jeweilige Beschreibung für alle Figuren der Zeichnung gilt, in denen das betreffende Teil ebenfalls dargestellt ist.In the different figures of the drawing are the same parts always provided with the same reference number. Therefore, every part only once described, with the respective description for all figures the drawing applies, in which the part in question is also shown is.

1 zeigt schematisch den allgemeinen Aufbau eines Bestückautomaten 1 zum Bestücken von Substraten 2 mit Bauelementen 3, welcher zur Aufnahme des erfindungsgemäßen Bestückkopfs 6 geeignet ist. Der Bestückautomat 1 weist einen Querträger 7 auf, welcher sich in einer y-Richtung erstreckt und fest mit einem Maschinengestell (nicht dargestellt) verbunden ist. Am Querträger 7 ist ein Portalarm 8 angebracht, welcher sich in x-Richtung erstreckt und in y-Richtung verschiebbar am Querträger 7 befestigt ist. Querträger 7 und Portalarm 8 bilden zusammen das Positioniersystem 9, wobei durch die x-Achse und die y-Achse ein orthogonales Bezugssystem gebildet wird. Am Portalarm 8 ist ein Bestückkopf 6 angeordnet, welcher mit Hilfe eines Linearantriebs 21 in x-Richtung entlang des Portalarms 8 verfahren werden kann. Weiterhin ist eine Transportstrecke 4 zum Transport der Substrate 2 in einen Bestückbereich des Bestückautomaten 1 vorgesehen. Seitlich der Transportstrecke 4 sind in der Nähe des Bestückbereichs Zuführvorrichtungen 5 angeordnet, welche die Bauelemente 3 an ihren jeweiligen Abholpositionen 22 bereitstellen. 1 schematically shows the general structure of a placement machine 1 for loading substrates 2 with components 3 , which for receiving the placement head according to the invention 6 suitable is. The placement machine 1 has a cross member 7 which extends in a y-direction and is fixedly connected to a machine frame (not shown). At the cross member 7 is a portal arm 8th attached, which extends in the x direction and displaceable in the y direction on the cross member 7 is attached. crossbeam 7 and porch arm 8th together form the positioning system 9 , wherein an orthogonal Be through the x-axis and the y-axis train system is formed. At the portal arm 8th is a placement head 6 arranged, which by means of a linear drive 21 in x-direction along the porch arm 8th can be moved. Furthermore, a transport route 4 for transporting the substrates 2 in a placement area of the placement machine 1 intended. Side of the transport route 4 are near the placement area feeders 5 arranged which the construction elements 3 at their respective pick-up positions 22 provide.

Zum Bestücken eines Substrats 2 wird dieses über die Transportstrecke 4 in den Bestückbereich transportiert. Die von der Zuführvorrichtung 5 bereitgestellten elektrischen Bauelemente 3 werden von dem Bestückkopf 6 abgeholt und in den Be stückbereich transferiert, wo sie auf ihren jeweiligen Bestückpositionen auf dem Substrat 2 positioniert werden.For loading a substrate 2 this is about the transport route 4 transported to the placement area. The from the feeder 5 provided electrical components 3 be from the placement head 6 picked up and transferred to the loading area, where they are placed on their respective placement positions on the substrate 2 be positioned.

In 2 ist der Bestückkopf 6 in einer Seitenansicht schematisch dargestellt. Er weist eine Halteeinrichtung 10 zum Aufnehmen und Halten eines Bauelements 3 auf, die relativ zu einem Grundkörper des Bestückkopfs 6 in einer z-Richtung verschiebbar ist. Es ist jedoch ebenso möglich, anstelle der Halteeinrichtung 10 den gesamten Bestückkopf 6 am Portalarm 8 (siehe 1) in z-Richtung verfahrbar anzuordnen. An einem dem Substrat 2 zugewandten Ende der Halteeinrichtung 10 ist eine Pipette 11 mit einer Saugöffnung 12 angeordnet, die über eine pneumatische Leitung 13 mit Unterdruck beaufschlagt werden kann. Durch den an der Saugöffnung 12 anliegenden Unterdruck wird auf ein aufzunehmendes Bauelement 3 eine Kraft in negativer z-Richtung ausgeübt, so dass das Bauelement 3 angesaugt und an der Saugöffnung 12 gehalten wird. Der Unterdruck wird mit Hilfe eine Vakuumquelle (nicht dargestellt) erzeugt und kann mittels eines Druckreglers 17 auf einen geeigneten Wert eingestellt werden. Die Vakuumquelle sowie der Druckregler 17 können dabei sowohl am Bestückkopf 6 als auch am Bestückautomaten 1 angeordnet sein.In 2 is the placement head 6 shown schematically in a side view. He has a holding device 10 for picking up and holding a component 3 on, relative to a main body of the placement head 6 is displaceable in a z-direction. However, it is also possible instead of the holding device 10 the entire placement head 6 on the portal arm 8th (please refer 1 ) in the z-direction movable to arrange. At one the substrate 2 facing the end of the holding device 10 is a pipette 11 with a suction opening 12 arranged, via a pneumatic line 13 can be applied with negative pressure. By the at the suction opening 12 applied negative pressure is on a male component 3 a force exerted in a negative z-direction, so that the device 3 sucked in and at the suction opening 12 is held. The negative pressure is generated by means of a vacuum source (not shown) and can by means of a pressure regulator 17 be set to an appropriate value. The vacuum source and the pressure regulator 17 can do this both at the placement head 6 as well as at the placement machine 1 be arranged.

Weiterhin ist die Pipette 11 als Sonotrode ausgebildet, die mit Hilfe einer hochfrequenten mechanischen Schwingung (beispielsweise Ultraschall) selbst in Schwingung versetzt wird. Durch die Ultraschall-Anregung der Pipette 11 wird an einer Spitze der Pipette 11, an der sich die Saugöffnung 12 befindet, eine auf das Bauelement 3 abstoßend wirkende Kraft in z-Richtung aufgebaut, welche verhindert, dass das Bauelement 3 die Pipette 11 berührt. Beim Aufnehmen eines Bauelements 3 stellt sich zwischen dieser abstoßenden Kraft und der aus dem Ansaugen des Bauelements 3 mit Unterdruck resultierenden anziehenden Kraft ein Gleichgewicht ein, so dass das Bauelement 3 berührungslos in einem bestimmten Abstand a zur Spitze der Pipette 11 schwebend gehalten wird.Furthermore, the pipette 11 designed as a sonotrode, which is itself vibrated by means of a high-frequency mechanical vibration (for example ultrasound). By the ultrasonic excitation of the pipette 11 is at a tip of the pipette 11 , at which the suction opening 12 located, one on the device 3 repelling force built up in z-direction, which prevents the component 3 the pipette 11 touched. When picking up a component 3 arises between this repulsive force and that from the aspiration of the device 3 with negative pressure resulting attractive force a balance, so that the device 3 contactless at a certain distance a to the tip of the pipette 11 is kept floating.

Für den Fall, dass sich ein Bauelement 3 vor der Spitze der Pipette 11 befindet und dort gehalten wird, ist der Luftdurchsatz durch die Saugöffnung 12 der Pipette 11 stark von dem Abstand a abhängig, welcher sich aufgrund des Kräftegleichgewichts der beiden zuvor beschriebenen Effekte zwischen dem gehaltenen Bauelement 3 und der Saugöffnung 12 einstellt. Daher weist der Bestückkopf 6 eine Sensoranordnung 14 auf, welche zur Bestimmung des Abstands a ausgebildet ist. Die Sensoranordnung 14 weist einen Strömungssensor 15 auf, welcher direkt in die Vakuumleitung 13 integriert ist und somit ein Durchflussmessgerät darstellt. Auf diese Weise kann der Luftdurchsatz durch die Vakuumleitung 13 und damit durch die Saugöffnung 12 der Pipette 11 bestimmt werden. Allein aus dem ermittelten Luftdurchsatz kann bereits mit Hilfe einer Steuerungseinrichtung 20 der Abstand a zwischen dem gehaltenen Bauelement 3 und der Saugöffnung 12 bestimmt werden.In the event that is a component 3 in front of the tip of the pipette 11 is and is held there, the air flow through the suction opening 12 the pipette 11 strongly dependent on the distance a, which is due to the balance of forces of the two effects described above between the held component 3 and the suction opening 12 established. Therefore, the placement head 6 a sensor arrangement 14 which is designed to determine the distance a. The sensor arrangement 14 has a flow sensor 15 on, which directly into the vacuum line 13 is integrated and thus represents a flowmeter. In this way, the air flow through the vacuum line 13 and thus through the suction opening 12 the pipette 11 be determined. Alone from the determined air flow can already with the help of a control device 20 the distance a between the held component 3 and the suction opening 12 be determined.

Zusätzlich weist die Sensoranordnung 14 einen Drucksensor 15 auf, mit dessen Hilfe der Luftdruck in der Vakuumleitung 13 bestimmt werden kann. Ist der Druck eine vom Luftdurchsatz abhängige Größe, welche sich bei einer Änderung des Luftdurchsatzes ebenfalls ändert, so kann indirekt auch allein mit Hilfe des Drucksensors der Luftdurchsatz durch die Vakuumleitung 13 bestimmt werden. Im Zusammenwirken mit dem Strömungssensor 14 dient der Drucksensor 15 zur Überwachung der eingestellten Druckverhältnisse in der Vakuumleitung 13.In addition, the sensor arrangement 14 a pressure sensor 15 on, with whose help the air pressure in the vacuum line 13 can be determined. If the pressure is dependent on the air flow rate, which also changes with a change in the air flow rate, so indirectly by means of the pressure sensor alone, the air flow through the vacuum line 13 be determined. In cooperation with the flow sensor 14 serves the pressure sensor 15 for monitoring the set pressure conditions in the vacuum line 13 ,

Sofern die Schwingungsamplitude zur Anregung der als Sonotrode ausgebildeten Pipette 11 konstant gehalten wird, kann mit Hilfe des oben beschriebenen Bestückkopfs 6 auch eine sogenannte Aufsetzkraft bestimmt werden, welche beim Aufsetzen des Bauelements 3 auf das Substrat 2 in z-Richtung auf das Bauelement 3 ausgeübt wird. Diese darf, je nach Beschaffenheit des zu bestückenden Bauelementtyps, einen bestimmten, vordefinierten Maximalwert nicht überschreiten, um eine hierdurch hervorgerufene Beschädigung des Bauelements 3 sicher zu vermeiden. Beim Aufsetzen des Bauelements 3 auf das Substrat 2 reduziert sich der Abstand a zwischen dem Bauelement 3 und der Saugöffnung 12. Diese Veränderung des Abstands a, welche ein Maß für die auf das Bauelement 3 wirkende Aufsetzkraft darstellt, kann mit Hilfe der oben beschriebenen Sensoranordnung 14 festgestellt werden. Mit Hilfe der Steuerungseinrichtung 20 kann aus der Veränderung des Luftdurchsatzes, welcher aus der Reduzierung des Abstands a resultiert, die auf das Bauelement 3 wirkende Aufsetzkraft ermittelt werden. Damit ist mittels der beschriebenen Sensoranordnung 14 auch eine indirekte Kraftmessung sowie – darauf aufbauend – eine Kraftregelung beim Bestückvorgang möglich.If the oscillation amplitude for excitation of the trained as a sonotrode pipette 11 can be kept constant, with the help of the placement head described above 6 Also, a so-called Aufsetzkraft be determined, which when placing the device 3 on the substrate 2 in z-direction on the device 3 is exercised. This may, depending on the nature of the component type to be populated, not exceed a certain, predefined maximum value, thereby causing damage to the component 3 sure to avoid. When placing the device 3 on the substrate 2 reduces the distance a between the component 3 and the suction opening 12 , This change in the distance a, which is a measure of the on the device 3 represents acting landing force can, with the aid of the sensor arrangement described above 14 be determined. With the help of the control device 20 may be due to the change in the air flow rate, which results from the reduction of the distance a, on the device 3 acting Aufsetzkraft be determined. This is by means of the described sensor arrangement 14 also an indirect force measurement and - based on this - a force control during the placement process possible.

Mit Hilfe der Sensoranordnung 14 kann der Abstand a zwischen dem gehaltenen Bauelement 3 und der Spitze der Pipette 11 mit einer verhältnismäßig hohen Genauigkeit von einigen wenigen μm (Mikrometer) bestimmt werden. Dies stellt eine wesentliche Voraussetzung für die Automatisierbarkeit des kompletten Prozessablaufs beim berührungslosen Handhaben von Bauelementen dar.With the help of the sensor arrangement 14 can the distance a between the held component 3 and the tip of the pipette 11 be determined with a relatively high accuracy of a few microns (microns). This represents an essential prerequisite for the automation of the complete process sequence in non-contact handling of components.

11: Bestückautomatautomatic placement
22: Substratsubstratum
33: Bauelementmodule
44: Transportstrecketransport distance
55: Zuführvorrichtungenfeeders
66: Bestückkopfplacement
77: Querträgercrossbeam
88th: Portalarmport alarm
99: Positioniersystempositioning
1010: Halteeinrichtungholder
1111: Pipettepipette
1212: Saugöffnungsuction opening
1313: Vakuumleitungvacuum line
1414: Sensoranordnungsensor arrangement
1515: Strömungssensorflow sensor
1616: Drucksensorpressure sensor
1717: Druckreglerpressure regulator
2020: Steuerungseinrichtungcontrol device
2121: Linearantrieblinear actuator
2222: Abholpositioncollection position

Claims

Placement head ( 6 ) for a placement machine ( 1 ) for loading substrates ( 2 ) with components ( 3 ), - with at least one holding device ( 10 ) for receiving and holding a component ( 3 ), - at the holding device ( 10 ) at one end a pipette ( 11 ), in which the pipette has a suction opening ( 12 ), which acts with a negative pressure, the component ( 3 ), - in which the pipette ( 11 ) in a z-direction perpendicular to the plane of the substrate ( 2 ) is excited with ultrasound and vibrated and forms at least a part of a sonotrode, so that via the suction port ( 12 ) sucked in component ( 3 ) from the pipette ( 11 ) is held without contact.

Placement head ( 6 ) according to claim 1, with a sensor arrangement ( 14 ) used to measure a distance of the component ( 3 ) from the pipette ( 11 ) is trained.

Placement head ( 6 ) according to claim 2, wherein the sensor arrangement ( 14 ) is designed as a pneumatic sensor arrangement, which in a vacuum line ( 13 ) of the pipette ( 11 ) is integrated.

Placement head ( 6 ) according to claim 2 or 3, wherein the sensor arrangement ( 14 ) a flow sensor ( 156 ) and / or a pressure sensor ( 16 ) for determining an air flow rate through the suction opening ( 12 ) of the pipette ( 11 ), wherein the air flow rate the distance of the component ( 3 ) to the pipette ( 11 ).

Placement head ( 6 ) according to one of Claims 1 to 4, in which the placement head ( 6 ) a control device ( 20 ), which determines on the basis of the distance a placement force when loading from the pipette ( 11 ) on the device ( 3 ) is exercised.

Placement head ( 6 ) according to claim 5, in which the control device ( 20 ) is designed to control the placement force, wherein the control device ( 20 ) the air flow and thus the distance of the component ( 3 ) to the pipette ( 11 ) regulates.

Placement machine ( 1 ) for loading substrates ( 2 ) with components ( 3 ), a placement head ( 6 ) according to one of claims 1 to 6.

Placement method for loading substrates ( 2 ) with components ( 3 ), in which a placement head ( 6 ) is used according to one of claims 1 to 6.