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Die
Erfindung betrifft einen Bestückkopf zum Bestücken
von Substraten mit Bauelementen sowie einen Bestückautomaten,
welcher mindestens einen derartigen Bestückkopf aufweist.
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In
der Bestücktechnik werden zum Bestücken von Substraten
mit Bauelementen Bestückautomaten eingesetzt. Die Bauelemente
werden durch seitlich am Bestückautomaten angeordnete Zuführeinrichtungen
an definierten Abholpositionen bereitgestellt. Dort werden sie von
einem Bestückkopf des Bestückautomaten abgeholt
und in einen Bestückbereich transferiert, wo sie auf ein
Substrat positioniert werden. Zwischen dem Abholen der Bauelemente und
dem Positionieren auf dem Substrat werden die Bauelemente mit Hilfe
einer geeigneten Erfassungseinrichtung, beispielsweise einer Bauelement-Kamera,
hinsichtlich ihrer Lage relativ zum Bestückkopf sowie hinsichtlich
etwaiger Fehler überprüft.
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Aus
der
EP 0 829 192 B1 ist
ein Bestückautomat bekannt, welcher eine stationäre
Bauelement-Kamera zur Erfassung der Position eines oder mehrerer
Bauelemente aufweist. Die Vermessung der an einem Bestückkopf
gehaltenen Bauelemente erfolgt durch eine Verfahrbewegung des Bestückkopfs,
welcher nach der Aufnahme der Bauelemente oberhalb der stationären
Kamera positioniert wird, so dass die Kamera die Position der aufgenommenen Bauelemente
relativ zum Bestückkopf von unten erfassen kann. Diese
Art der Bauelementvermessung hat den Nachteil, dass – sofern
mehrere Bauelemente am Bestückkopf gehaltert sind – alle
Bauelemente gemeinsam von der Bauelement-Kamera erfasst werden.
Daher kann die Belichtungseinstellung nicht an die individuellen
Gegebenheiten eines einzelnen Bauelements angepasst werden. Weiterhin
sind stationäre Kameras verhältnismäßig
groß und damit teuer, da sich die Dimensio nierung des Belichtungsfeldes
an der Größe des verwendeten Bestückkopfs orientieren
muss. Ferner ergibt sich bei einer stationären Kamera der
Nachteil, dass der Bestückkopf längere Verfahrwege
zurücklegen muss, weil er nach der Aufnahme der Bauelemente
nicht direkt zu den jeweiligen Bestückpositionen auf dem
zu bestückenden Substrat verfahren werden kann, sondern
einen Umweg über den Erfassungsbereich der Kamera zurücklegen
muss. Eine Optimierung der Verfahrwege wird dadurch erschwert.
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Aus
der Patentschrift
EP
1 586 226 B1 ist ein als Revolverkopf ausgebildeter Bestückkopf
mit einer schräg stehenden Revolverdrehachse bekannt, bei dem
eine Bauelement-Kamera fest in das Gehäuse des Bestückkopfs
integriert ist. Bei Drehung des Revolvers wird jedes gehaltene Bauelement
an der Bauelement-Kamera vorbeigeführt und hinsichtlich
seiner relativen Lage vermessen. Bei horizontal drehenden Revolverköpfen
(mit vertikaler Drehachse) ist eine derartige Anordnung der Bauelement-Kamera jedoch
nicht möglich, weil für eine Betrachtung der Bauelemente
von unten die Bauelement-Kamera unterhalb des Bestückkopfs
6 angeordnet
werden müsste, was den Abhol- sowie den Bestückvorgang erheblich
beeinträchtigt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bestückkopf
sowie einen Bestückautomaten bereitzustellen, mittels derer
die Bestückleistung erhöht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch den Bestückkopf sowie den Bestückautomaten
gemäß den unabhängigen Ansprüchen
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der
abhängigen Ansprüche.
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Der
erfindungsgemäße Bestückkopf für
einen Bestückautomaten zum Bestücken von Substraten
mit Bauelementen weist einen Stator auf, welcher an einem Positioniersystem
des Bestückautomaten befestigt ist und mit Hilfe des Positioniersystems
in einer ersten Richtung und/oder in einer zweiten Richtung parallel
zu einer Ebene des Substrats bewegbar ist. Weiterhin weist der Bestückkopf
einen Rotor auf, welcher am Stator drehbar gelagert ist und an dem mehrere
Segmente zum Handhaben jeweils eines Bauelements in einer dritten
Richtung senkrecht zur Ebene des Substrats verschiebbar angeordnet
sind. Ferner weist der Bestückkopf eine Kulissenführung für
die Segmente sowie eine Arbeitseinrichtung auf, welche am Stator
befestigt sind. Dabei ist die Kulissenführung derart ausgebildet
und angeordnet, dass die Segmente bei Drehung des Rotors jeweils
mittels der Kulissenführung in der dritten Richtung derart
bewegt werden, dass ein von dem jeweils bewegten Segment gehaltenes
Bauelement hierdurch in den Wirkbereich der Arbeitseinrichtung gebracht
wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Bestückkopf handelt
es sich dem prinzipiellen Aufbau nach um einen sogenannten Turret-head,
d. h. es handelt sich um einen horizontal drehenden Revolverkopf
mit einer in z-Richtung, senkrecht zur Substratebene E, orientierten
Drehachse D. Diese Art von Bestückköpfen weist
einen um die Drehachse D drehbaren Rotor auf, an dem mehrere Segmente
zur Aufnahme von Bauelementen angeordnet sind. Dabei ist bei dem
erfindungsgemäßen Bestückkopf die Arbeitseinrichtung
fest am Bestückkopf angeordnet und wird mit Hilfe des Positioniersystems
gemeinsam mit diesem verfahren. Durch Anheben oder Absenken eines Segments
relativ zum Rotor des Bestückkopfs ist es möglich,
das Segment in den Wirkbereich der Arbeitseinrichtung zu bringen.
Eine Hubbewegung des gesamten Bestückkopfs ist hierfür
nicht erforderlich. Eine Verfahrbewegung des Bestückkopfs
zu einer alternativen, stationär am Bestückautomaten
angeordneten Arbeitseinrichtung ist somit nicht mehr erforderlich.
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Mit
Hilfe der Kulissenführung ist es möglich, die
einzelnen Segmente jeweils ausschließlich in der dritten
Richtung zu bewegen, d. h. anzuheben bzw. abzusenken. Eine Überlagerung
mit einer Drehbewegung oder anderen Linearbewegungen in der ersten oder
zweiten Richtung ist dabei nicht erforderlich. Als Arbeitseinrichtung
kommen beispielsweise jede Art von Ak toren oder Sensoren in Betracht.
Als Sensoren sind sowohl optische, als auch induktive, kapazitive oder
magnetische Sensoren möglich.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Bestückkopfs ist
die Arbeitseinrichtung als Bauelement-Kamera ausgebildet, welche
zur Vermessung der Lage eines an dem jeweiligen Segment gehaltenen
Bauelements vorgesehen ist.
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In
diesem Fall, in dem die Arbeitseinrichtung als Bauelement-Kamera
ausgebildet ist, ist unter dem Wirkbereich der Arbeitseinrichtung
das Kamera-Gesichtsfeld der Bauelement-Kamera zu verstehen. Zur
Vermessung der Lage eines an dem jeweiligen Segment gehaltenen Bauelements
ist es erforderlich, dass das am Bestückkopf gehaltene
Bauelement von unten betrachtet wird. Die Bauelement-Kamera muss
somit unterhalb des jeweiligen Segments angeordnet sein, dessen
gehaltenes Bauelement vermessen werden soll. Daher ist die Kamera
in einem definierten Kreisabschnitt des Rotors, dem sogenannten
Vermessungsbereich, derart am Stator des Bestückautomaten
angeordnet, dass sich eine Austrittslinse des Strahlengangs unterhalb
des zu vermessenden Bauelements bzw. Segments befindet. Die Segmente
werden dabei vor dem Vermessungsbereich der Kamera bei Drehung des
Rotors mittels der Kulissenführung angehoben und über
die Austrittslinse geführt.
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Aus
der Verwendung einer derartigen, vergleichsweise kleinen Bauelement-Kamera
ergibt sich ferner der Vorteil, dass eine stationär im
Bestückautomaten angeordnete Bauelement-Kamera nicht mehr
erforderlich ist. Die damit verbundenen Nachteile – hohe
Kosten aufgrund des deutlich größeren Gesichtsfelds,
keine individuell anpassbare Beleuchtung, da bei einer stationären
Kamera alle gehaltenen Bauelemente gleichzeitig betrachtet werden,
reduzierte Bestückleistung aufgrund nicht optimaler Verfahrwege – können
vermieden werden. Mit Hilfe der in den Bestückkopf integrierten
Bauelement-Kamera wird jedes Bauelement relativ zu dem zugeordneten
Segment einzeln vermessen. Somit kann für jedes Bauelement
eine individuelle Beleuchtungseinstellung ausgewählt werden.
Ferner ist hierfür eine Kamera mit einem deutlich kleineren
Gesichtsfeld einsetzbar, wodurch sich die Herstellkosten deutlich reduzieren
lassen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Bestückkopfs
ist jedes Segment mittels einer ihm zugeordneten Linearführung,
welche zur Verschiebung des jeweiligen Segments relativ zum Rotor
in der dritten Richtung ausgebildet ist, geführt. Weiterhin
weist jedes Segment ein Mitnehmerelement auf, welches in der Kulissenführung
zwangsgeführt ist und bei Drehung des Rotors die Bewegung
des jeweiligen Segments entlang der ihm zugeordneten Linearführung
bewirkt.
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Die
Ausbildung eines Mitnehmerelements an jedem Segment, welches in
der Kulissenführung geführt ist und entsprechend
des Verlaufs der Kulisse eine Bewegung des jeweiligen Segments entsprechend
des durch die zugeordnete Linearführung möglichen
Freiheitsgrades bewirkt, stellt eine für diesen Zweck konstruktiv
einfach zu realisierende Gestaltungsmöglichkeit dar.
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Der
erfindungsgemäße Bestückautomat zum Bestücken
von Substraten mit Bauelementen weist zumindest einen Bestückkopf
auf, der wie vorstehend beschrieben ausgeführt ist.
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Hinsichtlich
der sich daraus ergebenden Vorteile wird auf die obigen Ausführungen
zu dem erfindungsgemäßen Bestückkopf
verwiesen.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Bestückkopfs unter Bezug auf die beigefügten Figuren
näher erläutert. In den Figuren sind:
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1 eine
schematische Darstellung eines Bestückautomaten gemäß dem
Stand der Technik in einer Draufsicht
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2a und 2b eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen
Bestückkopfs in einer Draufsicht sowie in einer Seitenansicht
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In
den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets
mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Die Beschreibung gilt für
alle Zeichnungsfiguren, in denen das entsprechende Teil ebenfalls
zu erkennen ist.
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1 zeigt
schematisch den allgemeinen Aufbau eines Bestückautomaten 1 zum
Bestücken von Substraten 2 mit Bauelementen 3,
wie er bereits aus dem Stand der Technik bekannt 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 ein Positioniersystem 9, wobei durch die x-Achse
und die y-Achse ein orthogonales Bezugssystem gebildet wird. Am
Portalarm 8 ist ein Bestückkopf 6, welcher über
mehrere Segmente 12 zum Handhaben der Bauelemente 3 verfügt,
entlang einer Linearführung 19 in x-Richtung verschiebbar
angebracht. Der Bestückkopf 6 ist dabei als sogenannter „Turret-head” ausgebildet,
ein horizontal drehender Bestückkopf mit einer Drehachse
D, welche senkrecht zu einer Ebene E (siehe 2)
des Substrats 2 orientiert ist. Weiterhin ist eine Transporteinrichtung 4 zum
Transport der Substrate 2 in einen Bestückbereich
des Bestückautomaten 1 vorgesehen. Seitlich der
Transporteinrichtung 4 sind in der Nähe des Bestückbereichs
Zuführeinrichtungen 5 angeordnet, welche die Bauelemente 3 an ihren
jeweiligen Abholpositionen 13 bereitstellen. Zwischen dem
Abholbereich und dem Bestückbereich ist eine stationäre
Bauelement-Kamera 18 angeordnet, welche zur Überprüfung
der Lage der an den einzelnen Segmenten 12 des Bestückkopfs 6 gehaltenen
Bauelemente 3 vorgesehen ist.
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Zum
Bestücken eines Substrats 2 wird dieses über
die Transportstrecke 4 in den Bestückbereich transportiert.
Der Bestückkopf 6 wird in den Abholbereich verfahren,
wo die Bauelemente 3 von den Zuführeinrichtungen 5 an
den jeweiligen Abholpositionen 13 für eine Aufnahme
mittels des Bestückkopfs 6 einzelnen bereitgestellt
werden. Dabei ist jedes Bauelement 3 jeweils einem Segment 12 des
Bestückkopfs 6 eindeutig zugeordnet. Sind alle
für den nächsten Bestückvorgang vorgesehenen
Bauelemente 3 aufgenommen, so werden sie in den Bestückbereich
transferiert, wo sie auf ihren jeweiligen Bestückpositionen
auf dem Substrat 2 positioniert werden.
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Auf
dem Weg vom Abholbereich zum Bestückbereich passiert der
Bestückkopf 6 mit den aufgenommenen Bauelementen 3 die
dazwischen angeordnete, stationäre Bauelement-Kamera 18.
Dabei wird die genaue Position der gehaltenen Bauelemente 3 sowie
deren Winkellage relativ zur Position des Bestückkopfs 6 ermittelt,
so dass Position und Winkellage eines jeden Bauelements 3 vor
dem Positionieren des Bauelements 3 auf dem Substrat 2 entsprechend
korrigiert werden können. Bei Verwendung einer stationären
Bauelement-Kamera 18 werden jedoch in der Regel alle gehaltenen
Bauelemente 3 gleichzeitig vermessen. Dabei ist es jedoch
nicht möglich, die Belichtungseinstellung der Bauelement-Kamera 18 an
die individuellen Gegebenheiten der jeweils gehaltenen Bauelemente 3 anzupassen. Ferner
ist aufgrund der flächigen Anordnung der gleichzeitig zu
vermessenden Bauelemente 3 am Bestückkopf 6 eine
Bauelement-Kamera 18 mit einem verhältnismäßig
großen Kamera-Gesichtsfeld erforderlich.
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Die 2a und 2b zeigen
den erfindungsgemäßen Bestückkopf 6 schematisch
in einer Draufsicht sowie in einer Seiten ansicht. Der Bestückkopf 6 entspricht
dabei von seinem Aufbau einem Turret-head, d. h. es handelt sich
um einen horizontal drehenden Revolverkopf mit einer in z-Richtung, senkrecht
zur Substratebene E, orientierten Drehachse D. Hierzu weist der
Bestückkopf 6 einen Stator 10 auf, welcher
am Positioniersystem 9 des Bestückautomaten 1 verfahrbar
angeordnet ist. Am Stator 10 ist ein Rotor 11 um
die Drehachse D drehbar angeordnet. Weiterhin verfügt der
Bestückkopf 6 über mehrere Segmente 12,
welche am Rotor 11 angeordnet, zur Aufnahme von Bauelementen 3 ausgebildet und
ebenfalls senkrecht zur Substratebene E uns somit parallel zur Drehachse
D orientiert sind. Weiterhin ist am Stator 10 eine Arbeitseinrichtung 14 befestigt, die
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Bauelement-Kamera
ausgebildet ist.
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Ferner
weist der Bestückkopf 6 eine Kulissenführung 15 auf,
welche ebenfalls am Stator 10 des Bestückkopfs 6 befestigt
und als geschlossener Laufring ausgebildet ist. Die einzelnen Segmente 12 sind
am Rotor 11 jeweils über eine Linearführung 16 in
z-Richtung verschiebbar gelagert und weisen jeweils einen Mitnehmer 17 auf,
welcher im Laufring der Kulissenführung 15 geführt
ist. In einem ersten Abschnitt 15-1 des Laufrings werden
die Segmente 12 über die Mitnehmer 17 in
einer in z-Richtung (z) unteren Position geführt. In dieser
unteren Position können die Segmente 12 beispielsweise
Bauelemente 3 an den Abholpositionen 13 der Zuführeinrichtungen 5 aufnehmen
oder Bauelemente 3 auf dem Substrat 2 absetzen.
In einem zweiten Abschnitt 15-2 des Laufrings, welcher
sich in Nähe des Wirkbereichs der Bauelement-Kamera 14 befindet,
werden bei Drehung des Rotors 11 um die Drehachse D die
Segmente 12 über die in der Kulissenführung 15 geführten
Mitnehmer 17 im Verhältnis zum ersten Abschnitt in
negativer z-Richtung (–z) angehoben und über die Bauelement-Kamera 14 geführt.
Die Verschiebebewegung der einzelnen Segmente 12 relativ
zum Rotor 11 wird dabei entlang der jeweiligen Linearführung 16 geführt.
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Die
Bauelement-Kamera 14 ist derart am Stator 10 befestigt,
dass eine Austrittsebene A des Strahlengangs der Bauelement-Kamera 14 unterhalb der
angehobenen Segmente 12 angeordnet ist, wobei die Bauhöhe
des Bestückkopfs 6 durch das Anheben der Segmente 12 nicht
beeinflusst wird. Auf diese Weise können die Bauelemente 3 auch
bei einem horizontal drehenden Bestückkopf 6 mittels
einer in den Bestückkopf 6 integrierten Bauelement-Kamera 14 hinsichtlich
ihrer Relativposition vermessen werden, ohne dass der Bestückkopf 6 hierzu
angehoben oder der Abstand der sich im ersten Abschnitt des Laufrings
befindlichen Segmente 12 zur Substratebene E variiert werden
muss. Die Austrittsebene A ist in 2 senkrecht
zur Drehachse D des Bestückkopfs 6 bzw. zu einer
Orientierungsrichtung der Segmente 12 ausgerichtet, so
dass das aufgenommene Bauelement 3 direkt von unten betrachtet
wird. Es ist jedoch ebenso möglich, die Austrittsebene
A schräg zur Drehachse D bzw. zur Substratebene E anzuordnen
und das jeweilige Bauelement 3 unter einem schrägen
Winkel zu betrachten bzw. zu vermessen.
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- 1
- Bestückautomat
- 2
- Substrat
- 3
- Bauelement
- 4
- Transporteinrichtung
- 5
- Zuführeinrichtung
- 6
- Bestückkopf
- 7
- Querträger
- 8
- Portalarm
- 9
- Positioniersystem
- 10
- Stator
- 11
- Rotor
- 12
- Segment
- 13
- Abholposition
- 14
- Arbeitseinrichtung
- 15
- Kulissenführung
- 15-1
- erster
Abschnitt
- 15-2
- zweiter
Abschnitt
- 16
- Linearführung
- 17
- Mitnehmerelement
- 18
- stationäre
Bauelement-Kamera
- 19
- Linearführung
- x
- erste
Richtung
- y
- zweite
Richtung
- z
- dritte
Richtung
- A
- Austrittsebene
- D
- Drehachse
des Bestückkopfs
- E
- Substratebene
- T
- Transportrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0829192
B1 [0003]
- - EP 1586226 B1 [0004]