DE102008052661A1

DE102008052661A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestücken von Leiterplatten mit oberflächenmontierten Bauelementen

Info

Publication number: DE102008052661A1
Application number: DE102008052661A
Authority: DE
Inventors: Stephan Baur; Matthäus Sigl
Original assignee: BMK PROFESSIONAL ELECTRONICS G; BMK PROFESSIONAL ELECTRONICS GmbH
Current assignee: BMK PROFESSIONAL ELECTRONICS G; BMK PROFESSIONAL ELECTRONICS GmbH
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2010-04-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken von Leiterplatten (6) mit oberflächenmontierten Bauelementen (2, 22) wie SMD-Bauteilen, beinhaltend folgende Schritte:
a) Vorgabe eines bestimmten Bestückungsortes (14) und/oder einer bestimmten Bestückungslage am Bestückungsort (14) in Bezug zu einer Leiterplatte (6) für ein Bauelement (2) mit einer bestimmten Identität als Soll-Zustand,
b) Aufnehmen, Positionieren und Ablegen des einen Bauelements (2) auf der Leiterpaltte (6) gemäß der Vorgabe.
Die Erfindung sieht vor, dass
c) der Ist-Zustand des einen Bauelements (2) hinsichtlich seines Vorhandenseins am Bstückungsort (14) und/oder hinsichtlich seiner Identität und/oder hinsichtlich seiner Bestückungslage in Bezug zur Leiterplatte (6) überprüft und bei Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand um einen bestimmten Toleranzbereich ein Signal erzeugt wird, bevor eine Bestückung der Leiterplatte (6) mit einem weiteren Bauelement (22) erfolgt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Bestücken von Leiterplatten mit oberflächenmontierten Bauelementen wie SMD-Bauteilen, beinhaltend folgende Schritte:

– Vorgabe eines bestimmten Bestückungsortes und/oder einer vorbestimmten Bestückungslage am Bestückungsort für ein Bauelement einer bestimmten Identität in Bezug zu einer Leiterplatte als Soll-Zustand,
– Aufnehmen, Positionieren und Ablegen des einen Bauelements auf der Leiterplatte gemäß der Vorgabe,

Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise in der EP 0 344 793 B1 offenbart. Demnach ist es bekannt, Leiterplatten mittels manuell oder automatisierten Bestückungseinrichtungen mit oberflächenmontierten Bauelementen, sog. SMD(small mounted device)Bauelementen zu bestücken.
Dabei werden die Bauelemente durch ein Bestückungswerkzeug einer manuell oder programmgesteuerten Bestückungseinrichtung einem Magazin entnommen und an einen bestimmten Bestückungsort auf der Leiterplatte transportiert. Als Magazin dient insbesondere ein die Bauelemente gurtender Gurt und als Bestückungswerkzeug ein Sauggriffel bzw. eine Saugnadel, welche in der Ebene der Leiterplatte sowie senkrecht dazu verstellbar ist.
Mittels des Saugeffekts des Sauggriffels werden dabei die Bauelemente aus dem tragenden Gurt ausgehoben und an den Bestückungsort auf der Leiterplatte transportiert. Die zu bestückende Oberfläche der Leiterplatte ist mit einem Haftmittel, in der Regel mit einer viskosen Lotpaste bedeckt, so dass die nacheinander auf die Oberfläche der Leiterplatte aufgebrachten Bauelemente an dieser anhaften können. Auch andere Lötverfahren sind bekannt, wie beispielsweise Löten in einer Dampfphase oder Konvektionslöten (Reflowlöten).
Nach der Bestückung der Leiterplatte mit allen Bauelementen durch die Bestückungseinrichtung als Bestückungsstation im Rahmen einer seriellen Fertigung in aufeinander folgenden Stationen schließt sich dieser eine Reflow-Lötstation an, in welcher die mit allen Bauelementen bestückte Leiterplatte mittels Infrarotstrahlern erhitzt wird, so dass das Lot in der Lotpaste schmilzt und nach Abkühlung die gewünschte stoffschlüssige Verbindung zwischen den Bauelementen und der Leiterplatte herstellt.
Um bei einer manuell betätigten Bestückungseinrichtung das Auffinden des richtigen Bestückungsortes durch eine Bedienperson zu erleichtern, sei es gemäß der eingangs genannten Schrift bekannt, den jeweiligen Bestückungsort optisch, beispielsweise mittels eines auf der Leiterplatte einen Lichtpunkt abbildenden Lichtstrahls anzuzeigen. Dadurch kann jedoch nicht verhindert werden, dass der Bedienperson, welcher eine hohe Aufmerksamkeit und Arbeitsbelastung abverlangt wird, Fehler und daher Fehlbestückungen der Leiterplatte unterlaufen, insbesondere bei kleinen SMD-Bauelementen, bei welchen die Bestückungsorte aufgrund der kompakten Bauweise dicht beieinander liegen.
Bekannt sind außerdem Stationen zur Kontrolle der Bestückung von bereits vollständig bestückten Leiterplatten, welche als separate Stationen der Löt- bzw. Bestückungseinrichtung nachgeschaltet sind. Zwar können in diesem Fall falsch bestückte bzw. verlötete Leiterplatten identifiziert werden, jedoch in einem Stadium, in welchem eine Korrektur sehr aufwändig ist, weil dann falsche Bauelemente bzw. falsch positionierte Bauelemente von der oft dicht mit Bauelementen bepackten Leiterplatte entfernt und ausgetauscht werden müssen. Dabei können jedoch Beschädigungen benachbarter Bauelemente nicht ausgeschlossen werden. Im schlimmsten Fall muss daher die Leiterplatte komplett neu hergestellt, bedruckt und mit Bauelementen bestückt werden.
Da bei der Bestückung von Leiterplatten zudem eine gewisse Reihenfolge eingehalten werden muss, indem beispielsweise in der Regel kleinere vor größeren Bauelementen platziert werden, ist ein Nachbestücken fehlender Bauelemente nicht immer möglich. Dann müsste der gesamte Bestückungsprozess ein weiteres Mal durchlaufen werden, was eine aufwändige Vorbereitung erforderlich macht.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art derart weiter zu entwickeln, dass eine kostengünstigere und hinsichtlich des Fertigungsergebnisses zuverlässigere Möglichkeit zur Herstellung von mit oberflächenmontierten Bauelementen bestückten Leiterplatten gegeben ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 und Anspruch 10 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Das Verfahren gemäß der Erfindung sieht vor, dass

– der Ist-Zustand des einen Bauelements hinsichtlich seines Vorhandenseins am Bestückungsort und/oder hinsichtlich seiner Identität und/oder hinsichtlich seiner Bestückungslage in Bezug zur Leiterplatte überprüft und bei Abweichung Ist-Zustands vom Soll-Zustand um einen bestimmten Toleranzbereich ein Signal erzeugt wird, bevor eine Bestückung der Leiterplatte mit einem weiteren Bauelement erfolgt.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch

– Mittel, welche den Ist-Zustand des einen Bauelements hinsichtlich seines Vorhandenseins am Bestückungsort und/oder hinsichtlich seiner Identität und/oder hinsichtlich seiner Bestückungslage in Bezug zur Leiterplatte überprüfen und bei Abweichung Ist-Zustands vom Soll-Zustand um einen bestimmten Toleranzbereich ein Signal erzeugen, bevor eine Bestückung der Leiterplatte mit einem weiteren Bauelement erfolgt.

Werden beim Stand der Technik Leiterplatten mit falschen Bauelementen, mit den richtigen Bauelementen, aber am falschen Ort und/oder in falscher Lage in Bezug zur Leiterplatte oder teilweise überhaupt nicht bestückt, so können solche Fehler erst erkannt werden, wenn die Leiterplatte vollständig mit Bauelementen bestückt ist.
Demgegenüber kann mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen eine Falschbestückung hinsichtlich Vorhandensein, Lage und Identität eines Bauelements unmittelbar nach der Bestückung mit dem jeweiligen Bauelement erkannt werden. Dies hat den Vorteil, dass auf das Signal hin Maßnahmen getroffen werden können, welche ein Bestücken der Leiterplatte mit einem weiteren Bauelement zunächst verhindern und erst die Bestückung mit dem betreffenden Bauelement wiederholt wird bzw. eine Korrektur der Bestückung mit dem betreffenden Bauelement erfolgt, bevor eine Bestückung der Leiterplatte mit einem weiteren Bauelement stattfindet.
Durch diese ad hoc Fehlererkennung und Fehlerkorrektur wird vermieden, dass bereits vollständig bestückte Leiterplatten aufwändig korrigiert bzw. als Ausschuss ausgesondert werden müssen.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindung möglich.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Bestückung manuell gesteuert und das Signal ist ein optisches und/oder akustisches Signal. In diesem Fall wird die Bestückungseinrichtung, welche die Bauelement aufnimmt und auf der Leiterplatte positioniert von einer Bedienperson betätigt. Über das optische und/oder akustische Signal wird dann die Bedienperson über die fehlerhafte Bestückung informiert und kann den Fehler korrigieren, bevor sie die Bestückung der Leiterplatte mit dem nächsten Bauelement fortsetzt.
Alternativ kann das Bestücken der Leiterplatte mit Bauelementen programmgesteuert und geregelt erfolgen, wobei das Signal eine Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand repräsentiert. Vor dem Bestücken der Leiterplatte mit einem weiteren Bauelement wird abhängig von dem Signal daher erst eine erneute Bestückung bzw. eine Korrektur der Bestückung der Leiterplatte mit dem einen Bauelement durchgeführt. Insbesondere wird erst, wenn die Leiterplatte mit dem einen Bauelement im Soll-Zustand bestückt ist, eine Freigabe für eine Bestückung der Leiterplatte mit einem weiteren Bauelement gegeben.
Damit wird eine Regelung der Bestückungsvorgänge realisiert, wozu eine Sensoreinrichtung zur Detektion des Ist-Zustands vorgesehen wird und eine programmgesteuerte Bestückungseinrichtung als Regler bzw. Stellglied, um den Bestückungsvorgang mit dem einen Bauelement solange zu korrigieren bzw. zu wiederholen, bis die Regelabweichung innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt und der Soll-Zustand erreicht ist.
Besonders vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Sensoreinrichtung wenigstens einen optischen Sensor beinhaltet, welcher an einem Bestückungskopf der Bestückungseinrichtung zum Aufnehmen, Positionieren und Ablegen von Bauelementen auf der Leiterplatte angeordnet ist. In diesem Fall wird der Sensor zusammen mit dem Bestückungskopf bewegt und es braucht keine zusätzliche Einrichtung mit zusätzlichen Achsen vorgesehen werden.
Gemäß einer weiterbildenden Maßnahme werden im Rahmen mehrerer Bestückungsvorgänge von mehreren Bauelementen Daten über den jeweiligen Ist-Zustand in einem auslesbaren Speicher gespeichert, wobei die in dem Speicher abgelegten Daten ausgewertet werden, insbesondere mittels einer statischen Auswertung.
Anschließend erfolgt abhängig von der Auswertung der in dem Speicher abgelegten Daten bevorzugt eine automatische Anpassung von Bestückungsparametern der Bestückungseinrichtung, welche für die Bestückung mit Bauelementen maßgebend sind, mit welchen die Leiterplatte nachfolgend bestückt wird.
Unter solche Bestückungsparameter fällt beispielsweise der am Saufgriffel der Bestückungseinrichtung herrschende Saugdruck, welcher dann automatisch für eine Bestückung mit nachfolgenden Bauelementen angepasst wird, wenn bei häufigem Nicht-Vorhandensein von vorangehend zu verbauenden Bauelementen auf der Leiterplatte einige Bauelemente offenbar nicht vom Sauggriffel aufgenommen oder während des Transports vom Magazin zum Bestückungsort fallen gelassen wurden.
Weiterhin kann, wenn mit zunehmender Anzahl von bereits bestückten Bauelementen eine immer größere Abweichung ihrer Ist-Lage von der Soll-Lage insbesondere in häufig derselben Weise oder Richtung festgestellt wird, insbesondere in der horizontalen X- und Y-Ebene, eine vorbeugende Beeinflussung des Bestückungsprozesses stattfinden, beispielsweise durch Anpassung des Verfahrwegs der Bestückungseinrichtung in der X- und Y-Ebene, um fehlerhafte Bestückungen zu vermeiden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Bestückungsorte für die Bauelemente und insbesondere der Bestückungsort für das eine Bauelement auf der Leiterplatte durch einen bestimmten Datensatz, beispielsweise in Form von Koordinaten vorgegeben. Dieser Bestückungsort wird dann von der das betreffende Bauelement tragenden Bestückungseinrichtung angefahren, das Bauelement dort abgelegt und der Bestückungsort und/oder die Bestückungslage bzw. die Identität des Bauelements von einer Sensoreinrichtung überprüft. Diese Vorgehensweise erfordert jedoch eine exakte Zentrierung und Fixierung der Leiterplatte beim Bestückungsvorgang, was einen gewissen Aufwand erfordert.
Gemäß einer alternativen Ausführung kann der Bestückungsort für das eine Bauelement zunächst abhängig von einem vorgegebenen Datensatz, d. h. programmgesteuert angefahren und dann abhängig von wenigstens einem bestimmten, auf der Oberfläche der Leiterplatte vorhandenen und von einer Sensoreinrichtung erfassbaren oder detektierbaren Merkmal bestimmt oder vorge geben werden. Der Datensatz gibt folglich den Bestückungsort grob vor, wobei die Bestimmung der genauen Position des Bestückungsortes auf der Leiterplatte abhängig von dem erfassten Merkmal auf der Oberfläche der Leiterplatte erfolgt.
Ein Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass die Genauigkeit der Zentrierung der Leiterplatte in der Bestückungsstation, welche andernfalls einen hohen Aufwand erfordern würde, nicht sehr hoch zu sein braucht und das programmgesteuerte Anfahren des Bestückungsortes mit einer gewissen Toleranz erfolgen kann, weil im nachfolgenden Schritt die Sensoreinrichtung die genaue Lage des Bestückungsortes anhand des Merkmals auf der Oberfläche der Leiterplatte genau identifizieren kann.
Dabei kann das bestimmte Merkmal auf der Oberfläche der Leiterplatte beispielsweise durch ein topographisches Merkmal wie ein Lotpastendepot für das eine Bauelement oder durch eine Markierung wie eine Beschriftung gebildet werden. Unter einem topographischen Merkmal soll dabei ein Merkmal in der Oberflächenstruktur der Leiterplatte verstanden werden, welches sich von den anderen Merkmalen der Oberflächenstruktur charakteristisch unterscheiden kann. Leiterplatten werden an den Bestückungsorten auch häufig mit bestimmten Beschriftungen versehen, welche ebenfalls als von einer Sensoreinrichtung erfassbare und unterscheidbare Merkmale dienen können.
Zwar muss die Zentrierung der Leiterplatte beim Aufbringen des topographischen Merkmals bzw. der Markierung auf der Leiterplatte in einer der Bestückungsstation vorangehenden Station mit hoher Genauigkeit erfolgen, jedoch ist diese hohe Genauigkeit dann bei der Zentrierung der Leiterplatte in der nachfolgenden Bestückungsstation nicht mehr erforderlich, weil dann der Bestückungsort durch die nun genau bestimmte Position des betreffenden Merkmals auf der Oberfläche der Leiterplatte festgelegt wird und die genaue Position dieses Merkmal von der Sensoreinrichtung erfassbar ist. Folglich muss die Leiterplatte nur ein einziges Mal, nämlich beim Versehen der Leiterplatte mit dem Merkmal oder den Merkmalen mit hoher Genauigkeit bzw. mit geringer Toleranz zentriert werden, im Rahmen der nachfolgenden Bestückung jedoch nicht mehr, was eine gewisse Kostenersparnis mit sich bringt.
Die Sensoreinrichtung, welche den Ist-Zustand des Bauelements des einen Bauelements hinsichtlich seines Vorhandenseins am Bestückungsort und/oder hinsichtlich seiner Identität und/oder hinsichtlich seiner Bestückungslage in Bezug zur Leiterplatte überprüft, kann bei dieser Ausführungsform im Sinne einer vorteilhaften Doppelfunktion auch zum Erfassen bzw. zum Vorgeben des genauen Bestückungsortes dienen.
Genaueres geht aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor. Bei den Ausführungsbeispielen sind identische und gleich wirkende Baugruppen und Bauteile durch die gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet.
Zeichnung
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestücken von Leiterplatten mit oberflächenmontierten Bauelementen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einer Aufnahmeposition;
2 die Vorrichtung von 1 in einer Transportposition;
3 die Vorrichtung von 1 in einer Positionierposition;
4 die Vorrichtung von 1 in einer Kontrollposition;
5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestücken von Leiterplatten mit oberflächenmontierten Bauelementen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in 1 stark schematisch gezeigte Vorrichtung 1 zum Bestücken von Leiterplatten mit oberflächenmontierten Bauelementen 2, 22 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst eine gegenüber einem mit einer Reihe von Bauelementen 2 befüllten und stationären Magazin wie einem Gurt 4 sowie gegenüber einer bevorzugt stationär gespannten Leiterplatte 6 in einer Ebene parallel zur Leiterplatte 6 sowie senkrecht dazu, beispielsweise in Richtung einer X-, Y- und Z-Achse verfahrbare Bestückungseinrichtung 8. Diese umfasst wiederum einen mit einem Aufnahmewerkzeug wie einem an sich bekannten Saugriffel 10 versehenen Bestückungskopf 12. Mittels des Saugeffekts des Sauggriffels 10 werden die Bauelemente 2, 22 aus dem tragenden Gurt 4 ausgehoben und an die für sie vorgesehenen Bestückungsorte 14 auf der Leiterplatte 6 transportiert. Exemplarisch ist in 1 lediglich der Bestückungsort 14 für das Bauelement 2 gezeigt.
Zur Bestückung mit Bauelementen 2, 22 aus dem Magazin oder Gurt 4 ist die Leiterplatte 6 bevorzugt nur an einer ihrer Oberflächen stellenweise oder vollständig mit einer viskosen Lotpaste 16 bedeckt, so dass die nacheinander auf die Oberfläche 17 der Leiterplatte 6 aufgebrachten Bauelemente 2, 22 an dieser anhaften können. Bevorzugt wird an jedem Bestückungsort 14 für ein Bauelement 2 ein Lotpastendepot aufgebracht.
Weiterhin ist eine Sensoreinrichtung 18 mit wenigstens einem optischen Sensor 20 vorgesehen, welcher an dem Bestückungskopf 12 der Bestückungseinrichtung 8 zum Aufnehmen, Positionieren und Ablegen von Bauelementen 2, 22 auf der Leiterplatte 6 angeordnet ist und zusammen mit diesem relativ zum Gurt 4 und zur Leiterplatte 6 verfährt.
Die Bestückungseinrichtung 8 befindet sich in der in 1 gezeigten Stellung in einer Aufnahmeposition, in der der Bestückungskopf 12 mit dem Sauggriffel 10 bevorzugt über dem Gurt 4 positioniert ist und durch eine beispielsweise nach unten gerichtete Vertikalbewegung ein bestimmtes Bauelement 2 mit dem Saugriffel 10 aufnimmt.
Dabei könnte gemäß einer Ausführungsform die Bestückung manuell gesteuert erfolgen, beispielsweise dadurch, dass die Bestückungseinrichtung 8 manuell betätigt bzw. gesteuert wird.
Besonders bevorzugt erfolgt das Bestücken der Leiterplatte 6 mit Bauelementen 2 jedoch programmgesteuert und geregelt, d. h. es werden Abweichungen eines Ist-Zustands von einem Soll-Zustand von der Sensoreinrichtung 18 detektiert und gegebenenfalls durch die Bestückungseinrichtung 8 korrigiert.
In einem auslesbaren Speicher der Bestückungseinrichtung 8 sind Daten hinsichtlich einer Vorgabe eines vorbestimmten Bestückungsortes 14 und/oder einer vorbestimmten Bestückungslage am Bestückungsort 14 für das auf der Leiterplatte 6 zu positionierende Bauelement 2 in Bezug zur Leiterplatte 6 als Soll-Zustand gespeichert. Dieses Bauelement 2 hat eine bestimmte Identität und unterscheidet sich beispielsweise darin vom Bauelement 22.
Gemäß dieser Vorgabe wird dann die Bestückungseinrichtung 8 zusammen mit dem an dem Bestückungskopf 12 aufgenommenen Bauelement 2 gemäß 2 zu der Leiterplatte 6 hin verfahren und das Bauelement 2 dann gemäß der Vorgabe auf der Leiterplatte 6 an dem für das Bauelement 2 vorgesehenen speziellen Bestückungsort 14 positioniert bzw. abgelegt und dort durch die Adhäsionskräfte der Lotpaste 17 gehalten, wie in 3 gezeigt ist.
Alternativ hierzu könnte auch die Leiterplatte 6 auch relativ zu dem dann stationären Bestückungskopf 12 verfahren oder beide Baugruppen, die Leiterplatte 6 und der Bestückungskopf 12 relativ zueinander beweglich geführt werden.
Der Soll-Zustand des Bauelements 2, dessen Identität beispielsweise durch seine physikalischen, insbesondere durch seine elektrischen Eigenschaften bestimmt wird, ist dabei charakterisiert durch das Vorhandensein des einen Bauelements 2 an dem für dieses Bauelement 2 vorgesehenen Bestückungsort 14 und seine Bestückungslage in Bezug zum Bestückungsort 14, wobei diese Lagebeziehung neben der X-, Y- und Z-Koordinate auch jegliche Winkellage in Bezug zur Leiterplatte 6 bzw. zum Bestückungsort 14 beinhaltet. Mit anderen Worten muss sich nach erfolgreicher Bestückung ein Bauelement 2 mit bestimmter Identität an einem bestimmten Bestückungsort 14 in einer bestimmten Bestückungslage auf der Leiterplatte 6 befinden.
Durch die Sensoreinrichtung 18, welche bevorzugt mit einer hier nicht explizit gezeigten Auswerteeinrichtung kombiniert ist, wird dann der durch die Positionierung gemäß 3 begründete Ist-Zustand des einen Bauelements 2 hinsichtlich seines Vorhandenseins am Bestückungsort 14 und/oder hinsichtlich seiner Identität und/oder hinsichtlich seiner Lage in Bezug zur Leiterplatte 6 überprüft und bei Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand um einen bestimmten Toleranzbereich ein Signal erzeugt.
Im Falle einer manuell zu betätigenden Bestückungseinrichtung 8 ist das Signal bevorzugt ein optisches und/oder akustisches Signal. Über das optische und/oder akustische Signal wird dann die Bedienperson über die fehlerhafte Bestückung informiert und kann den Fehler korrigieren, bevor die Bestückung der Leiterplatte 6 mit dem nächsten Bauelement 22 fortgesetzt wird.
Im Falle einer Regelung repräsentiert das Signal die Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand. Vor dem Bestücken der Leiterplatte 6 mit einem weiteren Bauelement 22 wird dann abhängig von dem Signal eine erneute Bestückung bzw. eine Korrektur der Bestückung der Leiterplatte 6 mit dem einen Bauelement 2 durchgeführt. Insbesondere wird erst, wenn die Leiterplatte 6 mit dem einen Bauelement 2 im Soll-Zustand bestückt ist, eine Freigabe für eine Bestückung der Leiterplatte 6 mit einem weiteren Bauelement 22 gegeben.
Solange dieses Freigabesignal beispielsweise von der Sensor- und Auswerteeinrichtung 18 nicht erzeugt und in die Bestückungseinrichtung 8 eingesteuert wird, kann die Bestückungseinrichtung 8 beispielsweise gesperrt werden, um eine Bestückung mit einem weiteren Bauelement 22 zu verhindern.
Mittels der Regelung wird der Bestückungsvorgang mit dem einen Bauelement 2 daher solange korrigiert bzw. wiederholt, bis die Regelabweichung innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegt und der Soll-Zustand erreicht ist.
Falls daher der Bestückungsvorgang aufgrund eines nicht vom Sauggriffel 10 aufgenommenen Bauelements 2 fehlerhaft war und das Fehlen des Bauelements 2 am Bestückungsort 14 auf der Leiterplatte 6 vom optischen Sensor 20 erkannt wurde, wird der Bestückungsvorgang wiederholt, bis das Bauelement 2 am richtigen Bestückungsort 14 in der richtigen Lage positioniert ist. Erst dann wird das Freigabesignal für den nächsten Bestückungsvorgang erzeugt.
In dem auslesbaren Speicher der Bestückungseinrichtung 8 werden bevorzugt neben dem Soll-Zustand (Vorgabe) auch Daten über mehrere Bestückungsvorgänge von Daten betreffend den Ist-Zustand mehrerer auf der Leiterplatte 6 zuvor positionierter Bauelemente gespeichert und zwar bevor dieser Ist-Zustand gegebenenfalls auf den Soll-Zustand korrigiert wurde. Diese Daten werden ausgewertet, bevorzugt mittels der kombinierten Sensor- und Auswerteeinrichtung 18, insbesondere mittels einer statischen Auswertung (Statistische Prozesskontrolle).
Anschließend erfolgt abhängig von der Auswertung der in dem Speicher abgelegten Daten bevorzugt eine automatische Anpassung von Bestückungsparametern der Bestückungseinrichtung, welche für die Bestückung mit Bauelementen maßgebend sind, mit welchen die Leiterplatte 6 nachfolgend bestückt wird.
Die Steuerroutinen bzw. die elektronische Hardware der Bestückungseinrichtung 8 sowie der Sensor- und Auswerteeinrichtung 18 können in einem gemeinsamen Steuergerät zusammen gefasst sein.
Nach der vollständigen Bestückung der Leiterplatte 6 mit allen Bauelementen 2, 22 durch die Bestückungseinrichtung 8 wird die Leiterplatte 6 in einer hier nicht gezeigten Lötstation mittels Infrarotstrahlern erhitzt, so dass das Lot in der Lot- Paste 16 schmilzt und nach Abkühlung die gewünschte stoffschlüssige Verbindung zwischen den Bauelementen 2, 22 und der Leiterplatte 6 herstellt.
Gemäß einer alternativen Ausführung kann der Bestückungsort 14 für das eine Bauelement 2 zunächst abhängig von einem vorgegebenen Datensatz, d. h. programmgesteuert angefahren und dann abhängig von wenigstens einem bestimmten, auf der Oberfläche 17 der Leiterplatte 6 vorhandenen und von einer Sensoreinrichtung 18 detektierbaren Merkmal 16 bestimmt, festgelegt oder korrigiert werden.
Der Datensatz gibt folglich den Bestückungsort 14 grob vor, wobei die Bestimmung der genauen Lage des Bestückungsortes 14 auf der Leiterplatte 6 abhängig von dem detektierbaren Merkmal 16 auf der Oberfläche 17 der Leiterplatte 6 erfolgt.
Dabei kann das wenigstens eine bestimmte, von einer Sensoreinrichtung 18 erfassbare Merkmal auf der Oberfläche 17 der Leiterplatte 6 beispielsweise durch ein topographisches Merkmal wie das Lotpastendepot 16 für das eine Bauelement 2 oder durch eine Markierung wie eine Beschriftung gebildet werden. Das Lostpastendepot 16 ist hier beispielsweise für ein Bauelement 2 mit zwei Anschlüssen ausgebildet und umfasst folglich zwei getrennte Depots. Genauso kann ein Lotpastendepot 16 für einen oder mehr als zwei Anschlüsse, beispielsweise auch für 64 Anschlüsse auf der Oberfläche 17 der Leiterplatte 6 aufgebracht werden. Mittels einer Berechnungseinrichtung wird dann der Bestückungsort 14 für das jeweilige Bauelement 2 aus den Positionen der Lotpastendepots 16 für das jeweilige Bauelement 2 ermittelt bzw. berechnet.
Mit anderen Worten sind Mittel vorgesehen, welche die Leiterplatte 6 vor der Bestückung mit dem einen Bauelement 2 an dem Bestückungsort 14 mit wenigstens einem Merkmal 16 versehen, sowie eine Sensoreinrichtung 18, welche die Position des Merkmals 16 erfasst und den Bestückungsort 14 für das eine Bauelement 2 abhängig von der Position dieses Merkmals 16 vorgibt.
Die Sensoreinrichtung 18, welche den Ist-Zustand des einen Bauelements 2 hinsichtlich seines Vorhandenseins am Bestückungsort 14 und/oder hinsichtlich seiner Identität und/oder hinsichtlich seiner Bestückungslage in Bezug zur Leiterplatte 6 überprüft, dient bei dieser Ausführungsform bevorzugt auch zum Erfassen der Position des Merkmals 16 bzw. zum Vorgeben des exakten Bestückungsortes 14 für das eine Bauelement 2.
Dieser Sachverhalt ist in 5 dargestellt, wo die Sensoreinrichtung 18 bevorzugt zusammen mit der Bestückungseinrichtung 8 zunächst den Bestückungsort 14 auf der Leiterplatte 6 programmgesteuert anfährt und dann der Sensor 20 der Sensoreinrichtung 18 die genaue Position des Lotpastendepots 16 für das eine Bauelement 2 auf der Oberfläche 17 der Leiterplatte 6 erfasst, wobei diese Position zugleich den exakten Bestückungsort 14 für das eine Bauelement 2 bildet.
Vorzugsweise erst dann nimmt die Bestückungseinrichtung 8 das eine Bauelement 2 aus dem Gurt 4 auf und platziert es an dem von der Sensoreinrichtung 18 erfassten Bestückungsort 14. Alternativ kann die Bestückungseinrichtung 8 das eine Bauelement 2 bereits aufgenommen haben, wenn die Sensoreinrichtung 18, hier bevorzugt zusammen mit der Bestückungseinrichtung 8, die Position des Lotpastendepots 16 erfasst oder detektiert.

1: Vorrichtung
2: Bauelement
4: Gurt
6: Leiterplatte
8: Bestückungseinrichtung
10: Sauggriffel
12: Bestückungskopf
14: Bestückungsort
16: Lotpaste
17: Oberfläche
18: Sensoreinrichtung
20: Sensor
22: Bauelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0344793 B1 [0002]

Claims

Verfahren zum Bestücken von Leiterplatten (6) mit oberflächenmontierten Bauelementen (2, 22) wie SMD-Bauteilen, beinhaltend folgende Schritte: a) Vorgabe eines bestimmten Bestückungsortes (14) und/oder einer bestimmten Bestückungslage am Bestückungsort (14) in Bezug zu einer Leiterplatte (6) für ein Bauelement (2) mit einer bestimmten Identität als Soll-Zustand, b) Aufnehmen, Positionieren und Ablegen des einen Bauelements (2) auf der Leiterplatte (6) gemäß der Vorgabe, dadurch gekennzeichnet, dass c) der Ist-Zustand des einen Bauelements (2) hinsichtlich seines Vorhandenseins am Bestückungsort (14) und/oder hinsichtlich seiner Identität und/oder hinsichtlich seiner Bestückungslage in Bezug zur Leiterplatte (6) überprüft und bei Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand um einen bestimmten Toleranzbereich ein Signal erzeugt wird, bevor eine Bestückung der Leiterplatte (6) mit einem weiteren Bauelement (22) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestücken der Leiterplatte (6) mit Bauelementen (2, 22) programmgesteuert und geregelt erfolgt, wobei das Signal eine Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand repräsentiert und dass vor dem Bestücken der Leiterplatte (6) mit dem weiteren Bauelement (22) abhängig von dem Signal eine erneute Bestückung bzw. eine Korrektur der Bestückung der Leiterplatte (6) mit dem einen Bauelement (2) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückung manuell gesteuert erfolgt und das Signal ein optisches und/oder akustisches Signal ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass erst, wenn die Leiterplatte (6) mit dem einen Bauelement (2) im Soll-Zustand bestückt ist, eine Freigabe für eine Bestückung der Leiterplatte (6) mit dem weiteren Bauelement (22) gegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen mehrerer Bestückungsvorgänge von mehreren Bauelementen (2, 22) Daten über den jeweiligen Ist-Zustand in einem auslesbaren Speicher gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Speicher abgelegten Daten ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Auswertung der in dem Speicher abgelegten Daten eine automatische Anpassung von Bestückungsparametern der Bestückungseinrichtung (8) erfolgt, welche für die Bestückung mit Bauelementen maßgebend sind, mit welchen die Leiterplatte (6) nachfolgend bestückt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestückungsort (14) für das eine Bauelement (2) zunächst abhängig von einem vorgegebenen Datensatz angefahren und dann abhängig von wenigstens einem auf der Oberfläche (17) der Leiterplatte (6) vorhandenen und von einer Sensoreinrichtung (18) detektierbaren Merkmal (16) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das bestimmte Merkmal auf der Oberfläche (17) der Leiterplatte (6) durch ein topographisches Merkmal wie ein Lotpastendepot (16) für das eine Bauelement (2) oder durch eine Markierung wie eine Beschriftung gebildet wird.
Vorrichtung (1) zum Bestücken von Leiterplatten (6) mit oberflächenmontierten Bauelementen (2, 22) wie SMD-Bauteilen, beinhaltend a) Mittel zur Vorgabe eines bestimmten Bestückungsortes (14) und/oder einer bestimmten Bestückungslage am Bestückungsort (14) in Bezug zu einer Leiterplatte (6) für ein Bauelement (2) mit einer bestimmten Identität als Soll-Zustand, b) Mittel (8) zum Aufnehmen, Positionieren und Ablegen des einen Bauelements (2) auf der Leiterplatte (6) gemäß der Vorgabe, gekennzeichnet durch c) Mittel (18), welche den Ist-Zustand des einen Bauelements (2) hinsichtlich seines Vorhandenseins am Bestückungsort (14) und/oder hinsichtlich seiner Identität und/oder hinsichtlich seiner Bestückungslage in Bezug zur Leiterplatte (6) überprüfen und bei Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand um einen bestimmten Toleranzbereich ein Signal erzeugen, bevor eine Bestückung der Leiterplatte (6) mit einem weiteren Bauelement (22) erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel gemäß Merkmal c) von Anspruch 8 eine Sensoreinrichtung (18) zur Detektion des Ist-Zustands beinhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sensor (20) der Sensoreinrichtung (18) an einem Bestückungskopf (12) einer Bestückungseinrichtung (8) zum Aufnehmen, Positionieren und Ablegen von Bauelementen (2, 22) auf der Leiterplatte (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal eine Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand repräsentiert und die Bestückungseinrichtung (8) derart programmgesteuert ist, dass sie vor dem Bestücken der Leiterplatte (6) mit dem weiteren Bauelement (22) abhängig von dem Signal eine erneute Bestückung bzw. eine Korrektur der Bestückung der Leiterplatte (6) mit dem einen Bauelement (2) durchführt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestückungseinrichtung (8) manuell gesteuert und das Signal ein optisches und/oder akustisches Signal ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein auslesbarer Speicher vorgesehen ist, in welchem im Rahmen mehrerer Bestückungsvorgänge von mehreren Bauelementen (2, 22) Daten über den jeweiligen Ist-Zustand gespeichert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Auswerten der in dem Speicher abgelegten Daten vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um abhängig von der Auswertung der in dem Speicher abgelegten Daten Signale zur automatischen Anpassung von Bestückungsparametern der Bestückungseinrichtung (8) zu erzeugen, welche für die Bestückung mit Bauelementen (2, 22) maßgebend sind, mit welchen die Leiterplatte nachfolgend bestückt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekenn zeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, welche die Leiterplatte (6) vor der Bestückung mit dem einen Bauelement (2) an dem Bestückungsort (14) mit wenigstens einem Merkmal (16) versehen, wobei eine Sensoreinrichtung (18) vorgesehen ist, welche die Position des Merkmals (16) erfasst und den Bestückungsort (14) für das eine Bauelement (2) abhängig von der Position des Merkmals (16) vorgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die die Lage des Merkmals (16) erfassende Sensoreinrichtung (18) durch die Sensoreinrichtung gebildet wird, welche auch den Ist-Zustand des einen Bauelements (2) hinsichtlich seines Vorhandenseins am Bestückungsort (14) und/oder hinsichtlich seiner Identität und/oder hinsichtlich seiner Bestückungslage in Bezug zur Leiterplatte (6) überprüft.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Merkmal der Leiterplatte (6) durch ein topographisches Merkmal wie ein Lotpastendepot (16) für das eine Bauelement (2) oder durch eine Markierung wie eine Beschriftung gebildet wird.