DE102008059490B3 - Assembly head for assembling member with substrate, has mechanical arm for picking and holding member, and pneumatic tubes used as rigid connecting tubes and mutually plugged on connecting positions to be connected - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Bestückkopf zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen sowie einen Bestückautomaten mit einem derartigen Bestückkopf.The The invention relates to a placement head for loading of substrates with components and a placement with such Placement.
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 zur Bestückung von Leiterplatten zumeist das SMT-Verfahren (engl. Surface Mounted Technology) eingesetzt. Dabei wird vor dem eigentlichen Bestückvorgang zunächst das Lotmaterial in Form von Lotpaste auf die Kontaktstellen auf der Oberseite der Leiterplatte aufgebracht, was beispielsweise mittels Schablonendruck erfolgen kann. Als nächstes werden die Bauteile auf ihre jeweiligen, vordefinierten Bestückpositionen auf der Leiterplatte aufgesetzt, wobei die Bauelemente durch die klebrige Lotpaste an ihrer jeweiligen Position auf dem Substrat gehalten werden. Anschließend wird die Leiterplatte in einen Lötofen transportiert, wo die Lotpaste aufgeschmolzen wird, so dass zwischen den Bauelementen und der Leiterplatte ein leitender Kontakt hergestellt wird.nowadays will be equipped of printed circuit boards mostly the SMT method (Surface Mounted Technology) is used. This is done before the actual placement process first the solder material in the form of solder paste on the contact points on the Applied top of the circuit board, for example by means of Stencil printing can be done. Next are the components placed on their respective predefined placement positions on the printed circuit board, the components pass through the sticky solder paste at their respective Position are held on the substrate. Subsequently, will the circuit board in a soldering oven transported where the solder paste is melted, leaving between the components and the circuit board made a conductive contact becomes.
Zur Handhabung der Bauelemente hat sich das Ansaugen mittels Vakuum weitgehend durchgesetzt. Mit Hilfe einer Vakuumpipette, welche an dem Bestückkopf angeordnet ist, wird ein Bauelement 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. Zum Aufnehmen und Absetzen eines Bauelements ist die Vakuumpipette relativ zum Bestückkopf in Richtung der zu bestückenden Leiterplatte verschiebbar ausgebildet. Ferner kann die Vakuumpipette zur Winkelpositionierung eines gehaltenen Bauelements um ihre Längsachse gedreht werden. Hierbei wird eine Drehdurchführung verwendet, welche die axiale und oder rotatorische Bewegung der Vakuumpipette relativ zum Bestückkopf ausgleicht, wobei zur Abdichtung der Drehdurchführung ein berührendes Dichtelement eingesetzt wird. Um eine möglichst exakte Winkelpositionierung realisieren zu können, muss die Drehbewegung der Pipettenspitze weitestgehend rückwirkungsfrei, d. h. ohne Drehmomentübertragung auf die Pipettenspitze, erfolgen. Durch das berührende Dichtelement wird jedoch bei einer Drehbewegung der Vakuumpipette ein merkliches Drehmoment erzeugt, wodurch die Genauigkeit der Positionierung deutlich beeinträchtigt wird.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 component 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. To pick up and settle a device is the vacuum pipette relative to the placement head in the direction of the to be loaded PCB formed displaceable. Furthermore, the vacuum pipette for angular positioning of a held component about its longitudinal axis to be turned around. Here, a rotary feedthrough is used, which the axial and or rotational movement of the vacuum pipette relative to the placement head compensates, wherein for sealing the rotary feedthrough a touching Seal element is used. For the most accurate angular positioning possible to be able to realize the rotational movement of the pipette tip must be largely free of feedback, d. H. without torque transmission on the pipette tip, done. However, by the contacting sealing element a noticeable torque during a rotary movement of the vacuum pipette generated, whereby the accuracy of the positioning is significantly impaired.
Aus
der
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Bestückkopf bereitzustellen, welcher innerhalb mit einer kompakten Bauform realisiert werden kann.It Therefore, the object of the present invention to provide a placement head, which are realized within a compact design can.
Diese Aufgabe wird durch den Bestückkopf sowie den Bestückautomaten gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These Task is by the placement head as well the placement machine solved according to the independent claims. advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims.
Der erfindungsgemäße Bestückkopf gemäß Anspruch 1 umfasst einen Greifer, welcher zum Aufnehmen und Halten eines Bauelements ausgebildet ist, sowie eine pneumatischen Einheit, welche zur Beaufschlagung des Greifers mit einem vorbestimmten ersten Druck vorgesehen ist. Dabei weist die pneumatischen Einheit eine pneumatische erste Leitung auf, die am Bestückkopf angeordnet ist, sowie eine pneumatische zweite Leitung, die zumindest teilweise innerhalb des Greifers geführt und mit der ersten pneumatischen Leitung koppelbar ist. Die pneumatische erste Leitung sowie die pneumatische zweite Leitung sind dabei jeweils als ein starres Anschlussrohr ausgebildet. Die beiden Anschlussrohre sind zum Koppeln an einer Verbindungsstelle ineinander gesteckt, so dass die erste und die zweite pneumatische Leitung gegeneinander verschiebbar und verdrehbar sind, um eine axiale und/oder rotatorische Bewegung des Greifers relativ zum Bestückkopf zu realisieren. Erfindungsgemäß ist die Verbindungsstelle durch einen Überlapp zwischen einem ersten Endabschnitt der ersten Leitung und einem zweiten Endabschnitt der zweiten Leitung bestimmt.The placement head according to the invention according to claim 1 comprises a gripper, which is designed for receiving and holding a component, and a pneumatic unit, which is provided for acting on the gripper with a predetermined first pressure. In this case, the pneumatic unit to a pneumatic first line, which is arranged on the placement head, and a pneumatic second line, which is at least partially guided within the gripper and coupled to the first pneumatic line. The pneumatic first line and the pneumatic second line are each designed as a rigid connection pipe. The two connecting pipes are plugged into each other for coupling at a junction, so that the first and the second pneumatic line are mutually displaceable and rotatable to realize an axial and / or rotational movement of the gripper relative to the placement head. According to the invention, the connection point is determined by an overlap between a first end section of the first line and a second end section of the second line.
Der Greifer ist relativ zum Bestückkopf um eine eigene Mittelachse drehbar sowie entlang der Mittelachse verschiebbar gelagert. Mit Hilfe zweier ineinander gesteckter Rohre wird auf einfache Art und Weise eine Kupplung zwischen zwei pneumatischen Leitungen, hier zwischen einer pneumatischen ersten Leitung des Bestückkopfs sowie einer dazu dreh- und axialbeweglichen pneumatischen zweiten Leitung des Greifers, realisiert. In Abhängigkeit des Luftspalts zwischen den beiden Anschlussrohren wird dabei bei einer Relativbewegung der beiden Anschlussrohre zueinander ein sehr geringes Drehmoment sowie eine sehr geringe Axialkraft und damit verbunden ein deutlich verbessertes Verschleißverhalten erzielt. Aufgrund des geringen übertragenen Drehmoments zwischen stehendem und bewegtem Rohr ist eine deutlich höhere Genauigkeit der Drehpositionierung des Greifers erreichbar.Of the Gripper is relative to the placement head rotatable about its own central axis and along the central axis slidably mounted. With the help of two nested pipes is a simple way a coupling between two pneumatic lines, here between a pneumatic first line of the placement and a rotatable and axially movable pneumatic second Management of the gripper, realized. Depending on the air gap between The two connecting pipes is doing a relative movement the two connecting pipes to each other a very low torque as well as a very low axial force and associated with it clearly improved wear behavior achieved. Due to the low transmitted torque between stationary and moving pipe is a significantly higher accuracy the rotational positioning of the gripper reachable.
Zur Realisierung der Kopplung der beiden Anschlussrohre ist es unerheblich, ob das Anschlussrohr der pneumatischen ersten Leitung in das der zweiten Leitung gesteckt wird oder umgekehrt. Der Luftspalt zwischen den beiden ineinander gesteckten Anschlussrohren kann bis zu 50 μm betragen; vorteilhafter Weise beträgt der Luftspalt um die 30 μm.to Realization of the coupling of the two connecting pipes is irrelevant whether the connecting pipe of the pneumatic first line in the second line is plugged or vice versa. The air gap between the two nested connection tubes can be up to 50 microns; advantageous manner the air gap around the 30 μm.
Weiterhin ist es möglich, die pneumatische zweite Leitung zumindest teilweise als Bohrung innerhalb eines zylinderförmigen Grundkörpers des Greifers auszubilden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Außenfläche des zylinderförmigen Grundkörpers derart zu bearbeiten, dass diese möglichst reibungs arm in dem Anschlussrohr der pneumatischen zweiten Leitung gleitet.Farther Is it possible, the pneumatic second line at least partially as a bore within a cylindrical the body form the gripper. In this case it is beneficial to the Outside surface of the cylindrical Body in such a way to edit that as possible friction arm in the connecting pipe of the pneumatic second line slides.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Bestückkopfs weist die pneumatische Einheit einen Strömungssensor auf, welcher zur Bestimmung eines Volumendurchsatzes in der pneumatischen ersten Leitung ausgebildet ist.In an advantageous development of the placement head has the pneumatic Unit a flow sensor which is used to determine a volume flow rate in the pneumatic first line is formed.
Mit Hilfe eines derartigen Strömungssensors ist es beispielsweise möglich feststellen, ob ein Bauelement an der Spitze des Greifers gehalten wird: hierzu wird der Luftdurchsatz durch die Saugleitung des Greifers bestimmt. Liegt ein Bauelement an der Spitze des Greifers an, so ist der Luftdurchsatz verhältnismäßig gering; ist kein Bauelement vorhanden, so ist der Luftdurchsatz entsprechend vergrößert. Auf diese Weise wird mit geringem Aufwand ein Sensor zur Überwachung der Anwesenheit eines gehaltenen Bauelements geschaffen.With Help such a flow sensor is it is possible, for example Determine if a component is held at the top of the gripper is: this is the air flow through the suction line of the gripper certainly. Is a component at the top of the gripper, so the air flow rate is relatively low; If no component is present, the air flow rate is corresponding increased. To this Way is a sensor for monitoring the presence with little effort created a held device.
Dieser Sensor hat darüber hinaus den Vorteil, dass er nicht im Bereich der Greiferspitze, an der das Bauelement gehalten wird, angeordnet werden muss, sondern in der pneumatischen ersten Leitung ausgebildet werden kann. Dies hat zum einen den Vorteil, dass kein Bauraum im Bereich der Greiferspitze erforderlich ist. Zum anderen wird der Sensor bei einer Bewegung des Greifers relativ zum Bestückkopf nicht mitbewegt, wodurch die bewegte Masse reduziert wird. Die Positioniergenauigkeit wird dadurch deutlich verbessert.This Sensor has about it addition, the advantage that it is not in the area of the hook tip, on which the component is held, must be arranged, but can be formed in the pneumatic first line. This on the one hand has the advantage that no space in the area of the hook tip is required. On the other hand, the sensor is moving of the gripper relative to the placement head not moved, whereby the moving mass is reduced. The positioning accuracy is thereby significantly improved.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Bestückkopfs ist die Verbindungsstelle innerhalb eines dritten Rohres der pneumatischen Einheit, welches zum Einstellen eines zweiten Drucks um einen äußeren Randbereich der Verbindungsstelle herum vorgesehen ist, angeordnet.In a further advantageous embodiment of the placement is the connection point within a third tube of the pneumatic A unit which is used to set a second pressure around an outer edge area the connection point is provided around arranged.
Ist bei der Bestimmung des Volumendurchsatzes in der pneumatischen ersten Leitung mit Hilfe des Strömungssensors eine hohe Genauigkeit gefordert, so können Leckage-Effekte das Me ssergebnis deutlich beeinflussen. Eine solche Leckagestelle stellt die Verbindungsstelle- in Abhängigkeit des Luftspalts zwischen den beiden ineinander gesteckten Anschlussrohren – dar: ist der Luftspalt zu gering, so treten bei einer Relativbewegung der beiden Anschlussrohre Drehmomente und Axialkräfte auf, welche die Genauigkeit der Drehpositionierung des Greifers beeinträchtigen; ist der Luftspalt zu groß bemessen, so wird bei Beaufschlagung der pneumatischen ersten Leitung mit Unterdruck Leckluft von außerhalb der Verbindungsstelle gezogen, was die Messgenauigkeit des Strömungssensors negativ beeinflusst. Zur Kompensation des Leckage-Effekts wird nun um die Verbindungsstelle herum ein drittes Rohr angeordnet. Herrscht innerhalb und außerhalb der pneumatischen Einheit der gleiche Druck, kann keine Leckage auftreten. Daher ist der Innendruck des dritten Rohrs auf den Wert des ersten Drucks, welcher innerhalb der pneumatischen Einheit vorherrscht, einstellbar. Die Genauigkeit des Strömungssensors wird dadurch deutlich verbessert.is in determining the volume flow rate in the pneumatic first Line with the help of the flow sensor high accuracy is required, leakage effects can make the measurement result clear influence. Such a leakage point constitutes the connection point dependent on the air gap between the two nested connecting pipes - is: is the air gap too low, so occur in a relative movement of the Torque and axial forces on both connecting tubes, which increase the accuracy affect the rotational positioning of the gripper; is the air gap too big, so is when loading the pneumatic first line with Low pressure air leakage from outside the Junction pulled, what the measurement accuracy of the flow sensor negatively influenced. To compensate for the leakage effect is now arranged around the joint around a third pipe. prevails inside and outside the pneumatic unit of the same pressure, no leakage can occur. Therefore, the internal pressure of the third pipe is at the value of the first one Pressure, which prevails within the pneumatic unit, adjustable. The accuracy of the flow sensor is thereby clear improved.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Bestückkopfs ist das dritte Rohr zur Führung des Anschlussrohres der pneumatischen zweiten Leitung bei einer Dreh- und/oder Axialbewegung des Greifers ausgebildet.In a further advantageous embodiment of the placement is the third pipe to guide the connecting pipe of the pneumatic second line at a Rotary and / or axial movement of the gripper formed.
Neben der eigentlichen Aufgabe des dritten Rohres, den zweiten Druck um die Verbindungsstelle herum einzustellen, kann das dritte Rohr auch zur Führung des Anschlussrohres der pneumatischen zweiten Leitung beitragen; die Genauigkeit der Positionierung sowohl bei der Dreh- als auch bei der Axialbewegung kann dadurch verbessert werden.In addition to the actual task of the third tube to adjust the second pressure around the connection point, the third tube can also be used to guide the connecting tube of the pneumatic contribute to the second line; the accuracy of the positioning in both the rotary and the axial movement can be improved.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Bestückkopfs weist die pneumatische erste Leitung eine Abzweigstelle auf, über die das dritte Rohr mit der pneumatischen ersten Leitung derart pneumatisch gekoppelt ist, dass der erste Druck gleich dem zweiten Druck entspricht.In a further advantageous embodiment of the placement the pneumatic first line has a branch point over which the third tube with the pneumatic first line so pneumatically is coupled, that the first pressure equal to the second pressure corresponds.
Die Abzweigstelle stellt eine einfach zu realisierende Möglichkeit dar, den zweiten Druck innerhalb des dritten Rohres – d. h. um die Verbindungsstelle herum – auf den Wert des ersten Drucks, welcher dem Innendruck der pneumatischen ersten Leitung entspricht, einzustellen. Der Druck der Pumpe, welche an die pneumatische erste Leitung angeschlossen ist, wird an der Abzweigstelle in zwei Leitungen verzweigt: eine ist mit dem Anschlussrohr der ersten Leitung, die andere mit dem dritten Rohr verbunden. Auf diese Weise liegt an der Verbindungsstelle sowohl innerhalb der ersten bzw. zweiten Leitung als auch außerhalb dasselbe Druckniveau an. Eine Leckage-Strömung durch die Verbindungsstelle hindurch ist somit nicht mehr möglich.The Branch point provides an easy-to-implement option represents the second pressure within the third tube - d. H. around the junction - on the value of the first pressure, which corresponds to the internal pressure of the pneumatic first line corresponds to adjust. The pressure of the pump, which Connected to the pneumatic first line is connected to the Branching branch in two lines branches: one is with the connecting pipe the first line, the other connected to the third pipe. On this way lies at the junction both within the first and second line as well as outside the same pressure level at. A leakage flow through the connection point is therefore no longer possible.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Bestückkopfs ist der Strömungssensor zwischen der Verbindungsstelle und der Abzweigstelle angeordnet, um eine möglichst hohe Messgenauigkeit des Strömungssensors zu erreichen. Da Leckage-Effekte an der Verbindungsstelle mit Hilfe des dritten Rohres ausgeschlossen werden, entspricht der mit Hilfe des Strömungssensors gemessene Volumenstrom gleich dem Luftvolumen in der pneumatischen zweiten Leitung und somit an der Spitze des Greifers.In a further advantageous embodiment of the placement is the flow sensor arranged between the connection point and the branching point, one as possible high measuring accuracy of the flow sensor to reach. Because leakage effects at the junction with the help excluded from the third tube, the equivalent with the help of the flow sensor measured volume flow equal to the air volume in the pneumatic second line and thus at the top of the gripper.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Bestückkopf mehrere Greifer auf, wobei jedem Greifer eine eigene pneumatische Einheit zugeordnet ist.In a further advantageous embodiment, the placement of several Gripper on, each gripper its own pneumatic unit assigned.
Verfügt der Bestückkopf über mehrere Greifer, so ist es zur Verbesserung der Positioniergenauigkeit vorteilhaft, jedem der Greifer eine eigene pneumatische Einheit zuzuordnen.Does the placement head have more than one Gripper, so it is advantageous for improving the positioning accuracy, assign each of the grippers their own pneumatic unit.
Der erfindungsgemäße Bestückautomat zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen weist einen Bestückkopf auf, welcher nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.Of the Placement machine according to the invention for loading of substrates with components has a mounting head, which after a the claims 1 to 7 is formed.
Hinsichtlich der Vorteile eines derartigen Bestückautomaten wird an dieser Stelle auf die Ausführungen zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Bestückkopfs verwiesen.Regarding the advantages of such placement is at this Place on the statements refer to the advantages of the placement head according to the invention.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele des Bestückkopfs unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:in the Following are embodiments of the fitting head with reference to the attached Figures closer explained. In the figures are:
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.In the different figures of the drawing are the same parts always provided with the same reference number. The description applies to all drawing figures, in which the corresponding part can also be seen.
Zum
Bestücken
eines Substrats
In
Um
feststellen zu können,
ob ein Bauelement
Auf diese Weise wird platzsparend und mit geringem Aufwand ein Sensor zur Überwachung der Anwesenheit eines gehaltenen Bauelements geschaffen. Optische Systeme zur Anwesenheitskontrolle eines gehaltenen Bauelements werden hierdurch ersetzt.On This way is space-saving and with little effort a sensor for monitoring created the presence of a held device. optical Become a presence control systems of a held device thereby replaced.
In
den
Die
Aufgrund
der Spielpassung zwischen den Anschlussrohren besteht an der Verbindungsstelle A-B
ein Luftspalt (schraffiert dargestellt), durch den ein Druckausgleich
zwischen einem Druck ρ1 bzw. ρ3 im Inneren der pneumatischen Einheit
Wird
der zweite Druck ρ2 auf einen Wert eingestellt, der dem Druck
am inneren Randbereich B der Verbindungsstelle A-B entspricht, so
findet wegen des bereits vorliegenden Druckgleichgewichts keine
Druckausgleich zwischen dem äußeren Randbereich
B und dem inneren Randbereich A statt. Damit entspricht der erste
Druck ρ1 im Bereich des Greifers
Zur
Bestimmung eines Volumendurchsatzes der pneumatischen ersten Leitung
Zum
Ansaugen eines Bauelements
- 11
- Bestückautomatautomatic placement
- 22
- Substratsubstratum
- 33
- Bauelementmodule
- 44
- Transportstrecketransport distance
- 55
- Zuführvorrichtungenfeeders
- 66
- Bestückkopfplacement
- 77
- Querträgercrossbeam
- 88th
- Portalarmport alarm
- 99
- Positioniersystempositioning
- 1010
- Halteeinrichtungholder
- 1111
- Greifergrab
- 1212
- pneumatische Einheitpneumatic unit
- 1313
- erste Leitungfirst management
- 1414
- zweite Leitungsecond management
- 1515
- Strömungssensorflow sensor
- 1616
- drittes Rohrthird pipe
- 1717
- Abzweigstellebranching point
- 1818
- DruckregeleinheitPressure control unit
- 1919
- pneumatische Leitungpneumatic management
- 2020
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- 2121
- Antriebdrive
- 2222
- Abholpositioncollection position
- A-BFROM
- Verbindungsstellejunction
- AA
- äußerer Randbereichouter edge area
- BB
- innerer Randbereichinternal border area
- ρ0 ρ 0
- Umgebungsdruckambient pressure
- ρ1 ρ 1
- erster Druckfirst print
- ρ2 ρ 2
- zweiter Drucksecond print
Claims (8)
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- 2008-11-28 DE DE102008059490A patent/DE102008059490B3/en active Active
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2009
- 2009-11-20 CN CN200910223666.2A patent/CN101754672B/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ASM ASSEMBLY SYSTEMS GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS ELECTRONICS ASSEMBLY SYSTEMS GMBH & CO. KG, 81379 MUENCHEN, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ASMPT GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: ASM ASSEMBLY SYSTEMS GMBH & CO. KG, 81379 MUENCHEN, DE |