DE102009042651B4

DE102009042651B4 - Vefahren zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen

Info

Publication number: DE102009042651B4
Application number: DE102009042651A
Authority: DE
Inventors: Teemu Saarinen; Horst Schindler; Dr. Schlang Martin
Original assignee: ASM Assembly Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2009-09-23
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2012-01-19
Anticipated expiration: 2029-09-24
Also published as: DE102009042651A1; JP5686561B2; CN102026534B; CN102026534A; JP2011071519A

Abstract

Verfahren zum Bestücken von Substraten mit elektronischen Bauelementen in Bestückvorrichtungen (BS11, BS12, BS13), insbesondere in einer Fertigungslinie (FL1), wobei ein Transportsystem (TS1) mit zumindest zwei Transportspuren (T11, T12) zum Zuführen von zu bestückenden Substraten in einen Bestückbereich und zum Abführen von zumindest teilweise bestückten Substraten aus dem Bestückbereich eingesetzt wird, und wobei in einer Bestückvorrichtung (BS11, BS12, BS13) zumindest zwei Bestückköpfe (BK111, BK112, ..., BK132) zum Abholen von elektronischen Bauelementen von einer Zuführeinrichtung und zum Aufsetzen der abgeholten Bauelemente auf im Bestückbereich bereitgestellte Substrate vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einer benötigten Fertigungskapazität für ein Bestücken der Substrate die zumindest zwei Bestückköpfe (BK111, BK112, ..., BK132) und die den Bestückköpfen (BK111, BK112, ..., BK132) zugeordneten Zuführeinrichtungen jeweils dynamisch einer der zumindest zwei Transportspuren (T11, T12) des Transportssystems (TS1) zugeordnet werden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken von Substraten mit elektronischen Bauelementen in Bestückvorrichtungen, insbesondere in einer Fertigungslinie, welche neben anderen Stationen zumindest eine Bestückvorrichtung umfasst. Dabei ist ein Transportsystem vorgesehen, über welches die Stationen der Fertigungslinie verbunden sind. Dieses Transportsystem weist zumindest zwei Transportspuren zum Zuführen von zu bestückenden Substraten in einen Bestückbereich und zum Abführen von zumindest teilweise bestückten Substraten aus dem Bestückbereich einer Bestückvorrichtung auf. In der Bestückvorrichtung sind zumindest zwei Bestückköpfe zum Abholen von elektronischen Bauelementen von einer Zuführeinrichtung und zum Aufsetzen der abgeholten Bauelemente auf im Bestückbereich bereitgestellte Substrate vorgesehen.
Stand der Technik
In der Bestücktechnik, insbesondere in der so genannten Surface-mounted Technology (SMT), werden elektronische Bauelemente von Bestückvorrichtungen (z. B. Bestückmodule, Bestückautomaten, etc.) auf einer Oberfläche eines Substrats bzw. einer Leiterplatte angebracht. Mit Hilfe von so genannten Zuführeinrichtungen, welche bei den Bestückvorrichtungen beispielsweise seitlich des Transportsystems für die Substrate bzw. Leiterplatten angebracht sind, werden die Bauelemente für einen Bestückungsvorgang an einer Abholposition zur Verfügung gestellt. Für Abholen und Aufsetzen der elektronischen Bauelemente werden in den Bestückvorrichtungen durch ein Positioniersystem verfahrbare Bestückköpfe eingesetzt. Im sogenannten Bestückbereich werden dann die elektronischen Bauelemente vom Bestückkopf auf dem Substrat bzw. der Leiterplatte abgesetzt.
Auf diese Weise werden beispielsweise elektronische Baugruppen hergestellt, wobei je nach Bestückung mit unterschiedlichen Bauelementen sogenannte Produktlinien unterschieden werden können. Die Herstellung von verschiedenen elektronischen Baugruppen bzw. Produktlinien erfolgt üblicherweise in so genannten Fertigungslinien, welche neben zumindest einer Bestückvorrichtungen auch Stationen wie z. B. einen Lotpasten-Drucker zum Auftragen der Lotpaste auf die zu bestückenden Substrate bzw. Leiterplatten und einen Ofen zum Verlöten der bestückten Substrate bzw. Leiterplatten aufweisen. Die Verbindung zwischen den Stationen der Fertigungslinie wird üblicherweise vom Transportsystem hergestellt, welches ein oder mehrere (z. B. zwei oder vier) Transportspuren aufweisen kann. Dabei wird ein Transportsystem mit zwei Transportspuren als sogenannter Doppelspurtransport, ein Transportsystem mit drei Transportspuren als Triple Lane Transport und ein Transportsystem mit vier Transportspuren (z. B. zwei Transportspuren mit je zwei Subtransportspuren bzw. sogenannten Sublanes) als sogenannter Quad Lane Transport bezeichnet.
Für die Produktion verschiedener Produktlinien bzw. elektronischen Baugruppe ist es auch notwendig, dass die Bestückvorrichtung bzw. die Fertigungslinie eine entsprechende Rüstung für die Produktion aufweist. Das bedeutet, dass beispielsweise die für die zu produzierenden Produktlinien bzw. Baugruppen notwendigen elektronischen Bauelemente in den Zuführeinrichtungen zur Verfügung stehen müssen, einer oder die für die Produktion notwendigen Bestückköpfe im Bestückvorrichtungen angebracht oder bei einer Fertigungslinie z. B. einzelne Stationen (z. B. Bestückmodule, Bestückautomaten) ergänzt oder entfernt werden müssen.
Infolge des enormen Preisdrucks auf dem Markt für elektronische Produkte kommt es auf eine hohe Effizienz der Bestückvorrichtungen bzw. der Fertigungslinien an. Diese sind in der Produktion typischerweise 24 Stunden im Einsatz. Zusätzlich gibt es in der SMT-Fertigung in Abhängigkeit von der Nachfrage unterschiedliche Anforderungen an die Losgrößen sowie an die Mengen je Zeiteinheit von bestückten Substraten bzw. Leiterplatten der jeweiligen Produktlinien. Diese Mengenvorgaben können sich beispielsweise von Tag zu Tag durch den Einsatz von Fertigungskonzepten wie z. B. KANBAN- oder Just-in-time-Konzepten ändern. Dabei ist KANBAN eine Methode der Produktionsablaufsteuerung nach den sogenannten Pull-Prinzip bzw. Zuzprinzip und orientiert sich ausschließlich am Bedarf einer verbrauchenden Stelle bzw. Station im Fertigungsablauf. Bei Just-in-Time-Konzepten geht es insbesondere darum, dass durchgängige Material- und Informationsflüsse entlang einer Lieferkette bzw. in einem Fertigungsablauf geschaffen werden, um z. B. Bestände von Zwischenprodukten zu reduzieren oder gering zu halten.
Neben Reparatur- und Wartungsarbeiten wird die Leistungsfähigkeit und damit eine Kapazität einer Bestückvorrichtung bzw. einer Fertigungslinie meist in nicht unerheblicher Weise durch sogenannte Rüstzeiten und Testbestückungen beim Wechsel von Bestückungsaufträgen bzw. von der Produktion von der einen zu einer anderen Produktlinie reduziert. Wenn z. B. verschiedene Produktlinien mit einer Bestückvorrichtung oder einer einzelnen Fertigungslinie gefertigt werden sollen, ergibt sich daraus beispielsweise eine Einschränkung der Leistungsfähigkeit der Bestückvorrichtung bzw. der Fertigungslinie. Zusätzlich ist auch eine Anpassung der Bestückleistung für jede Produktlinie an den Bedarf nicht ohne zusätzlichen Aufwand wie z. B. hardwaretechnische Eingriffe möglich, wenn die Produktlinien beispielsweise mit nur einer Fertigungslinie hergestellt werden soll.
Beim Einsatz von mehreren Fertigungslinien bzw. Bestückvorrichtungen für die Herstellung verschiedenerer Produktlinien, kann die Fertigung z. B. auf verschiedenen Fertigungslinien bzw. Bestückvorrichtungen mit unterschiedlicher Kapazität aufgeteilt werden. Die Produktlinien können dann entsprechend dem Bedarf auf einer Bestückvorrichtung bzw. einer Fertigungslinie mit einer bestimmten Kapazität gefertigt werden. Neben den hohen Kosten für mehrere Fertigungslinien hat diese Vorgehensweise allerdings auch den Nachteil, dass bei Änderung der Produktlinie und/oder der Kapazität die Bestückvorrichtung bzw. die Fertigungslinie umkonfiguriert werden muss. Das bedeutet, dass z. B. Zuführeinrichtungen ergänzt und/oder Bestückköpfe gewechselt werden müssen bzw. bei einer Fertigungslinie ein Modul (z. B. Portal, Bestückmodul, Bestückautomat, etc.) ergänzt, ausgetauscht oder entfernt werden muss.
Um Umrüstungen gering zu halten bzw. um die Skalierung der Bestückleistung an den Bedarf besser anzupassen, kann z. B. die Fertigung im sogenannten Batchverfahren erfolgen. Dabei werden die einzelnen zu produzierenden Produktlinien zeitlich getrennt, aber hintereinander – d. h. sequentiell – gefertigt. Beim Übergang von einer Produktlinie auf die nächste kann es allerdings vorkommen, dass ein Rüstwechsel notwendig wird. So können beispielsweise für die Fertigung der nächsten Produktlinie zusätzliche Bauelemente und damit Zuführeinrichtungen gebraucht werden oder Bestückköpfe müssen gewechselt werden, etc. Diese meist manuellen Eingriffe und hardwaretechnischen Änderungen bei der Bestückvorrichtung bzw. bei der Fertigungslinie führen z. B. zu Stillstandszeiten und damit zu einer Verringerung der Leitungsfähigkeit.
Eine weitere Möglichkeit die Skalierung der Bestückleistung zu verbessern, besteht in einer Kombination des Batchverfahrens mit einer gleichzeitigen Fertigung von zwei oder mehreren Produktlinien in einer Bestückvorrichtung bzw. in einer Fertigungslinie mit zumindest zwei oder mehr Transportspuren. Dabei werden Kombinationen von zu produzierenden Produktlinien (z. B. mit ähnlicher Kapazität, einer Mehrzahl identisch zu bestückender Bauelemente, annähernde gleichen Losgrößen, etc.) gebildet, wobei jede zu produzierenden Produktlinie einer der vorhandenen Transportspuren zugeordnet wird. Die Kombinationen von Produktlinien werden dann zeitlich getrennt in sequentieller Abfolge gefertigt. Diese Vorgehensweise weist aber beispielsweise den Nachteil auf, dass beim Übergang von einer Produktlinien-Kombination auf eine nächste Rüstwechsel auftreten können. Zusätzlich kann es – je nach Losgrößen der Produktlinien – vorkommen, dass auf einer bzw. mehreren Transportspuren Leerläufe auftreten, bis die Produktlinie mit der größten Losgröße fertig gestellt worden ist.
Aus der Schrift WO 2009/104410 A2 ist außerdem ein Verfahren zum Bestimmen von Bestückkonditionen bekannt. Bei diesem Verfahren wird auf Basis der Rüstung für eine Produktlinie an einer Bestückvorrichtung ein optimaler Betriebsmodus – z. B. parallel, unabhängig arbeitende Bestückköpfe, alternierend bestückende Bestückköpfe, etc. ermittelt. Der auf Basis der vorgegebenen Rüstung ermittelte Betriebsmodus wird dann für die nächsten Bestückoperationen eingesetzt. Das in der Schrift WO 2009/104410 A2 weist allerdings den Nachteil auf, dass für eine Änderung bzw. eine Wahl des Betriebsmodus ein relativ aufwendiger und kostenintensiver Rüstwechsel vorgenommen werden muss. Daher muss für eine Wahl des Betriebs- bzw. Bestückmodus während der Produktion bereits beim Rüsten eine optimale Auslastung der Bestückvorrichtung bedacht werden, da eine Anpassung der Bestückleistung beispielsweise während der Produktion einer oder mehrerer Produktionslinien nur durch einen aufwendigen Rüstwechsel erzielt werden kann.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch welches auf einfache Weise und ohne große hardwaretechnische Änderungen jederzeit und dynamisch eine Anpassung einer Bestückleistung einer Bestückvorrichtung und/oder einer Fertigungslinie an den jeweiligen Bedarf ermöglicht wird, ohne dass Leerläufe auftreten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Insbesondere erfolgt die Lösung dieser Aufgabe durch ein Verfahrender eingangs angegebenen Art, wobei in Abhängigkeit von einer benötigten Fertigungskapazität für ein Bestücken der Substrate die zumindest zwei Bestückköpfe und die den Bestückköpfen zugeordneten Zuführeinrichtungen jeweils dynamisch einer der zumindest zwei Transportspuren des Transportssystems zugeordnet werden.
Der Hauptaspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass Ressourcen (z. B. Bestückköpfe, etc.) einer Bestückvorrichtung bzw. einer Fertigungslinie kurzfristig und ohne großen Aufwand auf zumindest zwei gleichzeitig produzierten Produktlinien verteilt werden können. Dabei werden z. B. für eine Herstellung einer ersten Produktlinie nicht (mehr) benötigte Ressourcen (z. B. Bestückköpfe, Zuführeinrichtungen, etc.) kurzfristig für eine Fertigung von zumindest einer zweiten Produktlinie eingesetzt, welche ebenfalls in der Bestückvorrichtung bzw. in der Fertigungslinie produziert wird. Es besteht aber z. B. auch die Möglichkeit, für eine bevorzugte Produktlinie bzw. für eine Produktlinie mit größerem Bedarf oder größerer Losgröße auf einfache Weise Bestückleistung und Ressourcen (z. B. Bestückköpfe, Zuführeinrichtungen, etc.) von einer benachbarten Produktlinie, welche auf der zumindest zweiten Transportspur der Bestückvorrichtung bzw. der Fertigungslinie hergestellt wird, auszuborgen. Damit ist es auf einfache Weise möglich, eine Skalierung der Bestückleistung für jede Produktlinie ohne großen Aufwand, insbesondere ohne hardwaretechnische Änderungen, an einen Bedarf anzupassen. Eine derartige Anpassung wird beispielsweise fast ausschließlich auf Basis von Anpassungen sogenannter Bestückprogramme durchgeführt.
Es ist vorteilhaft, wenn zumindest zwei Produktlinien parallel hergestellt werden, wobei jede der zumindest zwei Produktlinien genau einer der zumindest zwei Transportspuren des Transportsystems fest zugeordnet ist. So wird beispielsweise bei einem Transportsystem mit zwei Transportspuren, einer ersten Transportspur eine erste Produktlinie und einer zweiten Transportspur eine zweite Produktlinie zugeordnet. Damit kann auf einfache Weise ein Ausborgen von freien bzw. frei gewordenen Ressourcen (z. B. Bestückköpfen, etc.) und eine Anpassung auf Basis von Bestückprogramm-Anpassungen durchgeführt werden.
Es ist günstig, wenn die zumindest zwei Bestückköpfe einer Bestückvorrichtung entsprechend der jeweiligen dynamischen Zuordnung zu einer der zumindest zwei Transportspuren in einem von zwei verschiedenen Betriebsmodi – in einem sogenannten I-Place-Modus oder in einem sogenannten alternierenden Modus – betrieben werden. Da die Bestückköpfe bzw. die Bestückvorrichtungen zwischen einem ersten und zweiten Betriebsmodus, wie dem sogenannten I-Place-Modus und dem alternierendem Modus – wechseln können, wird ohne großen Aufwand ein einfaches Ausborgen von Ressourcen (z. B. Bestückköpfen) bzw. Kapazitäten ermöglicht.
Dabei arbeiten im sogenannten I-Place-Modus die Bestückköpfe einer Bestückvorrichtung parallel und unabhängig voneinander im jeweiligen Bestückbereich. Das heißt beispielsweise bei zwei Bestückköpfen, dass von einem ersten Bestückkopf eine erste Produktlinie bestückt wird, und dass von einem zweiten Bestückkopf parallel dazu und unabhängig von der Bestückung der ersten Produktlinie eine zweite Produktlinie bearbeitet wird. Bei z. B. Doppelspurtransport werden daher von jedem Bestückkopf nur die Substrate von einer Transportspur bestückt.
Im alternierenden Modus hingegen wird von den Bestückköpfen nur in einem Bestückbereich bestückt. Dabei gibt es zwei Betriebsarten des alternierenden Modus. Bei einer ersten Betriebsart dieses Modus werden z. B. von den beiden Bestückköpfen einer Bestückvorrichtung in abgestimmter, alternierender Weise nur Substrate z. B. einer ersten Produktlinie in einem ersten Bestückbereich bzw. auf einer ersten Transportspur bestückt werden. Eine weitere Produktlinie bzw. deren Substrate werden auf einer weiteren Transportspur z. B. durch diesen Bestückvorrichtungen ohne Bestückung durchtransportiert. Bei einer zweiten Betriebsart des alternierenden Modus werden abwechselnd jeweils zuerst ein Substrat der ersten Produktlinie von den beiden Bestückköpfen in einem ersten Bestückbereich bzw. auf einer ersten Transportspur bearbeitet und danach ein Substrat der zweiten Produktlinie in einem zweiten Bestückbereich bzw. auf einer zweiten Transportspur bestückt. Die zweite Betriebsart des alternierenden Modus wird allerdings nur verwendet, wenn beispielsweise für die Bestückung der Produktlinien die Anzahl von Stellplätzen für die Zuführeinrichtungen nicht ausreicht oder von der Bestückvorrichtung der I-Place-Modus nicht unterstützt wird.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in einer Fertigungslinie, welche zumindest zwei Bestückvorrichtungen umfasst, bei paralleler Produktion von zumindest zwei Produktlinien zumindest in einer Bestückvorrichtung ein für die Produktion einer ersten Produktlinie nicht eingesetzter Bestückkopf für die Produktion von zumindest einer zweiten Produktlinie verwendet und der Transportspur der zumindest zweiten Produktlinie zugewiesen wird. Damit werden auf einfache Weise z. B. in einzelnen Bestückvorrichtungen einer Fertigungslinie ungenutzt Ressourcen für die Produktion genutzt und dadurch die Bestückleistung verbessert.
Zusätzlich kann idealerweise die Leistung der Fertigungslinie an einen mengenmäßigen Bedarf an Substraten bzw. Leiterplatten der zumindest zwei produzierten Produktlinien und die Rüstkapazität an einen mengenmäßigen Bedarf an Zuführeinrichtungen für die zumindest zwei produzierten Produktlinien angepasst werden.
Dabei ist es auch günstig, wenn Substrate einer ersten Produktlinie auf einer der ersten Produktlinie fest zugeordneten ersten Transportspur durch die zumindest eine Bestückvorrichtung ohne Bestückung durchtransportiert werden. Idealerweise werden die zumindest zwei Bestückköpfe der zumindest einen Bestückvorrichtung ohne Bestückung der ersten Produktlinie im sogenannten alternierenden Modus betrieben. Das bedeutet, von den beiden Bestückköpfen werden nur Substrate der zweiten Produktlinie bestückt bzw. in dieser zumindest einen Bestückvorrichtung wird nur eine Produktlinie – beispielsweise die zweite Produktlinie auf der zweiten Transportspur – hergestellt. Es wird sozusagen, vorteilhafter Weise der für die Bestückung der ersten Produktlinie nicht benötigte Bestückkopf dieser Bestückvorrichtung für die Bestückung der zweiten Produktlinie ausgeborgt.
Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass nach Fertigstellung einer ersten Produktlinie, welche auf einer ersten Transportspur bestückt wird, der zumindest eine freiwerdende Bestückkopf sowie die zugehörigen Zuführeinrichtungen für eine Produktion von zumindest einer zweiten Produktlinie herangezogen werden, welche auf einer der zumindest zweiten Produktlinie zugeordneten zweiten Transportspur bestückt wird. Dadurch kann auf einfache Weise die Leistung der Fertigungslinie sehr flexibel an den mengenmäßigen Bedarf an Substraten bzw. Leiterplatten für die Produktion der Produktlinien angepasst werden. Zusätzlich ist es nicht notwendig, bei einem Übergang von der parallelen Herstellung der beiden Produktlinien auf eine Fertigung von nur einer – z. B. nur der zweiten Produktlinie – eine Hinderung der Rüstung (z. B. zu bestückende Bauelemente, etc.) vorzunehmen.
Es ist günstig, wenn nach Fertigstellung einer ersten Produktlinie der zumindest einen Bestückvorrichtung der Fertigungslinie für eine Fertigstellung einer zumindest zweiten Produktlinie von einem ersten Betriebsmodus, dem sogenannten I-Place-Modus, in einen zweiten Betriebsmodus, dem sogenannten alternierenden Modus, umgeschaltet wird. Dadurch werden für die Herstellung der zumindest zweiten Produktlinie alle freigewordenen Ressourcen (z. B. Bestückköpfe) eingesetzt und die noch zu produzierende zweite Produktlinie rascher fertig gestellt. Diese Vorgehensweise kann auch vorteilhaft für eine Produktion von drei Produktlinien z. B. bei Verwendung eines Triple Lane Transports in einer Bestückvorrichtung bzw. einer Fertigungslinie eingesetzt werden.
Eine spezielle Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass bei einer Fertigung von vier Produktlinien mit unterschiedlichen Losgrößen jeder Produktlinie eine der vier Transportspuren fest zugeordnet und die Produktion der vier Produktlinien gleichzeitig gestartet wird, dass dann nach Fertigstellung einer ersten Produktlinie, welche auf einer ersten Transportspur bestückt wird, die freiwerdende Bestückkapazität einer zweiten Produktlinie zugeordnet wird, welche auf einer zweiten der ersten benachbarten Transportspur bestückt wird, dass nach Fertigstellung der zweiten Produktlinie die freiwerdende Bestückkapazität einer dritten und vierten Produktlinie zugeordnet wird, welche auf einer dritten und vierten Transportspur bestückt werden, und dass nach Fertigstellung der dritten Produktlinie die Bestückkapazitäten für die Bestückung der vierten Produktlinie herangezogen werden. Auf diese Weise können vier verschiedenen Produktlinien mit unterschiedlichen Losgrößen flexibel und ohne großen hardwaretechnischen Aufwand bzw. Änderungen gefertigt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren zeigen beispielhaft und schematisch:
1 den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Fertigungslinie mit mehreren Bestückvorrichtungen
2a und 2b den zeitlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Fertigungslinie bei der Herstellung von zwei Produktlinien mit unterschiedlichen Losgrößen vor und nach Fertigstellung einer der beiden Produktlinien
3 den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Herstellung von vier Produktlinien mit unterschiedlichen Losgrößen
Ausführung der Erfindung
1 zeigt schematisch eine beispielhafte Fertigungslinie FL1, in welcher zwei Produktlinien A1, B1 parallel gefertigt werden. Die Fertigungslinie FL1 umfasst neben anderen Stationen (z. B. Lotpasten-Drucker, Ofen zum Verlöten der bestückten Substrate, etc.), welche der Einfachheit nicht dargestellt sind, beispielhaft eine erste Bestückvorrichtung BS11, eine zweite Bestückvorrichtung BS12 und eine dritte Bestückvorrichtung BS13. Die Bestückvorrichtungen BS11, BS12, BS13 weisen dabei jeweils zwei Bestückköpfe BK111, BK112, BK121, BK122, BK131, BK132 auf, mit welchen elektronische Bauelemente von Zuführeinrichtungen der jeweiligen Bestückvorrichtung BS11, BS12, BS13 abgeholt und auf ein im Bestückbereich der jeweiligen Bestückvorrichtung BS11, BS12, BS13 bereitgestelltes Substrat bzw. Leiterplatte aufgesetzt werden.
Die Stationen der Fertigungslinie FL1 bzw. die Bestückvorrichtungen BS11, BS12, BS13 sind durch ein Transportsystem TS1 verbunden, auf welchen die Substrate bzw. Leiterplatten der zu fertigenden Produktlinien A1, B1 von Station zu Station transportiert werden. Das Transportsystem TS1 umfasst dabei zwei Transportspuren T11, T12, wobei einer ersten Transportspur T11 eine erste zu produzierende Produktlinie A1 und einer zweiten Transportspur T12 eine zweite zu produzierende Produktlinie B1 fest zugeordnet ist.
Die Bestückvorrichtungen BS11, BS12, BS13 können üblicherweise in zwei verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden – einem sogenannten I-Place-Modus und einem sogenannten alternierenden Modus. Je nachdem ob in der jeweiligen Bestückvorrichtung BS11, BS12, BS13 beide Produktlinien A1, B1 parallel zu bestücken sind oder nur für eine der beiden Produktlinien A1, B1 Bestückvorgänge vorgesehen sind, wird in der jeweiligen Bestückvorrichtung BS11, BS12, BS13 der I-Place-Modus oder der alternierenden Modus verwendet.
Bei der Fertigungslinie FL1 werden beispielweise im ersten und im dritten Bestückvorrichtung BS11, BS13 beide Produktlinien A1, B1 parallel bestückt. Die Bestückvorrichtung BS11, BS13 werden daher im sogenannten I-Place-Modus betrieben. Von den Bestückköpfen BK111, BK112, BK131, BK132 der ersten Bestückvorrichtungen BS11 bzw. der dritten Bestückvorrichtung BS13 werden daher parallel und unabhängig voneinander elektronische Bauelemente aus den jeweils zugeordneten Zuführeinrichtungen abgeholt und auf die Substrate bzw. Leiterplatten der Produktlinien A1, B1 im jeweiligen Bestückbereich aufgesetzt.
Die Bestückköpfe BK111, BK112, BK131, BK132 der ersten Bestückvorrichtung BS11 bzw. der dritten Bestückvorrichtung BS13 sind dabei der jeweils näher gelegenen Transportspur T11, T12 zugeordnet, um unnötige und komplexe Bestückwege zu vermeiden. Das bedeutet, dass z. B. ein erste Bestückkopf BK111 der ersten Bestückvorrichtung BS11 der näherliegenden ersten Transportspur zugeordnet ist und damit die erste Produktlinie A1 bestückt. Ebenso wird vom ersten Bestückkopf B131 der dritten Bestückvorrichtung BS13 die erste Produktlinie A1 auf der näherliegenden, ersten Transportspur T11 bearbeitet. Von zweiten Bestückkopf BK112 der ersten Bestückvorrichtung BS11 bzw. vom zweiten Bestückkopf BK132 der dritten Bestückvorrichtung BS13 werden parallel und unabhängig von den Bestückvorgängen der ersten Bestückköpfe BK111, BK131 die Substrate der zweiten Produktlinie B1 mit elektronischen Bauelementen bestückt.
In der zweiten Bestückvorrichtung B12 der Fertigungslinie FL1 werden beispielsweise keine Bestückvorgänge für die auf der ersten Transportspur T11 transportierten, ersten Produktlinie A1 vorgenommen. Die zweite Bestückvorrichtung BS12 wird daher im sogenannten alternierenden Modus bzw. in der ersten Betriebsart des alternierenden Modus betrieben. Ein nicht genutzte erste Bestückkopf BK121 der zweiten Bestückvorrichtung BS12 wird dabei der zweiten Transportspur T12 zugewiesen. Vom ersten Bestückkopf BK121 werden damit zusätzlich zu einem zweiten Bestückkopf BK122 der zweiten Bestückvorrichtung BS12 ebenfalls elektronische Bauelemente auf die Substrate der zweiten Produktlinie B1, welche auf der zweiten Transportspur T12 transportiert wird, aufgebracht. Es wird eine Bestückleistung bzw. Bestückkapazität, welche zwar der ersten Produktlinie A1 zugeordnet ist, aber von dieser nicht benötigt wird, für die Produktion der zweiten Produktlinie B1 ausgeborgt. Die teilweise bestückten Substrate der ersten Produktlinie A1 werden ohne Bestückvorgang von der ersten Transportspur durch die zweite Bestückvorrichtungen durchtransportiert.
Bei den Bestückvorrichtungen BS11, BS12, BS13 mit mehreren Bestückbereichen kann beispielsweise ein derartiges Ausborgen von nicht genutzten Ressourcen bzw. Bestückkapazität auch für einzelne Bestückbereiche angewendet werden.
In den 2a und 2b wird schematisch und beispielhaft ein Ausborgen von Bestückleistung bzw. von nicht genutzten Ressourcen wie z. B. Bestückköpfen BK211, BK212, ..., BK232 in einer Fertigungslinie FL2 bei einer Produktion von zwei Produktlinien A2, B2 mit unterschiedlichen Losgrößen dargestellt.
In den 2a bzw. 2b ist wieder eine beispielhafte Fertigungslinie FL2 mit z. B. drei Bestückvorrichtungen BS21, BS22, BS23 dargestellt. Der Einfachheit halber wurden weitere Stationen der Fertigungslinie FL2 weggelassen. Die Bestückvorrichtungen BS21, BS22, BS23 weisen ebenfalls jeweils zwei Bestückköpfe BK211, BK212, BK221, BK222, BK231, BK232 auf, mit welchen elektronische Bauelemente von Zuführeinrichtungen der jeweiligen Bestückvorrichtung BS21, BS22, BS23 abgeholt und auf ein im Bestückbereich der jeweiligen Bestückvorrichtung BS21, BS22, BS23 bereitgestelltes Substrat bzw. Leiterplatte aufgesetzt werden. Die Stationen der Fertigungslinie FL2 bzw. die Bestückvorrichtungen BS21, BS22, BS23 sind wieder durch ein Transportsystem TS2 verbunden, auf welchen die Substrate der zu fertigenden Produktlinien A2, B2 von Station zu Station transportiert werden. Das Transportsystem TS2 umfasst zwei Transportspuren T21, T22, wobei einer ersten Transportspur T21 eine erste zu produzierende Produktlinie A2 und einer zweiten Transportspur T22 eine zweite zu produzierende Produktlinie B2 zugeordnet ist. Dabei ist z. B. die Losgröße der ersten Produktlinie A2 geringer als die Losgröße der zweiten Produktlinie B2.
2a zeigt dabei in beispielhafter Weise die Produktion beider Produktlinien A2, B2 vor der Fertigstellung einer der beiden Produktlinien A2, B2. Auf der ersten Transportspur T21 werden die Substrate der ersten Produktlinie A2 von Station zu Station transportiert. Die Substrate der ersten Produktlinie A2 werden dabei von den jeweils der ersten Transportspur T21 näherliegenden bzw. zugeordneten Bestückköpfen BK211, BK221, BK231 der Bestückvorrichtungen BS21, BS22, BS23 bestückt. Auf dieselbe Weise werden die Substrate der zweiten Produktlinie B2 von den Bestückköpfen BK212, BK222, BK232 bestückt, welche näher an der zweiten Transportspur T22 gelegen und dieser daher zugeordnet sind. Die Bestückvorrichtungen BS21, BS22, BS23 werden dabei im sogenannten I-Place-Modus betrieben.
Ist nun von der ersten Produktlinie A2 – wie in der 2b dargestellt – die zu produzierende Losgröße bzw. Soll-Stückzahl erreicht worden, so werden die der ersten Transportspur T21 zugeordneten Bestückköpfe BK211, BK221, BK231 frei. Die Bestückköpfe BK211, BK221, BK231 werden nun dynamisch der zweiten Transportspur T22 zugeordnet und für eine Bestückung der zweiten Produktlinie B2 ausgeborgt. Dabei wird der Betriebsmodus der Bestückvorrichtungen BS21, BS22, BS23 vom I-Place-Modus auf den sogenannten alternierenden Modus (erste Betriebsart) beispielsweise über ein Bestückprogramm umgeschaltet.
Das Ausborgen der freiwerdenden Bestückköpfe BK211, BK221, BK231 bzw. Bestückleistung durch die zweite Produktlinie B2 ist zusätzlich bei einer Rüstung – d. h. bei Vorbereiten der Zuführeinrichtungen mit zu den bestückenden Bauelementen zu berücksichtigen. Damit die zweite Produktlinie B2 im I-Place-Modus von den zweiten Bestückköpfen BK212, BK222, BK232 der Bestückvorrichtungen BS12, BS22, BS23 bestückt werden kann, müssen die den zweiten Bestückköpfen BK212, BK222, BK232 zugeordneten Zuführeinrichtungen mit einem Setup B2n + m² gerüstet sein. Dabei ist die Zählvariable i die Station bzw. die Bestückvorrichtung BS12, BS22, BS23 – d. h. für die erste Bestückvorrichtung BS12 der Fertigungslinie FL2 ist i gleich 1, für die zweite Bestückvorrichtung BS22 der Fertigungslinie FL2 ist i gleich 2, etc. Von den Variablen n + m werden dabei Anteile von zu rüstenden Bauelemente repräsentiert.
Wird nun nach Fertigstellung der ersten Produktlinie A2 auf den alternierenden Modus umgeschaltet und die zweite Produktlinie B2 zusätzlich von den freigewordenen ersten Bestückköpfen BK211, BK221, BK231 bestückt, so ist dafür bei der Rüstung der den ersten Bestückköpfen BK211, BK221, BK231 zugeordneten Zuführeinrichtungen zu berücksichtigen, dass zusätzlich neben den n + m Bauelementen für die ersten Produktlinie A2 ein Anteil m der Bauelemente für die zweite Produktlinie B2 gerüstet ist. Es muss also nur der Anteil m der Bauelemente für die zweite Produktlinie B2 doppelt gerüstet werden, um nach Fertigstellung der ersten Produktlinie A2 die Bestückvorrichtungen BS21, BS22, BS23 vom I-Place-Modus in den alternierenden Modus umzuschalten zu können.
Weist z. B. die erste Produktlinie A2 auf der ersten Transportspur T21 die größere Losgröße bzw. zu fertigende Soll-Stückzahl auf, so wurden nach Fertigstellung der zweiten Produktlinie B2 die freiwerdenden Bestückköpfe BK212, BK222, BK232, welche vorerst der zweiten Transportspur T22 zugeordnet waren, der ersten Transportspur T21 zugewiesen werden. Die Bestückvorrichtungen BS21, BS22, BS23 werden dabei ebenfalls vom I-Place-Modus in den alternierenden Modus (erste Betriebsart) umgeschaltet. Bei der Rüstung muss dabei berücksichtigt werden, dass ein Anteil m der Bauelemente für die erste Produktlinie A2 bei den der zweiten Transportspur T22 bzw. den zweiten Bestückköpfen BK212, BK222, BK232 zugeordneten Zuführeinrichtungen zusätzlich zu den n + m Bauelementen für die zweite Produktlinie B2 gerüstet ist. Für die der ersten Transportspur T21 bzw. den ersten Bestückköpfen BK211, BK221, BK231 der Bestückvorrichtungen BS12, BS22, BS23 zugeordneten Zuführeinrichtungen ergibt sich für die erste Produktlinie ein Setup A2n + m².
Das bedeutet, dass für ein Ausborgen von Bestückkapazitäten die für die Produktlinien A2, B2 zu bestückenden Bauelemente nicht komplett doppelt gerüstet werden müssen. Es ist jeweils nur ein Anteil m von Bauelementen bei jenen Zuführeinrichtungen vorzusehen, welche nach einem Wechsel des Betriebsmodus von I-Place-Modus auf alternierenden Modus der jeweils anderen Transportspur T21, T22 und damit der anderen Produktlinie A2, B2 zugeordnet werden.
3 zeigt in beispielhafter und schematischer Weise den zeitlichen Verfahrensablauf für das Ausborgens von Bestückkapazitäten bei einer Produktion von vier Produktlinien A3, B3, C3 D3 in einer Fertigungslinie, welche mehrere Stationen umfasst. Die zu fertigenden Produktlinien A3, B3, C3, D3 weisen unterschiedliche Losgrößen bzw. Soll-Stückzahlen auf, wobei im angegebenen Beispiel die Produktlinie A3 die größte und die Produktlinie D3 die kleinste Losgröße besitzt.
Die Stationen der Fertigungslinie sind wieder über ein Transportsystem TS3 für den Transport der Substrate bzw. Leiterplatten miteinander verbunden. Dieses Transportsystem TS3 besteht aus beispielsweise zwei Transportspuren T31, T32, welche sich in jeweils zwei Subtransportspuren – sogenannte Sublanes S31R, S31L, S32R, S32L – untergliedern. Die erste Transportspur T31 umfasst dabei eine erste Sublane S31L und eine zweite Sublane S31R. Die zweite Transportspur T32 weist eine dritte Sublane S32L und eine vierte Sublane S32R auf. Jeder Sublane S31R, S31L, S32R, S32L ist eine zu fertigende Produktlinie A3, B3, C3, D3 fest zugeordnet. Dabei werden der ersten Produktlinie D3 die erste Sublane S31L, der zweiten Produktlinie C3 die zweite Sublane S31R, der dritten Produktlinie B3 die dritte Sublane S32L und der vierten Produktlinie A3 die vierte Sublane S32R zugewiesen. Die Leiterplatten für die Produktlinien A3, B3, C3, D3 werden von den Sublanes S31R, S31L, S32R, S32L während der Produktion synchron transportiert.
Das Verfahren wird mit einem ersten Verfahrensschritt 1 begonnen, bei welchem die Produktion aller vier Produktlinien A3, B3, C3, D3 gleichzeitig gestartet wird. Die Produktlinien C3 und D3 werden dabei synchron auf den Sublanes S31R und S31L der ersten Transportspur T31 transportiert. Eine Bestückung P_C3+D3 der ersten und zweiten Produktlinie D3, C3 wird dabei von ersten Bestückköpfen BK31, welcher der ersten Transportspur T31 zugeordnet sind, im sogenannten I-Place Modus durchgeführt. Die Bestückung P_C3+D3 wird dabei durch ein Bestückprogramm JCD vorgegeben. Analog werden die dritte und die vierte Produktlinie B3, A3 synchron auf den Sublanes S32R, S32L der zweiten Transportspur T32 transportiert und von den der zweiten Transportspur T32 zugeordneten zweiten Bestückköpfen BK32 im I-Place-Modus bestückt. Eine Bestückung P_A3+B3 wird dabei vom Bestückprogramm JAB1 vorgegeben.
Nach Fertigstellung der einer der vier Produktlinien A3, B3, C3, D3, wird in einem zweiten Verfahrensschritt 2 ein neuer Auftrag mit einer neuen Zusammenstellung und/oder Bestückart für die Stationen der Fertigungslinie vorgegeben. Weist beispielsweise die erste Produktlinie D3 die kleinste Losgröße auf und ist daher vor den anderen Produktlinien A3, B3, C3 fertig gestellt, so wird z. B. ein neuer Bestückauftrag bzw. ein neues Bestückprogramm JC für die erste Transportspur T31 vorgegeben. Durch das neue Bestückprogramm JC wird nur mehr bei der zweiten Produktlinie C3 auf der ersten Transportspur 31 eine Bestückung P_C3 von den ersten Bestückköpfen BK31 durchgeführt. Für die Bestückung P_C3 der zweiten Produktlinie C3 wird weiterhin der I-Place-Modus verwendet. Die freiwerdenden Bestückkapazitäten der ersten Bestückköpfe BK31 werden dadurch der zweiten Produktlinie C3 zugeordnet.
Sobald die zweite Produktlinie C3, welche beispielsweise eine geringere Losgröße als die dritte und vierte Produktlinie B3, A3 aufweist, fertig bestückt ist, wird in einem dritten Verfahrensschritt 3 erneut ein Auftrag für eine Änderung der Bestückart bzw. ein geändertes Bestückprogramm JAB2 vorgegeben. Da auf der ersten Transportspur T31 beide zu fertigenden Produktlinien C3, D3 fertig gestellt sind, wird die Bestückart der Fertigungslinie vom I-Place-Modus auf den alternierenden Betriebsmodus umgestellt. Die Bestückung P_A3+B3 der dritten und vierten Produktlinie B3, A3 wird nun neben den der zweiten Transportspur T32 zugeordneten zweiten Bestückköpfen Bk32 auch alternierend von den ersten Bestückköpfen BK31 durchgeführt. Die durch die Fertigstellung der Produktlinien C3, D3 freigewordene Bestückkapazität der ersten Bestückköpfe BK31 wird dadurch für eine Bestückung P_A3+B3 der dritten und vierten Produktlinie B3, A3 genutzt.
Ist nun die dritte Produktlinie B3 fertig produziert, so wird in einem vierten Verfahrensschritt 4 wieder ein neuer Auftrag bzw. ein geändertes Bestückprogramm JA vorgegeben. Durch dieses Bestückprogramm JA wird dann nur mehr eine Bestückung P_A3 der vierten Produktlinie A3 durchgeführt. Dafür werden dann alle Bestückköpfe BK31 und BK32 im alternierenden Modus eingesetzt, bis auch, die vierte Produktlinie A3 fertig bestückt ist.
Zur Durchführung der Verfahrensschritte 1 bis 4 ist bei der Rüstung zusätzlich zu berücksichtigen, dass die für die Änderungen der Bestückprogramme JAB1, JAB2, JA, JCD, JC notwendigen Anteile an Bauelementen von den den Bestückköpfen BK31, BK32 zugeordneten Zuführeinrichtungen bereitgestellt werden.

Claims

Verfahren zum Bestücken von Substraten mit elektronischen Bauelementen in Bestückvorrichtungen (BS11, BS12, BS13), insbesondere in einer Fertigungslinie (FL1), wobei ein Transportsystem (TS1) mit zumindest zwei Transportspuren (T11, T12) zum Zuführen von zu bestückenden Substraten in einen Bestückbereich und zum Abführen von zumindest teilweise bestückten Substraten aus dem Bestückbereich eingesetzt wird, und wobei in einer Bestückvorrichtung (BS11, BS12, BS13) zumindest zwei Bestückköpfe (BK111, BK112, ..., BK132) zum Abholen von elektronischen Bauelementen von einer Zuführeinrichtung und zum Aufsetzen der abgeholten Bauelemente auf im Bestückbereich bereitgestellte Substrate vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von einer benötigten Fertigungskapazität für ein Bestücken der Substrate die zumindest zwei Bestückköpfe (BK111, BK112, ..., BK132) und die den Bestückköpfen (BK111, BK112, ..., BK132) zugeordneten Zuführeinrichtungen jeweils dynamisch einer der zumindest zwei Transportspuren (T11, T12) des Transportssystems (TS1) zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Produktlinien (A1, B1) parallel hergestellt werden, wobei jede der zumindest zwei Produktlinien (A1, B1) genau einer der zumindest zwei Transportspuren (T11, T12) des Transportsystems (TS1) fest zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Bestückköpfe (BK111, BK112, ..., BK132) einer Bestückvorrichtung (BS11, BS12, BS13) entsprechend der jeweiligen dynamischen Zuordnung zu einer der zumindest zwei Transportspuren (T11, T12) in einem von zwei verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden, wobei in einem ersten Betriebsmodus – dem sogenannten I-Place-Modus von den Bestückköpfen (BK111, BK112, ..., BK132) parallel und unabhängig voneinander im jeweiligen Bestückbereich gearbeitet wird, und wobei in einem zweiten Betriebsmodus – dem sogenannten alternierenden Modus – von den Bestückköpfen (BK111, BK112, ..., BK132) alterierend nur in einem Bestückbereich bestückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Fertigungslinie (FL1), welche zumindest zwei Bestückvorrichtungen (BS11, BS12, BS13) umfasst, bei paralleler Produktion von zumindest zwei Produktlinien (A1, B1) zumindest in einer Bestückvorrichtung (BS12) ein für die Produktion einer ersten Produktlinie (A1) nicht eingesetzter Bestückkopf (BK121) für die Produktion von zumindest einer zweiten Produktlinie (B1) verwendet und der Transportspur (T12) der zumindest zweiten Produktlinie (B1) zugewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Substrate einer ersten Produktlinie (A1) auf einer der ersten Produktlinie (A1) fest zugeordneten ersten Transportspur (T11) durch die zumindest eine Bestückvorrichtung (BS12) ohne Bestückung durchtransportiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Bestückköpfe (BK121, BK122) der zumindest einen Bestückvorrichtung (BS12) ohne Bestückung der Substrate der ersten Produktionslinie (A1) im zweiten Betriebsmodus – dem sogenannten alternierenden Modus – betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Fertigstellung einer ersten Produktlinie (A2), welche auf einer ersten Transportspur (T21) bestückt wird, der zumindest eine freiwerdende Bestückkopf (BK211, BK221, BK231) sowie die zugehörigen Zuführeinrichtungen für eine Produktion von zumindest einer zweiten Produktlinie (B2) herangezogen werden, welche auf einer der zumindest zweiten Produktlinie (B2) zugeordneten zweiten Transportspur (T22) bestückt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Fertigstellung einer ersten Produktlinie (A2) die zumindest eine Bestückvorrichtung (BS21, BS22, BS23) der Fertigungslinie (FL2) für eine Fertigstellung einer zumindest zweiten Produktlinie (B2) vom ersten Betriebsmodus, dem sogenannten I-Place-Modus, in den zweiten Betriebsmodus, dem sogenannten alternierenden Modus, umgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vier Produktlinien (A3, B3, C3, D3) mit unterschiedlichen Losgrößen derart gefertigt werden, dass jeder Produktlinie (A3, B3, C3, D3) eine der vier Transportspuren (S31R, S31L, S32R, S32L) fest zugeordnet und die Produktion der vier Produktlinien (A3, B3, C3, D3) gleichzeitig gestartet wird (1), dass dann nach Fertigstellung einer ersten Produktlinie (D3), welche auf einer ersten Transportspur (S31L) bestückt wird, eine freiwerdende Bestückkapazität (BK31) einer zweiten Produktlinie (C3) zugeordnet wird (2), welche auf einer zweiten der ersten benachbarten Transportspur (S31R) bestückt wird, dass nach Fertigstellung der zweiten Produktlinie (C3) die freiwerdende Bestückkapazität (BK31) einer dritten und vierten Produktlinie (A3, B3) zugeordnet wird (3), welche auf einer dritten und vierten Transportspur (S32R, S32L) bestückt werden, und dass nach Fertigstellung der dritten Produktlinie (B3) die Bestückkapazitäten (BK31, BK32) für die Bestückung der vierten Produktlinie (A3) herangezogen werden (4).