DE102013112292B4

DE102013112292B4 - Stützvorrichtung und Verfahren zum Abstützen eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrates und Bestückungsautomat

Info

Publication number: DE102013112292B4
Application number: DE102013112292.2A
Authority: DE
Inventors: Michele Trigiani; Thomas Rossmann
Original assignee: ASM Assembly Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2033-11-09
Also published as: CN104640431A; CN104640431B; DE102013112292A1

Abstract

Stützvorrichtung (1) zum Abstützen wenigstens eines Bereiches eines mit Bauelementen (70) zu bestückenden Substrates (20) zumindest während eines Bestückungsprozesses, aufweisend
– ein innerhalb eines Fluidraumes (3) eines Grundkörpers (2) beweglich angeordnetes Kolbenelement (10), welches zumindest abschnittsweise durch eine Öffnung (9) in einer Wandung (2.1) des Fluidraumes (3) hindurchführbar ist,
– ein wenigstens bereichsweise innerhalb des Fluidraumes (3) befindliches magnetisches Fluid (8), und
– einen Magneten (5) zur magnetischen Beeinflussung des Fluids (8),
wobei das Kolbenelement (10) zumindest ein wenigstens abschnittsweise eine Kolbenstange (11) des Kolbenelementes (10) in Umfangsrichtung umgebendes und sich wenigstens abschnittsweise in horizontaler Richtung (H) innerhalb des Fluidraumes (3) erstreckendes Anschlagselement (13) zur Begrenzung der Bewegung des Kolbenelementes (10) nach außen aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stützvorrichtung sowie ein Verfahren zum Abstützen wenigstens eines Bereiches eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrates zumindest während eines Bestückungsprozesses. Ferner betrifft die Erfindung einen Bestückungsautomaten zum Bestücken eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrates mit einer Stützvorrichtung zum Abstützen des Substrates zumindest während eines Bestückungsprozesses.
STAND DER TECHNIK
Insbesondere aus der Bestückungstechnik sind grundlegend Substrate bekannt, wie beispielsweise Leiterplatten oder Leiterplatinen, welche mittels sogenannter Bestückungsautomaten mit Bauelementen unterschiedlichster Art bestückt werden. Derartige Bauelemente können beispielsweise vorteilhaft mechanischer oder elektronischer oder elektrischer oder auch elektromechanischer Art sein. Vorteilhaft werden die Bauelemente durch seitlich an einem Bestückungsautomaten angeordnete Zuführeinrichtungen an vorbestimmte Abholpositionen bereitgestellt. Die Bauelemente, welche beispielsweise Transistoren, Tantalkondensatoren, Widerstände, Kondensatoren oder Oszillatoren usw. sind, werden dann von einem Bestückkopf des Bestückungsautomaten an einer definierten Abholposition aufgenommen und in einen Bestückungsbereich des Bestückungsautomaten transferiert, in welchem die Bauelemente auf einem bereitgestellten Substrat positioniert bzw. angeordnet werden. Die zu bestückenden Substrate selbst werden über eine Transporteinrichtung dem Bestückungsbereich zugeführt. Die Substrate dienen dabei als Montageträger für die Bauelemente bzw. Bauteile und erfüllen zusätzlich mit Leiterbahnen die Aufgabe der elektrischen Verdrahtung der Komponenten bzw. Bauteile. Es kann zudem beispielsweise abhängig von der Aufbauvariante und den angewandten Lötverfahren erforderlich sein, dass bestimmte Bauteile vor dem Lötprozess durch Kleben auf dem Substrat fixiert werden. Nachdem die Substrate mit den Bauelemente bzw. Bauteilen bestückt wurden, werden sie vorteilhaft über eine Transporteinrichtung wieder aus dem Bestückungsbereich heraustransportiert. Es ist zudem möglich, dass zwischen dem Abholen der Bauelemente und dem Positionieren auf dem Substrat die Bauelemente selbst, beispielsweise mithilfe einer geeigneten Erfassungseinrichtung, wie z.B. einer Bauelementekamera, hinsichtlich ihrer Lage relativ zum Bestückkopf sowie hinsichtlich etwaiger Fehler überprüft werden können.
Grundlegend ist es zudem bekannt, dass zumindest während des Bestückungsvorganges das Substrat selbst an dessen Randbereichen seitlich fixiert wird. Da die Substrate meist leicht nach unten oder nach oben gewölbt sind und folglich nie ideal eben (planar) sind, kann das Substrat während des Bestückungsvorganges mit den Bauelementen in einer Z-Richtung (senkrecht zur Substratlängsachse) folglich mit der Aufsetzkraft des Bestückkopfes zumindest zeitweise deformiert werden, damit das Bauelement auf einem auf dem Substrat aufgebrachten haftenden Medium, wie beispielsweise einer Lotpaste, einem Klebe- oder einem Flussmittel, haftend angebracht werden kann. Das bedeutet, dass während des Bestückungsvorganges der Bestückkopf die mittels beispielsweise einer Saugpipette angesaugten Bauteile auf das Substrat nach unten drückt und folglich auch das Substrat zumindest bereichsweise und wenigstens zeitweise deformiert hinsichtlich dessen Ursprungsgestaltung. Insbesondere durch die stetig steigenden Maschinenleistungen ist zusätzlich die Aufsetzgeschwindigkeit der Saugpipette, die das zu bestückende Bauelement am Bestückkopf hält, bzw. des Bestückkopfes sehr groß, so dass das Substrat durch den Aufsetzimpuls nachteilig zu Schwingungen angeregt wird. Diese Schwingungen sind einerseits schädlich für das zu bestückende Bauelement, weil aufgrund des Zurückfederns des Substrates empfindliche Bauelemente beschädigt werden können. Andererseits wird die Positioniergenauigkeit der Bauelemente negativ beeinflusst. Ferner ist es möglich, das Bauelemente, welche bereits auf dem Substrat positioniert wurden, durch die Schwingungen und Erschütterungen während des Bestückungsvorganges verrutschen oder sich gar von dem Substrat lösen.
Aus der US 2009 / 0 126 187 A1 ist eine Leiterplatten-Haltevorrichtung zum Abstützen einer für die Bestückung mit Bauelementen vorgesehenen Leiterplatte bekannt. Innerhalb einer Packung einer Wellenhalterung ist eine beweglich angeordnete Hebewelle vorgesehen, welche zumindest abschnittsweise durch eine Öffnung in der Packung hindurchführbar ist. Innerhalb der Packung ist ein magnetorheologisches Fluid angeordnet.
Aus der DE 103 92 850 B4 ist ein Stützmechanismus offenbart, dass elektromagnetische Hohlräume aus einem magnetischen Material, wie Eisen, hergestellt sind und dass in den Hohlräumen eine rheomagnetische Flüssigkeit angeordnet ist.
Die US 59 84 293 A offenbart ein eine Stützanordnung, bei der Unterstützungsstifte mittels Federkraft gegen einen Bereich eines Substrats gedrückt werden. Die Stützanordnung weist eine mechanische Fixierung der Stützstifte auf.
Daher ist es bekannt, vornehmlich bei großflächigen Substraten, sogenannte Stützeinrichtungen bzw. Supraunterstützungen einzusetzen, welche mit einer Orientierung in Z-Richtung unterhalb eines Substrates angeordnet und vor dem Bestückungsvorgang zur Unterstützung von unten an das entsprechende Substrat herangefahren werden. Die Stützeinrichtungen selbst können dabei beispielsweise auf einer Grundplatte positioniert bzw. angeordnet werden, wobei diese Grundplatte vorteilhaft ein Hubtisch oder ein Teil eines Hubtisches ist, welcher sich in Z-Richtung zumindest abschnittsweise bewegen lässt.
Da, wie bereits oben genannt, die Substrate sich sowohl in Z-Richtung nach oben als auch nach unten durchbiegen können bzw. durchgebogen sein können, kann sich eine Stützeinrichtung mit definierter Länge beispielsweise zumindest nicht an die nach oben durchgebogenen Substrate bzw. Substratbereiche des Substrates anpassen. Die folglich zur variablen Anpassung der Durchbiegung des Substrates verwendeten und grundlegend bekannten Variogrid-Unterstützungssysteme weisen hierfür ein modulares Rasterfeld mit Unterstützungsstiften auf, welche sich automatisch und luftgefedert der Substratunterseite anpassen. Ebenfalls grundlegend bekannt sind Bürstenunterstützungssysteme, welche sich der Leiterplattenkontur anpassen können. Nachteilhaft weisen die Variogrid-Unterstützungs-systeme sowie auch die Bürstenunterstützungssysteme eine undefinierte bzw. undefinierbare Unterstützungspositionierung der einzelnen Unterstützungsmodule auf, so dass die Unterstützungsmodule teilweise auch auf den Bauelementen, welche auf der Unterseite der Leiterplatte bereits angeordnet bzw. bestückt wurden, aufliegen und folglich zu einer Beschädigung der Bauelemente bzw. Bauteile und damit zu einer Beschädigung des Substrates führen können. Dies führt nachteilhaft zu einer hohen Fehlerausschussrate bei der Herstellung von Leiterplatten.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Stützvorrichtung und dem Verfahren zur Anordnung einer Stützvorrichtung zur Abstützung eines Bereiches eines mit Bauteilen zu bestückenden Substrates zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stützvorrichtung sowie ein Verfahren zum Abstützen wenigstens eines Bereiches eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrates zumindest während eines Bestückungsprozesses sowie einen Bestückungsautomaten selbst zur Verfügung zu stellen, welche eine variabel einstellbare Unterstützung bzw. Abstützung einzelner Bereiche des Substrates zumindest während des Bestückungsprozesses bzw. des Bestückungsvorganges ermöglichen, und zudem einfach und kostengünstig in der Herstellung sowie prozesssicher in deren Funktionsweise sind.
Die voranstehende Aufgabe wird zum einen durch eine Stützvorrichtung zum Abstützen wenigstens eines Bereiches eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrates zumindest während eines Bestückungsprozesses mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Des Weiteren wird die voranstehende Aufgabe durch einen Bestückungsautomaten zum Bestücken eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrates mit einer Stützvorrichtung zum Abstützen des Substrates zumindest während eines Bestückungsprozesses mit den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst. Ferner wird die Aufgabe mittels eines Verfahrens zum Abstützen wenigstens eines Bereiches eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrates zumindest während eines Bestückungsprozesses mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Stützvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bestückungsautomaten sowie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Zudem kann das erfindungsgemäße Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Stützvorrichtung und/oder mittels dem erfindungsgemäßen Bestückungsautomaten durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Stützvorrichtung zum Abstützen wenigstens eines Bereiches eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrates, zumindest während eines Bestückungsprozesses, weist zumindest ein innerhalb eines Fluidraumes eines Grundkörpers beweglich angeordnetes Kolbenelement, welches zumindest abschnittsweise durch eine Öffnung in einer Wandung des Fluidraumes hindurchführbar ist, ein wenigstens bereichsweise innerhalb des Fluidraumes befindliches magnetisches Fluid, und einen Magneten zur magnetischen Beeinflussung des Fluids auf. Vorteilhaft dient die Stützvorrichtung folglich dazu, das zu bestückende Substrat, welches beispielsweise eine Leiterplatte oder eine Leiterplatine ist, welche mit entsprechenden elektrischen oder elektronischen sowie mechanischen und/oder elektromechanischen Bauelementen bzw. Bauteilen bestückt werden kann, zumindest während des Bestückungsprozesses mit den Bauelementen gegen ein Durchbiegen bzw. Verbiegen bzw. Deformieren abzusichern. Es ist folglich denkbar, dass die Stützvorrichtung bzw. eine Mehrzahl an Stützvorrichtungen zumindest zeitweise kurz vor dem Beginn des Bestückungsprozesses selbst in einen Bereich des Substrates und insbesondere unterhalb des Substrates angeordnet werden. Es ist zudem auch denkbar, dass die Stützvorrichtungen bzw. eine Mehrzahl an Stützvorrichtungen bereits in einem Zuführbereich zu dem Bestückungsbereich unterhalb des Substrates angeordnet werden und mit diesem gemeinsam in den Bestückungsbereich des Bestückungsautomaten eingebracht werden. Vorteilhaft weist die Stützvorrichtung einen zylinderförmigen Grundkörper auf, welcher auch quaderförmig ausgestaltet sein kann oder auch jede andere dreidimensional ausgestaltete Form aufweisen kann. Erfindungsgemäß weist der Grundkörper einen Fluidraum auf, welcher sich vorteilhaft entlang einer Längsachse des Grundkörpers innerhalb des Grundkörpers erstreckt und innerhalb welchem ein magnetisches und insbesondere ein superparamagnetisches Fluid angeordnet ist, welches derart durch die Magnetfeldlinien des Magneten beeinflusst wird, dass sich zumindest Bestandteile des Fluides an die Feldlinien des von dem Magneten erzeugten magnetischen Feldes anlegen bzw. anbinden. Das magnetische Fluid reagiert folglich auf magnetische Felder ohne zu verfestigen. Das bedeutet, dass die magnetischen Momente der Teilchen des Fluids in einem Magnetfeld tendenziell in dessen Richtung ausgelenkt werden und folglich hierdurch eine makroskopische Magnetisierung erlangen. Vorteilhaft kommt es aufgrund der geringen Größe der im Fluid befindlichen Magnetteilchen (Durchmesser < 20 nm) zu keiner Ausbildung Weißscher Bezirke und damit auch zu keiner Hysterese. Das in dem Fluidraum des Grundkörpers befindliche magnetische Fluid ist folglich vorteilhaft ein superparamagnetisches Fluid und folglich ein permeabler Stoff, welcher aufgrund eines magnetischen Feldes, erzeugt durch den Magneten, eine Kraftwirkung an dessen Oberfläche erfährt. Aufgrund der Anbindung des magnetischen Fluids an die magnetischen Feldlinien wird vorteilhaft eine Bewegung des Kolbenelementes innerhalb des Fluidraumes wenigstens eingeschränkt bzw. erschwert und vorteilhaft behindert, so dass das Kolbenelement und insbesondere eine Kolbenstange des Kolbenelementes sich innerhalb des Fluidraumes lediglich eingeschränkt bzw. zumindest verzögert in diesen hinein bzw. aus diesem hinaus bewegen kann. Es ist auch denkbar, dass durch die Bewegung des Kolbenelementes durch die Anbindung bzw. Ausrichtung des Fluides an die Magnetfeldlinien eine Bewegung des Kolbenelementes vollständig blockiert wird.
Erfindungsgemäß weist das Kolbenelement zumindest ein wenigstens abschnittsweise eine Kolbenstange des Kolbenelementes in Umfangsrichtung umgebendes und sich wenigstens abschnittsweise horizontal innerhalb des Fluidraumes erstreckendes Anschlagelement zur Begrenzung der Bewegung des Kolbenelementes nach außen auf. Vorteilhaft ist folglich das Anschlagselement in Z-Richtung betrachtet an einem oberen Bereich der Kolbenstange angeordnet. Das Anschlagselement dient vorteilhaft beispielsweise dazu, ein Herausrutschen des Kolbenelementes und insbesondere der Kolbenstange des Kolbenelementes aus der Stützvorrichtung und insbesondere dem Grundkörper der Stützvorrichtung zu verhindern. Das Anschlagselement kann dabei folglich vergleichbar zu der Kolbenscheibe ausgestaltet sein. Es ist auch denkbar, dass das Anschlagselement eine zur Kolbenscheibe abweichende Ausgestaltung aufweist. Vorteilhaft weist das Anschlagselement einen Durchlassbereich auf, welcher sich in Form eines Durchlasskanales oder einer Bohrung von einer oberen Oberfläche zu einer unteren Oberfläche des Anschlagselementes erstreckt, um insbesondere ein gasförmiges Medium aus einem Volumenausgleichsabschnitt durchströmen zu lassen.
Im Rahmen der Erfindung ist es folglich möglich, dass der Magnet ein Dauermagnet oder ein zumindest zeitweise aktivierbarer Elektromagnet ist. Bei der Verwendung eines Dauermagneten befindet sich folglich das Fluid in einem im Wesentlichen permanent an die Magnetfeldlinien ausgerichteten und vorteilhaft zähflüssigen Zustand. Hierbei ist eine Bewegung des Kolbenelementes innerhalb des Fluidraumes lediglich eingeschränkt möglich. Das bedeutet, dass ein Hineindrücken bzw. ein Hineinbewegen des Kolbenelementes in den Fluidraum aufgrund der durch die Magnetfeldlinien hervorgerufenen Konsistenz des Fluides erschwert ist. Wird nun die Stützvorrichtung mit einer vornehmlich langsamen Bewegungsgeschwindigkeit an das Substrat und insbesondere eine untere Oberfläche des Substrates angeordnet, kann das Kolbenelement, insbesondere aufgrund der ausreichenden Zeitdauer für eine Verdrängung des Fluides, langsam in den Fluidraum hineinbewegt werden und sich an die Biegung des Substrates ausrichten, um dieses für den nachfolgenden Bestückungsvorgang hinreichend stützen zu können. Vorteilhaft ist es möglich eine Verdrängung des Fluides innerhalb des Fluidraumes aufgrund einer Bewegung des Kolbenelementes (weiter) in den Fluidraum hinein oder (weiter) aus dem Fluidraum hinaus beim Aufbringen einer im Wesentlichen kontinuierlichen Kraft auf das Kolbenelement über einen definierten Zeitraum zu ermöglichen. Wirkt dagegen eine Stoßkraft auf das Kolbenelement ein, wie dies beispielsweise während eines Bestückungsvorganges erfolgt, so verhält sich das Fluid vorteilhaft sehr träge und wirkt dieser Stoßkraft zumindest weitestgehend entgegen. Das bedeutet, dass vorteilhaft eine Bewegung des Kolbenelementes innerhalb des Fluidraumes beim Aufbringen einer Stoßkraft verhindert wird. Vorteilhaft bedarf es keiner Bestromung eines Dauermagneten, sodass keine zusätzliche Versorgungsleitungen zur Zuführung von elektrischer Energie von einem Energieerzeuger bzw. -speicher hin zu der Stützvorrichtung innerhalb der Anlage angeordnet werden müssen. Demzufolge ist die Verwendung eines Dauermagneten auch kostengünstig, prozesssicher und wartungsarm. Jedoch ist die Erzeugung der Magnetfeldlinien und folglich die Verwendung des Dauermagneten auch abhängig von der beabsichtigten Bewegungsfreiheit des Fluides. Das bedeutet, dass das innerhalb des Fluidraumes befindliche Fluid zum einen zwar eine Verdrängung für eine Bewegung des Kolbenelementes zur Anordnung der Stützvorrichtung an das Substrat ermöglichen muss, zum anderen jedoch einer durch den Bestückungsautomaten auf das Substrat aufgebrachten Stoßkraft eine Gegenkraft derart entgegenbringen muss, dass eine Deformierung des Substrates vermieden wird. Demzufolge wäre es denkbar alternativ zu einem Dauermagneten einen Elektromagneten zu verwenden, welcher nach der Anordnung der Stützvorrichtung an dem Substrat aktiviert wird, sodass sich erst dann das Fluid an die Magnetfeldlinien ausrichtet. Hierbei kann die Magnetkraft derart gewählt werden, dass eine Verdrängung des Fluides vorteilhaft vollständig vermieden wird, sodass das Kolbenelement weder beim Aufbringen einer langsamen Kraft und insbesondere Druckkraft, noch beim Aufbringen einer Stoßkraft auf das Selbige innerhalb des Fluidraumes bewegt werden kann. Zur Aktivierung des Elektromagneten ist es vorteilhaft möglich, dass elektrische Energie leitende Leitungen bzw. Kontakte zum Übertragen der elektrischen Energie durch Bereiche der Stützvorrichtung und insbesondere des Grundkörpers der Stützvorrichtung bis zum Magneten bzw. Elektromagneten angeordnet sind. Es ist auch denkbar, dass ein Hubtisch oder zumindest Bereiche des Hubtisches oder die Positionierbereiche bzw. -körper zum Positionieren der Stützvorrichtungen auf einem entsprechenden Hubtisch, auf welchen die einzelnen Stützvorrichtungen angeordnet sein können und welcher diese Stützvorrichtungen in Richtung des abzustützenden Substrates bewegt, derart mit Versorgungsleitungen bestückt ist bzw. sind, dass vorteilhaft jede Stützvorrichtung bedarfsgerecht mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Im Bereich der Öffnung des Fluidraumes ist vorteilhaft ein Dichtungselement bzw. ein Dichtelement zum Abdichten des Fluidraumes zur Außenumgebung angeordnet, wobei das Dichtungselement selbst ein gummiartiges bzw. elastisches Material aufweisen kann bzw. als ein Dichtring usw. ausgestaltet sein kann. Mittels dem Dichtungselement kann beispielsweise ein Austritt des Fluids aus dem Fluidraum in die Umgebung verhindert werden, wobei gleichzeitig eine Bewegung des Kolbenelementes und insbesondere der Kolbenstange des Kolbenelementes durch das Dichtungselement bzw. Bereiche des Dichtungselementes hindurch ermöglicht werden kann, so dass die Kolbenstange des Kolbenelementes sich zumindest bereichsweise aus dem Fluidraum der Stützvorrichtung in einen Außenbereich bewegen kann. Es ist des Weiteren auch denkbar, dass anstelle oder zusätzlich zu dem Dichtungselement das Fluid selbst als Dichtungselement verwendet werden kann. Hierzu werden die magnetischen Feldlinien des vom Magneten erzeugten magnetischen Feldes derart ausgerichtet, dass sich das Fluid bzw. dessen magnetische Bestandteile derart an die Feldlinien anbinden, dass der Austritt des Fluids selbst zum einen vermieden bzw. ein Eintritt von in der Umgebung befindlichen Stoffen, wie beispielsweise Schmutzpartikeln, usw., verhindert wird.
Es ist des Weiteren möglich, dass der Magnet zumindest abschnittsweise innerhalb des Fluidraumes angeordnet ist. So ist es denkbar, dass der Magnet zumindest einen Bereich aufweist, welcher innerhalb des Fluidraumes angeordnet ist, wobei ein anderer Bereich beispielsweise innerhalb einer Wandung des Grundkörpers eingebracht ist. Es wäre auch möglich, dass der Magnet außerhalb der Stützvorrichtung selbst und insbesondere an einer Außenwandung des Grundkörpers, vornehmlich in einem Bereich des sich innerhalb des Grundkörpers erstreckenden Fluidraumes angeordnet ist, so dass die vom Magneten erzeugten magnetischen Feldlinien durch den Grundkörper hindurch in bzw. durch den Fluidraum eingebracht werden können.
Im Rahmen der Erfindung weist das Fluid magnetische in einem Trägermedium kolloidal suspendierte, beschichtete Partikel auf. Demzufolge besteht das Fluid vorteilhaft aus einem heterogenen Stoffgemisch aus dem Trägermedium und aus in dem Trägermedium angeordneten fein verteilten Teilchen bzw. Festkörpern, welche vorteilhaft eine polymere Oberflächenbeschichtung aufweisen. Als Oberflächenbeschichtung dient dabei vorteilhaft ein Polymerwerkstoff, aus beispielsweise Duroplaste, Elastomere, Thermoplaste oder auch thermoplastischen Elastomeren. Die Partikel können demzufolge beispielsweise mit synthetischen Polymeren auf Kohlenstoffbasis, wie z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol usw., und/oder mit synthetischen Polymeren auf einer anderen Basis, wie Silikone oder Melamin, oder auch mit Biopolymeren, wie Proteinen, oder Kohlenhydraten, wie Zellulose, Holz, Papier, Stärke, usw., beschichtet sein. Vorteilhaft dient die Beschichtung der Partikel dazu, ein Anhaften der Partikel miteinander zu verhindern, so dass diese sich entsprechend bei der Ausbildung eines magnetischen Feldes an die magnetischen Feldlinien anbinden bzw. an diesen ausrichten können.
Es ist folglich möglich, dass das Trägermedium selbst flüssig oder auch gasförmig ist. Als flüssiges Medium kommen dabei beispielsweise Wasser oder ein Wassergemisch sowie Öl infrage. Vorteilhaft ist das Fluid ein Ferrofluid mit eisenhaltigen Partikeln und folglich eine Flüssigkeit, welche auf ein magnetisches Feld bzw. auf magnetische Feldlinien reagiert, ohne zu verfestigen. Ferrofluide weisen winzige Nanoteilchen aus Eisen auf, welche sich nach einem Magnetfeld ausrichten und sich dabei gegenseitig anziehen.
Es ist des Weiteren denkbar, dass die Vorrichtung ein wenigstens abschnittsweise innerhalb des Fluidraumes angeordnetes Federelement zumindest zur Ausrichtung des Kolbenelementes in eine Ausgangsposition aufweist. Das Federelement kann dabei beispielsweise eine Druckfeder bzw. eine Rückstellfeder sein. Als eine Ausgangsposition wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Position verstanden, in welcher die Kolbenstange des Kolbenelementes derart weit aus dem Fluidraum der Stützvorrichtung hinausragt, dass ein Anschlagelement des Kolbenelementes ein distales Ende des Grundkörpers der Stützvorrichtung und insbesondere ein im Bereich der Öffnung und/oder des Dichtungselementes der Stützvorrichtung befindliches Ende kontaktiert. Vorteilhaft ist das Federelement während der Ausrichtung des Kolbenelementes in einer Ausgangsposition nicht oder lediglich geringfügig belastet. Wird nun ein oberes distales Ende der Kolbenstange des Kolbenelementes, welches außerhalb des Fluidraumes angeordnet ist bzw. sich befindet, mittels beispielsweise einer Druckkraft beaufschlagt, erfolgt eine Bewegung der Kolbenstange in den Fluidraum hinein, so dass das Federelement, welches vorteilhaft mit einem innerhalb des Fluidraumes angeordneten Bereich der Kolbenstange verbunden ist, ebenfalls derart mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, dass das Federelement zusammengedrückt bzw. gestaucht wird. Bei einem größtmöglichen Zusammendrücken des Federelementes befindet sich folglich das mit dem Federelement verbundene Kolbenelement bzw. die Kolbenstange des Kolbenelementes vorteilhaft fast vollständig innerhalb des Fluidraumes. Es ist folglich denkbar, dass innerhalb des Fluidraumes ein weiteres Anschlagselement angeordnet ist, welches eine definierte Bewegung der Kolbenstange innerhalb des Fluidraumes nach unten, d.h. in Richtung des Federelementes begrenzt. Es ist auch denkbar, dass die Bewegung des Federelementes und insbesondere der Kolbenstange des Kolbenelementes mittels dem zumindest teilweise innerhalb des Fluidraumes angeordneten Magneten bzw. Elektromagneten begrenzt wird. Demzufolge könnte der Magnet selbst als Anschlagsmittel zur Begrenzung der Bewegung der Kolbenstange in den Fluidraum hinein dienen.
Es ist des Weiteren möglich, dass das Kolbenelement zumindest eine wenigstens abschnittsweise eine Kolbenstange des Kolbenelementes in Umfangsrichtung umgebende und sich wenigstens abschnittsweise horizontal innerhalb des Fluidraumes erstreckende Kolbenscheibe mit zumindest einem Durchlassbereich zum Ermöglichen eines Durchströmens des Fluids aufweist. Die Kolbenscheibe befindet sich folglich in Z-Richtung betrachtet, welche der Längsrichtung der Stützvorrichtung entspricht, im unteren Bereich der Kolbenstange. Vorteilhaft umgibt die Kolbenscheibe die Kolbenstange oder zumindest einen Bereich der Kolbenstange in Umfangsrichtung vollständig und erstreckt sich demzufolge senkrecht von der Oberfläche der Kolbenstange, welche vorteilhaft zylindrisch ausgestaltet ist, in senkrechter Richtung weg. Es ist des Weiteren möglich, dass die Kolbenscheibe die innere Wandung des Fluidraumes zumindest abschnittsweise und vorteilhaft vollumfänglich derart kontaktiert, dass ein Durchströmen des Fluids lediglich im Bereich des definierten Durchlassbereiches der Kolbenscheibe ermöglicht wird. Folglich ist es möglich, dass zwischen der Kolbenscheibe und der inneren Wandung des Fluidraumes Dichtungselemente angeordnet sind, welche zwar eine Bewegung der Kolbenscheibe in Z-Richtung betrachtet innerhalb des Fluidraumes entlang der inneren Wandung des Fluidraumes ermöglichen, ein Durchlassen des Fluids während dieser Bewegung oder auch während einer Arretierung des Kolbenelementes und damit der Kolbenscheibe verhindern. Der Durchlassbereich selbst ist vorteilhaft eine Bohrung bzw. ein Durchlasskanal. Es ist auch denkbar, dass eine Mehrzahl an Durchlassbereichen innerhalb der Kolbenscheibe in definierten Bereichen bzw. Abständen eingebracht ist. Vorteilhaft ist das Federelement selbst in einem Bereich der Kolbenstange und vornehmlich in einem unteren Bereich der Kolbenstange und/oder einem Bereich der Kolbenscheibe mit dem Kolbenelement verbunden. Demzufolge dienen vorteilhaft die Kolbenscheibe und/oder die Kolbenstange selbst zur Begrenzung der Bewegung des Federelementes bzw. zur Anordnung des Federelementes an dem Kolbenelement. Es ist des Weiteren denkbar, dass der Fluidraum einen Volumenausgleichsabschnitt aufweist, welcher die Aufnahme des Fluids aufgrund der Verdrängung durch die in den Fluidraum eindringende Kolbenstange des Kolbenelementes ermöglicht. Vorteilhaft ist der Fluidraum im oberen Bereich, d.h. in Z-Richtung betrachtet oberhalb der Kolbenscheibe angeordnet.
Es ist des Weiteren möglich, dass der Grundkörper wenigstens ein Positionierelement zum Positionieren der Stützvorrichtung auf einem Positionierbereich innerhalb eines Bestückungsautomaten zum Bestücken des Substrates mit Bauelementen aufweist. Das Positionierelement selbst kann dabei beispielsweise ein Magnet, wie ein Elektromagnet oder ein Dauermagnet oder ein magnetisches Material für eine magnetische Verbindung, eine Schraube oder Mutter für eine Schraubverbindung, ein Stift oder ein Stiftaufnahmeraum für eine Stiftverbindung oder Steckverbindung oder Ähnliches sein, welches sich in Z-Richtung betrachtet in einem unteren Ende des Grundkörpers befindet, so dass die Stützvorrichtung selbst mittels dieses Positionierelementes auf einem entsprechenden Gegenstück, welches sich beispielsweise auf einem Hubtisch oder einer Auflageplattform des Bestückungsautomaten oder in einem Bereich eines Positionierkörpers zum Positionieren der Stützvorrichtung auf einem Hubtisch etc. befindet, angeordnet werden kann. Mithilfe des Positionierelementes ist es folglich möglich, die Stützvorrichtung selbst bedarfsgerecht auf einer definierten Position innerhalb des Bestückungsautomaten im Bestückungsbereich schnell, einfach und prozesssicher anzuordnen.
Es ist des Weiteren möglich, dass die Kolbenstange an einem der Kolbenscheibe entgegengesetzten distalen und zumindest abschnittsweise außerhalb des Fluidraumes befindlichen Endes ein Auflageschutzelement aufweist, welches insbesondere flexibel bzw. elastisch und vornehmlich gummiartig ausgestaltet ist. Mittels des Auflageschutzelementes kann vorteilhaft eine Beschädigung der Oberfläche des Substrates, an welcher die Stützvorrichtung und insbesondere die Kolbenstange des Kolbenelementes der Stützvorrichtung angeordnet wird, verhindert werden.
Des Weiteren wird ein Bestückungsautomat zum Bestücken eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrates mit einer Stützvorrichtung zum Abstützen des Substrates zumindest während eines Bestückungsprozesses beansprucht. Der erfindungsgemäße Bestückungsautomat weist dabei die oben genannte Stützvorrichtung auf. Die Bestückung des Substrates mit Bauelementen mittels des Bestückungsautomaten kann dabei beispielsweise manuell, automatisch sequenziell, automatisch sequenziell-simultan oder auch automatisch simultan erfolgen. Vorteilhaft wird das Substrat mittels eines Substrattransportelementes entlang einer definierten Bewegungsbahn geführt und insbesondere in einem Bereich unterhalb eines Bestückkopfes transportiert. Über eine Bauelementezuführeinrichtung werden die einzelnen Bauelemente bzw. Bauteile, mit welchen das Substrat zu bestücken ist, in den Bereich des Bestückkopfes transportiert, so dass dieser die einzelnen Bauelemente aus der Bauelementezuführeinrichtung entnehmen kann. Es ist dabei denkbar, dass zumindest während des Bestückungsvorganges das Substrat und/oder die Bauelementezuführeinrichtung entlang eines definierten Bewegungspfades bewegt werden und/oder feststehend ausgestaltet sind. Der Bestückkopf selbst kann dabei beispielsweise ein Bestückkarussell oder auch in Form eines Revolverkopfes oder eines Greifarmes oder Ähnlichem ausgestaltet sein. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Bestückkopf, welcher vorteilhaft in drei Achsen verfahrbar ist und um eine Z-Achse rotieren kann, durch beispielsweise Unterdruck ein Bauteil aus der Bauelementezuführeinrichtung ansaugt, um das Substrat mittels diesen Bauteiles zu bestücken. Vorteilhaft weist der Bestückkopf selbst ein Kamerasystem auf, mittels welchem die Positionierung des zu positionierenden Bauteils auf dem Substrat ermittelt bzw. berechnet werden kann. Die Bauelementezuführeinrichtung kann beispielsweise in Form von Blistergurten auf Rollen, Tablets mit Vertiefungen, als Gurt, oder auch in Form von Kunststoffstangen usw. ausgeführt sein. Vorteilhaft weist der Bestückungsautomat eine Mehrzahl an Bestückerköpfen bzw. Bestückköpfen auf, um den Durchsatz bzw. Durchlauf an zu bestückenden Substraten zu erhöhen. Demzufolge ist es auch vorteilhaft, sogenannte Revolverköpfe als Bestückköpfe zu verwenden, welche in der Lage sind, mehrere Bauteile aufzunehmen, wodurch folglich die Wegezeit zwischen der Aufnahme des Bauelementes von der Bauelementezuführung und dem Bestücken des Substrates verringert wird.
Bei dem beschriebenen Bestückungsautomaten ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu der Stützvorrichtung zum Abstützen des mit Bauteilen zu bestückenden Substrates beschrieben worden sind.
Des Weiteren wird ein Verfahren zum Abstützen wenigstens eines Bereiches eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrates zumindest während eines Bestückungsprozesses beansprucht, wobei nach einer Zuführung des Substrates in einen Bestückungsbereich unterhalb eines Bestückungskopfes des Bestückungsautomaten eine Stützvorrichtung an dem Substrat angeordnet wird. Erfindungsgemäß wird zumindest abschnittsweise ein innerhalb eines Fluidraumes beweglich angeordnetes Kolbenelement mittels eines Federelementes positioniert bis ein außerhalb des Fluidraumes befindliches distales Ende einer Kolbenstange des Kolbenelementes einen Bereich des Substrates kontaktiert. Vorteilhaft darauffolgend wird ein Magnet und insbesondere ein Elektromagnet zur magnetischen Beeinflussung eines innerhalb des Fluidraumes angeordneten magnetischen Fluids aktiviert. Mittels des Federelementes ist folglich die Kolbenstange des Kolbenelementes derart innerhalb des Fluidraumes beweglich angeordnet, dass sich das distale Ende des Kolbenelementes bzw. der Kolbenstange des Kolbenelementes an eine untere Oberfläche des Substrates anordnen kann, auch wenn diese nach oben oder nach unten gebogen ist. Die erfindungsgemäße Stützvorrichtung ist folglich eine an die Wölbung des Substrates variabel anpassbare Stützvorrichtung. Nachdem die Vorrichtung und insbesondere die Kolbenstange der Vorrichtung an die Oberfläche des Substrates angeordnet wurde, wird der Elektromagnet derart aktiviert, dass hierdurch ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, an welches sich die magnetischen Elemente bzw. Partikel des Fluides anbinden bzw. an welches sich diese ausrichten können. Während der Anbindung bzw. Ausrichtung der magnetischen Partikel des Fluids an die magnetischen Feldlinien wird ein Durchfließen des Fluids durch das Durchlasselement der Kolbenscheibe des Kolbenelementes verhindert, so dass auch beim Aufbringen einer Druckkraft auf das Substrat, beispielsweise aufgrund des Bestückens des Substrates mit Bauteilen durch den Bestückkopf, eine Bewegung der Kolbenstange, insbesondere in den Fluidraum hinein, verhindert wird. Durch die magnetische Beeinflussung des Fluids wird folglich eine Arretierung des Kolbenelementes und folglich der Kolbenstange in eine bisher von dem Kolbenelement eingenommene Position ermöglicht. Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine erfindungsgemäße Stützvorrichtung, wie zuvor beschrieben, als Stützvorrichtung verwendet.
Es ist des Weiteren denkbar, dass das Fluid selbst nicht nur zur Arretierung des Kolbenelementes, sondern zusätzlich und/oder alternativ auch zum Abdichten des Fluidraumes zur Umgebung verwendet wird. Demzufolge ist es möglich, dass die magnetischen Feldlinien des Magneten derart angeordnet bzw. ausgerichtet werden, dass durch die entsprechende Anbindung der Partikel des Fluids an diese Feldlinien ein Austreten beispielsweise eines innerhalb des Fluidraumes befindlichen gasförmigen Mediums und/oder ein Eintreten eines außerhalb des Fluidraumes befindlichen gasförmigen Mediums, wie beispielsweise Luft, welches Schmutzpartikel usw. aufweisen kann, vermieden wird.
Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu dem Bestückungsautomaten und/oder zu der Stützvorrichtung zum Abstützen des mit Bauelementen zu bestückenden Substrates beschrieben worden sind.
Eine erfindungsgemäße Stützvorrichtung, ein erfindungsgemäßer Bestückungsautomat sowie ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Abstützen wenigstens eines Bereiches eines mit Bauelementen zu bestückenden Substrates werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
1 eine Seitenansicht einer auf einem Positionierkörper angeordneten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stützvorrichtung,
2 eine Seitenansicht einer Schnittdarstellung des Abschnittes A aus 1,
3 den in 2 dargestellten Abschnitt der Stützvorrichtung in einer ersten Position,
4 den in 2 dargestellten Abschnitt der Stützvorrichtung in einer zweiten Position,
5 den in 2 dargestellten Abschnitt der Stützvorrichtung in einer dritten Position,
6 eine Draufsicht auf einen Bestückungsbereich eines Bestückungsautomaten,
7 eine Frontansicht auf einen Bestückungsbereich eines Bestückungsautomaten.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 7 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Stützvorrichtung 1 gezeigt, welche auf einem Positionierbereich 30 bzw. einem Positionierkörper 30 zum Positionieren der Stützvorrichtung 1 auf einem Bereich eines hier nicht gezeigten Bestückautomaten und insbesondere innerhalb eines Bestückungsbereiches des Bestückautomaten (vgl. 7) angeordnet ist. Vorteilhaft weist die Stützvorrichtung 1 eine zylindrische Gestalt bzw. einen zylindrisch gestalteten Grundkörper 2 auf, wobei die Form nicht auf die zylindrische Ausgestaltung begrenzt ist, sondern vielmehr in jeder anderen möglichen geometrisch dreidimensionalen Form ausgestaltet sein kann. Wie in der 1 ersichtlich, weist die Stützvorrichtung 1 neben dem Grundkörper 2 ein Kolbenelement und insbesondere eine hier sichtbare Kolbenstange 11 des Kolbenelementes auf, welche sich in Z-Richtung betrachtet oberhalb aus dem Grundkörper 2 hinaus erstreckt. Die Kolbenstange 11 weist zudem ein oberes distales Ende 11.1 auf, mittels welchem die Kolbenstange 11 eine hier nicht gezeigte Oberfläche eines hier nicht gezeigten Substrates zumindest während eines Bestückungsprozesses des Substrates mit Bauteilen kontaktiert. An einem dazu entgegengesetzten, in Z-Richtung betrachtet unteren Ende, ist der Grundkörper beispielsweise über ein Anschlusselement 50, welches hier in Form einer Mutter zum Montieren der Stützvorrichtung 1 auf einer entsprechenden Schraube dargestellt ist, angeordnet. Es ist auch möglich, dass die Mutter 50 ein Bestandteil des Positionierkörpers 30 darstellt, in welche eine Schraube der Stützvorrichtung 1 eingebracht wird. Des Weiteren ist es möglich, dass das Anschlusselement 50 auch ein Stift oder ein Magnet bzw. ein dazu entsprechendes Gegenstück ist. Des Weiteren ist es möglich, dass zwischen dem Anschlusselement 50 und dem Grundkörper 2 beispielsweise eine Dichtung bzw. ein Dichtungselement 40 oder auch ein Dämpfungselement usw. angeordnet ist. Der Positionierkörper 30 kann dabei beispielsweise ein Element einer Auflageplatte eines Bestückungsautomaten, welche auch in Form eines Hubtisches ausgestaltet sein kann, sein. Es ist auch denkbar, dass der Positionierkörper 30 ein Bestandteil der Stützvorrichtung 1 selbst ist, so dass die Stützvorrichtung 1 zusammen mit dem Positionierkörper 30 individuell auf einer Auflageplattform bzw. einem Hubtisch eines Bestückungsautomaten im Bestückungsbereich eines Bestückungsautomaten angeordnet werden kann.
In der 2 ist eine Vergrößerung des in der 1 gezeigten Ausschnittes A der Stützvorrichtung 1 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt. In der 2 zeigt sich, dass der Grundkörper 2 einen Fluidraum 3 aufweist, welcher sich innerhalb des Grundkörpers 2 erstreckt und innerhalb welchem wiederum ein Fluid 8 angeordnet bzw. eingebracht ist. Die Kolbenstange 11 des Kolbenelementes 10 erstreckt sich vom Inneren des Fluidraumes 3 durch eine Öffnung 9 einer Wandung 2.1 des Grundkörpers 2 hindurch in eine Umgebung U. Um beispielsweise ein Austreten des Fluides 8 aus der Öffnung 9 des Grundkörpers 2 zu vermeiden, ist ein Dichtungselement 6 im Bereich der Öffnung 9 angeordnet, welches wiederum einen Durchgangsbereich 6.1 aufweist, durch welchen hindurch sich die Kolbenstange 11 erstreckt. Die in der 2 abgebildete Stützvorrichtung 1 befindet sich in einer Ausgangsposition, bei welcher das Anschlagselement 13, welches sich in Umfangsrichtung um die Kolbenstange 11 erstreckt und in einem oberen Bereich des Fluidraumes 3, angrenzend dem Dichtungselement 6, angeordnet ist. Das Dichtungselement 6 dient folglich als Gegenelement zum Anschlagselement 13 und begrenzt eine Bewegung des Kolbenelementes 10 und insbesondere der Kolbenstange 11 aus dem Fluidraum 3 heraus. In der Nähe bzw. im Bereich eines unteren distalen Endes 11.2 der Kolbenstange 11, welches vornehmlich mit einem Bereich des Federelementes 4 verbunden ist, befindet sich eine Kolbenscheibe 12. Die Kolbenscheibe 12 umgibt vorteilhaft die Kolbenstange 11 in Umfangsrichtung vollständig und erstreckt sich in horizontaler Richtung H innerhalb des Fluidraumes 3 von der Kolbenstange 11 weg bis zu einer Innenwandung 3.1 des Fluidraumes 3. So ist es denkbar, dass die Kolbenscheibe 12 hier nicht gezeigte Dichtungselemente aufweist, welche insbesondere im Bereich zwischen der Innenwandung 3.1 des Fluidraumes 3 und der Kolbenscheibe 12 derart angeordnet sind, dass ein Durchfließen des Fluids aus einem in Z-Richtung betrachtet unteren Bereich der Kolbenscheibe 12 in einen in Z-Richtung betrachtet oberen Bereich der Kolbenscheibe 12 vermieden wird. Mittels des Durchlasselements 12.1, welches sich vorteilhaft von einer Oberfläche der Kolbenscheibe 12 zu einer anderen Oberfläche der Kolbenscheibe 12 erstreckt, wird ein Durchfließen des Fluids 8 durch den Bereich der Kolbenscheibe 12 ermöglicht. Mit dem Bezugszeichen 3.2 ist ein Volumenausgleichsabschnitt des Volumenraumes 3 aufgezeigt, innerhalb welchem insbesondere während der Positionierung der Stützvorrichtung 1 in einer Ausgangsposition kein Fluid 8 eingebracht ist. Der Volumenausgleichsabschnitt 3.1 dient vorteilhaft dazu, bei einer Bewegung der Kolbenstange 11 des Kolbenelementes 10 in den Fluidraum 3 hinein eine Verdrängung des Fluids 8 in den Volumenausgleichsabschnitt 3.1 zu ermöglichen. Es ist zudem möglich, dass innerhalb des Volumenausgleichsabschnitts 3.2 ein gasförmiges Medium angeordnet ist, welches folglich bei der Bewegung der Kolbenstange 11 in den Fluidraum 3 und bei der Verdrängung des Fluides 8 in Bereiche des Volumenausgleichsabschnittes 3.2 ebenfalls eine Komprimierung und damit eine (beabsichtigte) Verdrängung erfährt. Folglich ist es möglich, dass das Anschlagselement 13 selbst ein Durchlasselement 13.1 bzw. eine Durchlassöffnung 13.1 aufweist, durch welche hindurch insbesondere das gasförmige Medium aus dem Volumenausgleichsabschnitt 3.2 hindurchfließen kann. Es ist auch denkbar, dass das Anschlagselement 13 derart ausgestaltet ist, dass die Umfangswandungen des Anschlagselements 13 zumindest bereichsweise die Innenwandung 3.1 des Fluidraumes 3 nicht berühren, so dass das möglicherweise innerhalb des Volumenausgleichsabschnittes 3.2 befindliche gasförmige Medium auch durch diese freien Zonen zwischen dem Anschlagselement 13 und der Innenwandung 3.1 des Fluidraumes 3 durchfließen bzw. entweichen kann.
Das Federelement 4 selbst ist vorzugsweise in Z-Richtung betrachtet in einem unteren Bereich des Fluidraumes 3 angeordnet, wobei ein Ende des Federelementes 4 in einem Bereich des unteren distalen Endes 11.2 der Kolbenstange 11 und/oder einem Bereich der Kolbenscheibe 12 angeordnet ist. Die Kolbenscheibe 12 kann dabei folglich vorteilhaft auch zur Begrenzung des Federelementes 4 dienen und dabei folglich vorteilhaft ein Verrutschen des Federelementes 4 verhindern. Des Weiteren ist in der 2 ein innerhalb des Fluidraumes 3 angeordneter Magnet 5 aufgezeigt, welcher sich ebenfalls in einem in Z-Richtung betrachtet unteren Bereich des Fluidraumes 3 befindet. Der hier gezeigte Magnet 5 ist vollständig innerhalb des Fluidraumes 3 angeordnet, wobei es auch denkbar ist, dass der Magnet 5 lediglich teilweise innerhalb des Fluidraumes 3 angeordnet ist, wobei ein anderer Teil des Magneten 5 auch im Bereich der Wandung 2.1 des Grundkörpers 2 angeordnet sein kann. Es ist des Weiteren denkbar, dass der Magnet 5 im Außenbereich der Stützvorrichtung 1 an dem Grundkörper 2 und insbesondere an dessen Außenumfang angeordnet ist. Des Weiteren ist ein Positionierelement 7 gezeigt, welches beispielsweise zur Aufnahme eines Stiftes oder einer Schraube oder auch zur Anordnung eines Magneten dienen kann, um die Stützvorrichtung 1 beispielsweise auf einer einem Positionierkörper 30 (vgl. 1) anzuordnen.
In der 3 ist der in 2 dargestellte Abschnitt der Stützvorrichtung 1 in einer ersten Position des Kolbenelementes 10 gezeigt. Das Substrat 20 weist hierbei eine konvex-konkave Wölbung hinsichtlich einer Mittellinie M auf und wölbt sich folglich nach oben. Um eine (Durch-)Biegung bzw. Verbiegung bzw. eine zumindest zeitweise erfolgende Deformierung des Substrates 20 während eines Bestückungsvorganges zu verhindern, ist es also erforderlich, dass das Kolbenelement 10 und insbesondere die Kolbenstange 11 des Kolbenelementes 10 derart weit aus dem Fluidraum 3 der Stützvorrichtung 1 herausgefahren wird, dass das distale Ende 11.1 einen unteren Bereich 20.1 bzw. eine untere Oberfläche 20.1 des Substrates 20 kontaktiert. Folglich befindet sich die Stützvorrichtung 1 in einer Ausgangsposition, bei welcher das Anschlagselement 13 beispielsweise ein Dichtungselement 6 kontaktiert, so dass ein weiteres Hinausbewegen des Kolbenelementes 10 bzw. der Kolbenstange 11 des Kolbenelementes 10 verhindert wird. Vorteilhaft befindet sich das Federelement 4 in einem zumindest weitgehend entspannten Zustand. Aufgrund der von dem Dauermagneten ausgebildeten Feldlinien oder auch nach einer Aktivierung des Elektromagneten 5, nach welcher sich hier nicht gezeigte magnetische Feldlinien ausbilden, binden sich die magnetischen Partikel des Fluides 8 an diese Feldlinien an, so dass eine Verdrängung des Fluides 8 durch ein Durchlasselement 12.1 der Kolbenscheibe 12, zumindest während eines Aufbringens einer Stoßkraft auf das Substrat 20, verhindert wird. Das bedeutet, dass bei einer Beaufschlagung des Substrates 20 folglich mit einer Aufsetzkraft F bzw. Druckkraft F, wie beispielsweise in der 7 gezeigt, welche entsteht, wenn der hier nicht gezeigte Bestückkopf ein hier nicht gezeigtes Bauelement auf dem Substrat 20 anordnet, wird folglich ein Verbiegen des Substrates 20 verhindert.
In 4 ist der in 2 dargestellte Ausschnitt der Stützvorrichtung 1 in einer zweiten Position gezeigt. Das hierbei zu unterstützende Substrat 20 weist keine Wölbung auf, sondern ist vielmehr planar hinsichtlich der Mittellinie M ausgerichtet. Folglich bedarf es bei der Anordnung der Stützvorrichtung 1 an einer unteren Oberfläche 20.1 des Substrates 20 einer Verschiebung des Kolbenelementes 10 und insbesondere der Kolbenstange 11 innerhalb des Fluidraumes 3. Demnach wird die Kolbenstange 11 in Z-Richtung in den Fluidraum 3 hineinbewegt, so dass das Federelement 4 zumindest bereichsweise zusammengedrückt bzw. gestaucht wird. Das innerhalb des Fluidraumes 3 zumindest bereichsweise eingebrachte Fluid 8 durchströmt bei einer in Z-Richtung betrachteten nach unten gerichteten Bewegung des Kolbenelementes 10 das Durchlasselement 12.1 der Kolbenscheibe 12 von einem unteren Bereich der Kolbenscheibe 12 in einen oberen Bereich der Kolbenscheibe 12. Auch das Anschlagselement 13, welches vorteilhaft fest mit der Kolbenstange 11 verbunden ist, wird bei einer Bewegung der Kolbenstange 11 innerhalb des Fluidraumes 3 derart in Z-Richtung nach unten bewegt, dass das Anschlagselement 13 ein mögliches Dichtungselement 6 nicht mehr kontaktiert. Etwaig in einem Volumenausgleichsabschnitt 3.2 befindliches gasförmiges Medium kann bei einer Bewegung der Kolbenstange 11 weiter in den Fluidraum 3 hinein durch ein entsprechendes Durchlasselement 13.1 durch das Anschlagselement 13 entweichen.
In der 5 ist der in 2 dargestellte Abschnitt der Stützvorrichtung 1 in einer dritten Position gezeigt. Das hierin zu bestückende Substrat 20 weist eine konkav-konvexe Wölbung hinsichtlich der Mittellinie M, das heißt eine von der Mittellinie aus betrachtete nach unten gerichtete Wölbung auf. Bei der Anordnung der Stützvorrichtung 1 an der unteren Oberfläche 20.1 des Substrates 20 wird folglich die Kolbenstange 11 des Kolbenelementes 10 derart in Z-Richtung betrachtet weiter in den Fluidraum 3 hineinbewegt, dass auch die Kolbenscheibe 12 und auch das Anschlagselement 13 in Z-Richtung nach unten innerhalb des Fluidraumes 3 bewegt werden. Das Federelement 4 wird im Vergleich zur zweiten Position, wie in 4 gezeigt, zusätzlich zusammengedrückt bzw. gestaucht. Weiteres zumindest bereichsweise innerhalb des Fluidraumes 3 befindliches Fluid wird durch das Durchlasselement 12.1 der Kolbenscheibe von einem unteren Bereich der Kolbenscheibe 12 in einen oberen Bereich der Kolbenscheibe 12 durchgelassen. Entspricht die in 5 gezeigte dritte Position einer Endposition der Stützvorrichtung 1, so ist es denkbar, dass ein unteres distales Ende 11.2 des Kolbenelementes 10 bzw. der Kolbenstange 11 zumindest einen Bereich des Magneten 5 kontaktiert. Demzufolge dient der Magnet 5 selbst als Anschlagselement, um eine Bewegung des Kolbenelementes 10 in Z-Richtung betrachtet nach unten innerhalb des Fluidraumes 3 zu begrenzen, wodurch vorteilhaft eine Beschädigung des Federelementes 4 vermieden werden kann. Das aufgrund dem immer weiter in den Fluidraum 3 eindringenden Kolbenelement 10 verdrängte Fluid 8 entweicht vorteilhaft weiter in den Volumenausgleichsabschnitt 3.2 des Fluidraumes 3.
Nachdem die Stützvorrichtung 1 und insbesondere die Kolbenstange 11 des Kolbenelementes 10 eine erste (vgl. 3), zweite (vgl. 4) oder dritte Position (vgl. 5) eingenommen hat, um das obere distale Ende 11.1 der Kolbenstange 11 an die untere Oberfläche 20.1 des Substrates 20 anzuordnen, wird vorteilhaft der Elektromagnet aktiviert, sofern kein Dauermagnet Verwendung findet, so dass sich magnetische Feldlinien ausbilden, an welche sich die magnetischen Partikel des Fluids 8 anbinden können, um eine weitere Bewegung des Kolbenelementes 10 und insbesondere der Kolbenstange 11 des Kolbenelemente 10 innerhalb des Fluidraumes 3 zu verhindern.
In der 6 ist schematisch eine Draufsicht auf einen Bereich eines Bestückungsautomaten 60 und insbesondere einen Bestückungsbereich des Bestückungsautomaten 60 gezeigt. Innerhalb des Bestückungsbereiches weist der Bestückungsautomat 60 einen Querträger 63 auf, welcher sich in Y-Richtung erstreckt und vorteilhaft fest mit einem Maschinengestell, welches hier nicht aufgezeigt ist, verbunden ist. An dem Querträger 65 ist ein Portalarm 62 angeordnet, welcher sich in X-Richtung erstreckt und in Y-Richtung verschiebbar an dem Querträger 63 angeordnet ist. Vorteilhaft bilden der Querträger 63 sowie der daran angeordnete Portalarm 62 ein Positioniersystem des Bestückungsautomaten 60, wobei durch die X-Achse und die Y-Achse ein orthogonales Bezugssystem gebildet wird. Insbesondere im Bereich des Portalarms 62 ist ein Bestückkopf 61 in X-Richtung verschiebbar angeordnet. Des Weiteren ist in der 6 eine Transportstrecke S zum Transport des Substrates 20 zu einer Bestückungsposition gezeigt. Seitlich entlang der Transportstrecke S sind Zuführeinrichtungen 66 angeordnet, welche Bauelemente 70 in den Bestückungsbereich transportieren und dem Bestückkopf 61 zum Bestücken des Substrates 20 zur Verfügung stellen. Zum Bestücken des Substrates 20 wird das Substrat 20 entlang der Transportstrecke S zu der definierten Bestückposition transportiert, wobei insbesondere im Bereich der Bestückposition unterhalb des Substrates 20 mindestens eine und vorteilhaft mehrere Stützeinrichtungen 1, wie beispielsweise gezeigt in den 1 bis 5 sowie detailliert dargestellt in der 7, an dem Substrat 20 und insbesondere einer unteren Oberfläche 20.1 des Substrates 20 angeordnet werden. Vorteilhaft werden nach der Anordnung der Stützeinrichtung(en) 1 an dem Substrat 20 die von der Zuführeinrichtung 66 bereitgestellten Bauelemente 70 von dem Bestückkopf 61 von der Zuführeinrichtung 66 entnommen und auf einem Bereich einer oberen Oberfläche des Substrates 20 positioniert. Vorteilhaft durchläuft das Substrat 20 die Transportstrecke S in Bewegungsrichtung B, das bedeutet von einem Zuführbereich durch den Bestückungsbereich zu einem Ausführbereich.
In der 7 ist schematisch eine Frontansicht eines Bestückungsbereiches eines Bestückungsautomaten 60, wie beispielhaft in der 6 gezeigt, dargestellt. Die in der 7 gezeigte Substrattransporteinrichtung 67 weist dabei vorteilhaft Führungselemente 64 sowie Transportriemen 65 auf, welche jeweils das Substrat 20 in dessen Randbereich einklemmen bzw. arretieren. Somit ist das Substrat 20 beim Bestücken und/oder Bewegen bzw. Transportieren derart fixiert, dass ein Verrutschen des Substrates 20 prozesssicher verhindert wird. Mittels der Substrattransporteinrichtung 67 wird das Substrat 20 entlang der Transportstrecke S in Bewegungsrichtung B (vgl. 6) durch den Bestückungsbereich des Bestückungsautomaten 60 bewegt bzw. transportiert. Während des Bestückungsvorganges des Substrates 20 mit einem Bauelement 70 wird, mittels eines Bestückkopfes 61, welcher mittels des Positioniersystems 62, 63, wie in der 6 gezeigt, in der XY-Ebene verfahrbar ist, ein Bauelement von einer Zuführeinrichtung 66 (vgl. 6) zu dem zu bestückenden Substrat 20 transportiert. Vorteilhaft verfügt der Bestückkopf 61 über mindestens ein Haltemittel 61.1, welches insbesondere in einer Z-Richtung relativ zum Bestückkopf 61 verfahrbar ist und das jeweilige Bauelement 70 zum Bestücken des Substrates 20 festhält. Um das Bauelement 70 prozesssicher auf dem Substrat 20 platzieren zu können, muss das Bauelement 70 mit einer definierten Aufsetzkraft F in beispielsweise auf das Substrat 20 aufgebrachte Lotpaste 80 gedrückt werden. Im Hinblick auf eine schnelle Taktzeit bzw. Durchlaufzeit, wird die Aufsetzgeschwindigkeit des Haltemittels 61.1 derart hoch gewählt, dass das Substrat 20 durch den auftretenden Aufsetzimpuls zu Schwingungen angeregt werden kann, sofern keine hinreichende Abstützung des Substrates 20, insbesondere hier ausgeführt durch die Stützvorrichtung 1, erfolgen würde. Das Auftreten von Schwingungen würde nachteilig beispielsweise zu einem Verrutschen der bereits positionierten Bauelemente 70 führen, wodurch auch die Bestückungsgenauigkeit negativ beeinflusst werden würde. Wie in der 7 gezeigt, können eine Mehrzahl an Stützvorrichtungen 1, insbesondere in Z-Richtung betrachtet unterhalb des Substrates 20 derart angeordnet werden, dass vornehmlich ein distales Ende 11.1 der Kolbenstange 11 des Kolbenelementes 10 eine untere Oberfläche 20.1 des Substrates 20 zumindest abschnittsweise kontaktiert. Es ist dabei denkbar, dass die Stützvorrichtung 1 auf einem Positionierkörper 30 angeordnet ist. Die Anordnung der Stützvorrichtung 1 auf dem Positionierkörper 30 kann dabei beispielsweise mittels Schraubverbindungen, Stiftverbindungen, Steckverbindungen oder auch Magnetverbindungen erfolgen. So ist es möglich, dass ein bewegliches Bodenelement 90, welches auch als Hubtisch bezeichnet werden kann und zum Anordnen der Stützvorrichtungen 1 dient, eine Mehrzahl an Positionierkörpern 30 aufweist, auf welchen individuell je nach Ausgestaltung des Substrates 20 oder nach Anordnung von an der unteren Oberfläche 20.1 angeordneten Bauelementen 70 die einzelnen Stützvorrichtungen 1 angeordnet werden können. Folglich ist es möglich, dass das bewegliche Bodenelement 90 auch eine Anzahl von freien Positionierkörpern 30.1 aufweist. Vorteilhaft ist das Bodenelement 90 in Z-Richtung bewegbar angeordnet, um die Stützvorrichtungen 1 derart unterhalb des Substrates 20 anzuordnen, dass insbesondere das obere distale Ende 11.1 des Kolbenelementes 10 bzw. der Kolbenstange 11 die untere Oberfläche 20.1 des Substrates 20 kontaktieren kann. Es ist auch möglich, dass das Bodenelement 90 beispielsweise eine ferromagnetische Grundplatte darstellt, auf welcher die Stützvorrichtungen 1, welche vorteilhaft die Positionierkörper 30 als festen oder auch demontierbaren Bestandteil aufweisen, individuell angeordnet werden können. Demzufolge ist hierbei der Positionierkörper 30 ein Bestandteil der Stützvorrichtung 1, wobei die Stützvorrichtung 1 weiterhin über entsprechende Anschlusselemente 50 bzw. ein innerhalb der Stützvorrichtung 1 angeordnetes Positionierelement 7 (vgl. 2) auf dem Positionierkörper 30 angeordnet sein kann. Sobald eine Kontaktierung des oberen distalen Endes 11.1 der Kolbenstange 11 mit dem der unteren Oberfläche 20.1 des Substrates 20 erfolgt, wird der Elektromagnet (vgl. zum Beispiel 2), sofern kein Dauermagnet Anwendung findet, aktiviert, um ein magnetisches Feld und insbesondere magnetische Feldlinien zu erzeugen, an welche sich die magnetischen Partikel des Fluides 8 anbinden können, um einer Bewegung des Kolbenelementes 10 innerhalb des Fluidraumes 3 zu verhindern, wodurch wiederum eine aktive Unterstützung des Substrates 20, insbesondere beim Aufbringen einer Aufsetzkraft F während des Bestückungsprozesses erfolgen kann. Vorteilhaft ist die von den Stützvorrichtungen 1 erzeugte Abstützkraft eine zu der Aufsetzkraft des Bestückkopfes 61 auf das Substrat 20 aufgebrachte Gegenkraft.
Bezugszeichenliste

1: Stützvorrichtung
2: Grundkörper
2.1: Wandung
3: Fluidraum
3.1: Innenwandung
3.2: Volumenausgleichsabschnitt
4: Federelement
5: Magnet
6: Dichtungselement
6.1: Durchgangsbereich
7: Positionierelement
8: Fluid
9: Öffnung
10: Kolbenelement
11: Kolbenstange
11.1: oberes distales Ende
11.2: unteres distales Ende
12: Kolbenscheibe
12.1: Durchlasselement
13: Anschlagelement
13.1: Durchlasselement
20: Substrat
20.1: untere Oberfläche
30: Positionierbereich / -körper
30.1: freier Positionierkörper
40: Dichtung
50: Anschlusselement
60: Bestückungsautomat
61: Bestückkopf
61.1: Haltemittel
62: Portalarm
63: Querträger
64: Führungselement
65: Transportriemen
66: Zuführeinrichtung
67: Substrattransporteinrichtung
70: Bauelement
80: Lotpaste
90: bewegliches Bodenelement / Hubtisch
B: Bewegungsrichtung
F: Aufsetzkraft
M: Mittellinie
S: Transportstrecke
U: Umgebung
X: X-Richtung
Y: Y-Richtung
Z: Z-Richtung

Claims

Stützvorrichtung (1) zum Abstützen wenigstens eines Bereiches eines mit Bauelementen (70) zu bestückenden Substrates (20) zumindest während eines Bestückungsprozesses, aufweisend – ein innerhalb eines Fluidraumes (3) eines Grundkörpers (2) beweglich angeordnetes Kolbenelement (10), welches zumindest abschnittsweise durch eine Öffnung (9) in einer Wandung (2.1) des Fluidraumes (3) hindurchführbar ist, – ein wenigstens bereichsweise innerhalb des Fluidraumes (3) befindliches magnetisches Fluid (8), und – einen Magneten (5) zur magnetischen Beeinflussung des Fluids (8), wobei das Kolbenelement (10) zumindest ein wenigstens abschnittsweise eine Kolbenstange (11) des Kolbenelementes (10) in Umfangsrichtung umgebendes und sich wenigstens abschnittsweise in horizontaler Richtung (H) innerhalb des Fluidraumes (3) erstreckendes Anschlagselement (13) zur Begrenzung der Bewegung des Kolbenelementes (10) nach außen aufweist.
Stützvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (5) ein Dauermagnet oder ein zumindest zeitweise aktivierbarer Elektromagnet ist.
Stützvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (5) zumindest abschnittsweise innerhalb des Fluidraumes (3) angeordnet ist.
Stützvorrichtung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (8) magnetische, in einem Trägermedium kolloidal suspendierte, beschichtete Partikel aufweist.
Stützvorrichtung (1) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium flüssig oder gasförmig ist.
Stützvorrichtung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützvorrichtung (1) ein wenigstens abschnittsweise innerhalb des Fluidraumes (3) angeordnetes Federelement (4) zumindest zur Ausrichtung des Kolbenelementes (10) in eine Ausgangsposition aufweist.
Stützvorrichtung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (10) zumindest eine wenigstens abschnittsweise eine Kolbenstange (11) des Kolbenelementes (10) in Umfangsrichtung umgebende und sich wenigstens abschnittsweise in horizontaler Richtung (H) innerhalb des Fluidraumes (3) erstreckende Kolbenscheibe (12) mit zumindest einem Durchlassbereich (12.1) zum Ermöglichen eines Durchströmens des Fluids (8) aufweist.
Stützvorrichtung (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) wenigstens ein Positionierelement (7) zum Positionieren der Stützvorrichtung (1) auf einem Positionierbereich (30) innerhalb eines Bestückungsautomaten (60) zum Bestücken des Substrates (20) mit Bauelementen (70) aufweist.
Bestückungsautomat (60) zum Bestücken eines mit Bauelementen (70) zu bestückenden Substrates (20) mit einer Stützvorrichtung (1) zum Abstützen des Substrates (20) zumindest während eines Bestückungsprozesses, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8 ausgestaltet ist.
Verfahren zum Abstützen wenigstens eines Bereiches eines mit Bauelementen (70) zu bestückenden Substrates (20), zumindest während eines Bestückungsprozesses, wobei nach einer Zuführung des Substrates (20) in einen Bestückungsbereich unterhalb eines Bestückkopfes (61) eines Bestückungsautomaten (60) eine Stützvorrichtung (1) gemäß wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 8 an dem Substrat (20) angeordnet wird, wobei zumindest abschnittsweise ein innerhalb eines Fluidraumes (3) beweglich angeordnetes Kolbenelement (10) mittels eines Federelementes (4) positioniert wird bis ein außerhalb des Fluidraumes (3) befindliches distales Ende (11.1) einer Kolbenstange (11) des Kolbenelementes (10) einen Bereich des Substrates (20) kontaktiert, und wobei ein Magnet (5), insbesondere ein Elektromagnet zur magnetischen Beeinflussung eines innerhalb des Fluidraumes (3) angeordneten magnetischen Fluids (8) aktiviert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid (8) zum Abdichten des Fluidraumes (3) zur Umgebung (4) verwendet wird.