DE102016109107B4

DE102016109107B4 - Haltevorrichtung, Bestückkopf, Bestückautomat und Bestückverfahren

Info

Publication number: DE102016109107B4
Application number: DE102016109107.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Neusser
Original assignee: ASM Assembly Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2016-05-18
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2021-12-16
Anticipated expiration: 2036-05-19
Also published as: DE102016109107A1

Abstract

Haltevorrichtung (1) zum lagegetreuen Aufnehmen eines konturierten Bauteils (2) von einer Bauteilzuführvorrichtung (3), aufweisend ein Oberteil (4) zum Anordnen der Haltevorrichtung (1) an einem Bestückkopf (5) eines Bestückautomaten (6) und ein Unterteil (7) mit einer Bauteilaufnahme (8) zur Aufnahme des Bauteils (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilaufnahme (8) eine Ausrichtvorrichtung (9) aufweist, wobei die Ausrichtvorrichtung (9) ausgebildet ist, das Bauteil (2) unter einer definierten relativen Lage in die Bauteilaufnahme (8) aufzunehmen, und wobei die Haltevorrichtung (1) mindestens ein Lagebestimmungsmittel (10) zum Bestimmen einer relativen Lage der Haltevorrichtung (1) zu einer Bestückungsstelle (11) am Bestückautomaten (6) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung zum lagegetreuen Aufnehmen eines konturierten Bauteils von einer Bauteilzuführvorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung einen Bestückkopf für einen Bestückautomaten zum Bestücken von Bauteilen an einer Bestückungsstelle auf eine Leiterplatte, einen Bestückautomaten sowie ein Verfahren zur lagegetreuen Bestückung einer Leiterplatte mit einem konturierten Bauteil.
STAND DER TECHNIK
Bei einem Bestückautomaten werden Bestückungsstellen von Leiterplatten mit elektronischen Bauteilen, wie z.B. Widerständen, Kondensatoren, Transistoren, elektrooptischen Bauteilen, wie z.B. LED, und optischen Bauteilen, wie z.B. Linsen, Prismen, Spiegeln, oder dergleichen bestückt. In einigen Anwendungsfällen wird beispielsweise eine bereits mit einer LED bestückte Bestückungsstelle der Leiterplatte zur Erzielung eines besonderen optischen Effekts zusätzlich mit einer optischen Linse bestückt. Derartige optische Linsen sind oftmals nicht rotationssymmetrisch, wie beispielsweise kalottenförmig, ausgebildet, sondern können eine Oberseite mit einer nahezu beliebigen, beispielsweise „kartoffelförmigen“, geometrischen Struktur mit einer plattenförmigen, gewölbten oder nahezu beliebig ausgebildeten Unterseite aufweisen.
Zum lagegetreuen Bestücken der Leiterplatten mit derartig ausgebildeten Bauteilen, ist derzeit eine genaue Lageerfassung der Bauteile erforderlich. Die erfassten Bauteile werden von einer am Bestückkopf angeordneten Pipette mittels eines Ansaugdrucks gehalten und vom Bestückkopf zur Bestückungsstelle bewegt. An der Bestückungsstelle wird das Bauteil lagegetreu abgesetzt und fixiert. Aus dem Dokument DE 10 2012 012 289 A1 ist ein Roboter mit mehreren relativ zueinander bewegbaren Greifarm-Gliedern bekannt. Das Dokument DE 10 2012 100 916 A1 offenbart eine Greifervorrichtung für einen Bestückautomat. Aus dem Dokument US 5 588 203 A ist ein Vakuum-Montagekopf für einen Bestückautomaten bekannt.
Hierfür verwendete Vorrichtungen sowie derartige Verfahren haben den Nachteil, dass die Lageerfassung der Bauteile oftmals sehr aufwendig sowie kompliziert ist und eine komplexe sowie teure Sensorik erfordert. Bei optischen Linsen ist beispielsweise eine aufwendige Vermessung der Linse mittels eines Messsystems mit einem speziellen Erkennungssystem, wie beispielsweise einer Laseroptik, erforderlich. Eine Auswertung der Messergebnisse ist oftmals nur mittels einer auf den speziellen Anwendungsfall abgestimmten Programmierung des Messsystems möglich. Ferner kann nach dem Vermessen beim Anordnen des Bauteils an der Pipette eine geringfügige relative Lageänderung des Bauteils zur Pipette auftreten, durch die eine lagegetreue Bestückung der Leiterplatte mit dem Bauteil erschwert bzw. mangels einer speziellen Sensorik zum Erkennen derartiger Lageänderungen unmöglich ist. Hierdurch entstehen besonders hohe Fertigungskosten und hohe Ausschussraten.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Haltevorrichtung, einem Bestückkopf, einem Bestückautomaten sowie einem Verfahren zur lagegetreuen Bestückung einer Leiterplatte mit einem konturierten Bauteil zu beheben bzw. zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Haltevorrichtung zum lagegetreuen Aufnehmen eines konturierten Bauteils von einer Bauteilzuführvorrichtung, einen Bestückkopf für einen Bestückautomaten zum Bestücken von Bauteilen an einer Bestückungsstelle auf eine Leiterplatte, einen Bestückautomat zum Bestücken von Bauteilen an einer Bestückungsstelle auf eine Leiterplatte sowie ein Verfahren zur lagegetreuen Bestückung einer Leiterplatte mit einem konturierten Bauteil mittels einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung bereitzustellen, welche in einfacher und kostengünstiger Weise eine lagegetreue Bestückung einer Leiterplatte mit konturierten Bauteilen gewährleisten.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die voranstehende Aufgabe durch eine Haltevorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, einen Bestückkopf mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 11, einen Bestückautomaten mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 12 sowie durch ein Verfahren zur lagegetreuen Bestückung einer Leiterplatte mit einem konturierten Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 14 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 erfindungsgemäßen Haltevorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bestückkopf, dem erfindungsgemäßen Bestückautomaten sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Haltevorrichtung zum lagegetreuen Aufnehmen eines konturierten Bauteils von einer Bauteilzuführvorrichtung gelöst. Die Haltevorrichtung weist ein Oberteil zum Anordnen der Haltevorrichtung an einem Bestückkopf eines Bestückautomaten und ein Unterteil mit einer Bauteilaufnahme zur Aufnahme des Bauteils auf. Erfindungsgemäß weist die Bauteilaufnahme eine Ausrichtvorrichtung auf, die ausgebildet ist, das Bauteil unter einer definierten relativen Lage in die Bauteilaufnahme aufzunehmen. Ferner weist die Haltevorrichtung mindestens ein Lagebestimmungsmittel zum Bestimmen einer relativen Lage der Haltevorrichtung zu einer Bestückungsstelle am Bestückautomaten auf.
Unter lagegetreuem Aufnehmen wird erfindungsgemäß ein Anordnen verstanden, bei dem sowohl eine relative Position als auch eine relative Ausrichtung der aufnehmenden Haltevorrichtung zum aufgenommenen Bauteil bestimmt ist.
Dies unterscheidet die erfindungsgemäße Haltevorrichtung beispielsweise von herkömmlichen Pipetten- oder Saugvorrichtungen, bei denen lediglich eine relative Position bestimmt ist. Bei rotationssymmetrischen Bauteilen ist eine relative Ausrichtung bezüglich der Rotationsachse, also eine Verdrehung des Bauteils um die Rotationsachse, aufgrund der Rotationssymmetrie nicht relevant. Unter Aufnehmen wird erfindungsgemäß das Aufnehmen zumindest eines Teils der Oberseite des Bauteils von der Bauteilaufnahme verstanden. Ein komplettes Aufnehmen des Bauteils ist ebenfalls erfindungsgemäß möglich.
Ein konturiertes Bauteil ist im Sinne der Erfindung ein Bauteil, das nicht rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Das Bauteil weist eine Oberseite und eine Unterseite mit einer beliebigen, nicht rotationssymmetrischen Ausbildung, insbesondere nicht rotationssymmetrischen geometrischen Ausbildung, auf. Ein derartiges Bauteil ist demnach auf einer Stelle einer Ebene anordenbar und durch Verdrehen um eine senkrecht zur Ebene verlaufenden Rotationsachse in verschiedene Richtungen ausrichtbar. In vielen Anwendungsfällen, z.B. bei Leiterplatten mit derartig ausgebildeten optischen Linsen, ist eine exakte Ausrichtung der Linse zur Leiterplatte erforderlich, um einen gewünschten Lichteffekt zu erzielen.
Die Haltevorrichtung ist beispielsweise gemäß einer Pipette ausgebildet, so dass das Oberteil der Haltevorrichtung direkt an dem Bestückkopf anordenbar ist. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung als Pipettenaufsatz zum Anordnen an einer Pipette oder dergleichen ausgebildet ist, so dass das Oberteil über die Pipette an dem Bestückkopf anordenbar ist. Alternativ kann die Haltevorrichtung als Greifvorrichtung ausgebildet sein, die beispielsweise direkt am Bestückkopf oder einem am Bestückkopf angeordneten Element, insbesondere einer Pipette oder dergleichen, anordenbar ist.
Das Unterteil weist eine Bauteilaufnahme mit einer Ausrichtvorrichtung zur Aufnahme sowie zum lagegetreuen Ausrichten des Bauteils auf. Die Ausrichtvorrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Anordnen des konturierten Bauteils nur unter einer definierten Lage zur Ausrichtvorrichtung und somit zur Haltevorrichtung möglich ist. Erfindungsgemäß kann die Ausrichtvorrichtung auch derart ausgebildet sein, ein Anordnen des konturierten Bauteils unter mehreren unterschiedlichen definierten Lage zur Ausrichtvorrichtung zu ermöglichen, wobei die einzelnen Lagen eine Mindestabweichung voneinander aufweisen, die größer sind als bei der Bereitstellung von Bauteilen bei einem Bestückautomaten auftretenden Lageabweichungen, so dass eine falsche Anordnung des Bauteils an der Haltevorrichtung nicht auftreten kann oder zumindest leicht detektierbar ist. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Bauteilaufnahme als Ausrichtvorrichtung ausgebildet ist. Ebenfalls bevorzugt weist die Bauteilaufnahme bzw. Ausrichtvorrichtung eine Kontur bzw. Form auf, die einem Abdruck der Oberseite des Bauteils entspricht bzw. im Wesentlichen entspricht. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Bauteilaufnahme bzw. Ausrichtvorrichtung eine Form aufweist, die mit dem aufgenommenen Bauteil nur in einigen Bereichen in Kontakt steht, wobei stets eine lagegetreue, vorzugsweise formschlüssige, Aufnahme des Bauteils gewährleistet sein muss.
Das mindestens eine Lagebestimmungsmittel der Haltevorrichtung kann beispielsweise als detektierbares Element, wie z.B. eine Eichmarke oder dergleichen, oder als Formschlusselement, wie z.B. einer Zentrierungsnut an dem Oberteil oder dergleichen, ausgebildet sein. So dass entweder eine relative Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle detektierbar ist oder vordefiniert, da die Haltevorrichtung nur mit einer definierten Lage am Bestückkopf anordenbar ist.
Mit der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung ist ein konturiertes Bauteil leicht lagegetreu aufnehmbar, so dass eine relative Lage des konturierten Bauteils zur Haltevorrichtung definiert ist. Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Haltevorrichtung mit einfachen Mitteln, dass eine relative Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle mittels der Lagebestimmungsmittel leicht bestimmbar ist. Dies kann beispielsweise durch Berücksichtigung der Form der Haltevorrichtung und einer bekannten relativen Lage zum Bestückkopf oder durch Detektieren von Eichmarken der Haltevorrichtung erfolgen. Über die bekannte relative Lage des Bauteils zur Haltevorrichtung und die bekannte relative Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle ist die relative Lage des Bauteils zur Bestückungsstelle leicht ermittelbar bzw. berechenbar. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß eine relative Lage des Bauteils zur Bestückungsstelle indirekt über die relative Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle ermittelbar. Die hierfür ggf. erforderliche Erfassungsvorrichtung ist deutlich weniger aufwendig als eine Erfassungsvorrichtung zur Vermessung bzw. direkten Lageerfassung der Bauteile. Mittels der Lagedaten des Bauteils ist es einem Bestückautomat leicht möglich, das Bauteil lagegetreu auf der Leiterplatte zu platzieren. Eine aufwendige Vermessung bzw. direkte Lageerfassung des Bauteils ist nicht mehr erforderlich. Mittels der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung können demnach eine Prozesssicherheit sowie eine Prozessgeschwindigkeit beim Bestücken derartiger Bauteile erhöht und Herstellungskosten gesenkt werden.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Lagebestimmungsmittel als Eichmarke ausgebildet. Eine Eichmarke kann beispielsweise als optische Markierung, wie z.B. ein reflektierender Markerpunkt, Markerpfeil oder dergleichen, als RFID-Chip, Magnet oder ähnliches ausgebildet sein. Die Eichmarke ist von einer Erfassungsvorrichtung erfassbar bzw. detektierbar und somit eine relative Position der Eichmarke zur Erfassungsvorrichtung bestimmbar. Durch eine entsprechende Ausbildung der Haltevorrichtung bzw. Anzahl und Anordnung der Eichmarken ist somit eine relative Lage der Haltevorrichtung zur Erfassungsvorrichtung und somit zur Bestückungsstelle bestimmbar. Eichmarken ermöglichen auf eine einfache sowie kostengünstige Art und Weise eine zuverlässige Lagebestimmung der Haltevorrichtung.
Es ist bevorzugt, dass an der Haltevorrichtung mindestens drei Eichmarken zum Bestimmen einer relativen Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle angeordnet sind. Über drei Eichmarken ist bei einer entsprechenden Anordnung an der Haltevorrichtung eine genaue Lage der Haltevorrichtung bestimmbar. Bei einigen Haltevorrichtungen können bereits zwei Eichmarken zur Lagebestimmung ausreichen, insbesondere wenn einige Freiheitsgrade bereits über die Kopplung mit dem Bestückkopf, wie z.B. eine rotatorische Komponente um eine Längsachse der Haltevorrichtung, festgelegt sind. Drei Eichmarken haben den Vorteil, dass bei entsprechender Anordnung der Eichmarken eine eindeutige Lagebestimmung der Haltevorrichtung gewährleistet ist. Ferner ist einer konkreten Ausbildung der Bauteilaufnahme bzw. Ausrichtvorrichtung eine konkrete relative Anordnung der Eichmarken zueinander zuordenbar. Somit ist bereits durch Detektion der Eichmarken eine zugehörige Ausbildung der Bauteilaufnahme ermittelbar. Somit ist bei einem Bestückautomaten beispielsweise leicht ermittelbar, ob für eine vorgesehene Bestückaufgabe die korrekte Haltevorrichtung an dem Bestückkopf angeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist die Bauteilaufnahme zur lagegetreuen Aufnahme einer optischen Linse ausgebildet. Demnach weist die Bauteilaufnahme vorzugsweise ein Material herkömmlicher Aufnahmen für optische Linsen auf, insbesondere mit einer weichen bzw. elastischen Oberfläche, so dass eine Beschädigung der Linse, wie z.B. ein Verkratzen oder Brechen, durch Kontakt mit der Bauteilaufnahme vermieden wird. Da in vielen Anwendungsfällen Leiterplatten mit konturierten, also nicht rotationssymmetrisch ausgebildeten, optischen Linsen bestückt werden und eine direkte Lagebestimmung solcher optischen Linsen, z.B. mittels einer Messoptik, besonders aufwendig ist, ist eine derartige Haltevorrichtung, die zur lagegetreuen Aufnahme einer derartigen optischen Linse ausgebildet ist, hierfür besonders vorteilhaft.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Haltevorrichtung eine sich in die Bauteilaufnahme erstreckende Kavität auf, die zum Erzeugen eines Ansaugdrucks in der Bauteilaufnahme zum Ansaugen und temporären Halten des Bauteils ausgebildet ist. Die Kavität ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet und erstreckt sich von einem Sauganschluss des Bestückautomaten zur Bauteilaufnahme. Ein vom Bestückautomat erzeugter Unterdruck kann demnach zum Erzeugen eines Unterdrucks in der Bauteilaufnahme und somit zum Ansaugen des Bauteils verwendet werden. Somit ist mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig ein temporäres, lagefixiertes Halten des Bauteils an der Haltevorrichtung gewährleistbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann bei einer Haltevorrichtung vorgesehen sein, dass die Bauteilaufnahme zum verbesserten Ausrichten des Bauteils eine Gleitbeschichtung mit einem geringen Reibwert aufweist. Die Gleitbeschichtung ist vorzugsweise zumindest auf einem Teilbereich der Oberfläche der Bauteilaufnahme angeordnet. Mittels einer Reibbeschichtung treten beim Aufnehmen des Bauteils geringere Reibkräfte zwischen Bauteil und Haltevorrichtung auf, so dass während des Aufnehmens ein relatives Ausrichten von Bauteil und Haltevorrichtung leichter erfolgen kann. Somit wird mit einfachen Mitteln eine lagegetreue Aufnahme des Bauteils an der Haltevorrichtung verbessert.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Oberteil und das Unterteil einteilig ausgebildet sind. Eine einteilige Haltevorrichtung ist leicht herstellbar und hat den Vorteil, dass Relativbewegungen zwischen Oberteil und Unterteil nicht möglich sind. Demzufolge ist beispielsweise bei bekannter Lage des Oberteils zur Bestückungstelle die Lage des Unterteils zur Bestückungsstelle ebenfalls bekannt bzw. über die bekannte geometrische Ausbildung der Haltevorrichtung leicht ermittelbar. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung mehrteilig, insbesondere zweiteilig, ausgebildet ist, wobei Oberteil und Unterteil getrennte Haltevorrichtungsteile sind. Hierbei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn Oberteil und Unterteil relativ zueinander lagefixierbar sind, z.B. über eine entsprechende Kupplung, Verklebung oder dergleichen.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Lagebestimmungsmittel der Bauteilaufnahme benachbart an dem Unterteil angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass eine relative Lage von Haltevorrichtung und Bestückungsstelle im Bereich der Bauteilaufnahme, z.B. durch Erfassung bzw. Detektion des Lagebestimmungsmittels, bestimmbar ist. Auf diese Weise ist eine Lage von Bauteilaufnahme und Bestückungsstelle mit hoher Präzision bestimmbar. Somit ist auch eine relative Lage von Bauteil und Bestückungsstelle leicht und zuverlässig bestimmbar. Informationen über eine geometrische Ausbildung des Oberteils sind in dieser Ausführungsform somit nicht erforderlich.
Weiter bevorzugt ist das mindestens eine Lagebestimmungsmittel an einer Stirnseite des Unterteils, auf der die Bauteilaufnahme ausgebildet ist, angeordnet. Die Stirnseite ist demnach beim Heranbewegen der Haltevorrichtung an das Bauteil zum Aufnehmen des Bauteils dem Bauteil bzw. einer Bereitstellungsfläche des Bauteils zugewandt. Das Lagebestimmungsmittel ist somit mit einfachen Mitteln sowie zuverlässig während der Aufnahme des Bauteils detektierbar, so dass die Lage der Haltevorrichtung zur Bereitstellungsfläche bestimmbar ist. Auf diese Weise ist eine Zustellung der Haltevorrichtung zum Bauteil verbesserbar. Ebenso ist eine Lage der Haltevorrichtung relativ zur Bestückungsstelle von einer hierfür ausgebildeten Erfassungsvorrichtung leicht ermittelbar, um somit eine lagegetreue Bestückung der Leiterplatte mit dem Bauteil sicherzustellen.
Es ist bevorzugt, dass die Haltevorrichtung durch Lasersintern und/oder 3D-Fräsen und/oder Abformen mittels eines Gießharzes oder eines Elastomers hergestellt ist. Derartige Herstellungsverfahren zur Erzeugung der Haltevorrichtung sind beispielsweise auf Basis vorhandener 3D-Daten des Bauteils in Verbindung mit Standarddaten der Haltevorrichtung, die z.B. geometrische Ausbildung des Oberteils festlegen, durchführbar. Somit ist bei Vorhandensein der 3D-Daten des Bauteils eine speziell dem Bauteil angepasste sowie zur lagegetreuen Anordnung des Bauteils auf der Leiterplatte ausgebildete Haltevorrichtung mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar. Ein aufwendiger konstruktiver Gestaltungsprozess der Bauteilaufnahme kann auf diese Weise gespart werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Bestückkopf für einen Bestückautomaten zum Bestücken von Bauteilen an einer Bestückungsstelle auf eine Leiterplatte gelöst. Erfindungsgemäß ist an dem Bestückkopf mindestens eine erfindungsgemäße Haltevorrichtung angeordnet. Ein Bestückkopf ist vorzugsweise zur Aufnahme mehrerer Haltevorrichtung ausgebildet, so dass in einem Aufnahmevorgang mehrere Bauteile am Bestückkopf anordenbar sind. Der Bestückkopf ist innerhalb des Bestückautomaten bewegbar, insbesondere zur Aufnahme von auf einer Leiterplatte anzuordnenden Komponenten und zur Bestückung der Leiterplatte mit diesen Komponenten.
Sämtliche Vorteile, wie sie ausführlich zu der Haltevorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgeführt worden sind, gelten ebenso für den Bestückkopf gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Demnach ist mit dem erfindungsgemäßen Bestückkopf ein konturiertes Bauteil leicht lagegetreu aufnehmbar, so dass eine relative Lage des konturierten Bauteils zur am Bestückkopf angeordneten Haltevorrichtung definiert ist. Ferner ermöglicht der erfindungsgemäße Bestückkopf mit einfachen Mitteln, dass eine relative Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle mittels der Lagebestimmungsmittel leicht bestimmbar ist. Dies kann beispielsweise durch Berücksichtigung der Form der Haltevorrichtung und einer bekannten relativen Lage zum Bestückkopf oder durch Detektieren von Eichmarken der Haltevorrichtung erfolgen. Über die bekannte relative Lage des Bauteils zur Haltevorrichtung und die bekannte relative Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle ist die relative Lage des Bauteils zur Bestückungsstelle leicht ermittelbar bzw. berechenbar. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß eine relative Lage des Bauteils zur Bestückungsstelle indirekt über die relative Lage der Haltevorrichtung des Bestückkopfes zur Bestückungsstelle ermittelbar. Die hierfür ggf. erforderliche Erfassungsvorrichtung ist deutlich weniger aufwendig als eine Erfassungsvorrichtung zur Vermessung bzw. direkten Lageerfassung der Bauteile. Mittels der Lagedaten des Bauteils ist ein Bestückautomat in der Lage, das Bauteil lagegetreu auf der Leiterplatte zu platzieren. Eine aufwendige Vermessung bzw. direkte Lageerfassung des Bauteils ist nicht mehr erforderlich. Mittels des erfindungsgemäßen Bestückkopfes können demnach eine Prozesssicherheit sowie eine Prozessgeschwindigkeit beim Bestücken derartiger Bauteile erhöht und Herstellungskosten gesenkt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Bestückautomaten zum Bestücken von Bauteilen an einer Bestückungsstelle auf eine Leiterplatte gelöst. Der Bestückautomat weist einen erfindungsgemäßen Bestückkopf auf. Sämtliche Vorteile, wie sie ausführlich zu der Haltevorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgeführt worden sind, gelten ebenso für den Bestückautomaten gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung. Demnach ist mit dem erfindungsgemäßen Bestückautomaten ein konturiertes Bauteil leicht lagegetreu aufnehmbar, so dass eine relative Lage des konturierten Bauteils zur am Bestückkopf des Bestückautomaten angeordneten Haltevorrichtung definiert ist. Ferner ermöglicht der erfindungsgemäße Bestückautomat mit einfachen Mitteln, dass eine relative Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle mittels der Lagebestimmungsmittel leicht bestimmbar ist. Dies kann beispielsweise durch Berücksichtigung der Form der Haltevorrichtung und einer bekannten relativen Lage zum Bestückkopf oder durch Detektieren von Eichmarken der Haltevorrichtung erfolgen. Über die bekannte relative Lage des Bauteils zur Haltevorrichtung und die bekannte relative Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle ist die relative Lage des Bauteils zur Bestückungsstelle leicht ermittelbar bzw. berechenbar. Mit anderen Worten ist erfindungsgemäß eine relative Lage des Bauteils zur Bestückungsstelle indirekt über die relative Lage der Haltevorrichtung des Bestückkopfes des Bestückautomaten zur Bestückungsstelle ermittelbar. Die hierfür ggf. erforderliche Erfassungsvorrichtung ist deutlich weniger aufwendig als eine Erfassungsvorrichtung zur Vermessung bzw. direkten Lageerfassung der Bauteile. Mittels der Lagedaten des Bauteils ist ein Bestückautomat in der Lage, das Bauteil lagegetreu auf der Leiterplatte zu platzieren. Eine aufwendige Vermessung bzw. direkte Lageerfassung des Bauteils ist nicht mehr erforderlich. Mittels des erfindungsgemäßen Bestückautomaten können demnach eine Prozesssicherheit sowie eine Prozessgeschwindigkeit beim Bestücken derartiger Bauteile erhöht und Herstellungskosten gesenkt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann bei einem Bestückautomaten vorgesehen sein, dass der Bestückautomat eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen des mindestens Lagebestimmungsmittels und eine mit der Erfassungsvorrichtung gekoppelte Bestimmungsvorrichtung zum Bestimmen der relativen Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle aufweist. Die Erfassungsvorrichtung kann beispielsweise als Lasererfassungsvorrichtung, RFID-Lesegerät oder dergleichen ausgebildet sein. Durch Erfassungsvorrichtung und Bestimmungsvorrichtung ist die Position des Lageerfassungsmittels bzw. der mehreren Lageerfassungsmittel und somit die Lage der Haltevorrichtung relativ zur Bestückungsstelle bestimmbar. Auf diese Weise ist eine lagegetreue Bestückung der Leiterplatte mit dem Bauteil verbessert.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur lagegetreuen Bestückung einer Leiterplatte mit einem konturierten Bauteil gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen von 3D Daten einer Oberseite des konturierten Bauteils,
- Herstellen einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung auf Basis der bereitgestellten 3D-Daten, wobei die Haltevorrichtung mehrere als Eichmarken ausgebildete Lagebestimmungsmittel aufweist,
- Anordnung der Haltevorrichtung an einem Bestückkopf eines Bestückautomaten,
- Bereitstellen des konturierten Bauteils am Bestückautomaten,
- Ausrichten der Haltevorrichtung mit dem konturierten Bauteil durch Kontaktieren der Bauteilaufnahme mit der Oberseite des Bauteils,
- temporäres lagegetreues Fixieren des Bauteils in der Bauteilaufnahme,
- Heranbewegen des Bauteils an die Bestückungsstelle auf der Leiterplatte,
- Erfassen der Eichmarken der Haltevorrichtung mittels der Erfassungsvorrichtung,
- Bestimmen einer relativen Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle aufgrund der erfassten Eichmarken und somit einer relativen Lage des Bauteils zur Bestückungsstelle mittels der Bestimmungsvorrichtung,
- lagegetreues Anordnen und Fixieren des Bauteils an der Bestückungsstelle.

Die 3D-Daten können beispielsweise vom Hersteller des Bauteils, z.B. einer optischen Linse, bereitgestellt werden. Auf Basis der 3D-Daten wird die Haltevorrichtung, insbesondere unter Verwendung von zusätzlichen 3D-Daten zur Herstellung eines Grundkörpers der Haltevorrichtung, der keine bzw. keine komplett ausgebildete Bauteilaufnahme aufweist, hergestellt. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine entsprechende Überlagerung bzw. Zusammenführung der 3D-Daten. Die hergestellte Haltevorrichtung wird anschließend an einem Bestückkopf eines Bestückautomaten angeordnet, beispielsweise direkt oder indirekt über ein zwischenteil, wie z.B. eine Pipette. Das Anordnen erfolgt vorzugsweise derart, dass die Haltevorrichtung an dem Bestückkopf lagefixiert ist. Das konturierte Bauteil wird beispielsweise von einer Bereitstellungsvorrichtung, wie z.B. einem Förderband, einer Förderplattform, einem Bauteilgurt oder dergleichen am Bestückautomaten bereitgestellt. Das Bauteil ist in diesem Zustand vorzugsweise grob zum Bestückautomaten ausgerichtet. Anschließend wird z.B. die Haltevorrichtung zum Bauteil zugestellt und das Bauteil in die Bauteilaufnahme aufgenommen. Hierbei wird das Bauteil relativ zur Haltevorrichtung ausgerichtet, so dass am Ende des Vorgangs das Bauteil in einer definierten Lage an der Haltevorrichtung angeordnet und gehalten ist, beispielsweise durch einen Unterdruck. Anschließend wird die Haltevorrichtung mit dem Bauteil an die Bestückungsstelle heranbewegt. Hierbei werden Eichmarken der Haltevorrichtung mittels der Erfassungsvorrichtung erfasst und somit eine relative Lage der Haltevorrichtung zur Bestückungsstelle mittels der Bestimmungsvorrichtung bestimmt. Dies erfolgt vorzugsweise wiederholt, bis das Bauteil an der Bestückungsstelle lagegetreu angeordnet ist. An der Bestückungsstelle wird das Bauteil fixiert, z.B. durch Klemmen, Löten, sonstige Fixiermittel oder dergleichen.
Sämtliche Vorteile, wie sie ausführlich zu der Haltevorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgeführt worden sind, gelten ebenso für das Verfahren gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung. Demnach ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein konturiertes Bauteil leicht lagegetreu auf der Leiterplatte platzierbar. Eine aufwendige Vermessung bzw. direkte Lageerfassung des Bauteils während der Durchführung des Verfahrens ist nicht mehr erforderlich. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können demnach eine Prozesssicherheit sowie eine Prozessgeschwindigkeit beim Bestücken derartiger Bauteile erhöht und Herstellungskosten gesenkt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale, und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen jeweils schematisch:

1 eine Schnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung,
2 eine Draufsicht von unten auf die Haltevorrichtung aus 1, und
3 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bestückautomaten.

Elemente mit gleichen Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung 1 in einer Schnittdarstellung von der Seite. Die Haltevorrichtung 1 ist einteilig ausgebildet und weist ein Oberteil 4 und ein Unterteil 7 auf. Das Oberteil 4 ist zum Anordnen und Fixieren der Haltevorrichtung 1 an einem Bestückkopf 5 eines Bestückautomaten 6 (vgl. 3) ausgebildet und weist in diesem Ausführungsbeispiel hierfür einen scheibenförmige Ausbildung mit zwei entgegengesetzt angeordneten Nute 20 auf. In einer Stirnseite 15 des Unterteils 7, die dem Oberteil 4 abgewandt ist, ist eine Bauteilaufnahme 8 ausgespart, die als Ausrichtvorrichtung 9 ausgebildet ist. Eine Oberfläche der Bauteilaufnahme 8 weist eine Gleitbeschichtung 14 zur Herabsetzung der Reibung auf. Ferner ist in dieser Ansicht ein als Eichmarke 10a ausgebildetes Lagebestimmungsmittel 10 erkennbar, das an der Stirnseite 15 angeordnet ist. Durch das Oberteil 4 und Unterteil 7 ist eine zentrale, zylinderförmige Kavität 13 ausgebildet, die in die Bauteilaufnahme 8 mündet. Unterhalb der Haltevorrichtung 1 ist ein konturiertes Bauteil 2 angeordnet, das als optische Linse 12 ausgebildet ist. Das Bauteil 2 weist eine Oberseite 19 mit einer Kontur auf, die mit einer Kontur der Bauteilaufnahme 8 deckungsgleich ist, so dass das Bauteil 2 nur unter einer relativen Lage in der Bauteilaufnahme 8 anordenbar ist.
2 zeigt die Haltevorrichtung 1 aus 1 schematisch in einer Draufsicht von unten. In dieser Ansicht ist besonders gut erkennbar, dass auf der Stirnseite 15 neben der Bauteilaufnahme 8 drei als Eichmarken 10a ausgebildete Lageerfassungsmittel 10 angeordnet sind. Die Eichmarken 10a sind vorzugsweise in bestimmten relativen Positionen zueinander angeordnet, so dass über eine Ermittlung der Positionen der Eichmarken 10a eine Ausbildung der Bauteilaufnahme 8 ermittelbar ist, z.B. durch Auslesen aus einer Datenbank.
In 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bestückautomaten 6 schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Der Bestückautomat 6 weist einen beweglichen Bestückkopf 5 auf, an dessen Unterseite eine erfindungsgemäße Haltevorrichtung 1 angeordnet ist. Auf einer Bauteilzuführvorrichtung 3 des Bestückautomaten 1 sind mehrere als optische Linse 12 ausgebildete konturierte Bauteile 2 angeordnet. Ferner weist der Bestückautomat 1 eine Fördervorrichtung 21 auf, auf der eine Leiterplatte 16 in einer Bestückungsstelle 11 zum Bestücken der Leiterplatte 16 angeordnet ist. Ein Bauteil 2 ist von der Haltevorrichtung 1 aufnehmbar, wobei dieses beim Aufnehmen relativ zur Haltevorrichtung 1 ausgerichtet wird. Anschließend ist der Bestückkopf 5 mit Haltvorrichtung 1 und dem daran angeordneten Bauteil 2 zur Bestückungsstelle 11 bewegbar. Mittels einer Erfassungsvorrichtung 17 des Bestückautomaten 6 sind die Eichmarken 10a der Haltevorrichtung 1 erfassbar und auf Basis der erfassten Positionen der Eichmarken 10a mittels einer Bestimmungsvorrichtung 18 des Bestückautomaten 6 eine relative Lage der Haltevorrichtung 1 und somit des Bauteils 2 zur Bestückungsstelle 11 bestimmbar. Somit ist das Bauteil 2 lagegetreu an der Bestückungsstelle anordenbar und fixierbar.
Bezugszeichenliste

1: Haltevorrichtung
2: Bauteil
3: Bauteilzuführvorrichtung
4: Oberteil
5: Bestückkopf
6: Bestückautomat
7: Unterteil
8: Bauteilaufnahme
9: Ausrichtvorrichtung
10: Lagebestimmungsmittel
10a: Eichmarke
11: Bestückungsstelle
12: Linse
13: Kavität
14: Gleitbeschichtung
15: Stirnseite
16: Leiterplatte
17: Erfassungsvorrichtung
18: Bestimmungsvorrichtung
19: Oberseite
20: Nut
21: Fördervorrichtung

Claims

Haltevorrichtung (1) zum lagegetreuen Aufnehmen eines konturierten Bauteils (2) von einer Bauteilzuführvorrichtung (3), aufweisend ein Oberteil (4) zum Anordnen der Haltevorrichtung (1) an einem Bestückkopf (5) eines Bestückautomaten (6) und ein Unterteil (7) mit einer Bauteilaufnahme (8) zur Aufnahme des Bauteils (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilaufnahme (8) eine Ausrichtvorrichtung (9) aufweist, wobei die Ausrichtvorrichtung (9) ausgebildet ist, das Bauteil (2) unter einer definierten relativen Lage in die Bauteilaufnahme (8) aufzunehmen, und wobei die Haltevorrichtung (1) mindestens ein Lagebestimmungsmittel (10) zum Bestimmen einer relativen Lage der Haltevorrichtung (1) zu einer Bestückungsstelle (11) am Bestückautomaten (6) aufweist.
Haltevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lagebestimmungsmittel (10) als Eichmarke (10a) ausgebildet ist.
Haltevorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Haltevorrichtung (1) mindestens drei Eichmarken (10a) zum Bestimmen einer relativen Lage der Haltevorrichtung (1) zur Bestückungsstelle (11) angeordnet sind.
Haltevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilaufnahme (8) zur lagegetreuen Aufnahme einer optischen Linse (12) ausgebildet ist.
Haltevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (1) eine sich in die Bauteilaufnahme (8) erstreckende Kavität (13) zum Erzeugen eines Ansaugdrucks in der Bauteilaufnahme (8) zum Ansaugen und temporären Halten des Bauteils (2) aufweist.
Haltevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilaufnahme (8) zum verbesserten Ausrichten des Bauteils (2) eine Gleitbeschichtung (14) mit einem geringen Reibwert aufweist.
Haltevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil (4) und das Unterteil (7) einteilig ausgebildet sind.
Haltevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lagebestimmungsmittel (10) der Bauteilaufnahme (8) benachbart an dem Unterteil (7) angeordnet ist.
Haltevorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lagebestimmungsmittel (10) an einer Stirnseite (15) des Unterteils (7), auf der die Bauteilaufnahme (8) ausgebildet ist, angeordnet ist.
Haltevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (1) durch Lasersintern und/oder 3D-Fräsen und/oder Abformen mittels eines Gießharzes oder eines Elastomers hergestellt ist.
Bestückkopf (5) für einen Bestückautomaten (6) zum Bestücken von Bauteilen (2) an einer Bestückungsstelle (11) auf eine Leiterplatte (16), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Bestückkopf (5) mindestens eine Haltevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 angeordnet ist.
Bestückautomat (6) zum Bestücken von Bauteilen (2) an einer Bestückungsstelle (11) auf eine Leiterplatte (16), aufweisend wenigstens einen Bestückkopf (5), dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Bestückkopf (5) nach Anspruch 11 ausgebildet ist.
Bestückautomat (6) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestückautomat (6) eine Erfassungsvorrichtung (17) zum Erfassen des mindestens Lagebestimmungsmittels (10) und eine mit der Erfassungsvorrichtung (17) gekoppelte Bestimmungsvorrichtung (18) zum Bestimmen der relativen Lage der Haltevorrichtung (1) zur Bestückungsstelle (11) aufweist.
Verfahren zur lagegetreuen Bestückung einer Leiterplatte (16) mit einem konturierten Bauteil (2), aufweisend die Schritte: - Bereitstellen von 3D Daten einer Oberseite (19) des konturierten Bauteils (2), - Herstellen einer Haltevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auf Basis der bereitgestellten 3D-Daten, wobei die Haltevorrichtung (1) mehrere als Eichmarken (10a) ausgebildete Lagebestimmungsmittel (10) aufweist, - Anordnung der Haltevorrichtung (1) an einem Bestückkopf (5) eines Bestückautomaten (6), - Bereitstellen des konturierten Bauteils (2) am Bestückautomaten (6), - Ausrichten der Haltevorrichtung (1) mit dem konturierten Bauteil (2) durch Kontaktieren der Bauteilaufnahme (8) mit der Oberseite (19) des Bauteils (2), - temporäres lagegetreues Fixieren des Bauteils (2) in der Bauteilaufnahme (8), - Heranbewegen des Bauteils (2) an die Bestückungsstelle (11) auf der Leiterplatte (16), - Erfassen der Eichmarken (10a) der Haltevorrichtung (1) mittels der Erfassungsvorrichtung (17), - Bestimmen einer relativen Lage der Haltevorrichtung (1) zur Bestückungsstelle (11) aufgrund der erfassten Eichmarken (10a) und somit einer relativen Lage des Bauteils (2) zur Bestückungsstelle (11) mittels der Bestimmungsvorrichtung (18), - lagegetreues Anordnen und Fixieren des Bauteils (2) an der Bestückungsstelle (11).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) zur verbesserten Ausrichtung mit der Haltevorrichtung (1) auf einer um eine senkrechte Achse drehbaren Unterlage bereitgestellt wird.