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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen von Pastenmaterial auf ein Substrat und/oder auf ein Pastendepot, ein Steuergerät zum Durchführen des Verfahrens, ein Computerprogrammprodukt zur Verwendung im Steuergerät sowie einen Siebdrucker mit dem Steuergerät.
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STAND DER TECHNIK
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Zum Herstellen von Lötverbindungen auf einem Substrat, beispielsweise einer Leiterplatte, werden beim Pastendruck, insbesondere beim Lotpastendruck, Pastendepots bzw. Lotdepots auf dem Substrat erzeugt. Dabei wird eine Lotpaste, bestehend aus kugelförmigem Lotpulver und pastösem Flussmittelsystem in einem Schablonendruckverfahren beispielsweise mit Hilfe eines Rakels durch Durchgangsöffnungen der zuvor zum Substrat ausgerichteten Lotpastenschablone gedruckt. Da das Ergebnis des Druckprozesses fundamentalen Einfluss auf alle Folgeprozesse wie Bestückung und einen Reflow-Lötvorgang hat, kommt diesem Fertigungsschritt eine große Bedeutung zu. Da hierbei eine Vielzahl an qualitätsbeeinflussenden Faktoren und Parametern zum Tragen kommen, stellt der Druckprozess in der SMD-Fertigung zugleich einen der am schwierigsten zu beherrschenden Fertigungsschritte dar. So können Maschinenparameter wie Anpressdruck oder Vorschub des Rakels sowie die Auslösegeschwindigkeit des Tisches genauso qualitätsbestimmende Faktoren sein wie rheologischen Eigenschaften und ein Thixotropie-Verhalten der Lotpaste.
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Man schätzt, dass bei der Herstellung von SMD-Leiterplatten mehr als die Hälfte aller Herstellungsfehler durch den Lotpastendruck verursacht werden, beispielsweise aufgrund eines ungeeigneten Designs der Lotpastenschablone, eines ungeeigneten Materials der Lotpastenschablone und/oder ungeeigneter Druckparameter und Druckverfahren.
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Probleme treten beim Druck mit Pastenmaterial, beispielsweise beim Lotpastendruck, insbesondere dann auf, wenn auf einem Substrat unterschiedlich große bzw. kleine Bauteile angeordnet werden müssen. Sollen auf einem Substrat Kleinbauteile wie zum Beispiel Fine Pitch Bauteile angeordnet werden, wäre die bevorzugte Schablonendicke der Pastenschablone beispielsweise 80 µm. Sollen auch Großbauteile wie zum Beispiel Stecker oder Spulen auf dem Substrat angeordnet werden, die größere Lotpastendepots benötigen, wäre eine Schablonendicke von ca. 120 µm erforderlich. Falls nun für das gesamte Substrat eine Schablonendicke von 120 µm gewählt wird besteht die Gefahr, dass nicht genügend Lotpaste für die Kleinbauteile aufgebracht werden kann, da das Flächenverhältnis, d.h., das Verhältnis der Fläche des Öffnungsquerschnitts einer Durchgangsöffnung in der Lotpastenschablone zur Fläche des Wandbereichs der Durchgangsöffnung zu einem instabilen Druckprozess führen kann.
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Zur Vermeidung dieser Problematik werden im Stand der Technik sogenannte Stufenschablonen mit Bereichen unterschiedlicher Schablonendicken gezielt ausgewählt. Die Möglichkeit der Anwendung dieses Verfahrens ist jedoch stark abhängig vom Leiterplattendesign, insbesondere von Mindestabständen der unterschiedlich großen Bauteile mit unterschiedlichem Lotpastenbedarf.
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Aus der
US 2015/0163969 A1 ist ein Verfahren zum Aufbringen von Lotpaste auf ein Substrat in unterschiedlichen Schichtdicken bekannt. In einem Schablonendrucker werden hierbei für größere Bauteile Lotdepots mittels einer Lotpastenschablone aufgetragen, wobei die Lotpastenschablone an Stellen für Lotdepots für Kleinstbauteile geschlossen ist bzw. keine Durchgangslöcher aufweist. D.h., in einem ersten Schritt werden mittels der Lotpastenschablone zunächst nur Lotdepots für größere Bauteile auf das Substrat aufgetragen. In einer nachfolgenden Bearbeitungsstation werden die Stellen auf dem Substrat für die Kleinstbauteile mittels eines Dispensers mit Lotpaste beschichtet. Das vollständige Auftragen von Pastenmaterial mittels Dispenser ist jedoch aufwändiger als das Auftragen von Pastenmaterial mittels Pastenschablone. Außerdem ist dieses Verfahren stets von der verwendeten Lotpastenschablone abhängig und dadurch relativ unflexibel.
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Aus der
DE 10 2007 019 073 A1 ist eine Bedruckeinrichtung zum Auftragen von Pastenmaterial auf flächige Substrate bekannt, bei welcher zunächst mittels einer Pastenschablone Pastenmaterial auf das Substrat aufgetragen wird und anschließend mit einem Dispenser Pastenmaterial ergänzt wird. In der
DE 10 2007 019 073 A1 ist jedoch nicht angegeben, nach welcher Regel das ergänzend zu beschichtende Pastenmaterial ausgewählt werden soll oder in welcher Dicke dieses nachzubeschichten ist.
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Aus der
US 2002 / 0 015 780 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen von viskosem Medium auf ein Substrat bekannt. Aus der
DE 10 2013 216 196 A1 ist das Erfassen einer 3D-Struktur eines auf einem Bauelementeträger aufgebrachten Depots aus Lotpaste bekannt.
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Außerdem sind Verfahren zum Überprüfen des Lotpastendrucks bekannt, bei welchen ein Lotpasteninspektionssystem verwendet wird, das nach einem Siebdrucker in eine Fertigungslinie integriert wird. Das Lotpasteninspektionssystem untersucht die gesamte Leiterplatte bzw. ein Substrat und weist einen Bediener auf Fehler hin, die beim Lotpastendruck aufgetreten sind. Danach kann entschieden werden, ob das Substrat bestückt werden darf, da die Fehler nicht gravierend sind, oder ob das Substrat aus der Linie ausgeschleust werden soll. Üblicherweise wird das Substrat dann abgewaschen, das heißt, dass die Lotpaste mit einem Reinigungsmittel abgewaschen wird und dann wieder im Siebdrucker neu bedruckt werden kann. Dadurch gehen nicht nur Zeit, sondern auch Lotpastenmaterial verloren. Dies führt zu entsprechenden Mehrkosten.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehend beschriebenen Nachteile beim Auftragen von Pastenmaterial auf flächige Substrate zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, ein Steuergerät, ein Computerprogrammprodukt sowie einen Siebdrucker zur Verfügung zu stellen, mittels welcher stets ausreichend bzw. eine geeignete Menge an Pastenmaterial einfach, kostengünstig und zuverlässig an Pastenmaterial-Positionen eines Substrats aufgetragen werden kann.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, das Steuergerät gemäß Anspruch 6, das Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 8 sowie den Siebdrucker gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät, dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt, dem erfindungsgemäßen Siebdrucker und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Auftragen von Pastenmaterial auf ein Substrat und/oder auf ein Pastendepot des Substrats in einem Siebdrucker zum Befestigen eines Bauteils am Substrat zur Verfügung gestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - initiales Auftragen von Pastenmaterial auf das Substrat an wenigstens einer Pastenmaterial-Position,
- - Erfassen einer dreidimensionalen Struktur eines Pastendepots an der wenigstens einen Pastenmaterial-Position,
- - Durchführen eines Vergleichs zwischen der erfassten dreidimensionalen Struktur und einer Soll-Struktur, und
- - ergänzendes Auftragen von Pastenmaterial auf das wenigstens eine Pastendepot mittels eines Dispensers abhängig von dem durchgeführten Vergleich.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die dreidimensionale Struktur des Pastendepots mittels einer Kamera erfasst, die, zeitlich vor dem initialen Auftragen des Pastenmaterials, zum Ausrichten des Substrats in dem Siebdrucker verwendet wird. Dadurch, dass dieselbe Kamera sowohl für das Ausrichten des Substrats in dem Siebdrucker als auch für das Erfassen der dreidimensionalen Struktur des Pastendepots verwendet wird, können Kosten reduziert werden. Durch den Verzicht auf beispielsweise eine zweite Kamera bzw. Optik kann außerdem auf eine weitere mögliche Fehlerquelle verzichtet werden. Zum Erfassen der dreidimensionalen Struktur des Pastendepots an der wenigstens einen Pastenmaterial-Position kann wie folgt vorgegangen werden. Zunächst wird das Pastendepot mittels eines ersten Beleuchtungslichts, welches unter einer ersten schrägen Richtung auf eine Oberfläche des Substrats fällt, beleuchtet. Danach wird ein erstes Bild des Pastendepots mittels der Kamera bei dem ersten Beleuchtungslicht aufgenommen. Anschließend wird das Pastendepot mittels eines zweiten Beleuchtungslichts, welches unter einer zweiten schrägen Richtung auf die Oberfläche des Substrats fällt, beleuchtet. Nun wird ein zweites Bildes des Pastendepots mittels der Kamera bei dem zweiten Beleuchtungslicht aufgenommen. Danach wird das Depot mittels eines dritten Beleuchtungslichts, welches unter einer dritten schrägen Richtung auf die Oberfläche des Substrats fällt, beleuchtet. Anschließend wird ein drittes Bild des Pastendepots mittels der Kamera bei dem dritten Beleuchtungslicht aufgenommen. Nun kann die dreidimensionale Struktur des Pastendepots basierend auf Intensitätswerten von einzelnen Pixeln in dem ersten Bild, in dem zweiten Bild und in dem dritten Bild berechnet werden. Das erfindungsgemäße Verwenden der Kamera zum Erfassen einer dreidimensionalen Struktur eines Pastendepots bzw. eines Lotpastendepots ist ausführlich in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2013 216 196 A1 beschrieben, auf welche an dieser Stelle zur Vermeidung einer unnötigen Wiederholung Bezug genommen wird. Dabei sei darauf hingewiesen, dass das in der
DE 10 2013 216 196 A1 dargestellte System und Verfahren auf das Erfassen der dreidimensionalen Struktur des Lotpastendepots beschränkt ist. Ein Bezug zu einem anschließenden selektiven ergänzenden Auftragen von Pastenmaterial auf ausgewählte Pastendepots mittels Dispenser geht aus dieser Veröffentlichung nicht hervor.
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Durch das erfindungsgemäße ergänzende Auftragen des Pastenmaterials an Stelle des Abwaschens des Pastenmaterials kann nicht nur Pastenmaterial eingespart, sondern auch auf ein erneutes Auftragen von Pastenmaterial verzichtet werden. Dadurch können Zeit und Kosten gespart werden.
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Die dreidimensionale Struktur des Pastendepots an der wenigstens einen Pastenmaterial-Position kann durch verschiedene Verfahren und zugehörige Vorrichtungen erfasst werden. Grundsätzlich ist es möglich, hierfür verschiedene berührungsfreie Verfahren zu verwenden. So kann die dreidimensionale Struktur beispielsweise mittels Ultraschall oder durch einen Laserscan erfasst werden. Die Erfassung mittels eines Laserscans hat den Vorteil, dass die dreidimensionale Struktur besonders genau erfasst werden kann.
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Unter dem Pastenmaterial ist vorliegend insbesondere eine Lotpaste für ein späteres Anlöten von Bauteilen an das Substrat zu verstehen. Im Rahmen des vorliegenden Verfahrens wird das Substrat bevorzugt durch einen Siebdrucker bewegt, beispielsweise durch ein Förderband und/oder einen Roboterarm mit Greifer zum Greifen des Substrats.
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Unter dem initialen Auftragen des Pastenmaterials auf das Substrat ist insbesondere ein Auftragen von Lotpaste auf eine Stelle auf dem Substrat zu verstehen, auf bzw. an welcher noch kein Pastenmaterial vorhanden ist. Die Pastenmaterial-Position ist eine Position bzw. Stelle, an welcher Pastenmaterial auf das Substrat gezielt aufgetragen wird.
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Die Soll-Struktur entspricht einem Wert bzw. einer Soll-Menge an Pastenmaterial im Pastendepot. Durch den Vergleich zwischen der erfassten dreidimensionalen Struktur und der Soll-Struktur kann beispielsweise festgestellt werden, dass sich zu wenig Pastenmaterial, beispielsweise 30% zu wenig, im Pastendepot befindet. In diesem Fall wird anschließend so viel Pastenmaterial auf oder in das wenigstens eine Pastendepot ergänzend aufgetragen, dass die fehlenden 30% Pastenmaterial kompensiert werden. Ein großflächiges und/oder vollständiges Auftragen von Pastenmaterial an verschiedenen Pastenmaterial-Positionen mittels des Dispensers, das im Vergleich zu einem Auftragen von Pastenmaterial mittels Pastenschablone zeitaufwändiger und entsprechend teurer ist, kann dadurch verhindert werden.
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Darunter, dass Pastenmaterial abhängig von dem durchgeführten Vergleich ergänzend aufgetragen wird ist zu verstehen, dass das Pastenmaterial abhängig von dem durchgeführten Vergleich ergänzend aufgetragen wird oder nicht. D.h., abhängig von dem durchgeführten Vergleich oder einer Auswertung des Vergleichs wird entschieden, ob mehr, weniger oder gar kein Pastenmaterial auf oder in das wenigstens eine Pastendepot mittels des Dispensers ergänzend aufgetragen wird oder nicht.
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Unter dem Erfassen der dreidimensionalen Struktur des Pastendepots an der wenigstens einen Pastenmaterial-Position ist ferner ein Erfassen einer dreidimensionalen Struktur der Pastenmaterial-Position für einen Fall zu verstehen, in welchem sich kein Pastenmaterial und entsprechend kein Pastendepot an der Pastenmaterial-Position befinden. Wenn erkannt wird, dass sich kein Pastenmaterial bzw. kein Pastendepot an der Pastenmaterial-Position befindet, wird beim anschließenden Vergleich festgestellt, dass sich die erfasste dreidimensionale Struktur um 100% von der Soll-Struktur unterscheidet, d.h., dass die erfasste dreidimensionale Struktur 100% zu wenig Pastenmaterial aufweist. In diesem Fall werden die erforderlichen 100% des Pastenmaterials vollständig mittels des Dispensers ergänzend bzw. erstmalig auf die bis dahin leere Pastenmaterial-Position aufgetragen.
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Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der Soll-Struktur ein Soll-Pastendepot 100% Pastenmaterial aufweist, und wenn durch den Vergleich erkannt wird, dass die erfasste dreidimensionale Struktur bzw. das erfasste Pastendepot weniger als 100% und mehr als 50%, insbesondere mehr als 80%, Pastenmaterial aufweist, kein Pastenmaterial auf das wenigstens eine Pastendepot ergänzend aufgetragen wird. Dadurch können ein unnötiges Auftragen von Pastenmaterial auf das Pastendepot verhindert sowie Zeit und Pastenmaterial gespart werden. Dabei ist abzuwägen, mit welcher Menge Pastenmaterial eine Bestückung des Substrats mit Bauteilen noch zuverlässig funktionieren könnte, und bei welcher Menge dies grundsätzlich nicht mehr funktionieren wird. Wird beispielsweise erkannt, dass das Pastendepot an der wenigstens einen Pastenmaterial-Position im Vergleich zur Soll-Struktur 95% Pastenmaterial aufweist, kann auf ein ergänzendes Auftragen von Pastenmaterial verzichtet werden, da der Nutzen der zusätzlichen 5% Pastenmaterial in keinem positiven Verhältnis zum Zeitverlust steht, der aus dem ergänzenden Auftragen mittels des Dispensers entstehen würde. Besonders geringe Unterschreitungen oder Überschreitungen der Soll-Struktur bzw. einer entsprechenden Soll-Pastenmaterialmenge können außerdem auf Genauigkeitstoleranzen beim Erfassen der dreidimensionalen Struktur des Pastendepots zurückgeführt werden und demnach vernachlässig werden bzw. unberücksichtigt bleiben.
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Darüber hinaus ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, dass der Vergleich und/oder eine Auswertung des Vergleichs auf einer Anzeigevorrichtung graphisch dargestellt werden. Dadurch kann ein Bediener des Siebdruckers stets auf einen Blick erkennen, ob auf den verschiedenen Pastenmaterial-Positionen ausreichend Pastenmaterial aufgetragen wird bzw. ist oder nicht. Dabei werden bevorzugt mehrere Vergleiche mit Bezug auf mehrere unterschiedliche Pastenmaterial-Positionen durchgeführt und gleichzeitig graphisch dargestellt. Zum graphischen Darstellen des Vergleichs wird bevorzugt ein Farbcode verwendet, um unterschiedliche Abweichungen zwischen der erfassten Struktur und der Soll-Struktur entsprechend unterschiedlich auf der Anzeigevorrichtung darstellen zu können. So kann keine bzw. eine geringe Abweichung, beispielsweise eine Abweichung um weniger als 10%, grün oder blau hinterlegt bzw. angezeigt werden. Eine Abweichung von beispielsweise mehr als 10% und bis maximal 30% kann orange oder gelb hinterlegt werden. Eine Abweichung um mehr als 30%, insbesondere um mehr als 50%, kann mit einer Signalfarbe wie rot hinterlegt werden.
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Von weiterem Vorteil kann es bei einem erfindungsgemäßen Verfahren sein, wenn der Vergleich mehrmals durchgeführt wird und basierend auf dem mehrmaligen Durchführen des Vergleichs eine Funktionszustandsinformation ermittelt wird. Dadurch können Fehler beim Auftragen des Pastenmaterials besonders zuverlässig erkannt werden. Außerdem kann dadurch eine Langzeitvorhersage für zukünftige Fehler beim Auftragen von Pastenmaterial auf das Substrat geschaffen werden. Durch das mehrmalige Durchführen des Vergleichs über eine längere Zeitdauer und insbesondere über mehrere nacheinander stattfindende Auftragungsvorgänge des Pastenmaterials können einzelne Messfehler bzw. Erfassungsfehler beim Erfassen der dreidimensionalen Struktur kompensiert werden. Wird durch das mehrmalige Durchführen des Vergleichs über längere Zeit und eine zugehörige Auswertung der Vergleiche beispielsweise festgestellt, dass eine Abweichung zwischen der erfassten dreidimensionalen Struktur und der Soll-Struktur kontinuierlich größer wird oder kontinuierlich zu groß bleibt, kann von einem Fehler im Beschichtungsverfahren bzw. Auftragungsverfahren des Pastenmaterials, beispielsweise aufgrund einer beschädigten Pastenschablone, ausgegangen werden. Wird während des mehrmaligen Durchführens des Vergleichs über längere Zeit und eine zugehörige Auswertung der Vergleiche festgestellt, dass eine Abweichung zwischen der erfassten dreidimensionalen Struktur und der Soll-Struktur nur ein einziges Mal zu groß war, vor und nach dieser zu großen Abweichung aber keine oder nur geringfügige Abweichungen aufgetreten sind, kann grundsätzlich davon ausgegangen werden, dass keine Beschädigung des Siebdruckers oder der Funktionsteile für das Verfahren vorliegt, sondern ggf. nur ein einmaliger Messfehler bzw. Erfassungsfehler aufgetreten ist.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Steuergerät zum Steuern und/oder Regeln eines Siebdruckers, das zum Durchführen eines wie vorstehend im Detail beschriebenen Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet ist, zur Verfügung gestellt. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Steuergerät die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind.
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Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass eine Bestimmungseinheit zum Auswerten des Vergleichs bereitgestellt und zum Bestimmen konfiguriert ist, ob mittels des Dispensers automatisch Pastenmaterial auf das wenigstens eine Pastendepot ergänzend aufgetragen wird oder nicht. Die Bestimmungseinheit kann derart konfiguriert sein, dass in einem Fall, in welchem das erfasste Pastendepot weniger als 100% Pastenmaterial, bevorzugt weniger als 80% Pastenmaterial, besonders bevorzugt weniger als 50% Pastenmaterial aufweist, automatisch zusätzliches Pastenmaterial auf das erfasste Pastendepot aufgetragen wird, bis dieses 100% Pastenmaterial oder im Wesentlichen 100% Pastenmaterial, aufweist.
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Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt zur Verfügung gestellt, das zur Verwendung in einem wie vorstehend beschriebenen Steuergerät sowie zum Durchführen eines wie vorstehend beschriebenen Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet ist. Damit bringt auch ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden sind. Das Computerprogrammprodukt kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Speichermedium wie einem Wechseldatenträger, einem Wechsellaufwerk, einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher oder einem eingebauten Speicher/Prozessor abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie das Steuergerät für den Siebdrucker derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogrammprodukt in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden bzw. sein, von dem es bei Bedarf von einem Bediener eines Siebdruckers herunter geladen werden kann. Das Computerprogrammprodukt kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware, oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden bzw. sein.
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Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung gemäß eines weiteren Aspekts einen Siebdrucker zum Auftragen eines Pastenmaterials auf ein Substrat zum Befestigen von Bauteilen auf dem Substrat, aufweisend eine Kamera, die zum Ausrichten des Substrats in dem Siebdrucker sowie zum Erfassen einer dreidimensionale Struktur wenigstens eines Pastendepots, das auf dem Substrat zum Befestigen der Bauteile am Substrat aufgetragen ist, konfiguriert und ausgestaltet ist, einen Dispenser, der zum ergänzenden Auftragen von Pastenmaterial auf das wenigstens eine Pastendepot konfiguriert und ausgestaltet ist, und ein wie vorstehen beschriebenes Steuergerät. Damit bringt auch ein erfindungsgemäßer Siebdrucker die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße Steuergerät beschrieben worden sind. Die Kamera ist bevorzugt Bestandteil eines Bildverarbeitungssystems. Zum Auswerten der erfassten dreidimensionalen Struktur des wenigstens einen Pastendepots bzw. des vorstehend beschriebenen Vergleichs weist der Siebdrucker bzw. die Steuereinheit eine Bestimmungseinheit bzw. eine darin ausgestaltete Auswerteeinheit auf. Der Siebdrucker ist grundsätzlich als ein Schablonendrucker ausgestaltet, der zudem den Dispenser aufweist.
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Das Bildverarbeitungssystem weist eine zentrale optische Achse auf, welche mit einer optischen Achse der Kamera und einer optischen Achse einer Beleuchtungsanordnung zum Beleuchten des Pastendepots zusammenfällt. Dies bedeutet, dass ein Sensorchip der Kamera, ggf. unter Berücksichtigung einer Strahlumlenkung, auf der optischen Achse der Beleuchtungsanordnung liegt. Die optische Achse der Beleuchtungsanordnung kann insbesondere eine Symmetrieachse der Beleuchtungsanordnung darstellen, um welche verschiedene Lichtquellen der Beleuchtungsanordnung herum angeordnet sind. Bevorzugt fällt die räumliche Mitte desjenigen Bereichs auf dem Substrat, innerhalb welchen Bereichs das Pastendepot oder eine Mehrzahl von Pastendepots dreidimensional erfasst wird/werden, mit der optischen Achse des Beleuchtungsanordnung und damit auch sowohl mit der optischen Achse der Kamera als auch mit der zentralen optischen Achse des gesamten Bildverarbeitungssystems zusammen. Ein Zusammenfallen der verschiedenen optischen Achsen, d.h. der optischen Achse der Kamera und der optischen Achse der Beleuchtungsanordnung zu der zentralen optischen Achse des gesamten Bildverarbeitungssystems hat den Vorteil, dass der Rechenaufwand, welcher in der Bestimmungseinheit erforderlich ist, um die dreidimensionale Struktur des Pastendepots und der Mehrzahl von Pastendepots zu berechnen, minimiert werden kann, ohne dass eine Einbuße hinsichtlich der Genauigkeit der dreidimensionalen Vermessung des wenigstens einen Pastendepots hingenommen werden muss. Bevorzugt befindet sich die Kamera, welche sequentiell unter verschiedenen Beleuchtungen das zu erfassende bzw. vermessende Pastendepot optisch erfasst, in Bezug auf die Oberfläche des Substrats oberhalb des zu vermessenden Pastendepots. Anschaulich ausgedrückt schaut die Kamera bevorzugt senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht von oben auf den zu vermessenden bzw. zu erfassenden Bereich des Substrats. Der erfindungsgemäße Siebdrucker kann sich über mehrere Vorrichtungsabschnitte einer Bestücklinie erstrecken. D.h., der Siebdrucker ist nicht auf eine Vorrichtung mit einem einzigen geschlossenen Gehäuse beschränkt.
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Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 ein Substrat mit aufgetragenem Pastenmaterial in verschiedenen Pastendepots,
- 2 das Substrat mit den Pastendepots gemäß 1, bei welchem jeweils die dreidimensionale Struktur der verschiedenen Pastendepots mittels einer Kamera erfindungsgemäß erfasst wird,
- 3 das Substrat mit den Pastendepots gemäß 1 und 2, bei welchem erfindungsgemäß auf ein ausgewähltes Pastendepot ergänzend Pastenmaterial aufgetragen wird,
- 4 ein Substrat mit Pastendepots, wobei in einem Pastendepot Pastenmaterial erfindungsgemäß ergänzend aufgetragen wurde,
- 5 ein Substrat, an welchem über die verschiedenen Pastendepots jeweils ein Bauteil befestigt ist, und
- 6 einen erfindungsgemäßen Siebdrucker mit einem erfindungsgemäßen Controller sowie einem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 6 mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Mit Bezug auf die 1 bis 5 wird anschließend ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Auftragen von Pastenmaterial 30 auf ein Substrat 20 bzw. auf ein Pastendepot 13 des Substrats 20 beschrieben. 1 zeigt das Substrat 20, auf das Pastenmaterial 30 mittels einer Pastenschablone aufgetragen wurde. Das Pastenmaterial 30 wurde in einem ersten Pastendepot 11 an einer ersten Pastenmaterial-Position 41, in einem zweiten Pastendepot 12 an einer zweiten Pastenmaterial-Position 42, in einem dritten Pastendepot 13 an einer dritten Pastenmaterial-Position 43 und in einem vierten Pastendepot 14 an einer vierten Pastenmaterial-Position 44 aufgetragen.
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In 2 ist dargestellt, wie jeweils eine dreidimensionale Struktur der verschiedenen Pastendepots 11, 12, 13, 14 an den jeweiligen Pastenmaterial-Positionen 41, 42, 43, 44 durch eine Kamera 50 optisch erfasst wird. Die Kamera wurde zeitlich vor dem initialen Auftragen des Pastenmaterials 30 zum Ausrichten des Substrats 20 in dem Siebdrucker 100 verwendet (nicht dargestellt).
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Nachdem die dreidimensionale Struktur des jeweiligen Pastendepots 11, 12, 13, 14 erfasst wurde, wird jeweils ein Vergleich zwischen der jeweils erfassten dreidimensionalen Struktur und einer jeweiligen Soll-Struktur durchgeführt. Durch das Erfassen der jeweiligen dreidimensionalen Struktur kann die Pastenmaterialmenge an der jeweiligen Pastenmaterial-Position 41, 42, 43, 44 ermittelt werden. D.h., durch den jeweiligen Vergleich zwischen der jeweils erfassten dreidimensionalen Struktur und der jeweiligen Soll-Struktur wird ein jeweiliger Vergleich zwischen einer jeweils erfassten Pastenmaterial-Menge und einer jeweiligen Soll-Pastenmaterial-Menge durchgeführt. Vorliegend wird erfasst bzw. erkannt, dass im dritten Pastendepot 13 nur 20% der Soll-Pastenmaterial-Menge vorhanden ist.
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Daraufhin wird, wie in 3 dargestellt, entschieden, dass auf das dritte Pastendepot 13 mittels eines Dispensers 60 ergänzend Pastenmaterial 30 aufgetragen wird. Genauer gesagt wird entschieden bzw. bestimmt, dass die fehlenden 80% Pastenmaterial 30 auf das dritte Pastendepot 13 aufgetragen werden.
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Ein mit Pastenmaterial 30 ergänztes Pastendepot 13', das nun 100% Pastenmaterial 30 aufweist und somit einem zugehörigen Soll-Pastendepot entspricht, ist in 4 dargestellt.
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5 zeigt das Substrat 20, an welchem über die verschiedenen Pastendepots 11, 12, 13, 14 jeweils ein erstes Bauteil 91, ein zweites Bauteil 92, ein drittes Bauteil 93 und ein viertes Bauteil 94 befestigt sind.
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In 6 ist ein erfindungsgemäßer Siebdrucker 100 zum Auftragen des Pastenmaterials 30 auf das Substrat 20 bzw. eine Vielzahl von Substraten 20 gezeigt. Der in 6 dargestellte Siebdrucker 100 weist die Kamera 50 auf, die zum Ausrichten des Substrats 20 in dem Siebdrucker 100 sowie zum Erfassen der dreidimensionalen Struktur der Pastendepots 11, 12, 13, 14, die auf dem Substrat 20 zum Befestigen der Bauteile 91, 92, 93, 94 am Substrat 20 aufgetragen sind, konfiguriert und ausgestaltet ist. Der Siebdrucker 100 weist ferner den Dispenser 60 auf, der zum ergänzenden Auftragen des Pastenmaterials 30 konfiguriert und ausgestaltet ist. Darüber hinaus weist der Siebdrucker 100 ein Steuergerät 70 auf. Außerdem ist in 6 ein Förderband 110 dargestellt, durch welches das Substrat 20 im Siebdrucker 100 bewegt werden kann.
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Das Steuergerät 70 ist zum Steuern und/oder Regeln des Siebdruckers 100 sowie zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet. Hierzu weist das Steuergerät 70 eine Bestimmungseinheit 72 auf, die zum Auswerten des Vergleichs und zum Bestimmen, ob mittels des Dispensers 60 automatisch Pastenmaterial 30 auf ein Pastendepot oder mehrere Pastendepots ergänzend aufgetragen werden soll oder nicht, konfiguriert und ausgestaltet ist.
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Außerdem weist das Steuergerät 70 ein Computerprogrammprodukt 71 auf. D.h., in dem Steuergerät 70 ist ein Computerprogrammprodukt 71 installiert. Das Computerprogrammprodukt 71 ist zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens konfiguriert und ausgestaltet.
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Wie in 6 dargestellt, weist der Siebdrucker 100 ferner eine Anzeigevorrichtung 80 auf, die zum graphischen Anzeigen des Vergleichs und/oder einer Auswertung des Vergleichs konfiguriert und ausgestaltet ist. Die Anzeigevorrichtung 80 ist als Touchscreen ausgestaltet, der nicht nur als Anzeigevorrichtung 80, sondern auch als Eingabevorrichtung zum Eingeben von Steuer- und/oder Regelparametern für das ergänzende Auftragen des Pastenmaterials 30 dienen kann. Dadurch ist es möglich, das ein Bediener in den Vorgang des ergänzenden Auftragens des Pastenmaterials 30 über die Anzeigevorrichtung 80, die in diesem Fall als Eingabevorrichtung funktioniert, beispielsweise regelnd eingreifen kann.
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Neben den dargestellten Ausführungsvarianten lässt die vorliegende Erfindung noch weitere und/oder alternative Gestaltungsgrundsätze zu. So ist es beispielsweise möglich, dass das Substrat 20 nicht mittels eines Förderbandes 20 im Siebdrucker 100, sondern durch einen Roboterarm, an welchem das Substrat 20 anbringbar ist, bewegt wird bzw. bewegbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- erstes Pastendepot
- 12
- zweites Pastendepot
- 13
- drittes Pastendepot
- 13'
- drittes ergänzend aufgefülltes Pastendepot
- 14
- viertes Pastendepot
- 20
- Substrat
- 30
- Pastenmaterial
- 41
- erste Pastenmaterial-Position
- 42
- zweite Pastenmaterial-Position
- 43
- dritte Pastenmaterial-Position
- 44
- vierte Pastenmaterial-Position
- 50
- Kamera
- 60
- Dispenser
- 70
- Steuergerät
- 71
- Computerprogrammprodukt
- 72
- Bestimmungseinheit
- 80
- Anzeigevorrichtung
- 91
- erstes Bauteil
- 92
- zweites Bauteil
- 93
- drittes Bauteil
- 94
- viertes Bauteil
- 100
- Siebdrucker
- 110
- Förderband
