DE102018103398B4

DE102018103398B4 - Pneumatisch aktuierbares Federelement zum Steuern der auf ein Bauelement wirkenden Bestückkraft

Info

Publication number: DE102018103398B4
Application number: DE102018103398.2A
Authority: DE
Inventors: Arno Stein; Markus Huber
Original assignee: ASM Assembly Systems GmbH and Co KG
Current assignee: ASMPT GmbH and Co KG
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2038-02-16
Also published as: DE102018103398A1; CN110167327A

Abstract

Beschrieben wird ein Bestückkopf (100) zum Bestücken von Bauelementeträgern (195) mit elektronischen Bauelementen (190). Der Bestückkopf weist auf (a) ein Chassis (110); (b) eine Pinole (120), welche relativ zu dem Chassis (110) entlang einer z-Achse verschiebbar gelagert ist; (c) einen z-Antrieb (130) zum Verschieben der Pinole (120) entlang der z-Achse; (d) ein pneumatisch aktuierbares Federelement (140), welches eine mechanische Schnittstelle zwischen der Pinole (120) und einem Koppelelement (150) darstellt; und (e) das Koppelelement (150), welches derart ausgebildet ist, dass eine Bauelement-Haltevorrichtung (180) an einem distalen Ende des Koppelelementes (150) an dem Koppelelement (150) lösbar anbringbar ist; wobei ein Innendruck in dem pneumatisch aktuierbaren Federelement (140) eine Bestückkraft (F) bestimmt, welche beim Aufsetzen eines Bauelements (190) auf einen Bauelementeträger (195) auf das Bauelement (190) wirkt. Ferner wird beschrieben ein Bestückautomat mit einem solchen Bestückkopf (100) sowie ein Verfahren zum Bestücken von Bauelementeträgern (195) mit elektronischen Bauelementen (190) unter Verwendung eines solchen Bestückkopfes (100).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Bestücktechnik. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Bestückkopf sowie ein Verfahren zum Bestücken von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung einen Bestückautomaten mit einem solchen Bestückkopf.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Bestückung von Bauelementeträgern werden elektronische Bauelemente von einem Bestückkopf aus einer Bauelement-Zuführvorrichtung abgeholt, in einen Bestückbereich eines Bestückautomaten transportiert und dort auf einen zu bestückenden Bauelementeträger aufgesetzt. Beim Aufsetzen werden die Bauelemente mit einer definierten Kraft bzw. Bestückkraft auf den Bauelementeträger gedrückt.
Infolge einer stetig voranschreitenden Miniaturisierung von elektronischen Bauelementen bedeutet eine bestimmte Bestückkraft, dass der Druck, der auf kleiner werdende Bauelemente wirkt, größer wird. Dadurch wird die Gefahr einer Beschädigung von Bauelementen größer. Diese Gefahr kann auch noch vergrößert werden, wenn man berücksichtigt, dass insbesondere kleine Bauelemente häufig auch besonders empfindlich gegenüber mechanischen Beschädigungen sind. Einer Beschädigung von elektronischen Bauelementen kann in der Praxis also lediglich dadurch vorgebeugt werden, dass man die Bestückkraft reduziert, die insbesondere beim Aufsetzen eines elektronischen Bauelements auf einen Bauelementeträger auf das betreffende Bauelement wirkt.
Ein Bestückprozess eines elektronischen Bauelements weist vier verschiedene Phasen auf, in denen unterschiedliche Bestückkräfte auf das Bauelement einwirken:

(A) In einer ersten Phase wird das Bauelement auf den Bauelementeträger aufgesetzt. Diese erste Phase endet sofort bzw. unmittelbar dann, wenn das Bauelement die Oberfläche des Bauelementeträgers berührt.
(B) In einer zweiten Phase wird die bewegte Masse von denjenigen Komponenten abgebremst, die sich beim Absenken des Bauelements auf den Bauelementeträgers bewegen bzw. bewegt haben. Zu dieser Masse zählt insbesondere eine sog. Pinole, an welche eine Bauelement-Haltevorrichtung angebracht wird, von der das Bauelement insbesondere mittels eines Unterdrucks gehalten wird.
(C) In einer dritten Phase wird die Bauelement-Haltevorrichtung von dem inzwischen aufgesetzten Bauelement gelöst. Dieses Lösen bzw. Ablösen der der Bauelement-Haltevorrichtung von dem Bauelement erfolgt durch ein sog. Abblasen, bei dem ein Saugkanal einer als Saugpipette ausgebildeten Bauelement-Haltevorrichtung pneumatisch mit einem Überdruck beaufschlagt wird.
(D) In einer vierten Phase wird die Bauelement-Haltevorrichtung von dem Bauelement bzw. dem Bauelementeträger weg bewegt. Dies erfolgt typischerweise durch eine Bewegung von Pinole und Saugpipette nach oben.

Um eine Beschädigung eines Bauelementes zu vermeiden, muss in all diesen Phasen die auf das Bauelement einwirkende Bestückkraft kleiner sein als eine vorgegebene Maximalkraft, welche von der Größe des Bauelements und von der mechanischen Empfindlichkeit des Bauelements abhängt.
Um Bestückkräfte zu reduzieren, ist es bekannt, bei einem Bestückprozess die Pinole samt Bauelement-Haltevorrichtung und aufgenommenem Bauelement mit geringer Geschwindigkeit bis zum Zeitpunkt des Aufsetzens des Bauelements in Richtung des Bauelementeträgers zu bewegen. Anschließend wird die auf das Bauelement wirkende Bestückkraft über einen Motorstrom für einen z-Antrieb der Pinole eingestellt. Eine Reduzierung der Bestückkraft ist jedoch in der Praxis nur bis zu einem gewissen Grad möglich. Dies liegt insbesondere an der Massenträgheit der bewegten Massen, insbesondere von der Pinole.
DE 10 2005 008 584 A1 offenbart eine Antriebseinheit für ein bewegbares Funktionselement eines Bestückkopfes. Die Antriebseinheit weist einen Linearantrieb auf, welcher einen Halter linear entlang einer z-Richtung verschieben kann. Ein Faltenbalg verbindet den Halter mit einem luftgelagerten Kolben. Der Faltenbalg befindet sich in einem zylindrischen Hohlraum, welcher an eine druckregelbare Pneumatik-Leitung angeschlossen werden kann, so dass unterschiedliche Aufsetzkräfte für ein Bauelement eingestellt werden können, welches an einer Passfläche des luftgelagerten Kolbens mittels Unterdruck gehalten wird.
WO 2004/068 925 A1 offenbart eine Aufsetz-Positioniervorrichtung zum Aufsetzen eines Bauelements auf ein Substrat. Das Bauelement wird von einer Vakuumpipette mittels Unterdruck gehalten. Die Vakuumpipette ist auf einen Pipettensitz aufgesteckt. Eine Hohlwelle kann mittels eines elektrischen Linearantriebs entlang einer Achse relativ zu einem Gehäuse verschoben werden. Die Hohlwelle ist über einen torsionssteifen Balg mit dem Pipettensitz federnd verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei einem Bestückprozess auf ein Bauelement wirkende Bestückkraft zu reduzieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen. Der beschriebene Bestückkopf weist auf (a) ein Chassis; (b) eine Pinole, welche relativ zu dem Chassis entlang einer z-Achse verschiebbar gelagert ist; (c) einen z-Antrieb zum Verschieben der Pinole entlang der z-Achse; (d) ein pneumatisch aktuierbares Federelement, welches eine mechanische Schnittstelle zwischen der Pinole und einem Koppelelement darstellt; und (e) das Koppelelement, welches derart ausgebildet ist, dass eine Bauelement-Haltevorrichtung an einem distalen Ende des Koppelelementes an dem Koppelelement lösbar anbringbar ist. Ein Innendruck in dem pneumatisch aktuierbaren Federelement bestimmt eine Bestückkraft welche beim Aufsetzen eines Bauelements auf einen Bauelementeträger auf das Bauelement wirkt.
Dem beschriebenen Bestückkopf liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine geeignete pneumatische Beaufschlagung des pneumatisch aktuierbaren Federelementes eine Federvorspannung sehr fein eingestellt werden kann, welche einen Einfluss auf die Kraft hat bzw. welche eine Kraft mitbestimmt, die insbesondere beim Aufsetzen des elektronischen Bauelements auf einen Bauelementeträger auf das betreffende Bauelement wirkt. Diese Kraft wird in diesem Dokument auch als Bestückkraft bezeichnet. Anders ausgedrückt ist die Bestückkraft diejenige Kraft, mit der die Bauelement-Haltevorrichtung beim Bestückprozess auf das Bauelement einwirkt.
Insbesondere durch eine Beaufschlagung des pneumatisch aktuierbaren Federelements mit einem in Bezug auf die Umgebung negativen Druck bzw. Unterdruck kann diese Kraft reduziert und über eine geeignete pneumatische Aktuierung über den gesamten Bestückprozess bis hin zum Ablösen des elektronischen Bauelements von der Bauelement-Haltevorrichtung auf eine maximal zulässige Kraft begrenzt werden. Dadurch kann zum einen verhindert werden, dass insbesondere mechanisch empfindliche Bauelemente insbesondere beim Aufsetzen auf einen zu bestückenden Bauelementeträger beschädigt werden. Außerdem kann durch eine geeignete pneumatische Reduzierung der Bestückkraft der z-Antrieb so gesteuert werden, dass die eigentliche bzw. die hauptsächliche für einen Bestückprozess erforderliche Bewegung der Pinole relativ zu dem Chassis des Bestückautomaten schneller durchgeführt werden kann, was zu einer signifikanten Erhöhung der Bestückleistung beitragen kann.
Unter dem Begriff „Bestückleistung“ ist in diesem Dokument insbesondere die Anzahl an elektronischen Bauelementen zu verstehen, welche innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne von einem solchen Bestückkopf verarbeitet bzw. auf einen Bauelementeträger aufgesetzt werden können. Bei einem Bestückautomaten mit mehreren Bestückköpfen wird die Bestückleistung des gesamten Bestückautomaten durch die Summe der Bestückleistungen der einzelnen Bestückköpfe begrenzt.
Unter dem Begriff Pinole kann in diesem Dokument jede Art von (länglicher) Koppelstruktur verstanden werden, welche bei herkömmlichen Bestückköpfen (ohne die in diesem Dokument beschriebene „pneumatische Funktionalität“) in bekannter Weise dazu verwendet wird, um eine als Saugpipette ausgebildete Bauelement-Haltevorrichtung an dem Bestückkopf anzubringen und diese Bauelement-Haltevorrichtung entlang einer z-Achse relativ zu dem Chassis des Bestückkopfes zu bewegen. Über einen Luftkanal im Inneren der Saugpipette wird der vorstehend beschriebene Unterdruck, welcher von einer Unterdruck-Erzeugungseinheit erzeugt wird, auf eine Oberfläche des betreffenden Bauelements übertragen.
Unter dem Begriff „distales Ende des Koppelelements“ kann in diesem Dokument insbesondere ein Endabschnitt des Koppelelementes verstanden werden, welcher von der Pinole und/oder dem z-Antrieb beabstandet bzw. abgewendet ist.
Ein System bestehend aus einer Pinole und einem entsprechenden z-Antrieb wird auch als ein „Segment“ oder verkürzt als eine „z-Achse“ bezeichnet. Ein sog. Mehrfach Bestückkopf kann eine Mehrzahl solcher Segmente aufweisen, so dass er gegenüber einem Einfach-Bestückkopf eine deutliche höhere Bestückleistung aufweist. Sofern jedes diese Segmente einen eigenen z-Antrieb aufweist, kann jedes Segment unabhängig von den anderen Segmenten angesteuert bzw. aktuiert werden.
Die beschriebene Bauelement-Haltevorrichtung kann beispielsweise eine Saugpipette sein, welche in bekannter Weise mittels eines geeigneten Unterdrucks ein elektronisches Bauelement halten kann. Durch eine kurzfristige Beaufschlagung der Saugpipette mit einem Überdruck im Inneren eines Saugkanals der Saugpipette kann unmittelbar nach dem Aufsetzen des Bauelements auf einen Bauelementeträger ein Ablösen des Bauelements von der Spitze der betreffenden Saupipette unterstützt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Bestückkopf ferner auf eine Druck-Erzeugungseinrichtung, welche mit dem pneumatisch aktuierbaren Federelement pneumatisch gekoppelt ist und welche konfiguriert ist, das pneumatische aktuierbare Federelement mit einem Differenzdruck gegenüber einem Umgebungsdruck zu beaufschlagen.
Als Druck-Erzeugungseinrichtung kann ein pneumatisches System verwendet werden, welcher bei bekannten Bestückköpfen (und auch bei dem in diesem Dokument beschriebenen Bestückkopf) dazu verwendet wird, einen zum Halten eines Bauelements erforderlichen Unterdruck zu erzeugen. Um auch nach einem Aufsetzen des Bauelements auf einen Bauelementeträger das vorstehend erwähnte Ablösen der Saugpipette von dem betreffenden Bauelement zu unterstützen, kann die Druck-Erzeugungseinrichtung auch konfiguriert sein, einen entsprechenden (kurzzeitigen) Überdruck zu erzeugen, welcher auch als „Blasluftpuls“ bezeichnet werden kann. Ein Umschalten zwischen einem Unterdruck und einem Überdruck kann in bekannter Weise mittels eines pneumatischen Schaltventils insbesondere in Verbindung mit einer sog. VenturiDüse erfolgen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das pneumatisch aktuierbare Federelement einen Balg auf. Dies hat den Vorteil, dass das Federelement auf einfache und kostengünstige Weise realisiert werden kann. Insbesondere können geeignete Balge verwendet werden, die in großer Stückzahl eigentlich für andere Anwendungen hergestellt wurden und damit kostengünstig auf dem Markt verfügbar sind. Eine solche andere Anwendung ist beispielsweise ein Schutz von sich mechanisch ineinander schiebenden Maschinenteilen, um diese vor Fremdeinflüssen wie insbesondere Verschmutzungen zu schützen und/oder um sie gegenüber der Umgebung abzudichten.
Unter dem Begriff „Balg“ ist in diesem Dokument insbesondere eine elastische, sich „ziehharmonikaartig“ verformbare Struktur zu verstehen, deren Länge sich bei einer Verformung entlang der z-Richtung verändert. Der Balg kann einstückig aus einem geeigneten Material hergestellt sein. Alternativ kann der Balg auch mehrere Materialien und/oder Unterstrukturen aufweisen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Balg ein Metallbalg und insbesondere ein einstückiger Metallbalg. Dies hat den Vorteil, dass der Balg mit einer hohen mechanischen Genauigkeit hergestellt werden kann. Die Federkraft des Metallbalgs kann insbesondere durch die Auswahl eines geeigneten metallischen Materials mit einem bestimmten Elastizitätsmodul und/oder durch die Wahl einer geeigneten Wandstärke von zumindest einem Teil des Metallbalgs auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Bei einer präzisen Fertigung des Metallbalgs können insbesondere unerwünschte Radialkräfte vermieden bzw. auf ein Minimum begrenzt werden, welche seitlich auf die Pinole einwirken und damit die Präzision der Bewegung der Pinole entlang der z-Richtung verschlechtern. Insbesondere eine Formgebung des Metallbalges als ein Rotationskörper mit einer möglichst perfekten Rotationssymmetrie führt dazu, dass die Federkraft des Metallbalgs zumindest annähernd ausschließlich entlang der z-Richtung wirkt.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass auch (dünnwandige) metallische Balge für viele andere Anwendungen verwendet werden und damit in großer Anzahl und kostengünstig verfügbar sind. Solche andere Anwendungen sind beispielsweise Faltenbälge mit gerundeten Wellen, die als Kompensationselemente im Druckbehälter- und Rohrleitungsbau eingesetzt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Bestückkopf ferner auf einen Sensor zum Messen eines Kompressionszustandes und/oder eines Expansionszustandes des Federelementes auf.
Anschaulich ausgedrückt wird mit dem Sensor die Einfederung bzw. der bei der Einfederung zurückgelegte Weg gemessen. Durch eine genaue Erfassung dieser Einfederung erlangt man eine genaue Kenntnis über die aktuelle Bestückkraft, welche durch die Federkonstante des pneumatisch aktuierbaren Federelements ohne eine Berücksichtigung des pneumatischen Drucks bewirkt wird. Dadurch kann der Druck, mit welchem das pneumatisch aktuierbare Federelement beaufschlagt wird, genau (und als Funktion der Einfederung) derart eingestellt werden, dass die Bestückkraft eine vorbestimmte maximale Bestückkraft nicht überschreitet. Dies trägt zu einer weiteren Verbesserung der Prozesssicherheit des Bestückprozesses bei.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist bzw. sind die Pinole und/oder das Koppelelement derart ausgebildet, dass (i) eine Kompression des Federelements mittels eines ersten Anschlags auf eine maximale Kompression beschränkt wird und/oder (ii) eine Expansion des Federelements mittels eines zweiten Anschlags auf eine maximale Expansion beschränkt wird. Dies bedeutet, dass sich die Länge des Federelements (entlang der z-Achse) stets in einem durch die beiden Anschläge vorbestimmten Längenbereich befindet. Da dieser Längenbereich diejenigen Werte für eine Federvorspannung bestimmt, welche ohne Berücksichtigung der „Pneumatik“ möglich sind, ist der erste Anschlag indikativ für eine maximale Vorspannung der Feder. In entsprechender Weise ist der zweite Anschlag indikativ für eine minimale Vorspannung der Feder. Durch eine geeignete Dimensionierung bzw. Konfiguration der Anschläge können also abhängig von der jeweiligen Anwendung geeignete Werte für die (mechanische) Vorspannung der Feder ausgewählt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass sich die Ausdrücke „Kompression“ und „Expansion“ nicht (zwingend) auf einen normalen mechanisch kraftfreien Zustand der Feder beziehen. Die Ausdrücke „Kompression“ und „Expansion“ sind daher lediglich dahingehend zu verstehen, dass sich in Bezug auf einen virtuellen Nullpunkt bei einer Kompression die Länge der Feder verkürzt und bei einer Expansion die Länge der Feder vergrößert. Bevorzugt liegt nicht nur bei der maximalen Kompression sondern auch bei der maximalen Expansion eine positive (mechanische) Federvorspannung vor, so dass bei einem Aufsetzen des Bauelements auf einen Bauelementeträger von der entsprechenden Bauelement-Haltevorrichtung auf das Bauelement eine Kraft in Richtung des Bauelementeträgers ausgeübt wird. Diese Kraft, welche infolge des mechanischen Grundsatzes „Actio gleich Reactio“ der Bestückkraft entspricht, kann dann pneumatisch variiert und insbesondere mittels eines Unterdrucks reduziert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Bestückautomat zum Bestücken von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen. Der beschriebene Bestückautomat weist auf (a) einen Bestückkopf der vorstehend beschriebenen Art (a1) zum Aufnehmen der Bauelemente von jeweils einer Bauelement-Abholposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung mittels einer Bauelement-Haltevorrichtung, welche an dem Koppelelement des Bestückkopfes angebracht ist, (a2) zum Transportieren der aufgenommenen Bauelemente in einen Bestückbereich des Bestückautomaten und (a3) zum Aufsetzen der transportierten Bauelemente an einer vorbestimmten Bestückposition auf einem Bauelementeträger, welcher sich in dem Bestückbereich befindet.
Dem beschriebenen Bestückautomaten liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der vorstehend beschriebene Bestückkopf aufgrund der Möglichkeit, pneumatisch unterstützt eine beim Bestückprozess auf das Bauelement einwirkende Bestückkraft auf kleine Werte zu begrenzen und auch bei einer hohen Bestückleistung die Bauelemente in einer mechanisch sanften Weise zum Zwecke der Bestückung eines Bauelementeträgers handhaben kann. Dadurch werden Fehler beim Bestückprozess reduziert und die Prozesssicherheit des Bestückens und damit auch des gesamten Herstellens von elektronischen Baugruppen wird in entsprechender Weise erhöht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Verfahren zum Bestücken eines Bauelementeträgers mit elektronischen Bauelementen unter Verwendung eines Bestückkopfes der vorstehend beschriebene Art. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Aufnehmen eines Bauelements von einer Bauelement-Abholposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung mittels einer Bauelement-Haltevorrichtung, welche an dem Koppelelement des Bestückkopfes angebracht ist; (b) ein Transportieren des von der Bauelement-Haltevorrichtung aufgenommenen Bauelements in einen Bestückbereich eines Bestückautomaten; (c) ein Aufsetzen des transportierten Bauelementes an einer vorbestimmten Bestückposition auf dem Bauelementeträger, welcher sich in dem Bestückbereich befindet; und (d) ein Bewegen des Bestückkopfes von der Bestückposition weg, um ein weiteres Bauelement von der Bauelement-Haltevorrichtung aufzunehmen.
Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine geeignete pneumatische Druckbeaufschlagung des Federelementes eine Federvorspannung eingestellt werden kann, welche dafür sorgt, dass zusammen mit einer rein mechanischen Federvorspannung des Federelementes bei einem Bestückprozess eine lediglich sehr kleine Bestückkraft auf das betreffende Bauelement wirkt.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei einem sog. Mehrfach-Bestückkopf nicht nur ein Bauelement sondern mehrere Bauelemente aufgenommen werden, welche von jeweils einer Bauelement-Haltevorrichtung gehalten werden. Diese mehreren aufgenommenen Bauelemente werden dann nach einem Transport des Bestückkopfes hin zu dem Bestückbereich (sequentiell) an jeweils einer vorbestimmten Bestückposition aufgesetzt, bevor der Bestückkopf zum Zwecke einer Aufnahme von mehreren weiteren Bauelementen von der (letzten) Bestückposition weg und hin zu zumindest einer Bauelement-Abholposition der Bauelement-Zuführeinrichtung oder einer anderen Bauelement-Zuführeinrichtung bewegt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Aufsetzen des transportierten Bauelements eine erste Phase des Bestückprozesses auf, in der (a) durch eine Aktuierung des z-Antriebs das von der Bauelement-Haltevorrichtung aufgenommene Bauelement senkrecht zu der Oberfläche des Bauelementeträgers in Richtung des Bauelementeträgers bewegt wird und (b) ein Auftreffen des Bauelements an der Oberfläche des Bauelementeträgers detektiert wird.
Das Detektieren kann insbesondere anhand einer Einfederung des Federelements durchgeführt werden. Dazu kann bevorzugt der vorstehend beschriebene Sensor zum Messen eines Kompressionszustandes und/oder eines Expansionszustandes des Federelementes verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vor dem Auftreffen des Bauelements an der Oberfläche des Bauelementeträgers das pneumatisch aktuierbare Federelement mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt, welcher eine pneumatische Federvorspannung erzeugt, die zusammen mit einer mechanischen Vorspannung des Federelements dazu führt, dass im weiteren Bestückprozess eine vorbestimmte maximale Bestückkraft nicht überschritten wird.
Der vorbestimmte Druck, welcher zu einer signifikanten Reduzierung der Bestückkraft führen soll, kann von mehreren Prozessparametern abhängen. Zu diesen Parametern können zählen (a) die Geschwindigkeit, mit der das Bauelement auf den Bauelementeträger auftrifft, (b) die Masse der relativ zu dem Chassis des Bestückkopfes bewegten Komponenten, insbesondere die Pinole und ein beweglicher Teil des z-Antriebes, (c) die mechanische Empfindlichkeit des Bauelements und (d) die Größe des Bauelements. In Bezug auf die Relevanz der Größe des Bauelements gilt, dass der auf das Bauelement wirkende Druck aufgrund der Beziehung Druck = Kraft / Fläche umgekehrt proportional ist zu der (unteren und/oder oberen) Oberfläche des Bauelements, welche mit dem Bauelementträger in mechanischem Kontakt kommt.
Der Wert des vorbestimmten Druckes kann anhand von theoretischen physikalischen Erwägungen berechnet werden. Alternativ oder in Kombination kann dieser Wert im Rahmen der Einrichtung eines Bestückautomaten durch experimentelle Versuche ermittelt und/oder während eines Betriebes des Bestückautomaten eingelernt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der vorbestimmte Druck gegenüber einem Umgebungsdruck ein Unterdruck.
Ein gegenüber einem Umgebungsdruck reduzierter Unterdruck (im Inneren des pneumatischen aktuierbaren Federelements), welcher auch als ein negativer Druck bezeichnet werden kann, führt zu einer Reduzierung einer Federvorspannung, welche beim Bestückprozess auf das Bauelement wirkt. Diese reduzierte Federvorspannung verringert auf vorteilhafte Weise die auf das Bauelement wirkende Bestückkraft.
Die Reduzierung der Federspannung ergibt sich aus dem Produkt aus (a) der Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck im Inneren des pneumatischen aktuierbaren Federelements und (b) der pneumatisch effektiven Fläche des Federelements. Diese effektive Fläche bzw. Wirkfläche ist insbesondere im Inneren des Federelements eine Querschnittsfläche, dessen Flächennormale parallel zu der z-Achse orientiert ist und an welcher der Druck im Inneren des Federelements parallel zu der z-Achse angreift.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Aufsetzen des transportierten Bauelements nach der ersten Phase des Bestückprozesses eine zweite Phase des Bestückprozesses auf, in der (a) das Bauelement mit der Oberfläche des Bauelementeträgers in mechanischem Kontakt steht, (b) bewegliche Komponenten des Bestückkopfes, welche während der ersten Phase senkrecht zu der Oberfläche des Bauelementeträgers in Richtung des Bauelementeträgers bewegt werden, abgebremst werden und danach durch eine Aktuierung des z-Antriebs von dem Bauelementeträger weg bewegt werden, bis sie eine Zielposition erreichen.
Anschaulich ausgedrückt werden nach dem Abbremsen der Komponenten, die in Bezug auf das Chassis des Bestückkopfes beweglich sind und beim Aufsetzen des Bauelements auch bewegt werden, diese Komponenten bis auf eine Zielposition zurückgefahren. Diese Zielposition kann insbesondere diejenige Position (entlang der z-Richtung sein) sein, welche beim Auftreffen des Bauelements an der Oberfläche des Bauelementeträgers detektiert bzw. eingelernt wurde.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Bewegen des Bestückkopfes von der Bestückposition weg nach der zweiten Phase eine dritte Phase des Bestückprozesses auf, in welcher der Druck im Inneren des pneumatisch aktuierbaren Federelements bis zu einem vorgegebenen Abblas-Druck erhöht wird, welcher zu einem Ablösen des Bauelements von der Bauelement-Haltevorrichtung beiträgt.
Insbesondere kann ein zuvor eingestellter negativer Druck im Inneren der Feder (vergleichsweise langsam) auf einen positiven Druck erhöht werden, welcher zu einer Bewegung der beweglichen Komponenten, insbesondere der Pinole, weg von der Oberfläche des Bauelementeträger führt. Bei einer geeigneten Aktuierung des z-Antriebs kann diese Bewegung so ausgeführt werden, dass lediglich eine sehr geringe Kraft auf das Bauelement wirkt. Anschaulich ausgedrückt kann eine Steuerung des z-Antriebs so erfolgen, dass es durch die positive Druckbeaufschlagung lediglich zu einer Bewegung der beweglichen Komponenten weg von dem Bauelementeträger und nicht zu einer auf das Bauelement wirkenden Gegenkraft kommt.
Dabei kann die mit der Druckbeaufschlagung bis hin zum Abblas-Druck verbundene Kraft die einzige Kraft sein, welche die beweglichen Komponenten von dem Bauelementeträger wegbewegt und zu einem Entspannen des Federelements bis zu dem vorstehend beschriebenen zweiten Anschlag führt. Eine geeignete Ansteuerung des z-Antriebs kann dann dafür sorgen, dass dabei die Bauelement-Haltevorrichtung nicht von der Oberfläche des aufgesetzten Bauelements abhebt, bevor der Druck im Inneren des pneumatisch aktuierbaren Federelements den Abblas-Druck erreicht hat.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Abblas-Druck auf das Bauelement keine relevante Kraftwirkung hat, weil in dieser Phase des Bestückprozesses (aufgrund eines mechanischen Anschlags zwischen Pinole und Koppelelement) eine entsprechende Druck-Wirkfläche nicht die vorstehend beschriebene effektive Fläche des Federelements sondern lediglich die Querschnittsfläche des Saugkanals an der Spitze der als Saugpipette ausgebildeten Bauelement-Haltevorrichtung ist. Die Querschnittsfläche des Saugkanals ist jedoch um ein Vielfaches kleiner als die vorstehend beschriebene effektive Fläche des Federelements.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Bewegen des Bestückkopfes von der Bestückposition weg nach der dritten Phase eine vierte Phase des Bestückprozesses auf, in der die beweglichen Komponenten von dem Bauelement weg bewegt werden. Dieses Weg-Bewegen der beweglichen Komponenten erfolgt erneut durch eine geeignete Aktuierung des z-Antriebs. Es stellt den Abschluss der Bestückvorgangs für das betreffende Bauelement dar.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieses Dokuments sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
Figurenliste

1 zeigt einen Bestückkopf mit einem als Metallbalg ausgebildeten pneumatischen Federelement und einem Sensor zum Messen des Kompressionszustandes des Metallbalges.
2 zeigt einen Teil des Bestückkopfes aus 1 zusammen mit einer Druckerzeugungseinrichtung zum pneumatischen Variieren der auf ein Bauelement wirkenden Bestückkraft.

Detaillierte Beschreibung
Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden detaillierten Beschreibung Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten von einer anderen Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
Außerdem wird darauf hingewiesen, dass raumbezogene Begriffe, wie beispielsweise „vorne“ und „hinten“, „oben“ und „unten“, „links“ und „rechts“, etc. verwendet werden, um die Beziehung eines Elements zu einem anderen Element oder zu anderen Elementen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Demnach können die raumbezogenen Begriffe für Ausrichtungen gelten, welche sich von den Ausrichtungen unterscheiden, die in den Figuren dargestellt sind. Es versteht sich jedoch von selbst, dass sich alle solchen raumbezogenen Begriffe der Einfachheit der Beschreibung halber auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtungen beziehen und nicht unbedingt einschränkend sind, da die jeweils dargestellte Vorrichtung, Komponente etc., wenn sie in Verwendung ist, Ausrichtungen annehmen kann, die von den in der Zeichnung dargestellten Ausrichtungen verschieden sein können.
1 zeigt einen Bestückkopf 100 mit einem als Metallbalg ausgebildeten pneumatisch aktuierbaren Federelement 140 und einem Sensor 170 zum Messen des Kompressionszustandes des Metallbalges 140. Der Bestückkopf ist bevorzugt ein sogenannter Mehrfach-Bestückkopf, welcher in der Lage ist, sequentiell oder ggf. auch gleichzeitig mehrere Bauelemente aufzunehmen, diese gemeinsam in einen Bestückbereich zu transportieren und dort sequentiell oder ggf. auch gleichzeitig auf einen Bauelementeträger aufzusetzen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 1 jedoch nur ein Einfach-Bestückkopf 100 dargestellt.
Der Bestückkopf 100 weist ein Chassis 110 auf, an welchem ein z-Antrieb 130 angebracht ist. Der z-Antrieb 130 dient dazu, eine Pinole 120 entlang einer in 1 vertikal ausgerichteten z-Richtung zu bewegen. Diese Bewegung dient dazu, ein Bauelement, welches in 1 mit dem Bezugszeichen 190 versehen ist, dann auf einen Bauelementeträger 195 aufzusetzen, wenn der Bestückkopf 100 von einem nicht dargestellten Portalsystem in eine für den jeweiligen Bestückprozess korrekte xy-Position positioniert worden ist. Nach einem Aufsetzen des Bauelements 190 wird die Pinole 120 in vertikaler Richtung nach oben von dem Bauelement 190 abgehoben. Die Aufnahme des Bauelements 190 erfolgt in bekannter Weise mittels einer als Saupipette ausgebildeten Bauelement-Haltevorrichtung 180, in welcher ein Saugkanal 182 ausgebildet ist, über den ein Unterdruck auf die Oberseite des Bauelements 190 ausgeübt wird. Dieser Unterdruck wird von einer in 1 nicht dargestellten Druckerzeugungseinrichtung generiert, und unter anderem über eine zentrale Bohrung 122 in der Pinole 120 in 1 nach unten auf die Bauelement-Haltevorrichtung 180 übertragen.
Ab dem Aufsetzen des Bauelements 190 auf dem Bauelementeträger 195 und bis zu dem Abheben der Bauelement-Haltevorrichtung 180 von dem aufgesetzten Bauelement 190 wird auf das Bauelement 190 eine Bestückkraft F ausgeübt, weil es in dieser Zeitspanne zwischen der Spitze der Bauelement-Haltevorrichtung 180 und dem Bauelementeträger 195 „eingeklemmt“ ist. Diese Bestückkraft ist in 1 mit „F“ bezeichnet.
Um diese Bestückkraft F möglichst gering zu halten und damit einer Beschädigung des Bauelements 190 vorzubeugen, ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel in vertikaler z-Richtung eine pneumatische Kopplung bzw. eine pneumatische Schnittstelle zwischen der Pinole 120 und der Bauelement-Haltevorrichtung 180 vorgesehen, welche nachstehend anhand des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels näher beschrieben ist.
Für die pneumatische Kopplung weist der Bestückkopf 100 den metallischen Balg 140 auf, der an seinem oberen Abschnitt an (einem oberen Abschnitt) der Pinole 120 befestigt ist. An dem unteren Abschnitt des metallischen Balgs 140 befindet sich ein Koppelelement 150, an welchem die Bauelement-Haltevorrichtung 180 lösbar angebracht ist (beispielsweise mittels einer Steckverbindung). Es ist offensichtlich, dass ein Innendruck in dem metallischen Balg 140 die auf das Bauelement 190 wirkende Bestückkraft F bestimmt. Durch eine geeignete Ansteuerung der in 1 nicht dargestellten Druck-Erzeugungseinrichtung kann die Bestückkraft F genau eingestellt werden.
Um einen Kompressionszustand des metallischen Balgs 140 zu bestimmen, weist der Bestückkopf 110 ferner den Sensor 170 auf, welche einen Abstand bzw. eine Einfederung misst. In 1 ist diese Einfederung als „dz“ bezeichnet. Als virtueller bzw. frei wählbarer Nullpunkt dient hier ein zweiter Anschlag 144, der durch eine untere Fläche eines Vorsprungs 152 im Koppelelement 150 und eine obere Fläche eines Vorsprungs 154 am unteren Ende der Pinole 120 definiert ist. Der Anschlag 144 sorgt dafür, dass der metallische Balg 140 nur bis zu einer maximalen Länge expandieren kann. In entsprechender Weise sorgt ein erster Anschlag 142 dafür, dass der metallische Balg 140 nur bis zu einer minimalen Länge bzw. „maximalen Kürze“ komprimiert werden kann. Der erste Anschlag 142 ergibt sich aus der unteren Oberfläche des Vorsprungs 152 sowie aus einer oberen Oberfläche einer unteren Wand 154 des Koppelelements 150.
Um den Innendruck in dem metallischen Balg 140 auf geeignete Weise einstellen zu können, ist der Sensor 170 mit einer Steuereinheit 135 gekoppelt, welche den z-Antrieb 130 (unter anderem) in Abhängigkeit von der aktuell gemessenen Einfederung dz ansteuert. Dieser Anteil der Ansteuerung kann auch als eine vom Innendruck abhängige Regelung bezeichnet werden.
2 zeigt einen Teil des Bestückkopfes aus 1 zusammen mit der bereits vorstehend erwähnten Druckerzeugungseinrichtung 160. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind einige Komponenten des Bestückkopfes in 1 nicht dargestellt.
Abhängig von der Einfederung dz des metallischen Balgs 140 bestimmt der Innendruck die Bestückkraft F auf unterschiedliche Weise. Wenn sich das Koppelelement 150 zwischen den beiden Anschlägen 142 und 144 befindet, dann bestimmt eine Wirkfläche A1, welche sich aus einem effektiven Querschnitt des metallischen Balgs 140 ergibt, den pneumatischen Anteil an der Bestückkraft F gemäß Gleichung (1) und Gleichung (2). $F = F_{Vorspannung} + F_{Feder} + F_{Druck} k$
$F = F_{Vorspannung} + dz*d + p_{diff} *A1$
Dabei steht F_Vorspannung für die Vorspannung des als metallischer Balg ausgebildeten pneumatisch aktuierbaren Federelements 140. F_Feder steht für die durch die Einfederung dz bestimmten Federkraft, welche sich aus der Einfederung dz und der Federkonstante d (vgl. Hook'sches Gesetz) ergibt. F_Druck ist der pneumatische Anteil an der Bestückkraft F und ergibt sich aus dem Differenzdruck pdiff und der Wirkfläche A1. Der Differenzdruck pdiff ist der Druckunterschied zwischen dem Innendruck pinnen des metallischen Balges 140 und einem Umgebungsdruck bzw. Außendruck p_außen .
Wenn sich das Koppelelement 150 an dem zweiten Anschlag 144 befindet bzw. dieser gegeben ist, dann bestimmt eine Wirkfläche A2, welche dem Querschnitt des Saugkanals 182 entspricht, den pneumatischen Anteil an der Bestückkraft F. Dies bedeutet, dass gegenüber der Gleichung (1b) die Fläche A2 anstelle der Fläche A1 Berücksichtigung findet. Damit wird der pneumatische Anteil an der Bestückkraft F beim Erreichen des zweiten Anschlags 144 entsprechend dem Flächenverhältnis A1/A2 erheblich reduziert. Dies stellt einen bedeutenden Vorteil bei der gewünschten Begrenzung der Bestückkraft F dar.
Nachfolgend wird anhand des Ablaufs eines Bestückprozesses im Detail beschrieben, wie die Bestückkraft F durch ihren pneumatischen Anteil mitbestimmt wird. Dazu wird der Bestückprozess in vier unterschiedlichen Phasen betrachtet.
Phase (A):
Die erste Phase ist das Erkennen eines mechanischen Kontaktes des Bauelements 190 mit dem Bauelementeträger 195. Die Bestückkraft F ist gegeben durch (a) die auftreffende Masse der in Bezug zu dem Chassis 110 beim Aufsetzvorgang bewegten Komponenten des Bestückkopfes 100, (b) deren Auftreffgeschwindigkeit und (c) die durch die Federvorspannung des Federelements 140 bewirkte Vorspannungskraft F_Vorspannung. Die Vorspannungskraft F_Vorspannung kann durch einen gezielt eingestellten negativen Luftdruck im Inneren des Federelements 140 reduziert werden. Diese Reduzierung ergibt sich aus dem Produkt aus dem Differenzdruck p_diff und der Wirkfläche A1. Des Weiteren ist die auftreffende Masse der bewegten Komponenten im Vergleich zu bekannten Bestückprozessen erheblich reduziert, weil hier nur das Koppelelement 150 und die Bauelement-Haltevorrichtung 180 abgebremst werden müssen. Diese Masse ist deutlich geringer als das komplette Segment, welches in Bezug auf seine bewegte Masse insbesondere noch die Pinole 120 und den bewegten Teil des z-Antriebs 130 umfasst.
Phase (B):
In der zweiten Phase erfolgt ein Abbremsen der Bewegung der Pinole (durch eine geeignete Ansteuerung des z-Antriebs) und das Zurückfahren auf eine bestimmte, zuvor beim Aufsetzvorgang gelernte Position. Der einen Wegsensor darstellende Sensor 170 hat den Aufsetzvorgang erkannt und (gemeinsam mit der Steuereinrichtung 135) aufgezeichnet. Geeignete Steuerungsalgorithmen berechnen nun eine neue Zielposition für die Einfederung dz. In dieser Phase steht die Bauelement-Haltevorrichtung 180 weiter in Kontakt mit dem Bauelement 190.
Phase (C):
In der dritten Phase erfolgt ein (Ab)Lösen des Bauelements 190 von der Bauelement-Haltevorrichtung, ohne dass die Bestückkraft F über die bereits aufgebaute Kraft beim Einfedern des Federelements 140 wesentlich ansteigt. Dies ist wichtig, um die Bestückkraft F in jedem Moment des Bestückprozesses nicht über eine gewünschte maximale Bestückkraft ansteigen zu lassen.
Die Pinole 120 wird mittels der Weginformation bzw. der Einfederung dz, die von dem Wegsensor 170 erfasst wird, so weit zurückgefahren, dass das Federelement 140 gerade noch nicht den Anschlag 144 erreicht. Das Erreiche des Anschlags 144 wird als „Ausfedern“ bezeichnet. Das Zurückfahren erfolgt bis zu der in der zweiten Phase (B) gelernten neuen Zielposition. Optimal wäre zwar eine verschwindend kleine Einfederung (d.h. ein kleines Abheben vom Anschlag 144), dies ist jedoch aufgrund von mechanischen Toleranzen praktisch nicht möglich. Dann wird der Luftdruck im Inneren des Federelements 140 langsam bis zu einem Abblas-Druck erhöht, welcher in bekannter Weise das Loslösen des Bauelements 190 von der Bauelement-Haltevorrichtung 180 unterstützt. Der bisher eingestellte negative Differenz-Luftdruck wird dabei auf einen positiven Differenz-Luftdruck angehoben. Der Druckanstieg im Inneren des Federelements 140 führt zu einer „positiven Kraft“. Dieser Druckanstieg führt nicht zu einer Erhöhung bzw. einer besonders hohen Bestückkraft F, weil gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel die Steuereinheit 135 den z-Antrieb 130 so einstellt, dass es zumindest annähernd keine Gegenkraft gibt. Der Druckanstieg im Inneren des Federelements 140 ist dann die einzige Kraft, welche die Pinole 120 nach oben bewegt und zu dem Entspannen des Federelements 140 bis zu dem zweiten Anschlag 144 führt. Die Steuereinheit 135 für den z-Antrieb 130 sorgt dabei dafür, dass die Bauelement-Haltevorrichtung 180 (noch) nicht von dem Bauelement 190 abhebt, bis der Innendruck den gewünschten positiven Abblas-Druck entspricht. Dieser Abblas-Druck hat aber keine relevante Kraftwirkung auf das Bauelement 190, weil die effektive Druck-Wirkfläche nur noch die Querschnittsfläche A2 des Saugkanals 182 ist. Diese Wirkfläche A2 des Innendruckes ist um ein Vielfaches kleiner als die Wirkflache A1 des metallischen Balges 140 bzw. des vorgespannten Federelementes 140.
Phase (D):
Die vierte Phase ist der Abschluss des Bestückprozesses. Die Pinole 120 zusammen mit dem Federelement 140, dem Koppelelement 150 und der Bauelement-Haltevorrichtung 180 werden von dem nun bestückten Bauelement 190 weg bzw. in 1 nach oben gefahren.
Bezugszeichenliste

100: Bestückkopf
110: Chassis
120: Pinole
122: Bohrung
130: z-Antrieb
135: Steuereinheit
140: pneumatisch aktuierbares Federelement / Metallbalg
142: erster Anschlag (für max. Kompression)
144: zweiter Anschlag (für max. Expansion)
150: Koppelelement
152: Vorsprung
154: untere Wand
160: Druck-Erzeugungseinrichtung
170: Sensor / Wegsensor
180: Bauelement-Haltevorrichtung / Saugpipette
182: Saugkanal
190: Bauelement
195: Bauelementeträger
F: Bestückkraft
A1: Wirkfläche für Differenzdruck wenn Federelement nicht am Anschlag / effektiver Querschnitt Federelement
A2: Wirkfläche für Differenzdruck wenn Federelement am Anschlag / Querschnitt Saugkanal
dz: Einfederung
p_innen: Druck im Federelement 140
p_außen: Druck außerhalb des Federelements 140

Claims

Bestückkopf (100) zum Bestücken von Bauelementeträgern (195) mit elektronischen Bauelementen (190), der Bestückkopf (100) aufweisend ein Chassis (110); eine Pinole (120), welche relativ zu dem Chassis (110) entlang einer z-Achse verschiebbar gelagert ist; einen z-Antrieb (130) zum Verschieben der Pinole (120) entlang der z-Achse; ein pneumatisch aktuierbares Federelement (140), welches eine mechanische Schnittstelle zwischen der Pinole (120) und einem Koppelelement (150) darstellt; und das Koppelelement (150), welches derart ausgebildet ist, dass eine Bauelement-Haltevorrichtung (180) an einem distalen Ende des Koppelelementes (150) an dem Koppelelement (150) lösbar anbringbar ist; wobei ein Innendruck in dem pneumatisch aktuierbaren Federelement (140) eine Bestückkraft (F) bestimmt, welche beim Aufsetzen eines Bauelements (190) auf einen Bauelementeträger (195) auf das Bauelement (190) wirkt.
Bestückkopf (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend eine Druck-Erzeugungseinrichtung (160), welche mit dem pneumatisch aktuierbaren Federelement (140) pneumatisch gekoppelt ist und welche konfiguriert ist, das pneumatische aktuierbare Federelement (140) mit einem Differenzdruck gegenüber einem Umgebungsdruck (p_außen) zu beaufschlagen.
Bestückkopf (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das pneumatisch aktuierbare Federelement (140) einen Balg aufweist.
Bestückkopf (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der Balg ein Metallbalg ist.
Bestückkopf (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Sensor (170) zum Messen eines Kompressionszustandes und/oder eines Expansionszustandes des Federelementes (140).
Bestückkopf (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Pinole (120) und/oder das Koppelelement (150) derart ausgebildet sind, dass (i) eine Kompression des Federelements (140) mittels eines ersten Anschlags (142) auf eine maximale Kompression beschränkt wird und/oder (ii) eine Expansion des Federelements (140) mittels eines zweiten Anschlags (144) auf eine maximale Expansion beschränkt wird.
Bestückautomat zum Bestücken von Bauelementeträgern (195) mit elektronischen Bauelementen (190), der Bestückautomat aufweisend einen Bestückkopf (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zum Aufnehmen der Bauelemente (190) von jeweils einer Bauelement-Abholposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung mittels einer Bauelement-Haltevorrichtung (180), welche an dem Koppelelement (150) des Bestückkopfes (100) angebracht ist, zum Transportieren der aufgenommenen Bauelemente (190) in einen Bestückbereich des Bestückautomaten und zum Aufsetzen der transportierten Bauelemente (190) an einer vorbestimmten Bestückposition auf einem Bauelementeträger (195), welcher sich in dem Bestückbereich befindet.
Verfahren zum Bestücken eines Bauelementeträgers (195) mit elektronischen Bauelementen (190) unter Verwendung eines Bestückkopfes (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, das Verfahren aufweisend Aufnehmen eines Bauelements (190) von einer Bauelement-Abholposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung mittels einer Bauelement-Haltevorrichtung (180), welche an dem Koppelelement (150) des Bestückkopfes (100) angebracht ist; Transportieren des von der Bauelement-Haltevorrichtung (180) aufgenommenen Bauelements (190) in einen Bestückbereich eines Bestückautomaten; Aufsetzen des transportierten Bauelementes (190) an einer vorbestimmten Bestückposition auf dem Bauelementeträger (195), welcher sich in dem Bestückbereich befindet; Bewegen des Bestückkopfes (100) von der Bestückposition weg, um ein weiteres Bauelement (190) von der Bauelement-Haltevorrichtung (180) aufzunehmen.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Aufsetzen des transportierten Bauelements (190) eine erste Phase des Bestückprozesses aufweist, in der durch eine Aktuierung des z-Antriebs (130) das von der Bauelement-Haltevorrichtung (180) aufgenommene Bauelement (190) senkrecht zu der Oberfläche des Bauelementeträgers (195) in Richtung des Bauelementeträgers (195) bewegt wird und ein Auftreffen des Bauelements (190) an der Oberfläche des Bauelementeträgers (195) detektiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei vor dem Auftreffen des Bauelements (190) an der Oberfläche des Bauelementeträgers (195) das pneumatisch aktuierbare Federelement (140) mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt wird, welcher eine pneumatische Federvorspannung erzeugt, die zusammen mit einer mechanischen Vorspannung des Federelements (140) dazu führt, dass im weiteren Bestückprozess eine vorbestimmte maximale Bestückkraft (F) nicht überschritten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der vorbestimmte Druck gegenüber einem Umgebungsdruck (p_außen) ein Unterdruck ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Aufsetzen des transportierten Bauelements (190) nach der ersten Phase des Bestückprozesses eine zweite Phase des Bestückprozesses aufweist, in der das Bauelement (190) mit der Oberfläche des Bauelementeträgers (195) in mechanischem Kontakt steht, bewegliche Komponenten (120) des Bestückkopfes (100), welche während der ersten Phase senkrecht zu der Oberfläche des Bauelementeträgers (195) in Richtung des Bauelementeträgers (195) bewegt werden, abgebremst werden und danach durch eine Aktuierung des z-Antriebs (130) von dem Bauelementeträger (195) weg bewegt werden, bis sie eine Zielposition erreichen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Bewegen des Bestückkopfes (100) von der Bestückposition weg nach der zweiten Phase eine dritte Phase des Bestückprozesses aufweist, in der der Druck in Inneren des pneumatisch aktuierbaren Federelements (140) bis zu einem vorgegebenen Abblas-Druck erhöht wird, welche das Bauelement (190) von der Bauelement-Haltevorrichtung (180) ablöst.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das Bewegen des Bestückkopfes (100) von der Bestückposition weg nach der dritten Phase eine vierte Phase des Bestückprozesses aufweist, in der die beweglichen Komponenten (120) von dem Bauelement (190) weg bewegt werden.