DE102018127276B3 - Bauelement-Zuführvorrichtung für eine positionsadaptive Bereitstellung von Bauelementen an einer Abholposition, Bestücksystern und Verfahren zum Bereitstellen von Bauelementen - Google Patents

Bauelement-Zuführvorrichtung für eine positionsadaptive Bereitstellung von Bauelementen an einer Abholposition, Bestücksystern und Verfahren zum Bereitstellen von Bauelementen Download PDF

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Abstract

Beschrieben wird eine Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) zum Bereitstellen von Bauelementen an einer Abholposition. Die Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) weist auf (a) ein Chassis (110); (b) einen Mechanismus zum Fördern der Bauelemente zu einer Bereitstellungstruktur (186), in oder an welcher sich die Abholposition befindet; (c) einen Antrieb (115, 520, 542, 544) mit einer stationären Komponente, welche mit dem Chassis (110) gekoppelt ist, und mit einer beweglichen Komponente (540, 552), welche mit der Bereitstellungstruktur (180, 186) gekoppelt ist, und (d) eine Steuereinheit zum Steuern des Antriebs (115, 520, 542, 544) derart, dass die Bereitstellungstruktur (180, 186) zumindest entlang einer Z-Richtung in Bezug zu dem Chassis (110) verfahrbar ist. Erfindungsgemäß ist die Bauelement-Zuführvorrichtung als ein Vibrationsförderer (100, 500, 600) ausgebildet, welcher ein Aktorsystem zum Vibrieren der Bereitstellungstruktur aufweist, wobei der Antrieb zum Verfahren der Bereitstellungsstruktur entlang der Z-Richtung mittels zumindest eines Aktors des Aktorsystems realisiert ist. Ferner werden beschrieben ein Bestückungssystem (630) mit einer solchen Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) sowie ein Verfahren zum Bereitstellen von Bauelementen unter Verwendung einer solchen Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600).

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Bestückung von Bauelementeträgern mit (elektronischen) Bauelementen und genauer die Zuführung von Bauelementen zu einem Bestückprozess, welcher mittels eines Bestückungsautomaten ausgeführt wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Bauelement-Zuführvorrichtung zum Bereitstellen von Bauelementen an einer Abholposition, an welcher die Bauelemente von einem Bestückkopf aufgegriffen und dann auf einen Bauelementeträger platziert werden können. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Bestückungssystem, welches einen Bestückautomaten sowie zumindest eine solche Bauelement-Zuführvorrichtung aufweist und ein Verfahren zum Bereitstellen von Bauelementen unter Verwendung einer solchen Bauelement-Zuführvorrichtung.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Bei der maschinellen Bestückung von Bauelementeträgern mit (elektronischen) Bauelementen werden die zu verarbeitenden Bauelemente einem Bestückungsprozess zugeführt, welcher typischerweise in einem Bestückautomaten durchgeführt wird. Die Zuführung der Bauelemente erfolgt dabei üblicherweise derart, dass diese an einer definierten Bauelement-Abholposition bereitgestellt werden, um dann von dort schnell und zuverlässig von einem Bestückkopf des Bestückautomaten aufgegriffen und in einer vorgegebenen räumlichen Lage und Orientierung auf dem betreffenden Bauelementeträger aufgesetzt werden zu können.
  • Um eine zuverlässige Zuführung oder Bereitstellung von Bauelementen zu gewährleisten, werden die Bauelemente in der Regel in sog. Bauelement-Gurte verpackt. Diese Gurte werden mittels einer speziellen Gurt-Bauelement-Zuführvorrichtung schrittweise an den Bestückautomaten herangeführt, so dass die in dem Bauelementgurt befindlichen Bauelemente sequentiell und in einer definierten räumlichen Lage in die Bauelement-Abholposition gefördert werden. Das Verpacken von Bauelementen in derartige Bauelementgurte ist allerdings aufwendig. Zudem muss das Gurtmaterial nach einer Entnahme der Bauelemente als Abfall entsorgt werden.
  • Um ein aufwendiges Verpacken und die genannte Abfallproblematik zu vermeiden, ist es bekannt, sog. Vibrationsförderer einzusetzen, welche die zu verarbeitenden Bauelemente in Form von Schüttgut transportieren können. Allerdings ist ein erheblicher insbesondere mechanischer Aufwand notwendig um die Bauelemente sequentiell an eine bestimmte Bauelement-Abholposition zu bringen. Um dies zu erreichen, werden Vibrationsförderer häufig so gebaut, dass mittels mechanischer Führungseinrichtungen, welche häufig auch als „Schikanen“ bezeichnet werden, die Bauelemente sequentiell und in einer geeigneten Orientierung bereitgestellt werden.
  • Um ein sicheres Aufgreifen der Bauelemente und damit eine hohe Prozesssicherheit zu gewährleisten, ist es wichtig, die Abholposition in Bezug zu dem Koordinatensystem des betreffenden Bestückungsautomaten genau zu kennen, damit der Bestückkopf die bereitgestellten Bauelemente richtig „anfahren“ kann. Ein Bereitstellen der Bauelemente an einer für den Bestückkopf ungünstigen Stelle kann dazu führen, dass der Zugriff auf das jeweilige Bauelement nicht sicher ist und/oder dass der Bestückkopf unnötige Verfahrwege zurücklegen muss, um das jeweilige Bauelement zu greifen.
  • DE 10 2013 219 473 A1 und DE 10 2016 106 266 A1 offenbaren jeweils eine als ein Vibrationsförderer ausgebildete Bauelement-Zuführvorrichtung, welche ein optisches System zum Erfassen der Art, der Anzahl und/oder der Position von zumindest einem in oder an einer Bereitstellungstruktur bereitgestellten Bauelement aufweist. Die Bereitstellungstruktur weist eine optisch transparente Präsentationsplatte auf, an deren Oberseite die Bauelemente bereitgestellt werden. Die Bauelement-Zuführvorrichtung weist ferner ein optisches System mit einer Kamera und einer Optik auf, welche derart konfiguriert sind, dass Bauelemente, die sich an einer Abholposition befinden, von unten durch die optisch transparente Präsentationsplatte hindurch erfassbar sind.
  • WO 2016 208069 A1 offenbart ein Bestücksystem mit einem Bauelement-Speicher, in dem die Bauelemente in Form von Chips eines Wafers aufbewahrt sind. Die Wafer befinden sich in einem Regal des Bauelement-Speichers. Mittels einer Handhabungsvorrichtung wird jeweils ein Wafer aus dem Speicher herausgenommen und auf einen Tisch transferiert. Von dort können die Bauelemente bzw. die Chips aus dem Wafer heraus von einem Bestückkopf aufgegriffen und auf ein Substrat aufgesetzt werden. Der Tisch ist mittels einer Höhen-Verstelleinheit vertikal verfahrbar.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bereitstellung von Bauelementen für einen Bestückprozess dahingehend zu vereinfachen, dass die Bauelemente auf einfache Weise zuverlässig und effizient von einem Bestückkopf eines Bestückungsautomaten aufgegriffen werden können.
  • 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 eine Bauelement-Zuführvorrichtung zum Bereitstellen von Bauelementen an einer Abholposition. Die beschriebene Bauelement-Zuführvorrichtung weist auf (a) ein Chassis; (b) einen Mechanismus zum Fördern der Bauelemente zu einer Bereitstellungstruktur, in oder an welcher sich die Abholposition befindet; (c) einen Antrieb mit einer stationären Komponente, welche mit dem Chassis (starr) gekoppelt ist, und mit einer beweglichen Komponente, welche mit der Bereitstellungstruktur (starr) gekoppelt ist, und (d) eine Steuereinheit zum Steuern des Antriebs derart, dass die Bereitstellungstruktur zumindest entlang einer Z-Richtung in Bezug zu dem Chassis verfahrbar ist. Erfindungsgemäß ist die Bauelement-Zuführvorrichtung als ein Vibrationsförderer ausgebildet, welcher ein Aktorsystem zum Vibrieren der Bereitstellungstruktur aufweist, wobei der Antrieb zum Verfahren der Bereitstellungsstruktur entlang der Z-Richtung mittels zumindest eines Aktors des Aktorsystems realisiert ist.
  • Der beschriebenen Bauelement-Zuführvorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine räumliche Variation der Bauelement-Abholposition der Zugriff eines Bestückkopfes eines Bestückungsautomaten, an welchem die Bauelement-Zuführvorrichtung über eine geeigneten Schnittstelle (lösbar) angebracht ist, auf ein bereitgestelltes Bauelement auch während des Betriebes des Bestückungsautomaten und/oder der daran angebrachten Bauelement-Zuführvorrichtung in Hinblick auf einen möglichst kurzen Verfahrweg des Bestückkopfes optimiert werden kann. Die Variation entlang der Z-Richtung, welche im Betrieb der Bauelement-Zuführvorrichtung typischerweise die vertikale Richtung (parallel zur Gravitationskraft) ist, kann derart ausgeführt werden, dass der Verfahrweg einer an dem Bestückkopf verschiebbar angebrachten Bauelement-Haltevorrichtung, insbesondere eines Sauggreifers, entlang der vertikalen Z-Richtung verkürzt werden kann, so dass der Bestückprozess beschleunigt wird. Dies führt zu einer verbesserten Bestückleistung, wobei unter dem Begriff „Bestückleistung“ diejenige Anzahl an Bauelementen zu verstehen ist, welche innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne mittels des betreffenden Bestückungsautomaten auf zu bestückende Bauelementeträger aufgesetzt werden können.
  • Unter dem Begriff „Chassis“ kann in diesem Dokument jede Rahmen- oder Trägerstruktur verstanden werden, welche die einzelnen Komponenten der Bauelement-Zuführvorrichtung trägt. An dem Chassis ist insbesondere eine geeignete Schnittstelle angebracht oder ausgebildet, über welche die Bauelement-Zuführvorrichtung an dem Bestückungsautomaten (lösbar) angebracht werden kann. Eine solche Schnittstelle kann nicht nur eine rein mechanische Schnittstelle umfassen. Auch eine elektrische Schnittstelle, beispielsweise für eine Energieversorgung von dem Bestückungsautomaten zu der Bauelement-Zuführvorrichtung und/oder eine Datenschnittstelle für eine Kommunikation zwischen Bestückungsautomaten und der Bauelement-Zuführvorrichtung kann an der Bauelement-Zuführvorrichtung vorgesehen sein.
  • Unter dem Begriff „Mechanismus zum Fördern der Bauelemente“ kann in diesem Dokument jede funktionale Einrichtung verstanden werden, welche in der Lage ist, die Bauelemente von einem Reservoir zu der Abholposition zu fördern. Abhängig von der Art der Bauelement-Zuführvorrichtung kann diese funktionale Einrichtung völlig unterschiedlich ausgebildet sein.
  • Im Falle eines sogenannten Gurt-Förderers weist dieser Mechanismus insbesondere einen Drehantrieb sowie ein damit verbundenes Stiftrad auf, welches in Öffnungen des betreffenden Bauelement-Gurtes eingreift und diesen bei einer Aktivierung des Drehantriebes zu der Bauelement-Abholposition hin bewegt. Bei einem Gurt-Förderer kann ein Gebinde bzw. ein Spulenkörper, auf welchem der Bauelement-Gurt mit den jeweils in einer sog. Gurttasche bevorrateten Bauelementen aufgewickelt ist, als ein Bauelement-Reservoir angesehen werden.
  • Im Falle eines Vibrationsförderers kann eine vibrierende Förderstruktur mit einer an der Oberfläche der Förderstruktur ausgebildeten Förderstrecke bzw. Förderbereich ggf. zusammen mit geeigneten Vibrationsaktoren als der „Mechanismus zum Fördern der Bauelemente“ aufgefasst werden. Das Reservoir ist in diesem Fall ein Behälter, in welchem sich die Bauelemente in Form von Schüttgut befinden. Die Bereitstellungsstruktur kann eine einfache (ebene) Platte sein, auf welche die Bauelemente einem Bestückkopf zur Abholung präsentiert werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass im Falle eines Vibrationsförderers die Abholposition, an welcher das betreffende Bauelement mittels Vibration gefördert wird, nicht vorab bekannt bzw. bestimmt ist. Vor der Abholung ist deshalb noch für jedes einzelne Bauelement eine Messung erforderlich, beispielsweise eine optische Erfassung mittels einer Kamera, wo genau die Abholposition für das jeweilige Bauelement liegt. Vorab bekannt ist lediglich, dass sich diese Abholposition innerhalb eines bestimmten räumlich ausgedehnten Präsentationsbereiches in oder an der Bereitstellungstruktur befindet. Vor diesem Hintergrund ist der Ausdruck „zum Bereitstellen von Bauelementen an einer Abholposition“ in dem Kontext dieses Dokuments dahingehend zu verstehen, dass das betreffende Bauelement „irgendwohin“ in einen Präsentationsbereich gefördert wird. Die für jedes einzelne Bauelement (beliebige) Position, an welcher der Prozess der Vibrationsförderung (für dieses Bauelement) beendet wird und von der dieses Bauelement abgeholt wird, ist dann die Abholposition.
  • Unter dem Begriff „Bereitstellungsstruktur“ kann in diesem Dokument jede Struktur verstanden werden, auf bzw. an welcher Bauelemente einem Bestückkopf zum Zwecke einer Abholung präsentiert werden können. Im Falle eines Gurt-Förderers umfasst die Bereitstellungsstruktur geeignete Führungen und/oder eine Auflagefläche, welche dafür sorgen, dass zumindest derjenige Abschnitt des Bauelement-Gurtes, von welchem aktuell ein Bauelement entnommen wird, sich in einer möglichst genau definierten räumlichen Lage befindet. Im Falle eines Vibrationsförderers kann die Bereitstellungsstruktur mit einer einfachen ebenen Fläche realisiert werden (ggf. mit einer Umrandung zum Verhindern eines unerwünschten Herunterfallens von Bauelementen), auf welcher ein oder mehrere Bauelemente einem Bestückkopf für eine Abholung präsentiert werden.
  • Unter dem Begriff „Antrieb“ kann in diesem Dokument jede Art von Stelleinrichtung verstanden werden, die konfiguriert ist, die Bereitstellungsstruktur relativ zu dem Chassis zu bewegen. Der Antrieb kann sein (a) ein mechanischer Antrieb, beispielsweise eine Spindel oder ein Exzenter, (b) ein elektrischer Antrieb, beispielsweise ein Linearmotor, und/oder (c) ein pneumatischer oder hydraulischer Antrieb, beispielsweise ein Hubzylinder.
  • Unter dem Begriff „Steuereinrichtung“ kann eine Treiberschaltung für den Antrieb und/oder eine Datenverarbeitungseinrichtung verstanden werden, welche dafür sorgt bzw. sorgen, dass die Bereitstellungstruktur in der gewünschten Weise bewegt wird. In der Datenverarbeitungseinrichtung kann eine Software zu Einsatz kommen, welche eine optimale Z-Position für die Bereitstellungstruktur berechnet. Dies kann beispielsweise mittels einer Kalibrierprozedur erfolgen, bei der (beispielsweise mittels einer Kamera) Störkonturen und der Bereich um die Abholposition vermessen werden, so dass ein optimaler Abstand zu dem Bestückkopf eingestellt werden kann, bei dem ein vertikaler Verfahrweg einer Bauelement-Haltevorrichtung des Bestückkopfes minimiert ist.
  • Eine Variation der Z-Position der Bereitstellungsstruktur kann (dynamisch) beispielsweise dann erfolgen, wenn ein Wechsel des Typs von Bauelement vorgenommen wird, der mit der beschriebenen Bauelement-Zuführvorrichtung bereitgestellt wird. Insbesondere kann die Bereitstellungsstruktur nach unten bewegt werden, wenn Bauelemente bereitgestellt werden, die im Vergleich zu Bauelementen, die zuvor gehandhabt wurden, eine größere Höhe haben. In entsprechender Weise kann bei einem Wechsel von hohen Bauelementen zu niedrigen Bauelementen die Bereitstellungsstruktur nach oben gefahren werden, so dass von einer Bauelement-Haltevorrichtung und/oder von dem Bestückkopf beim Aufgreifen eines Bauelements stets lediglich ein minimaler Abstand entlang der Z-Richtung zurückgelegt werden muss. In jedem Fall kann durch die Verstellbarkeit entlang der Z-Richtung ein Beitrag für eine hohe Bestückleistung geleistet werden.
  • Eine Variation der Z-Position der Bereitstellungsstruktur kann beispielsweise auch zu dem Zweck erfolgen, einen individuellen Toleranzausgleich für die Bauelement-Zuführvorrichtung und/oder für die individuelle mechanische Anbringung der Bauelement-Zuführvorrichtung an dem Bestückungsautomaten vorzunehmen. Dadurch kann die Genauigkeit der Bauelement-Bereitstellung für jede einzelne Bauelement-Zuführvorrichtung individuell erhöht und ein „Bauelement-Zuführvorrichtung individueller Beitrag“ für eine hohe Bestückleistung geleistet werden.
  • Anschaulich ausgedrückt verfügt die beschriebene Bauelement-Zuführvorrichtung über eine Funktionalität, mit der die Abholposition (dynamisch) entlang der (vertikalen) Z-Richtung variiert werden kann. Die Z-Position der Abholposition kann durch die Steuereinheit so eingestellt werden, dass die Abholposition möglichst nah an dem Bestückkopf liegt. Dadurch kann der vertikale Verfahrweg des Bestückkopfes und/oder der betreffenden Bauelement-Haltevorrichtung minimiert und dadurch ein Beitrag für eine hohe Bestückleistung erbracht werden. Außerdem können Toleranzen kompensiert werden, so dass sich verschiedene Bauelement-Zuführvorrichtungen zumindest annähernd gleich verhalten, soweit es jedenfalls den Abstand von dem Bestückkopf zu der Abholposition betrifft.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Bauelement-Zuführvorrichtung ferner zumindest einen weiteren Antrieb auf, welcher (von der Steuereinheit) derart ansteuerbar ist, dass die Bereitstellungstruktur zumindest entlang einer X-Richtung und/oder entlang einer Y-Richtung in Bezug zu dem Chassis veränderbar ist, wobei die X-Richtung und die Y-Richtung senkrecht zu der Z-Richtung sind.
  • Bei dieser Ausführungsform kann die Abholposition zumindest entlang einer weiteren Raumrichtung variiert und damit die Abholgenauigkeit und/oder die Abholeffizient weiter verbessert werden. Auch der vorstehend beschriebene Toleranzausgleich kann auf vorteilhafte Weise in Bezug zu zumindest einer weiteren Richtung realisiert werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Bauelement-Zuführvorrichtung ferner eine Schnittstellenstruktur auf, welche (direkt oder indirekt) an der beweglichen Komponente und/oder (direkt oder indirekt) an der Bereitstellungstruktur angebracht oder ausgebildet ist, wobei die Schnittstellenstruktur derart konfiguriert ist, dass die Bereitstellungstruktur (direkt oder indirekt) lösbar an der beweglichen Komponente anbringbar ist. Dies hat den Vorteil, dass jeweils eine von verschiedenen Bereitstellungstrukturen, ggf. verwendet zum Fördern von unterschiedlichen (Typen von) Bauelementen, lösbar bzw. reversibel an der beweglichen Komponente angebracht werden kann. Beispielsweise bei einem Wechsel von Bauelementen, insbesondere im Rahmen einer sog. Umrüstung eines Bestückautomaten, kann dann eine Bereitstellungstruktur gegen eine andere (unterschiedlich dimensionierte) Bereitstellungstruktur ausgetauscht werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Bauelement-Zuführvorrichtung ferner auf ein optisches System zum Erfassen der Art, der Anzahl und/oder der Position von zumindest einem in oder an der Bereitstellungstruktur bereitgestellten Bauelement.
  • Eine (exakte) optische Erfassung von einem bereitgestellten Bauelement oder von mehreren bereitgestellten Bauelementen hat den Vorteil, dass der Bereitstellungsprozess überwacht und damit eine hohe Prozesssicherheit erreicht werden kann. Durch eine Erfassung der Art des zumindest einen bereitgestellten Bauelements kann beispielsweise verhindert werden, dass ein falsches Bauelement von dem betreffenden Bestückkopf aufgegriffen und für eine Bestückung verwendet wird. Ein als falsch oder auch als beschädigt erkanntes Bauelement kann verworfen werden, indem es einem Abfallreservoir zugeführt wird. Durch eine Erfassung der exakten Position des zumindest einen Bauelements kann der Abholprozess dadurch verbessert werden, dass bei einer Positionsverschiebung des Bauelements der das Bauelement abholende Bestückkopf in geeigneter Weise positioniert wird, so dass Positionstoleranzen bei der Bereitstellung von zumindest einem Bauelement kompensiert werden können.
  • Bei einem Vibrationsförderer kann durch eine optische Erfassung der mittels Vibration auf einer Förderstrecke zu der Bereitstellungstruktur geförderten Bauelemente das Förderverhalten des Vibrationssystems der Bauelement-Zuführvorrichtung überwacht und bei Bedarf angepasst werden. Eine solche Anpassung kann insbesondere darin bestehen, dass in dem Bereich der Bereitstellungstruktur stets eine geeignete Anzahl von Bauelementen für eine zuverlässige Abholung durch einen Bestückkopf bereitgestellt ist. Ggf. können auch Bauelemente zurückgefördert bzw. zurückvibriert werden. Ein solches „Zurück-Fördern“ kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn sich zu viele Bauelemente in dem Präsentationsbereich befinden, so dass aufgrund einer zu geringen Beabstandung zwischen verschiedenen Bauelementen ein zuverlässiges Aufgreifen von Bauelementen nicht möglich ist.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Steuereinheit und der Antrieb derart konfiguriert, dass die Bereitstellungsstruktur in eine Fokusebene des optischen Systems fahrbar ist. Dies hat den Vorteil, dass auch bei verschiedenen räumlichen Konfigurationen stets eine zuverlässige optische Erfassung des zumindest einen Bauelements möglich ist.
  • Durch die beschriebene Verfahrbarkeit der Bereitstellungsstruktur in die Fokusebene oder, abhängig von der Größe des betreffenden Bauelements, in einen Bereich um die Fokusebene herum, kann eine zuverlässige optische Erfassung auch dann gewährleistet werden, wenn mit der beschriebenen Bauelement-Zuführvorrichtung unterschiedliche Arten von Bauelementen, gefördert werden, welche insbesondere eine unterschiedliche Höhe haben.
  • Die beschriebene Verschiebbarkeit der Bereitstellungsstruktur in Bezug zu der Fokusebene kann auch dann auf vorteilhafte Weise zum Einsatz kommen, wenn für die beschriebene Bauelement-Zuführvorrichtung räumlich unterschiedlich dimensionierte Bereitstellungsstrukturen verwendet werden. Dies gilt insbesondere für einen Vibrationsförderer, bei dem die Bauelemente in einer auswechselbaren Kartusche bzw. Kassette (engl. Cartridge) gefördert werden, welche neben der Bereitstellungstruktur auch noch einen Förderbereich mit einer Förderstrecke umfasst sowie ein Reservoir zum Aufnehmen einer Vielzahl von vereinzelten Bauelemente und zum (dosierten) Abgeben von vereinzelten Bauelemente an bzw. auf den Förderbereich aufweist. Dabei können das Reservoir, der Förderbereich und die Bereitstellungsstruktur (einstückig) als eine längliche „Cartridge“ ausgebildet sein. Unterschiedlich dimensionierte Kartuschen, welche über eine geeignete (mechanische) Schnittstelle direkt oder indirekt an die bewegliche Komponente des Antriebs angekoppelt werden können, können beispielsweise auf vorteilhafte Weise für unterschiedlich (große) Bauelemente verwendet werden. Dadurch vergrößert sich die Flexibilität der beschriebenen Bauelement-Zuführvorrichtung bei gleichbleibend hoher Prozesssicherheit in Hinblick auf die Handhabung unterschiedlicher Bauelemente.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Bereitstellungstruktur eine optisch transparente Präsentationsplatte auf, an deren Oberseite die Bauelemente bereitgestellt werden. Ferner weist das optische System eine Kamera sowie eine Optik auf, welche derart konfiguriert sind, dass Bauelemente, die sich an der Abholposition befinden, von unten durch die optisch transparente Präsentationsplatte hindurch erfassbar sind. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass sich das optische System auf platzsparende Weise in die Bauelement-Zuführvorrichtung integrieren lässt. Damit kann die Bauelement-Zuführvorrichtung als ein kompaktes Modul realisiert werden, welches anstelle oder neben anderen Bauelement-Zuführsystemen, die in Gurte verpackte Bauelemente fördern, an einen Bestückautomaten angebracht werden kann.
  • Die Optik kann eine Linse und/oder einen Spiegel aufweisen. Der Spiegel kann einen abbildenden (gekrümmten) Spiegel oder einen einfachen (planen) Reflektor bzw. Umlenkspiegel umfassen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass für eine möglichst zuverlässige optische Erfassung der Bauelemente die Bereitstellungsstruktur an eine Position gefahren werden sollte, in der sich diejenige Seite des jeweiligen Bauelements, welche Seite dem optischen System zugewandt ist und welche damit von der Kamera erfasst wird, möglichst genau in der Fokusebene befindet.
  • Wie bereits vorstehend spezifiziert, ist erfindungsgemäß die Bauelement-Zuführvorrichtung als ein Vibrationsförderer ausgebildet, welcher ein Aktorsystem zum Vibrieren der Bereitstellungstruktur aufweist, wobei der Antrieb zum Verfahren der Bereitstellungsstruktur entlang der Z-Richtung mittels zumindest eines Aktors des Aktorsystems realisiert ist.
  • Anschaulich ausgedrückt übernimmt anstelle eines eigenen, separaten Aktuators ein Aktor des Aktorsystems, welches im Betrieb der Bauelement-Zuführvorrichtung für eine Vibration der Bereitstellungsstruktur sorgt, auch die Funktion der Verschiebung der Bereitstellungsstruktur entlang der Z-Richtung. Damit kann auf vorteilhafte Weise auf einen separaten Aktor für eine Verschiebung der Bereitstellungsstruktur entlang der Z-Richtung verzichtet werden. Dies hat nicht nur eine vorteilhafte Auswirkung auf die Herstellkosten sondern auch auf das räumliche Design der Bauelement Zuführvorrichtung, welche durch die „Mehrfachverwendung“ von zumindest einem Aktor innerhalb eines besonders kompakten Bauraums realisiert werden kann.
  • Das Aktorsystem kann von einer eigenen Steuerungseinrichtung betrieben werden. Bevorzugt wird jedoch die Steuereinheit, welche auch für die Verschiebung der Bereitstellungsstruktur entlang der Z-Richtung sorgt, auch für eine Ansteuerung der Aktoren des Aktorsystems verwendet.
  • Da es sich bei der Verschiebung der Bereitstellungsstruktur anschaulich ausgedrückt um eine räumliche Re-Konfiguration der Bauelement-Zuführvorrichtung handelt, wird diese in der Praxis vergleichsweise selten durchgeführt. Anlass für ein Verschieben der Bereitstellungsstruktur kann insbesondere ein Wechsel der Art der zuzuführenden Bauelemente und/oder eine (erneute) Kalibrierung der Bauelement-Zuführvorrichtung sein. Damit ist die „Frequenz“ der Verschiebung entlang der Z-Richtung im Vergleich zu der Vibrationsfrequenz deutlich geringer. Abhängig von der Art des verwendeten Vibrationsaktors, der auch für die Verschiebung verwendet wird, kann die Einstellung der Z-Position als ein Positionsoffset angesehen werden. Bei elektrischen und insbesondere bei auf dem piezoelektrischen Effekt basierenden Aktoren kann ein solcher Positionsoffset durch eine Gleichspannung erzeugt werden, wohingegen die Vibration der Bereitstellungsstruktur durch eine geeignete Wechselspannung erzeugt werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Aktorsystem zum Vibrieren der Bereitstellungstruktur zumindest zwei Z-Aktoren auf, welche dem Antrieb zum Verfahren der Bereitstellungsstruktur entlang der Z-Richtung zugeordnet sind. Dies bedeutet, dass der Antrieb zum Verfahren der Bereitstellungsstruktur entlang der Z-Richtung zumindest die beiden Z-Aktoren aufweist, welche auch für ein Vibrieren der Bereitstellungsstruktur vorgesehen sind.
  • Bei einer geeigneten räumlichen Beabstandung der beiden Z-Aktoren kann eine stabile Translationsbewegung entlang der Z-Richtung veranlasst werden, ohne dass eine größere unerwünschte Verkippung der Bereitstellungsstruktur zu besorgen wären. Auch dies trägt zu einer verbesserten Prozesssicherheit beim Abholen der Bauelemente bei.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können die beiden Z-Aktoren gleichphasig oder gegenphasig angesteuert werden.
  • Eine gleichphasige Ansteuerung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich die beiden Z-Aktoren in gleicher Weise bewegen. Bei einer Ansteuerung eines ersten der beiden Z-Aktoren, welche zu einer Bewegung der Bereitstellungsstruktur entlang der positiven Z-Richtung führt, bewirkt bei einer gleichphasigen Ansteuerung der andere der beiden Z-Aktoren ebenfalls eine Bewegung der Bereitstellungsstruktur entlang der positiven Z-Richtung. In entsprechender Weise bedeutet eine gegenphasige Ansteuerung, dass sich der eine Aktor dann entlang der positiven Z-Richtung bewegt, wenn sich der andere der beiden Aktoren entlang der negativen Z-Richtung bewegt.
  • Mit einer gegenphasigen Bewegung der beiden Z-Aktoren kann für eine Förderung der Bauelemente mittels Vibration ein Rotationsfreiheitsgrad der Bereitstellungsstruktur angeregt werden. Die Drehachse für eine solche rotatorische Vibration ist dann eine Achse, die senkrecht zu der Z-Richtung orientiert ist. Eine gleichphasige Bewegung der beiden Z-Aktoren führt je nach „Frequenz“ der Anregung zu einer Translation der Bereitstellungsstruktur entlang der Z-Richtung zu einem Anpassen der Höhenlage der Abholposition oder zu einer Vibration der Bereitstellungsstruktur entlang der Z-Richtung.
  • Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die Ansteuerung der Aktoren des Aktorsystems von der Steuereinheit und/oder von einer speziellen für die Vibration der Bereitstellungsstruktur vorgesehenen Steuereinrichtung vorgenommen werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die. Bauelement-Zuführvorrichtung ferner zumindest einen Bewegungssensor auf, welcher an der Bereitstellungstruktur angebracht oder mechanisch starr mit dieser gekoppelt ist.
  • Mit einem solchen Bewegungssensor kann auf vorteilhafte Weise das tatsächliche Bewegungsverhalten der Bereitstellungstruktur erfasst und so die Bewegung der Bereitstellungstruktur nicht nur gesteuert sondern geregelt werden kann. Dies gilt nicht nur für die erfindungsgemäße Bewegung bzw. Positionierung der Bereitstellungstruktur zum Zwecke einer Anpassung der (vertikalen) Lage der Abholposition sondern, alternative oder in Kombination, auch für das tatsächliche Vibrationsverhalten. Eine Überwachung des tatsächlichen Vibrationsverhaltens ist insbesondere bei Ausführungsformen von Vorteil, bei denen ein (vorstehend beschriebenes) optisches System zur Erfassung der Positionen von einzelnen Bauelementen vorhanden ist, so dass das Förderverhalten nicht nur gesteuert sondern sogar geregelt werden kann.
  • Der beschriebene zumindest eine Bewegungssensor kann ein Positionssensor, ein Geschwindigkeitssensor, ein Beschleunigungssensor oder eine beliebige Kombination von diesen Arten von Sensor sein.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Bestückungssystem zum automatischen Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen. Das beschriebene Bestückungssystem weist auf (a) eine Bauelement-Zuführvorrichtung des vorstehend beschriebenen Typs zum Bereitstellen von Bauelementen an der Abholposition; und (b) einen Bestückungsautomaten mit einem Bestückkopf (i) zum Aufnehmen der bereitgestellten Bauelemente, (ii) zum Transportieren der aufgenommenen Bauelemente über einen zu bestückenden Bauelementeträger und (iii) zum Aufsetzen der transportierten Bauelemente auf den Bauelementeträger.
  • Dem beschriebenen Bestückungssystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die in diesem Dokument beschriebene Bauelement-Zuführvorrichtung mit einer adaptiven Verstellbarkeit der Abholposition zumindest entlang der (vertikalen) Z-Richtung der Verfahrweg einer an dem Bestückkopf verschiebbar angebrachten Bauelement-Haltevorrichtung, insbesondere eines Sauggreifers, entlang der (vertikalen) Z-Richtung verkürzt werden kann, so dass der Bestückprozess beschleunigt und damit die Bestückleistung erhöht werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wir beschrieben ein Verfahren zum Bereitstellen von Bauelementen, insbesondere zum Bereitstellen von vereinzelten elektronischen Bauelementen zum Zwecke der automatischen Bestückung von Bauelementeträgern in einem Bestückungsautomaten. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die vorstehend beschriebene Bauelement-Zuführvorrichtung verwendet. Das beschriebene Verfahren weist auf ein Anpassen der räumlichen Lage der Abholposition entlang der Z-Richtung in Bezug zu dem Chassis mittels einer Ansteuerung des Antriebs.
  • Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit der vorstehend beschriebenen Bauelement-Zuführvorrichtung Bauelemente an einer zumindest in Bezug zu der Z-Richtung veränderbaren Abholposition bereitgestellt werden können. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise für unterschiedliche Bauelemente und/oder für unterschiedliche Bereitstellungsstrukturen jeweils eine Abholposition eingestellt werden, welche beim Abholen der Bauelemente mit einer Bauelement-Haltevorrichtung eines Bestückkopfes für kurze Verfahrwege der Bauelement-Haltevorrichtung bzw. des Bestückkopfes entlang der Z-Richtung sorgt.
  • 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 eine Prinzip Skizze der Anhebung einer als Platte ausgebildeten Bereitstellungsstruktur einer als Vibrationsförderer ausgebildeten Bauelement-Zuführvorrichtung.
    • 2 zeigt für zwei verschieden große Bauelemente verschiedene Höhenlagen.
    • 3 zeigt für zwei verschieden große Bauelement-Kartuschen eine Einstellung der Höhenlagen der Abholposition.
    • 4 zeigt für zwei unterschiedliche Bauelement-Kartuschen mit gleicher Höhe unterschiedliche Höhenlagen einer als Platte ausgebildeten Bereitstellungsstruktur.
    • 5 zeigt einen schematischen Aufbau eines Vibrationsförderers, welche zwei Lagerungseinrichtungen aufweist, die über einen Zwischenkörper miteinander verbunden sind und die jeweils eine Aktuierung einer Bereitstellungsstruktur mit unterschiedlichen Freiheitsgraden ermöglichen.
    • 6 illustriert in einer schematischen Darstellung ein Bestückungssystem, welches einen Bestückungsautomaten mit zwei Bestückköpfen und mehrere Bauelement-Zuführvorrichtungen aufweist, die an beiden seitlichen Seiten des Bestückungsautomaten angebracht sind.
  • Detaillierte Beschreibung
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Bauelement-Zuführvorrichtung 100, welche als ein Vibrationsförderer ausgebildet ist. Die Bauelement-Zuführvorrichtung 100 weist ein Chassis 110 auf, welches als Grundkörper bzw. als Rahmenstruktur für andere (nicht dargestellte) Komponenten der Bauelement-Zuführvorrichtung 100 dient. Die Vibrationsförderung der Bauelement-Zuführvorrichtung 100 besteht darin, dass als Schüttgut vorliegende Bauelemente, die zunächst in einem Reservoir 182 enthalten sind, über einen Förderbereich bzw. eine Förderstrecke 184 zu einer Bereitstellungsstruktur 186 transportiert werden. Ein für eine Vibrationserzeugung verwendetes Aktorsystem ist in der schematischen Darstellung von 1 nicht gezeigt.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind das Reservoir 182, der Förderbereich 184 sowie die Bereitstellungsstruktur 186 Komponenten einer (einstückigen) Kartusche 180, welche in diesem Dokument auch als „Cartridge“ bezeichnet wird. Die Bereitstellungsstruktur 186 ist eine einfache Platte, auf welche die Bauelemente (nicht dargestellt) mittels Vibration transferiert werden. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist diese Platte 186 als eine transparente Glasplatte ausgebildet, welche es ermöglicht, die Bauelemente von unten, d. h. durch die transparente Glasplatte 186 hindurch, mittels eines optischen Systems (ebenfalls nicht dargestellt) zu erfassen. Anhand einer geeigneten optischen Erfassung mit einer nachfolgenden Bildauswertung kann die genaue Lage jedes einzelnen sich auf der Glasplatte 186 befindlichen Bauelements bestimmt werden. Basierend auf einer genauen Kenntnis der Position eines aufzugreifenden Bauelements kann ein nicht dargestellter Bestückkopf so positioniert werden, dass eine Bauelement-Haltevorrichtung dieses Bestückkopfes das betreffende Bauelement aufgreifen kann. Die Abholbewegung eines Bauelements ist in 1 schematisch durch einen Pfeil 186a illustriert.
  • Die Bauelement-Zuführvorrichtung 100 weist ferner einen Antrieb 115 auf, welcher die Kartusche 180 relativ zu dem Chassis 110 entlang einer (vertikalen) Z-Richtung bewegen kann. Es ist offensichtlich, dass mit zunehmender Höhenlage der Kartusche 180 die (vertikale) Verfahrstrecke einer Bauelement-Haltevorrichtung entlang der Z-Richtung kürzer wird, welche Verfahrstrecke für ein Aufgreifen eines Bauelements erforderlich ist. Kurze Verfahrwege von Bauelement-Haltevorrichtungen haben zur Folge, dass auch die Zeitspanne für einen Bestückprozess von jedem einzelnen Bauelement kurz ist. Eine möglichst hohe Höhenlage der Kartusche 180 trägt damit nicht unwesentlich zu einer hohen Bestückleistung eines Bestückautomaten bei.
  • Eine obere Schranke für die Höhenlage der Kartusche 180 ist aber durch die in 1 gestrichelt dargestellte horizontale Line gegeben. Diese Linie illustriert die untere Grenze eines Kollisionsbereiches 190a, welcher von dem Bestückkopf für seine Bewegung in einer Ebene senkrecht zu der Z-Richtung benötigt wird. Bei einer noch höheren Anhebung der Kartusche 180 über die gestrichelte Linie könnte der Bestückkopf mit der Kartusche 180 kollidieren.
  • 2 zeigt für zwei verschieden große Bauelemente 296-1 und 296-2 verschiedene Höhenlagen. In der Illustration dieser 2 befinden sich die ersten Bauelemente 296-1 in einer ersten Kartusche 280-1, die zweiten Bauelemente 296-2 befinden sich in einer zweiten Kartusche 280-2. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Kartuschen 280-1 und 280-2 gleich groß. Um allerdings der unterschiedlichen Größe der Bauelemente 296-1 und 296-2 Rechnung zu tragen, befindet sich die als transparente Glasplatte ausgebildete Bereitstellungsstruktur 186 innerhalb der ersten Kartusche 280-1 in einer vergleichsweise niedrigen Höhenlage (in Bezug zu der Bodenfläche der ersten Kartusche 280-1). In entsprechender Weise befindet sich die Bereitstellungsstruktur 186 innerhalb der zweiten Kartusche 280-2 in einer vergleichsweise hohen Höhenlage (in Bezug zu der Bodenfläche der zweiten Kartusche 280-2).
  • Die beiden Kartuschen 280-1 und 280-2 sind jeweils mittels eines nicht dargestellten Antriebs entlang der Z-Richtung verfahrbar. Als Referenz für eine solche Bewegung entlang der Z-Richtung ist in 2 eine Fokusebene 270a einer nicht dargestellten Kamera eingezeichnet. Die Dicke der Linie, welche in 2 die Fokusebene 270a illustriert, ist ein Maß für den Fokusbereich bzw. Tiefenschärfebereich, innerhalb dem sich ein Objekt befinden muss, um in einer Bildebene einer nicht dargestellten Kamera ein scharfes Bild zu erzeugen. Eine mögliche Toleranz für die Höhenlage der Glasplatte 186 entlang der Z-Richtung ist in 2a für die erste Kartusche 280-1 dargestellt und mit dem Doppelpfeil 286a gekennzeichnet.
  • Im linken Teil der 2, welcher nachstehend als 2a bezeichnet wird, befindet sich der Antrieb in seiner neutralen Position. Dies bedeutet, dass dieser Antrieb nicht mit einem (elektrischen) Signal bzw. einem Signal der Stärke Null beaufschlagt ist. Ein von Null verschiedenes Signal würde zu einer Auslenkung einer beweglichen Komponente des Antriebs in Bezug zu einer stationären Komponente des Antriebs führen. In diesem Zustand ergibt sich für beide Kartuschen 280-1 und 280-2 ein Freiraum 280a zu der als gestrichelte obere Linie dargestellten unteren Grenze des Kollisionsbereichs 190a des nicht dargestellten Bestückkopfes. In der (gesamten) 2 markiert die untere gestrichelte Linie die obere Grenze eines Kollisionsbereiches 290b für den Antrieb.
  • In dem mittleren Teil der 2, welcher in diesem Dokument als 2b bezeichnet wird, sind die beiden Kartuschen 280-1 und 280-2 von dem Antrieb nach unten gezogen, damit jeweils die Unterseite des Bauelements 296-1 bzw. 296-2 in der Fokusebene 270a liegt. Die entsprechenden Kräfte, die dafür erforderlich sind, sind mit dem Pfeilen Fact illustriert.
  • In dem rechten Teil der 2, welcher in diesem Dokument als 2c bezeichnet wird, sind die beiden Kartuschen 280-1 und 280-2 von dem Antrieb jeweils maximal nach oben gedrückt, so dass die Verfahrwege von einer Bauelement-Haltevorrichtung 294 minimiert sind, welche Verfahrwege für ein Aufgreifen des Bauelements 296-1 und 296-2 erforderlich sind. Die minimierten Verfahrwege entlang der Z-Richtung sind mit Pfeilen illustriert, die mit dem Bezugszeichen 294a gekennzeichnet sind. Die für ein „nach oben Drücken“ der beiden Kartuschen 280-1 und 280-2 erforderlichen Kräfte sind in 2c mit jeweils einem Pfeil Fact illustriert.
  • Anschaulich ausgedrückt gibt es also während eines Bestückprozess mehrere Positionen der Abholhöhe, die in den 2a, 2b und 2c illustriert sind.
    • - 2a zeigt die neutrale Z-Position, welche sich im unbestromten Zustand des Antriebs einstellt.
    • - 2b zeigt eine Position, welche anschaulich als „Kamera-Z-Position“ bezeichnet werden kann. In dieser Position erfolgt eine Bildaufnahme des jeweiligen Bauelements 296-1 bzw. 296-2. Je nach (vertikaler) Reichweite des Fokusbereiches 270a kann die neutrale Position auch mit der „Kamera-Z-Position“ zusammenfallen. Falls dies nicht der Fall ist, dann muss die betreffende Kartusche 280-1 bzw. 280-2 für eine scharfe Bildaufnahme nach unten in die „Kamera-Z-Position“ verfahren werden.
    • - 2c zeigt die Position, in welcher die Bauelemente abgeholt werden. Diese Position kann anschaulich als „Abhol-Z-Position“ bezeichnet werden. Zum Abholen der Bauelemente durch den Bestückkopf wird die betreffende Kartusche 280-1 bzw. 280-2 um eine Strecke nach oben bewegt, welche sich aus einer Kalibrierprozedur ergeben kann, mit der die untere Grenze des Kollisionsbereiches 190a ermittelt wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der benötigte Z Hub beim Abholen des Bauelements durch den Bestückkopf bereits unabhängig von einem aktiven Anheben der Kartusche dadurch minimiert werden kann, dass die Glasplatte innerhalb des zur Verfügung stehenden Bauraums in der Kartusche so hoch wie möglich angeordnet wird. Als Bauraumbegrenzung ist der untere Störkonturbereich des sich bewegenden Bestückkopfes zu verstehen, um mechanische Kollisionen zu verhindern.
  • Durch die adaptiv bzw. aktiv einstellbare Z-Position einer Kartusche gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten die Höhenposition der Kartusche zu optimieren, so dass unabhängig von den Größen der Bauelemente eine gleich hohe Bestückleistung erzielt werden kann. Außerdem kann im Vergleich zu bekannten Bauelement-Zufuhrvorrichtungen durch die einstellbare Z-Position das Spektrum an unterschiedlich großen Bauelementen erweitert werden, die mit der Bauelement-Zuführvorrichtung gehandhabt werden können, ohne eine Reduzierung in der Bestückleistung in Kauf nehmen zu müssen. Diese beiden Möglichkeiten werden nachstehend anhand der 3 und 4 erläutert. Bei der in 3 dargestellten Variante ist die Höhe der Kartusche an die Größe der Bauelemente angepasst. Ein Abstand zwischen (a) der Bereitstellungsstruktur bzw. der transparenten Glasplatte und (b) einer Schnittstelle zwischen der Bauelement-Zuführvorrichtung und dem Bestückautomaten ist konstant. Bei der in 4 dargestellten Variante ist die Höhe der Kartusche (für unterschiedlich große Bauelemente) konstant, dafür ist der Abstand zwischen (a) der Bereitstellungsstruktur bzw. der transparente Glasplatte und (b) der Schnittstelle zwischen der Bauelement-Zuführvorrichtung und Bestückautomaten bei großen Bauelementen kleiner als bei kleinen Bauelementen.
  • 3 zeigt für zwei verschieden große Bauelement-Kartuschen eine Einstellung der Höhenlagen der Abholposition. Eine erste vergleichsweise große bzw. hohe Kartusche ist mit dem Bezugszeichen 380-1 versehen. Die zweite vergleichsweise kleine bzw. flache Kartusche ist mit dem Bezugszeichen 380-2 versehen. Die erste Kartusche 380-1 enthält die vergleichsweise großen ersten Bauelemente 296-1. Die zweite Kartusche 380-2 enthält die vergleichsweise kleinen zweiten Bauelemente 296-2.
  • Jede Bauelement-Zuführvorrichtung weist eine Schnittstelle auf, mittels welcher die Bauelement-Zuführvorrichtung an die Rahmenstruktur eines Bestückautomaten angebunden werden kann. Diese Schnittstelle ist in 3 schematisch mit dem Bezugszeichen 388 dargestellt.
  • Für die in der ersten Kartusche 380-1 befindlichen ersten Bauelemente 296-1 ist der Mindestabstand zwischen der Oberseite der Glasplatte 186 und der Oberseite der Kartusche 380-1 mit dem Doppelpfeil hc1 gekennzeichnet. Für die in der zweiten Kartusche 380-2 befindlichen zweiten Bauelemente 296-2 ist der Mindestabstand zwischen der Oberseite der Glasplatte 186 und der Oberseite der Kartusche 380-2 mit dem Doppelpfeil hc2 gekennzeichnet. Der vertikale Abstand zwischen der Glasplatte 186 und der Schnittstelle 388 der Bauelement-Zuführvorrichtung zu dem Bestückautomaten ist für beide Kartuschen 380-1 und 380-2 gleich. Anders ausgedrückt müssen niedrige Kartuschen mit kleineren Bauelementen auf eine höhere „Z-Abholhöhe“ angehoben werden als höhere Kartuschen mit größeren Bauelementen.
  • Die unterschiedliche Länge der beiden Doppelpfeile hc1 und hc2 erklärt sich dadurch, dass unabhängig von der Größe der Bauelemente diese einen ausreichenden „vertikalen Freiraum“ in der jeweiligen Kartusche haben. Dadurch wird eine hohe „Prozesssicherheit“ des Bauelement-Transportes mittels eines gezielten Vibrierens gewährleistet.
  • 4 zeigt für zwei unterschiedliche Bauelement-Kartuschen 480-1 und 480-2, die jedoch eine gleiche Höhe aufweisen, unterschiedliche Höhenlagen der jeweiligen Bereitstellungsstruktur 186, die auch hier als eine transparente Glasplatte ausgebildet ist. Die Glasplatte 186 in der ersten Kartusche 480-1, welche die vergleichsweise großen ersten Bauelemente 296-1 enthält, befindet sich in Bezug zu der Schnittstelle 388 (zwischen Bauelement-Zuführvorrichtung und Bestückautomat) in einer niedrigeren Höhe bzw. in einem kleineren vertikalen Abstand hg1 als die Glasplatte 186 in der zweiten Kartusche 480-2, welche die vergleichsweise kleinen zweiten Bauelemente 296-2 enthält. Für die zweite Kartusche 480-2 ist der (größere) Abstand zwischen der Schnittstelle 388 und der Glasplatte 186 mit dem Doppelpfeil hg2 gekennzeichnet.
  • Anschaulich ausgedrückt wird für kleinere Bauelemente die Glasplatte innerhalb der entsprechenden Kartusche nach oben verschoben. Kartuschen mit höher liegenden Glasplatten müssen dann weiter nach unten in die „Kamera-Z-Position“ gezogen bzw. gedrückt werden.
  • Da ein Ziehen bzw. ein Drücken einer Kartusche aus der Normalposition heraus typischerweise mit einem gewissen Energieaufwand verbunden ist, muss je nach Anwendung individuell entschieden werden, ob es sinnvoller ist, die neutrale Z-Position der Glasplatte näher zu der Abholhöhe oder näher zu der „Kamera-Z-Position“ zu legen, um zum Beispiel je nach Wahl des Lagerungssystems für die Kartuschen, welches eine Vibrationsförderung erlaubt, den Energieaufwand für den Betrieb der Bauelement-Zuführvorrichtung zu minimieren.
  • 5 zeigt einen schematischen Aufbau einer als Vibrationsförderer ausgebildeten Bauelement-Zuführvorrichtung 500. Der Vibrationsförderer 500 ist schematisch in einer Seitenansicht in der YZ-Ebene dargestellt. Die X-Richtung ist senkrecht sowohl zu der angezeigten Z-Richtung als auch zu der angezeigten Y-Richtung.
  • Der Vibrationsförderer 500 weist zwei Lagerungseinrichtungen auf, welche eine Vibration der Kartusche 180 mit unterschiedlichen Bewegungsfreiheitsgraden erlauben. Die Lagerungseinrichtungen werden in diesem Dokument auch als Lagerungsebenen bezeichnet. Jeder Lagerungseinrichtung bzw. Lagerungsebene sind Aktoren zugeordnet, welche genau die entsprechenden Freiheitsgrade aktuieren können. Genauer ist für jeden Freiheitsgrad genau ein Aktor dahingehend vorgesehen, dass die Anzahl der Aktoren gleich der Anzahl der Freiheitsgrade ist. Dies bedeutet, dass das gesamte Vibrationssystem der Bauelement-Zuführvorrichtung 500 weder „unteraktuiert“ noch „überaktuiert“ ist. Es liegt also für beide Lagerungseinrichtungen unabhängig voneinander eine „passende Aktuierung“, d.h. weder eine Unteraktuierung noch eine Überaktuierung, vor. Dies sorgt auf vorteilhafte Weise für eine gute Vibrationsentkopplung zwischen verschiedenen Freiheitsgraden. Damit ist anschaulich ausgedrückt eine individuelle Ansteuerbarkeit von mehreren miteinander (weitgehend) entkoppelten Freiheitsgraden gegeben. Diese Eigenschaft gilt einzeln für beide Lagerungseinrichtungen und für die entsprechenden Aktorsysteme.
  • Im Detail, die Bauelement-Zuführvorrichtung 500 weist eine unten gezeigte erste Lagerungseinrichtung 520 auf, welche eine stationäre Komponente (nicht dargestellt) und eine bewegliche Komponente 528 aufweist. Die stationäre Komponente ist mit dem Chassis 110 (starr) verbunden. Die bewegliche Komponente 528 ist mit einem Zwischenkörper 540 (starr) verbunden. Im Ergebnis kann der Zwischenkörper 540 entlang derjenigen Freiheitsgrade, welche die erste Lagerungseinrichtung 520 ermöglicht, vibriert werden.
  • Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die erste Lagerungseinrichtung 520 eine Anordnung von zwei Festkörpergelenken 522 und 524. Das Festkörpergelenk 522 besteht aus einer einfachen, horizontal ausgerichteten Blattfeder, welche das Chassis 110 mit dem Zwischenkörper 540 (elastisch) verbindet. Das Festkörpergelenk 524 besteht aus zwei doppelten, L-förmig gewinkelten bzw. geknickten Blattfedern, welche häufig auch als „folded leaf springs“ bezeichnet werden. Auch das Festkörpergelenk 524 verbindet (elastisch) das Chassis 110 mit dem Zwischenkörper 540.
  • In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass eine einzelne „folded leaf spring“ fünf Freiheitsgrade hat und die Translation in senkrechter Richtung sperrt (parallel zur Längsrichtung der Knickkante). Die dargestellte Kombination aus insgesamt vier „folded leaf springs“ ist demzufolge eine Lagerungsanordnung, um einen Körper in einer Ebene (hier die YZ-Ebene) mit den zwei Freiheitsgraden Tz und Ra zu lagern. Dabei steht Tz für eine Translation entlang der Z-Richtung und Ra für eine Rotation um die X-Achse, die parallel zu der X-Richtung ist.
  • Der ersten Lagerungseinrichtung 520 sind zwei Aktoren 542 und 544 zugeordnet, die schematisch jeweils mit einem „Kraftpfeil“ illustriert sind und die jeweils an einem Vorsprung der beweglichen Komponente 528 angreifen. Die beiden Aktoren 542 und 544 können jeweils eine Translationsbewegung Tz entlang der Z-Achse aktuieren. Wie vorstehend beschrieben, führt eine gleichphasige Aktuierung (mit gleicher Amplitude) zu einer Translationsbewegung entlang der Z-Achse. Eine gegenphasige Aktuierung führt zu einer Rotationsbewegung Ra (um die X-Achse, d.h. senkrecht zur Zeichenebene).
  • Die zweite Lagerungseinrichtung 550 der Bauelement-Zuführvorrichtung 500 umfasst als stationäre Komponente den Zwischenkörper 540, eine bewegliche Komponente 552 und zwei ebene Luftlager 556 und 558, welche in Bezug zu dem Zwischenkörper 540 eine Bewegung der Kartusche 180 innerhalb der XY-Ebene mit den drei Freiheitsgraden Tx (Translation entlang der X-Achse), Ty (Translation entlang der Y-Achse) und Rγ (Rotation um die Z-Achse) ermöglichen. Dazu sind der zweiten Lagerungseinrichtung 550 drei Aktoren zugeordnet, ein erster X-Aktor 562, ein zweiter X-Aktor 563 und ein Y-Aktor 564, welche bei einer geeigneten Ansteuerung eine Translation Tx entlang der X-Achse, eine Rotation Rγ um die Z-Achse herum und/oder eine Translation Ty entlang der Y-Achse aktuieren können.
  • Anschaulich ausgedrückt werden bei der Bauelement-Zuführvorrichtung 500 der ersten Lagerungsebene 520 die Freiheitsgrade Tz und Ra zugegeordnet und von zwei in Z-Richtung wirkenden Linearantrieben 542 und 544 aktuiert. Das heißt, dass durch eine geeignete Ansteuerung der beiden Linearantriebe 542 und 544 eine reine translatorische Bewegung Tz entlang der Z-Achse, eine reine rotatorische Bewegung Ra um die X-Achse sowie eine beliebige Kombination aus den beiden Bewegungen Tz und Ra erreicht werden kann. Durch die verwendete Parallelkinematik können auf vorteilhafte Weise die beiden Linearantriebe 542 und 544 jeweils besonders klein dimensioniert werden, da sie die gewünschte Bewegung stets gemeinsam realisieren.
  • Die Freiheitsgrade für die Kartusche 180 ergeben sich aus der „Summe“ der Freiheitsgrade der ersten Lagerungseinrichtung 520 und der Freiheitsgrade der zweiten Lagerungseinrichtung 550. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kartusche 180 mit den fünf Bewegungsfreiheitsgraden Tx, Ty, Tz, Ra und Rγ aktuierbar. Für eine Anpassung der Höhenlage der Glasplatte 186 werden gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Z-Aktoren 542 und 544 verwendet, welche auch für die Vibrationsfreiheitsgrade Tz und Ra „zuständig“ sind.
  • Wie aus 5 ersichtlich, weist die Bauelement-Zuführvorrichtung 500 ferner ein optisches System 570 auf, welches eine Kamera 572 und einen Umlenkspiegel 574 umfasst. Die Kamera 572 ist unterhalb der Kartusche 180 angeordnet und erfasst (über einen Strahlengang über den Umlenkspiegel 574) diejenigen Bauelemente (nicht dargestellt) von unten, welche sich auf der Glasplatte 186 befinden. Wie bereits vorstehend erläutert, kann durch eine Erfassung der exakten Position eines von einer Bauelement-Haltevorrichtung eines Bestückkopfes aufzugreifenden Bauelements der Bestückkopf in geeigneter Weise (in der XY-Ebene) positioniert werden, so dass kurz vor dem Aufgreifen des Bauelements sich die Bauelement-Haltevorrichtung exakt über dem Bauelement befindet. Dadurch kann eine hohe Prozessstabilität beim Aufgreifen dieses Bauelements gewährleistet werden.
  • 6 illustriert in einer schematischen Darstellung ein Bestückungssystem 630, welches einen Bestückungsautomaten 632 mit zwei unabhängig voneinander verfahrbaren Bestückköpfen 634 und mehrere als Module ausgebildete Bauelement-Zuführvorrichtungen 600, 605 aufweist. Die Bauelement-Zuführvorrichtungen sind ausgebildet entweder (a) als Bauelement-Zuführvorrichtung 600 zur Zuführung von Bauelementen aus Schüttgut oder (b) als Bauelement-Zuführvorrichtung 605 zur Zuführung von Bauelementen, die sich in bekannter Weise in einem Bauelementgurt befinden. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind an der linken Seite des Bestückungsautomaten 632 vier Bauelement-Zuführvorrichtungen 605 und eine Bauelement-Zuführvorrichtung 600 angebracht. An der rechten Seite des Bestückungsautomaten 632 sind zwei Bauelement-Zuführvorrichtungen 600 und zwei Bauelement-Zuführvorrichtungen 605 angebracht.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die unterschiedlichen Breiten der Bauelement-Zuführvorrichtungen 600, 605 in der Darstellung von 6 willkürlich gewählt sind und primär zu einer Unterscheidung der unterschiedlichen Typen von Bauelement-Zuführvorrichtung dienen. Beide Bauelement-Zuführvorrichtungen sind in der Realität bevorzugt gleich breit.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Bauelement-Zuführvorrichtung
    110
    Chassis / Grundkörper
    115
    Antrieb
    180
    Kartusche / Cartridge / Förderstruktur
    182
    Reservoir
    184
    Förderbereich / Förderstrecke
    186
    Bereitstellungsstruktur / transparente Glasplatte
    186a
    Abholbewegung
    190a
    Kollisionsbereich Bestückkopf
    270a
    Fokusebene / Fokusbereich
    280-1
    Kartusche 1
    280-2
    Kartusche 2
    280a
    Freiraum
    286a
    Toleranz Bereitstellungsstruktur / transparente Glasplatte
    290b
    Kollisionsbereich Aktoren
    294
    Bauelement-Haltevorrichtung / Sauggreifer
    294a
    Bewegung Bauelement-Haltevorrichtung
    296-1
    Bauelement 1
    296-2
    Bauelement 2
    Fact
    Aktorkraft zum Auslenken der Kartusche aus der Normalposition
    380-1
    Kartusche 1
    380-2
    Kartusche 2
    388
    Schnittstelle Bauelement-Zuführvorrichtung - Bestückautomat
    hc1/hc2
    Abstand Bereitstellungsstruktur - Oberseite Kartusche
    480-1
    Kartusche 1
    480-2
    Kartusche 2
    hg1/hg2
    Abstand Bereitstellungsstruktur - Schnittstelle 388
    500
    Bauelement-Zuführvorrichtung / Vibrationsförderer
    520
    erste Lagerungseinrichtung / erste Lagerungsebene
    522
    Festkörpergelenk (Blattfeder)
    524
    Festkörpergelenk (zwei parallel ausgerichtete Blattfedern)
    528
    bewegliche Komponente
    540
    Zwischenkörper
    542
    Z-Aktor
    544
    Z-Aktor
    550
    zweite Lagerungseinrichtung / zweite Lagerungsebene
    552
    bewegliche Komponente
    556
    Luftlager (eben)
    558
    Luftlager (eben)
    562
    X-Aktor
    563
    X-Aktor
    564
    Y-Aktor
    570
    optisches System
    572
    Kamera
    574
    Umlenkspiegel
    600
    Bauelement-Zuführvorrichtung für aus Schüttgut vereinzelte elektronische Bauelemente
    605
    Bauelement-Zuführvorrichtung für in einem Gurt befindliche elektronische Bauelemente
    630
    Bestückungssystem
    632
    Bestückungsautomat
    634
    Bestückkopf

Claims (11)

  1. Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) zum Bereitstellen von Bauelementen an einer Abholposition, die Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600, 605) aufweisend ein Chassis (110); einen Mechanismus zum Fördern der Bauelemente zu einer Bereitstellungstruktur (186), in oder an welcher sich die Abholposition befindet; einen Antrieb (115, 520, 542, 544) mit einer stationären Komponente, welche mit dem Chassis (110) gekoppelt ist, und mit einer beweglichen Komponente (528, 552), welche mit der Bereitstellungstruktur (186) gekoppelt ist, und eine Steuereinheit zum Steuern des Antriebs (115, 520, 542, 544) derart, dass die Bereitstellungstruktur (186) zumindest entlang einer Z-Richtung in Bezug zu dem Chassis (110) verfahrbar ist, wobei die Bauelement-Zuführvorrichtung als ein Vibrationsförderer (100, 500, 600) ausgebildet ist, welcher ein Aktorsystem (542, 544, 562, 563, 564) zum Vibrieren der Bereitstellungstruktur (186) aufweist, wobei der Antrieb zum Verfahren der Bereitstellungsstruktur (186) entlang der Z-Richtung mittels zumindest eines Aktors (542, 544) des Aktorsystems (542, 544, 562, 563, 564) realisiert ist.
  2. Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend zumindest einen weiteren Antrieb (562, 563, 564), welcher derart ansteuerbar ist, dass die Bereitstellungstruktur (186) zumindest entlang einer X-Richtung und/oder entlang einer Y-Richtung in Bezug zu dem Chassis (110) veränderbar ist, wobei die X-Richtung und die Y-Richtung senkrecht zu der Z-Richtung sind.
  3. Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Schnittstellenstruktur, welche an der beweglichen Komponente (528, 552) und/oder an der Bereitstellungstruktur (186) angebracht oder ausgebildet ist, wobei die Schnittstellenstruktur derart konfiguriert ist, dass die Bereitstellungstruktur (186) lösbar an der beweglichen Komponente (528, 552) anbringbar ist.
  4. Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein optisches System (570) zum Erfassen der Art, der Anzahl und/oder der Position von zumindest einem in oder an der Bereitstellungstruktur (186) bereitgestellten Bauelement.
  5. Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit und der Antrieb derart konfiguriert sind, dass die Bereitstellungsstruktur in eine Fokusebene (270a) des optischen Systems (570) fahrbar ist.
  6. Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) gemäß einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei die Bereitstellungstruktur eine optisch transparente Präsentationsplatte (186) aufweist, an deren Oberseite die Bauelemente bereitgestellt werden, und das optische System (570) eine Kamera (572) sowie eine Optik (574) aufweist, welche derart konfiguriert sind, dass Bauelemente, die sich an der Abholposition befinden, von unten durch die optisch transparente Präsentationsplatte (186) hindurch erfassbar sind.
  7. Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Aktorsystem (542, 544, 562, 563, 564) zum Vibrieren der Bereitstellungstruktur zumindest zwei Z-Aktoren (542, 544) aufweist, welche dem Antrieb zum Verfahren der Bereitstellungsstruktur (186) entlang der Z-Richtung zugeordnet sind.
  8. Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die beiden Z-Aktoren (542, 544) gleichphasig oder gegenphasig ansteuerbar sind.
  9. Bauelement-Zuführvorrichtung (100, 500, 600) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend zumindest einen Bewegungssensor, welcher an der Bereitstellungstruktur (186) angebracht oder mechanisch starr mit dieser gekoppelt ist.
  10. Bestückungssystem (630) zum automatischen Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen, das Bestückungssystem (630) aufweisend eine Bauelement-Zuführvorrichtung (600) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche zum Bereitstellen von Bauelementen an der Abholposition; und einen Bestückungsautomaten (632) mit einem Bestückkopf (634) (a) zum Aufnehmen der bereitgestellten Bauelemente, (b) zum Transportieren der aufgenommenen Bauelemente über einen zu bestückenden Bauelementeträger und (c) zum Aufsetzen der transportierten Bauelemente auf den Bauelementeträger.
  11. Verfahren zum Bereitstellen von Bauelementen, insbesondere zum Bereitstellen von vereinzelten elektronischen Bauelementen zum Zwecke der automatischen Bestückung von Bauelementeträgern in einem Bestückungsautomaten (632), unter Verwendung einer Bauelement-Zuführvorrichtung (600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, das Verfahren aufweisend Anpassen der räumlichen Lage der Abholposition entlang der Z-Richtung in Bezug zu dem Chassis (110) mittels einer Ansteuerung des Antriebs (115, 520, 542, 544).
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