DE102019135740A1

DE102019135740A1 - Bauelement-Haltevorrichtung mit elastischem Federelement und pneumatischem Kanalsystem; Bestückkopf und Bestückautomat sowie Verfahren zum Bestücken von Bauelementeträgern

Info

Publication number: DE102019135740A1
Application number: DE102019135740.3A
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: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2039-12-24
Also published as: CN113099713A; DE102019135740B4; CN113099713B

Abstract

Beschrieben wird eine Haltevorrichtung (240; 340) zum pneumatischen Halten von Bauelementen (1004) zum Zwecke der Bestückung von Bauelementeträgern (1002) mit den Bauelementen (1004). Die Haltevorrichtung (240) weist auf (a) einen Grundkörper (250); (b) ein elastisches Federelement (260; 360p, 360d), welches an dem Grundkörper (250) angebracht ist; (c) einen Spitzenkörper (270), welcher an dem elastischen Federelement (260; 360p, 360d) angebracht ist, wobei das elastische Federelement (260; 360p, 360d) derart konfiguriert ist, dass der Spitzenkörper (270) unter dem Einfluss einer äußeren Kraft in Bezug zu dem Grundkörper (250) ein- bzw. ausfedert; und (d) ein pneumatisches Kanalsystem (280), welches sich durch den Grundkörper (250), das elastische Federelement (260; 360p, 360d) und den Spitzenkörper (270) erstreckt, wobei das pneumatische Kanalsystem (280) einen Durchdringungsabschnitt (286) aufweist, welcher durch das elastische Federelement (260) hindurch verläuft, wobei eine Längsachse (286a) des Durchdringungsabschnitts (286) in einem von Null verschiedenen Winkel (α) zu einer Symmetrieachse (250a) der Haltevorrichtung (240) orientiert ist. Ferner wird beschrieben ein Bestückkopf (130) mit zumindest einer solchen Haltevorrichtung (240;340), ein Bestückautomat (100) mit zumindest einem solchen Bestückkopf (130) sowie ein Verfahren zum Bestücken eines Bauelementeträgers (1002) unter Verwendung einer solchen Bauelement-Haltevorrichtung (240).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Bestücktechnik. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Haltevorrichtung für Bauelemente. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Bestückkopf mit zumindest einer solchen Haltevorrichtung sowie einen Bestückautomaten mit zumindest einem solchen Bestückkopf. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bestücken eines Bauelementeträgers unter Verwendung einer solchen Bauelement-Haltevorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Die Bestückung von Bauelementeträgern mit elektronischen Bauelementen wird üblicherweise in sog. Bestückautomaten durchgeführt. In einem Bestückautomaten werden die elektronischen Bauelemente mit Hilfe eines Bestückkopfes mit zumindest einer Bauelement-Haltevorrichtung von einer Bauelement-Abholposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung abgeholt, zum Bauelementeträger transportiert und dort an vorgesehenen Bestückpositionen auf einem zu bestückenden Bauelementeträger aufgesetzt.
In der Regel sind die Haltevorrichtungen für Bauelemente als sog. Sauggreifer ausgebildet, welche auch als (Saug)Pipetten bezeichnet werden. An ihrer Spitze weist eine solche Haltevorrichtung eine Öffnung eines Kanals auf, durch den Luft eingesaugt wird. Berührt die Spitze einer solchen Haltevorrichtung ein elektronisches Bauelement, so bleibt es durch den entstehenden Unterdruck (häufig auch als Vakuum bezeichnet) an der Stirnseite bzw. der Spitze der Haltevorrichtung haften und kann dann vergleichsweise einfach gehandhabt werden. Eine solche Handhabung kann beispielsweise ein Transport des betreffenden Bauelements von einer Bauelement-Abholposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung zu einer Bauelement-Aufsetzposition auf einem zu bestückenden Bauelementeträger sein.
Um beim Aufsetzen eines Bauelementes sicher zu stellen, dass sich das Bauelement von der Spitze der als Sauggreifer ausgebildeten Bauelement-Haltevorrichtung zuverlässig löst und auf den betreffenden Bauelementeträger transferiert wird, ist es häufig nicht nur erforderlich, den Unterdruck bzw. das Vakuum kurz abzuschalten. Zum Zeitpunkt des Aufsetzens muss der pneumatische Kanal des Sauggreifers vielmehr mit einem kurzen Überdruck in Form eines pneumatischen Blasluftimpulses beaufschlagt werden.
Beim Aufsetzen eines Bauelements ist darauf zu achten, dass die Kraft, mit der das Bauelement auf den Bauelementeträger gedrückt wird, nicht zu groß wird. Dies gilt insbesondere für dünne Bauelemente, welche bei einer bestimmten Aufsetzkraft aufgrund der Beziehung Druck = Kraft pro Fläche (P = F / A) zu einer großen Druckbelastung des Bauelementeträgers und ggf. zu dessen Beschädigung (durch Bruch) führen. Die Aufsetzkraft wird in diesem Dokument auch als Bestückkraft bezeichnet.
Um unabhängig von dem Aspekt von erforderlichen Blasluftimpulsen die Bestückkraft beim Aufsetzen eines Bauelementes unter Kontrolle zu halten, ist die Verwendung von gefederten Sauggreifern bekannt. Diese weisen ein elastisches Federelement auf, welches dafür sorgt, dass sowohl beim Abholen eines Bauelements von einer Bauelement-Abholposition als auch beim Aufsetzen eines Bauelementes auf einem Bauelementeträger ein vorderer Spitzenabschnitt des Sauggreifers gegenüber einem Grundkörper des Sauggreifers einfedern kann. Dadurch können Kraftspitzen, die kurzfristig auf das betreffende Bauelement einwirken, reduziert werden.
Bei einem gefederten Sauggreifer ist es offensichtlich, dass beim Abholen und Aufsetzen eines Bauelements die Kraft, die auf das Bauelement wirkt, nicht nur durch die Federkraft des elastischen Federelements sondern auch durch den (pneumatischen) Luftdruck innerhalb der Saugreifers bestimmt wird. Dieser pneumatische Druck ist jedoch zeitlich nicht konstant sondern verändert sich bei einem „Einschalten“ eines Unterdrucks, bei einem „Ausschalten“ des Unterdrucks und insbesondere durch einen vorstehend erwähnten Blasluftimpuls.
Der zeitlich veränderliche Luftdruck im Inneren des Sauggreifers führt zu einer zeitlich veränderlichen Kraft, die auf das jeweilige Bauelement wirkt. Für die „pneumatische Komponente“ Fp dieser Kraft dieser Kraft gilt folgende grundlegende Beziehung: $Fp = P \times A$
Dabei ist P der Luftdruck im Inneren der Pipette und A ist die effektive Fläche, über welche der Luftdruck P auf das elastische Federelement parallel zu einer Längsachse der Pipette einwirkt. Um eine unerwünschte Leckage von Luft zu vermeiden ist das elastische Federelement typischerweise gegenüber dem Grundkörper des Sauggreifers abgedichtet. Die Fläche A ist dann die effektive Querschnittsfläche einer entsprechenden Dichtung.
Es ist offensichtlich, dass die zeitliche Veränderung der pneumatischen Kraft Fp eine Steuerung des Vorgangs des Abholens eines Bauelementes und insbesondere des Vorgangs eines durch Blasluft unterstützten Aufsetzens eines Bauelementes erschwert. Dadurch wird die Prozesssicherheit des gesamten Bestückungsprozesses reduziert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Prozesssicherheit von Bestückungsprozessen in Bezug auf das Abholen und das Aufsetzen von Bauelementen zu verbessern.
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 Haltevorrichtung zum pneumatischen Halten von (elektronischen) Bauelementen zum Zwecke der Bestückung von Bauelementeträgern mit den Bauelementen. Die beschriebene Bauelement-Haltevorrichtung weist auf (a) einen Grundkörper; (b) ein elastisches Federelement, welches an dem Grundkörper angebracht ist; (c) einen Spitzenkörper, welcher an dem elastischen Federelement angebracht ist, wobei das elastische Federelement derart konfiguriert ist, dass der Spitzenkörper unter dem Einfluss einer äußeren Kraft in Bezug zu dem Grundkörper ein- bzw. ausfedert; und (d) ein pneumatisches Kanalsystem, welches sich durch den Grundkörper, das elastische Federelement und den Spitzenkörper erstreckt. Das pneumatische Kanalsystem weist einen Durchdringungsabschnitt auf, welcher durch das elastische Federelement hindurch verläuft, wobei eine Längsachse des Durchdringungsabschnitts in einem von Null verschiedenen bzw. schrägen Winkel zu einer Symmetrieachse der Haltevorrichtung orientiert ist.
Der beschriebenen Bauelement-Haltevorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine schräge bzw. seitliche pneumatische Durchdringung des elastischen Federelements von dem pneumatischen Kanalsystem pneumatische Kräfte, die durch einen Über- oder einen Unterdruck im Inneren des Kanalsystems verursacht werden und von verschiedenen Seiten auf das elastische Federelement wirken, keine oder nur eine geringe Auswirkung auf die Deformation des elastischen Federelements entlang der Symmetrieachse haben. Dies hat zur Folge, dass ein von dem Luftdruck der Umgebung abweichender Druck bzw. ein kurzfristiger Druckluftimpuls im Inneren des Kanalsystems nur zu einer vergleichsweise kleinen Verformung des Federelements entlang der Symmetrieachse führt. Im Ergebnis hat damit der Druck innerhalb des Kanalsystems nur eine sehr geringe Auswirkung auf die Kraft, welche entlang der Symmetrieachse auf den am elastischen Federelement angebrachten Spitzenkörper und damit auf ein Bauelement wirkt, welches sich zum Zeitpunkt des Aufsetzens des Bauelements zwischen einer vorderen Stirnfläche des Spitzenkörpers und dem zu bestückenden Bauelementeträger befindet. Die vergleichsweise kleine Verformung geht nämlich einher mit einer nur vergleichsweise geringen (ungewollten) pneumatischen Auslenkung bzw. genauer pneumatisch verursachten Auslenkung (Einfedern oder Ausfedern) des Spitzenkörpers.
Im Ergebnis dient das elastische Federelement bei der beschriebenen Bauelement-Haltevorrichtung also hauptsächlich oder sogar ausschließlich dazu, sich bei einer Kraft zu deformieren, die kurzzeitig am Ende einer typischerweise vertikalen Bewegung der von einem Bestückkopf gehaltenen Bauelement-Haltevorrichtung (i) beim Aufsetzen eines Bauelements auf einen Bauelementeträgern oder (ii) beim Abholen eines Bauelements von einer Bauelement-Abholposition einer Bauelement-Zuführeinrichtung auftritt. Eine ungewollte pneumatische Deformation wird durch den schrägen Verlauf des Durchdringungsabschnitts zumindest reduziert.
Durch die beschriebene Reduzierung von Kraftschwankungen kann das gesamte System bestehend aus Bauelement-Haltevorrichtung und Bestückkopf so konfiguriert werden, dass beständig, d.h. bei einer Vielzahl von Bestückungsvorgängen, nur vergleichsweise geringe Bestückungskräfte auftreten. Dadurch können insbesondere flache Bauelemente auf Bauelementeträger aufgesetzt bzw. bestückt werden, ohne dass Beschädigungen an den Bauelementen zu besorgen wären. Ferner können auch sehr kleine Bauelemente aufgesetzt werden, ohne dass Beschädigungen an den betreffenden Bauelementeträgern zu besorgen wären.
Durch den schrägen Verlauf des Durchdringungsabschnitts durch das elastische Federelement hindurch wird das Federelement hauptsächlich oder sogar ausschließlich für seinen eigentlichen Bestimmungszweck verwendet. Dieser besteht nämlich darin, dass der Spitzenkörper einfedern kann, wenn beim Aufsetzen eines Bauelements auf einen zu bestückenden Bauelementeträger oder beim Aufsetzen der noch freien bzw. noch „leeren“ Bauelement-Haltevorrichtung auf ein abzuholendes Bauelement von unten eine Kraft auf eine Stirnfläche des Spitzenkörpers wirkt. Dieses Einfedern führt zu einem mechanisch vergleichsweise sanften Aufsetzen bzw. Abholen eines Bauelements. Ungewollte pneumatisch verursachte Auslenkungen des Spitzenkörpers werden reduziert oder sogar vollständig vermieden. In diesem Zusammenhang ist es offensichtlich, dass durch eine weitgehende Unterbindung von pneumatisch verursachten Einfederungs- und/oder Ausfederungsvorgängen des Spitzenabschnitts die Prozesssicherheit sowohl beim Aufnehmen als auch beim Auf- bzw. Absetzen von Bauelementen verbessert werden kann.
In bekannter Weise liegt in dem Kanalsystem ein Unterdruck vor, wenn ein Bauelement pneumatisch aufgenommen bzw. gehalten wird. Beim gewollten Ablösen des Bauelements von einer Öffnung an der vorderen Stirnfläche des Spitzenkörpers beim oder zum Aufsetzen des Bauelements auf einen Bauelementeträger wird in ebenfalls bekannter Weise ein kurzzeitiger Überdruck in Form eines Blasluftimpulses in Inneren des Kanalsystems erzeugt.
In diesem Dokument kann unter einem von Null verschiedenen bzw. schrägen Winkel jeder Winkel verstanden werden, welcher dazu führt, dass die Längsachse des Durchdringungsabschnitts nicht parallel zu der Symmetrieachse der gesamten Bauelement-Haltevorrichtung ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet der Durchdringungsabschnitt an einer (in Bezug zu der Symmetrieachse) inneren Seitenwand des elastisches Federelements eine erste Öffnung aus. Ferner bildet der Durchdringungsabschnitt an einer (in Bezug zu der Symmetrieachse) äußeren Seitenwand des elastisches Federelements eine zweite Öffnung aus.
Anschaulich ausgedrückt bedeutet dies, dass ein pneumatischer Druck im Inneren des pneumatischen Kanalsystems nur seitlich auf das elastische Federelement einwirken kann. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass eine in Bezug auf die Symmetrieachse senkrechte Stirnfläche des elastischen Federelements dem pneumatischen Druck nicht ausgesetzt ist. Dadurch kann die in Bezug auf eine Deformation des elastischen Federelements entlang der Symmetrieachse effektive Fläche, welche (bei einer zu der Symmetrieachse nicht senkrechten Längsachse) von dem Druck beaufschlagt wird, auf einfache Weise besonders klein gehalten werden. Dies führt aufgrund der vorstehend genannten Beziehung „Fp = P × A“ zu einem vergleichsweise sehr geringen Einfluss der pneumatischen Komponente auf die gesamte Kraft, welche während eines Bestückungsvorgangs auf das betreffende Bauelement wirkt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Durchdringungsabschnitt einen maximalen Querschnitt auf, der kleiner ist als 4 mm^2, bevorzugt kleiner als 1 mm^2 und weiter bevorzugt kleiner als 0,05 mm^2.
Ein kleiner maximaler Querschnitt des Durchdringungsabschnitts hat zur Folge, dass sich beispielsweise bei einem Druckluftimpuls im Inneren des Kanalsystems der Durchdringungsabschnitt nur vergleichsweise wenig „aufbläht“. Ein dünner Durchdringungsabschnitt hat nämlich nur eine vergleichsweise kleine Innen(wand)fläche, an welcher der Druck angreift. Damit wird aufgrund der Beziehung Kraft = Druck × Fläche (F = P × A) der Durchdringungsabschnitt nur wenig aufgeweitet. Da auch eine Aufweitung des Durchdringungsabschnitts eine zwar vergleichsweise geringe Deformation des elastischen Federelements mit sich bringt, kann durch einen kleinen maximalen Querschnitt des Durchdringungsabschnitts auch dieser (sekundäre) Deformationseffekt gering gehalten werden. Da eine Aufblähung des Durchdringungsabschnitts ferner typischerweise auch zu einer in Bezug auf die Symmetrieachse asymmetrischen Deformation des elastischen Federelements und damit zu einer Verkippung des Spitzenabschnitts weg von der Symmetrieachse führen würde, ermöglicht ein dünner Durchdringungsabschnitt eine weiter verbesserte Prozesssicherheit beim Abholen und insbesondere beim Aufsetzen von Bauelementen.
Bei einem schrägen Verlauf des Durchdringungsabschnitts mit einem Winkel, welcher nicht nur ungleich Null sondern auch ungleich 90° ist (d.h. die Durchdringung des elastischen Federelements entlang einer Längsachse ist nicht exakt senkrecht zu der Symmetrieachse), führt infolge der o.g. Beziehung F = P × A eine Durchdringung des elastischen Federelements bei einem kleineren Querschnitt des Durchdringungsabschnitts auch zu einer kleineren Kraftdifferenz zwischen den pneumatischen Kräften, die an entlang der Symmetrieachse voneinander beabstandeten Stellen des elastischen Federelements angreifen. Dadurch ergibt sich auch bei Ausführungsformen mit nicht exakt senkrecht zu der Symmetrieachse orientierten Längsachsen des Durchdringungsabschnitts eine vergleichsweise geringe pneumatisch verursachte ungewollte Auslenkung des Spitzenkörper in Bezug zu dem Grundkörper. Dadurch kann auch bei einem Durchdringungsabschnitt, welcher entlang einer Richtung verläuft, die eine signifikante Richtungskomponente parallel zu der Symmetrieachse hat, eine große Prozesssicherheit beim Aufnehmen und beim Absetzen von Bauelementen gewährleistet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt der schräge Winkel im Bereich zwischen 20° und 90°, insbesondere im Bereich zwischen 35° und 90° und weiter insbesondere im Bereich zwischen 45° und 90°.
Ein Winkel von exakt 90° wäre aus pneumatischer Sicht am günstigsten. In diesem Fall würden die beiden Öffnungen, welche der Durchdringungsabschnitt in das elastische Federelement „hereinschneidet“ in Bezug auf die Symmetrieachse an der gleichen Stelle liegen. Die bei einer Druckänderung im Inneren des Kanalsystems auftretenden dynamischen Kompressions- und/oder Elongationseffekte in dem elastischen Federelement würden dann zu keiner Längenänderung des elastischen Federelements parallel zu der Symmetrieachse führen, so dass ein unerwünschtes pneumatisches Ein- oder Ausfedern des Spitzenkörpers verhindert werden kann.
Allerdings kann es bei dem Design der beschriebenen Bauelement-Haltevorrichtung auch konstruktive Einschränkungen geben, welche eine exakt senkrechte Orientierung zwischen der Längsachse und der Symmetrieachse verunmöglichen oder zumindest sehr stark erschweren. Die beschriebenen Winkelbereiche stellen aber einen guten Kompromiss dar zwischen (i) geringen pneumatisch veranlassten Ein- bzw. Ausfederwegen einerseits und (ii) einer großen konstruktiven Gestaltungsfreiheit für die Bauelement-Haltevorrichtung.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Haltevorrichtung ferner auf einen Luftdruck-Ausgleichskanal, welcher sich durch den Grundkörper hindurch erstreckt und die Umgebung der Haltevorrichtung mit einer proximalen Oberfläche des elastischen Federelements pneumatisch koppelt. Dabei ist die proximale Oberfläche von einer Spitze des Spitzenkörpers abgewandt.
Die beschriebene pneumatische Kopplung hat den Vorteil, dass der proximale Teil des elastischen Federelements ebenso wie der distale Teil des elastischen Federelements dem gleichen Druck, nämlich dem Außendruck bzw. dem Umgebungsdruck ausgesetzt sind. Dadurch kann eine Verformung des elastischen Federelements, insbesondere verursacht durch einen Blasluftimpuls, nicht nur zu einer Auslenkung der distalen Oberfläche bzw. Seite des elastischen Federelements sondern auch zu einer Auslenkung der proximalen Oberfläche bzw. Seite des elastischen Federelements führen. Da diese beiden Auslenkungen typischerweise in entgegengesetzter Richtung erfolgen und sich daher zumindest teilweise kompensieren, führt dies insgesamt zu einer Reduzierung des Hubs bzw. des Weges beim pneumatisch verursachten Ein- bzw. Ausfedern des Spitzenkörpers.
In diesem Dokument werden die Ausdrücke „distal“ und „proximal“ in Bezug auf einen Bestückkopf verwendet, an welchem beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Bauelement-Haltevorrichtung der Grundkörper der beschriebenen Bauelement-Haltevorrichtung angebracht ist. Die entsprechende mechanische Schnittstelle des Bestückkopfes kann in bekannter Weise eine Pinole (z.B. ein hohler Schaft) sein, welche beispielsweise mittels eines Linearantrieb relativ zu einem Chassis des Bestückkopfes u.a. entlang der Symmetrieachse der Bauelement-Haltevorrichtung verschoben werden kann. Dabei kann der Grundkörper in bekannter Weise einfach auf ein (distales) Ende der Pinole aufgesteckt sein. Ein „proximales Ende“ ist also ein Ende, welches dem Bestückkopf bzw. der Pinole zugewandt sind. Ein „distales Ende ist ein Ende, welches einer vorderen bzw. distalen Stirnfläche des Spitzenkörpers zugewandt sind. An dieser Stirnfläche befindet sich in bekannter Weise eine Öffnung, welche den Ausgang des pneumatischen Kanalsystems darstellt und an welcher das betreffende elektronische Bauelement durch Unterdruck bzw. Ansaugen gehalten wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Haltevorrichtung ferner eine Aussparung auf, die mit dem Luftdruck-Ausgleichskanal pneumatisch gekoppelt ist und welche sich an der proximalen Oberfläche befindet.
Abhängig von der Größe der Aussparung, insbesondere von der räumlichen Erstreckung der Aussparung innerhalb einer Ebene senkrecht zu der Symmetrieachse, kann ein mehr oder weniger großer Bereich der proximalen Oberfläche „belüftet“ bzw. „hinterlüftet“ sein. Dadurch kann bei einer durch eine dynamische Druckänderung in dem pneumatischen Kanalsystem verursachten Verformung des elastischen Federelements nicht nur die distale Oberfläche sondern auch die proximale Oberfläche innerhalb eines vergleichsweise großen Flächenbereichs ausgelenkt bzw. verschoben werden.
Das vorstehend beschriebene Druckgleichgewicht zwischen der distalen Oberfläche und der proximalen Oberfläche (beide Oberflächen sind dem äußeren Luftdruck ausgesetzt) gilt also nicht nur punktuell sondern für einen größeren Bereich, bevorzugt für den Bereich der gesamten proximalen Oberfläche des elastischen Federelements. Dies führt zu einer weiteren Reduzierung der Hübe bzw. Auslenkungen von ungewollten pneumatischen Ein- bzw. Ausfedervorgängen .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Haltevorrichtung ferner einen Verteilkörper auf, welcher in einem Hohlraum des Grundkörpers angeordnet ist, wobei in dem Verteilkörper ein Querungsabschnitt des pneumatischen Kanalsystems ausgebildet ist.
Der Querungsabschnitt dient insbesondere dazu, einen Teil des pneumatischen Pfades des Kanalsystems in einen in Bezug auf die Symmetrieachse radial äußeren Bereich zu führen. Dies ist eine Voraussetzung, dass distal in Bezug zu dem Querungsabschnitt der pneumatische Pfad entlang des Durchdringungsabschnitt durch das elastische Federelement hindurch in einen radial innenliegenden vertikalen Endabschnitt des pneumatischen Kanalsystems zu führen.
Im Vergleich zu einer Lösung, bei welcher der Querungsabschnitt innerhalb eines einstückig realisierten Grundkörpers ausgebildet ist, ermöglicht die Verwendung des hier beschriebenen Verteilkörpers eine konstruktiv einfache Lösung, um den radialen Versatz des pneumatischen Kanalsystems in Bezug auf die Symmetrieachse zu realisieren.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Verteilkörper ein einstückig ausgebildeter scheibenartiger Körper. Dies hat den Vorteil, dass der Verteilkörper auf einfache Weise hergestellt werden kann und, nach seiner Herstellung, welche die Ausbildung des Querungsabschnitts umfasst, einfach in einem distalen Bereich eines Hohlraums des Grundkörpers eingebracht werden kann. Dabei kann der Verteilkörper beispielsweise mittels einer sanften Presspassung und/oder mittels einer Verklebung in dem Hohlraum fixiert sein.
Für eine Realisierung der beschriebenen Bauelement-Haltevorrichtung kann auf vorteilhafte Weise auf herkömmliche Aufbauten von Sauggreifern zurückgegriffen werden. Insbesondere können solche Sauggreifer als Grundkonstruktion verwendet werden, welche ein elastisches Federelement aufweisen zum Ermöglichen eines Ein- und Ausfederns eines Spitzenkörpers in Bezug zu einem Grundkörper. Dadurch kann die beschriebenen Bauelement-Haltevorrichtung auf einfache und effektive Weise hergestellt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Verteilkörper ferner zumindest ein Teilabschnitt des Luftdruck-Ausgleichskanals ausgebildet. Dies stellt bei Ausführungsformen mit dem vorstehend beschriebenen Luftdruck-Ausgleichskanal eine deutliche Erleichterung der fertigungstechnischen Realisierung der der beschriebenen Bauelement-Haltevorrichtung dar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das elastische Federelement ein elastisches Material auf. Das elastische Material, welches jedes beliebige Elastomer, beispielsweise Silikon, sein kann, ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine einstückige Realisierung des Federelements. Auch dies trägt zu einer vergleichsweise einfachen fertigungstechnischen Realisierung der beschriebenen Bauelement-Haltevorrichtung bei.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das elastische Federelement einstückig ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die beschriebene Haltevorrichtung auf einfache und effektive Weise hergestellt werden kann. Das elastische Federelement kann beispielsweise aus bekannten elastischen Federelementen durch eine einfache Modifikation hergestellt werden, bei welcher der Durchdringungsabschnitt durch eine einfache seitliche Bohrung erzeugt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das elastische Federelement zumindest zwei räumlich voneinander getrennte Teile auf, wobei der Durchdringungsabschnitt zwischen den beiden Teilen ausgebildet ist.
Die beiden Teile können beispielsweise jeweils eine ringförmige Gummidichtung sein, welche bevorzugt zentrisch um die Symmetrieachse herum ausgebildet sind. In diesem Fall hat der Durchdringungsabschnitt eine zu der Symmetrieachse rotationssymmetrische Form. Er ist also nicht lediglich ein seitlicher Kanal sondern ein um die Symmetrieachse herumlaufender Hohlraum. Dieser Hohlraum kann innen von dem Spitzenabschnitt und außen von dem Grundkörper der beschriebenen Haltevorrichtung begrenzt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein solcher umlaufender Hohlraum auch bei Ausführungsformen mit einem einstückig ausgebildeten elastischen Federelement realisiert werden kann. Bei solchen Ausführungsformen sind ein proximaler Deckelabschnitt und ein distaler Bodenabschnitt durch ein schmales hohlzylindrisches Zwischenelement miteinander verbunden. Dabei liegen sowohl der proximale Deckelabschnitt als auch der distale Bodenabschnitt radial innen an dem Spitzenabschnitt und radial außen an dem Grundkörper an.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Bestückkopf zum automatischen Bestücken von Bauelementträgern mit Bauelementen. Der beschriebene Bestückkopf weist auf (a) ein Chassis; (b) (zumindest) eine Pinole, welche entlang ihrer Längsachse relativ zu dem Chassis verschiebbar ist; (c) (zumindest) eine vorstehend beschriebene Bauelement-Haltevorrichtung, welche an einem distalen Ende der Pinole angebracht ist; und (d) ein pneumatisches Leitungs- und Ventilsystem, welches eingangsseitig mit einer pneumatischen Vorrichtung koppelbar ist und welches ausgangsseitig mit dem pneumatischen Kanalsystem der Bauelement-Haltevorrichtung gekoppelt ist.
Dem beschriebenen Bestückkopf liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch den Einsatz der vorstehend beschriebenen Bauelement-Haltevorrichtung sowohl der Vorgang des Aufgreifens eines Bauelementes von einer Bauelement-Bereitstellungsposition als auch der Vorgang des Aufsetzens eines zuvor aufgenommenen Bauelementes auf einen Bauelementeträger sehr genau gesteuert werden kann. Dies liegt daran, dass unerwünschte pneumatische Effekte, die bei einer Druckänderung in dem pneumatischen Kanalsystem auftreten, nur zu geringen oder zu vernachlässigbar großen pneumatisch verursachten Hüben des Spitzenkörpers in Bezug zu dem Grundkörper führen. Das elastische Federelement dient damit zumindest annähernd ausschließlich seinem eigentlichen Sinn und Zweck. Dieser Sinn und Zweck besteht darin, bei einem Druck auf das Bauelement ein Einfedern des Spitzenkörpers zu ermöglichen und damit eine schonende Bauelement-Handhabung sowohl beim Aufgreifen des Bauelements als auch beim Aufsetzen des Bauelements zu gewährleisten. Auf diese Weise kann der Vorgang des Aufsetzens eines Bauelements auf einen Bauelementeträger prozesstechnisch auch dann stabil durchgeführt werden, wenn insbesondere bei sehr kleinen und/oder sehr dünnen Bauelementen nur sehr geringe Bestückungskräfte auftreten dürfen.
Die pneumatische Vorrichtung kann in bekannter Weise eine sogenannte Vakuum- oder Unterdruck-Erzeugungseinheit sein. Der vorstehend beschriebene Blasluftimpuls kann auf ebenfalls bekannte Weise mittels einer ein Ventil aufweisenden pneumatischen Umschalteinrichtung, beispielsweise einem Venturi-System, erzeugt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Bestückautomat zum Bestücken eines Bauelementeträgers mit elektronischen Bauelementen. Der beschriebene Bestückautomat weist auf (a) ein Chassis; (b) ein Positioniersystem mit einer stationären Komponente und einer beweglichen Komponente, wobei die stationäre Komponente an dem Chassis angebracht, und (c) einen Bestückkopf des vorstehend beschriebenen Typs. Das Chassis des Bestückkopfes ist an der beweglichen Komponente des Positioniersystems angebracht.
Auch dem beschriebenen Bestückautomat liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die vorstehend beschriebene Bauelement-Haltevorrichtung unerwünschte pneumatische Effekte zumindest reduziert, so dass auch bei sehr kleinen maximalen Bestückungskräften die Vorgänge des Aufgreifens und insbesondere des Aufsetzens von Bauelementen prozesstechnisch sehr stabil realisiert werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Verfahren zum Bestücken von Bauelementeträgern mit Bauelementen. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Bereitstellen eines Bauelements an einer Bauelement-Abholposition; (b) ein Aufgreifen des bereitgestellten Bauelementes mit einer vorstehend beschriebenen Haltevorrichtung; und (c) ein Aufsetzen des aufgegriffenen Bauelements an einer Bauelement-Einbauposition auf einem Bauelementeträger.
Dem beschriebenen Bestückungsverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung der vorstehend beschriebenen Bauelement-Haltevorrichtung der Vorgang des Aufgreifens von Bauelementen von einer Bauelement-Bereitstellungsposition und insbesondere der Vorgang des Aufsetzens von Bauelementen auf einen zu bestückenden Bauelementeträger auch bei kleinen Bestückungskräften prozesstechnisch stabil durchgeführt werden kann. Wie vorstehend erläutert wird durch die erfindungsgemäße räumliche Ausgestaltung des pneumatischen Kanalsystems innerhalb der Bauelement-Haltevorrichtung erreicht, dass Druckänderungen in dem Kanalsystem nur zu geringen oder zu gar keinen unerwünschten pneumatisch verursachten Einfederungen bzw. Ausfederungen des Spitzenkörpers in Bezug zu dem Grundkörper führen.
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 einem Verfahrensanspruch 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.
Figurenliste

1 zeigt einen Bestückautomaten mit einem schematisch dargestellten Bestückkopf.
2 zeigt eine Bauelement-Haltevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welcher ein einstückig ausgebildetes elastisches Federelement seitlich in einem schrägen Winkel von einem Durchdringungsabschnitt eines pneumatischen Kanalsystems durchdrungen wird.
3 zeigt eine Bauelement-Haltevorrichtung mit einem zweistückig ausgebildeten elastischen Federelement.

Detaillierte Beschreibung
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Bestückautomaten 100 zum Bestücken von Bauelementeträgern bzw. Leiterplatten 1002 mit elektronischen Bauelementen 1004. Der Bestückautomat 100 weist als stationäre Trägerstruktur ein Chassis 102 auf. An dem Chassis 102 ist eine stationäre Trägerschiene 104 angebracht bzw. ausgebildet, welche sich entlang einer y-Richtung erstreckt. An der stationären Trägerschiene 104 ist ein Trägerarm 106 angebracht, welcher sich entlang einer x-Richtung erstreckt und welcher mittels eines nicht dargestellten Antriebsmotors entlang der y-Richtung verfahren werden kann. Die entsprechende Verfahrrichtung ist mit einem Doppelpfeil „Y“ gekennzeichnet. An dem Trägerarm 106 ist ein Montageelement 108 angebracht, welches mittels eines weiteren ebenfalls nicht dargestellten Antriebsmotors entlang der x-Richtung verfahren werden kann. Die entsprechende Verfahrrichtung ist mit einem Doppelpfeil „X“ gekennzeichnet. Die Komponenten Trägerschiene 104, Trägerarm 106 und Montageelement 108 zusammen mit den beiden nicht dargestellten Antriebsmotoren stellen ein sog. Flächenpositioniersystem dar, mit dem ein Bestückkopf 130 innerhalb einer xy-Ebene positioniert werden kann.
Die Bestückung der Bauelementeträger 1002 erfolgt in einem Bestückungsbereich 110. Vor einer Bestückung wird der zu bestückende Bauelementeträger 1002 mittels einer Transportvorrichtung 112, beispielsweise ein Transportband, in den Bestückungsbereich 110 transportiert. Nach einer zumindest teilweisen Bestückung mit Bauelementen 1004 wird der Bauelementeträger 1002 mittels der Transportvorrichtung 112 abtransportiert. Die entsprechenden Transportrichtungen sind in 1 jeweils mit einem Pfeil T gekennzeichnet.
Wie aus 1 ersichtlich, ist der Bestückkopf 130 an dem Montagelement 108 befestigt. Durch eine geeignete Ansteuerung der nicht dargestellten Antriebsmotoren kann der Bestückkopf 130 zwischen Bauelement-Abholpositionen 116 eines Bauelement-Zuführsystems 114 und dem Bestückungsbereich 110 verfahren werden. Eine Steuereinrichtung 118, welche unter anderem mit dem Bestückkopf 130 über die gestrichelt dargestellte Datenleitung 118a und den nicht dargestellten Antriebsmotoren kommunikativ gekoppelt ist, sorgt in bekannter Weise für einen reibungslosen Ablauf der Bestückung. Dabei wird der Bestückkopf 130 zu den Bauelement-Abholpositionen 116 bewegt, wo Bauelemente 1004 aufgenommen werden. Anschließend wird der Bestückkopf 130 zusammen mit den aufgenommenen Bauelementen 1004 in den Bestückungsbereich 110 gefahren, wo die Bauelemente 1004 auf dem bereitgestellten Bauelementeträger 1002 aufgesetzt werden. Danach wird der Bestückkopf 130 „leer“ zurück zu dem Bauelement-Zuführsystem 114 gefahren, wo erneut Bauelemente 1004 aufgenommen werden.
Wie aus 1 ersichtlich, weist der Bestückautomat 100 noch zwei Kameras auf. Eine erste stationäre Kamera 120 dient der Vermessung der von dem Bestückkopf aufgenommenen Bauelemente 192. Dazu wird der Bestückkopf 130 über der Kamera 120 positioniert, so dass die aufgenommenen Bauelemente 1004 in den Erfassungsbereich der Kamera 120 gelangen. Bei dieser Bauelement-Vermessung kann beispielweise die genaue Winkellage eines aufgenommenen Bauelementes 1004 vermessen werden. Bei einem Aufsetzen des betreffenden Bauelementes 1004 kann durch eine geeignete Drehung einer entsprechenden Bauelement-Haltevorrichtung eine Abweichung der Winkellage in geeigneter Weise kompensiert werden, so dass das betreffende Bauelement 1004 in einer korrekten Winkellage auf den Bauelementeträger 1002 aufgesetzt wird.
Eine zweite Kamera 122 dient der genauen Vermessung von Markierungen, die an der Oberseite des zu bestückenden Bauelementeträgers 1002 angebracht sind. Dadurch kann die exakte räumliche Lage des Bauelementeträgers 1002 innerhalb des Bestückungsbereiches 110 erkannt und bei der Positionierung des Bestückkopfes 130 dahingehend berücksichtigt werden, dass die Bauelemente 1004 auch tatsächlich exakt an jeweils einer bestimmten Zielposition auf den Bauelementeträger 1002 aufgesetzt werden. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Kamera 122 an dem Bestückkopf 130 angebracht und wird zur Vermessung der Markierungen auf dem Bauelementeträger 1002 zusammen mit dem Bestückkopf 130 verfahren.
2 zeigt eine Bauelement-Haltevorrichtung 240 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Bauelement-Haltevorrichtung 240 weist einen Grundkörper 250 auf, welcher einen ersten proximalen Teilkörper 252 und einen zweiten distalen Teilkörper 254 umfasst. In dem ersten proximalen Teilkörper 252 ist ein Hohlraum 253 ausgebildet. Ferner ist der erste Teilkörper 252 derart dimensioniert, dass er an einer nicht dargestellten Pinole eines ebenfalls nicht dargestellten Bestückkopfes lösbar angebracht werden kann. Dieses Anbringen kann in bekannter Weise durch ein einfaches Aufstecken des proximalen Teilkörper 252 auf bzw. an ein distales Ende der Pinole erfolgen.
Der grundsätzliche Aufbau von dem Grundkörper 250 und von nachstehend erläuterten weiteren Komponenten der gesamten Bauelement-Haltevorrichtung 240 ist rotationssymmetrisch zu einer Symmetrieachse 250a. Abgesehen von den nachstehend genannten pneumatischen Leitungen sind alle Komponenten der Bauelement-Haltevorrichtung 240 rotationssymmetrische Körper. Die beiden Teilkörper 252 und 254 sind beispielsweise Hohlzylinder.
Im Inneren des zweiten distalen Teilkörpers 254 befindet sich ein elastisches Federelement 260. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses elastische Federelement 260 ein in Form eines Hohlzylinders ausgebildetes einstückiges Element aus dem Elastomer Silikon.
Die Bauelement-Haltevorrichtung 240 weist ferner einen Spitzenkörper 270 auf. Ein proximaler Abschnitt des Spitzenkörpers 270 befindet sich in dem zylindrischen Hohlraum des elastischen Federelements 260. Ein distaler Abschnitt des Spitzenkörpers 270 weist einem konusförmigen Verjüngungsabschnitt 272 auf. An einer distalen Stirnfläche 272a des Spitzenkörpers 270 bzw. des Verjüngungsabschnitts 272 befindet sich eine Öffnung. Sofern an dieser Öffnung ein Unterdruck anliegt, kann an der Stirnfläche 272a ein elektronisches Bauelement 1004 angesaugt werden.
Bei bekannten als sogenannte Saugpipetten ausgebildete Bauelement-Haltevorrichtungen wird der zum Halten eines Bauelementes erforderliche Unterdruck über einen Saugkanal an die distale Spitze der Haltevorrichtung geführt, wobei der Saugkanal mittig bzw. koaxial zu der Symmetrieachse 250a verläuft. Im Gegensatz dazu weist die Bauelement-Haltevorrichtung 240 einen ganz anderen räumlichen Verlauf eines pneumatischen Pfades 280 auf.
Wie aus 2 ersichtlich, beginnt der mittels eines pneumatischen Kanalsystems 280 realisierte pneumatische Pfad im Bereich des Hohlraums 253. Der Hohlraum 253 ist, sofern die Bauelement-Haltevorrichtung 240 an einer nicht dargestellten Pinole angebracht ist, mit einer zentralen Bohrung in der Pinole pneumatisch gekoppelt. Über diese zentrale Bohrung wird in bekannter Weise ein Unterdruck oder, bei einem Aufsetzen eines Bauelementes auf einen nicht dargestellten Bauelementeträger, ein kurzer Überdruck in Form eines Blasluftimpulses von einer ebenfalls nicht dargestellten pneumatischen Vorrichtung zu dem pneumatischen Kanalsystems 280 transferiert.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das pneumatische Kanalsystem 280 einen Querungsabschnitt 282, welcher zu einem Versatz des pneumatischen Pfades weg von der Symmetrieachse 250a führt. Der Querungsabschnitt 282 befindet sich bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Verteilkörper 256, welcher sich im Inneren des ersten proximalen Teilkörpers 252 befindet.
Ferner umfasst das pneumatische Kanalsystem 280 einem parallel zu der Symmetrieachse 250a verlaufenden Umgehungsabschnitt 284. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Umgehungsabschnitt 284 zum Teil in dem Verteilkörper 256 und zum Teil in dem zweiten distalen Teilkörper 254 in Form einer Bohrung ausgebildet, welche parallel zu der Symmetrieachse 250a verläuft.
Weiterhin umfasst das pneumatische Kanalsystem 280 einem schräg verlaufenden Durchdringungsabschnitt 286. Der Durchdringungsabschnitt 286 ist zum Teil in dem zweiten distalen Teilkörper 254 und in dem Spitzenkörper 270 ausgebildet. Von zentraler Bedeutung ist jedoch der schräge Verlauf des Durchdringungsabschnitts 286 entlang einer Längsachse 286a durch das elastische Federelement 260 hindurch. Dieser schräge Verlauf ist in 2 durch den Winkel α (alpha) visualisiert.
Der schräge Verlauf des Durchdringungsabschnitts 286 durch das elastische Federelement 260 hindurch sorgt für eine Unempfindlichkeit von pneumatisch verursachten Hubbewegungen des Spitzenkörpers 270 gegenüber dynamischen Druckänderungen im Inneren des Kanalsystem 280. Wie vorstehend erläutert, führt eine dynamische Druckveränderung in dem Kanalsystem 280 nämlich lediglich zu einer geringfügigen Deformation des elastischen Federelements 260. Dies bedeutet, dass eine dynamische Druckänderung im Inneren des Kanalsystems 280 nur zu einer vergleichsweise kleinen pneumatisch verursachten Hubbewegung des Spitzenkörpers 270 relativ zu dem Grundkörper 250 führt.
Bei einer nicht erfindungsgemäßen Bauelement-Haltevorrichtung, bei der sich der pneumatische Pfad parallel zu der Symmetrieachse mittig durch das elastische Federelement hindurch erstreckt, würden dynamische Druckänderungen im Inneren des Kanalsystems zu deutlich größeren pneumatisch verursachten Hubbewegungen des Spitzenkörpers relativ zu dem Grundkörper führen. Dann gäbe es nämlich in dem elastischen Federelement zwei entlang der Symmetrieachse voneinander beabstandete Öffnungen. Eine proximale erste Öffnung befände sich an der in 2 oberen Seitenfläche des elastischen Federelements und eine distale zweite Öffnung befände sich an der in 2 unteren Seitenfläche des elastischen Federelements. Beide Öffnungen wären aufgrund der Druckausbreitungsdynamik unterschiedlichen Drücken ausgesetzt, welche zu einer Deformation des elastischen Federelements führen würden, die mit einer relativ großen pneumatisch bedingten Hubbewegung des Spitzenkörpers 270 einher gehen würde.
Das System 280 weist, wie ferner aus 2 ersichtlich, einen vertikalen Endabschnitt 288 auf, welcher koaxial zu der Symmetrieachse 250a verläuft und in die Öffnung an der Stirnseite 272b mündet.
Ein weiterer Vorteil der hier dargestellten Bauelement-Haltevorrichtung 240 besteht darin, dass im Vergleich zu bekannten Haltevorrichtungen, bei denen ebenfalls ein Spitzenkörper federnd an einem Grundkörper angebracht ist, der Querschnitt des Kanalsystems 280 relativ klein ist. Bei bekannten Haltevorrichtungen mit einem pneumatischen Pfad, der stets parallel bzw. koaxial zu der Symmetrieachse verläuft, ist der entlang der Symmetrieachse wirksame effektive Kanalquerschnitt nämlich deutlich größer. Er ist nämlich durch die Ausdehnung des elastischen Federelements bzw. die Ausdehnung einer Dichtung für das Federelement in einer Ebene senkrecht zu der Symmetrieachse bestimmt. Auch aufgrund der Beziehung Kraft = Druck × Fläche sind dann die pneumatisch verursachten Hubbewegungen des Spitzenkörpers 270 bei der Haltevorrichtung 240 im Vergleich zu bekannten Haltevorrichtungen deutlich kleiner.
Die in 2 dargestellte Bauelement-Haltevorrichtung 240 hat jedoch noch ein weiteres konstruktives Merkmal, welches für eine Reduzierung von ungewollten pneumatischen bedingten Hubbewegungen des Spitzenkörpers 270 in Bezug zu dem Grundkörper 250 sorgt. Dieses konstruktive Merkmal ist ein Luftdruck-Ausgleichskanal 290, welcher in eine Aussparung 257 mündet, die in 2 oberhalb bzw. distal von dem elastischen Federelement 260 ausgebildet ist. Bei einer Deformation des elastischen Federelements 260, welche zu einer Verlängerung bzw. Elongation entlang der Symmetrieachse 250a führt, kann nämlich nicht nur die distale Seite des Federelements 260 nach unten sondern es kann auch die proximale Seite des Federelements 260 nach oben in den Bereich der Aussparung 257 ausweichen. Da diese beiden Ausweichbewegungen in entgegengesetzter Richtung erfolgen und sich somit zumindest teilweise kompensieren, führt dies zu einer weiteren deutlichen Reduzierung von unerwünschten pneumatisch bedingten Hubbewegungen des Spitzenkörpers 270 in Bezug zu dem Grundkörper 250.
Der Luftdruck-Ausgleichskanal 290 sorgt dafür, dass der Luftdruck der Umgebung, der an der distalen Unterseite des elastischen Federelements 260 und an einer äußeren Öffnung 290b des Luftdruck-Ausgleichskanal 290 anliegt, gleich dem Luftdruck im Inneren der Aussparung 257 ist, welcher über eine innere Öffnung 290a mit dem Luftdruck-Ausgleichskanal 290 pneumatisch verbunden bzw. gekoppelt ist. Dadurch wirkt auf die proximale Oberseite des elastischen Federelements 260 und auf die distale Unterseite des elastischen Federelements 260 stets der gleiche Luftdruck ein. Auch dies trägt zu einer Reduzierung von pneumatisch verursachten Hubbewegungen bei.
3 zeigt eine Bauelement-Haltevorrichtung 340 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wie aus einem Vergleich der beiden 2 und 3 ersichtlich, stimmen die beiden Haltevorrichtungen 240 und 340 in wesentlichen konstruktiven Merkmalen überein. Diese Merkmale, welche in beiden 2 und 3 mit denselben Bezugszeichen versehen sind, werden nachstehend nicht noch einmal im Detail erläutert.
Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Haltevorrichtung 240 weist die Haltevorrichtung 340 keinen Durchdringungsabschnitt mit einer Längsachse auf, welche mit der Symmetrieachse 250a einen Winkel α (alpha) im Bereich zwischen 50 und 60° einschließt. Ferner ist bei der Haltevorrichtung 340 das elastische Federelement zweiteilig realisiert und weist einen distalen Teil 360d und einen proximalen Teil 360p auf. Die beiden Teile 360p und 360d, welche konzentrisch zu der Symmetrieachse 250a ausgebildet sind, können beispielsweise jeweils mittels eines O-Rings realisiert sein. Der Durchdringungsabschnitt durch das (zweistückige) elastische Federelement 360p, 360d wird daher durch einen Hohlraum 386 gebildet, welcher die Form eines Hohlzylinders hat, der ebenfalls konzentrisch zu der Symmetrieachse 250a ausgebildet ist. Der Durchdringungsabschnitt 386 ist somit nicht, wie bei der Haltevorrichtung 240, lediglich eine seitliche Bohrung. Vielmehr stellt der Durchdringungsabschnitt 386 einen in Bezug zu der Symmetrieachse 250a rotationssymmetrischen Hohlkörper dar.
Bei der Haltevorrichtung 340 kann die in 3 gestrichelt dargestellte horizontale Linie als die Längsachse 386a des Durchdringungsabschnitts 386 angesehen werden. Diese Längsachse 386a steht senkrecht zu der Symmetrieachse 250a.
Aus dem konstruktiven Aufbau der in 3 dargestellten Haltevorrichtung 340 wird besonders einfach ersichtlich, dass eine Druckluftbeaufschlagung des pneumatischen Kanalsystems 280 zu keiner oder lediglich zu einer vernachlässigenden pneumatisch verursachten Ausfederung des Spitzenkörpers 270 in Bezug zu dem Grundkörper 250 führt. Der Druck in dem Kanalsystem 280 breitet sich nämlich in dem gesamten Hohlraum 386 aus. Dies führt dazu, dass der obere proximale Teil 360d des zweiteiligen elastischen Federelements nach oben gedrückt wird und dass der untere distale Teil 360p des zweiteiligen elastischen Federelements nach unten gedrückt wird, wobei die Bewegung des oberen proximalen Teils 360p nach oben aufgrund des Vorhandenseins der „hinterlüfteten“ Aussparung 257 genauso wie die Bewegung des distalen Teils 360d nach unten nicht eingeschränkt ist. Da sich (bei einer zumindest annähernd gleichen mechanischen Steifheit der beiden Teile 360p und 360d) die Bewegung des proximalen Teils 360d nach oben und die Bewegung des distalen Teils 360p nach unten zumindest annähernd kompensieren, kommt es zu keiner oder nur zu einer vernachlässigbaren pneumatischen Ausfederung des Spitzenkörpers 270 in Bezug zu dem Grundkörper 250.
Es wird darauf hingewiesen, dass sich auch im Falle eines Unterdrucks in dem pneumatischen Kanalsystem 280 die Deformationsbewegungen der beiden Teile 360p und 360d zumindest annähernd kompensieren. Im Falle eines Unterdrucks bewegt sich nämlich der distale Teil 360d des zweiteiligen elastischen Federelements nach oben und der proximale Teil 360p bewegt sich in gleicher Weise nach unten.
Bezugszeichenliste

100: Bestückautomat
102: Chassis (von Bestückautomat)
104: stationäre Trägerschiene
106: verfahrbarer Trägerarm
108: verfahrbares Montageelement
110: Bestückungsbereich
112: Transportvorrichtung
114: Bauelement-Zuführsystem
116: Bauelement-Abholpositionen
118: Steuereinrichtung
118a: Datenleitung
120: stationäre Kamera / Bauelement-Kamera
122: bewegliche Kamera / Leiterplatten-Kamera
130: Bestückkopf
1002: Bauelementeträger / Leiterplatte
1004: elektronische Bauelemente
240: Bauelement-Haltevorrichtung / Sauggreifer
250: Grundkörper
250a: Symmetrieachse
252: erster proximaler Teilkörper
253: Hohlraum
254: zweiter distaler Teilkörper
256: Verteilkörper
257: Aussparung
260: elastisches Federelement (Silikon)
270: Spitzenkörper
272: Verjüngungsabschnitt
272a: Stirnfläche
280: pneumatisches Kanalsystem / pneumatischer Pfad
282: Querungsabschnitt
284: Umgehungsabschnitt
286: Durchdringungsabschnitt
286a: Längsachse
288: vertikaler Endabschnitt
290: Luftdruck-Ausgleichskanal
290a: innere Öffnung
290b: äußere Öffnung
α: schräger Winkel zwischen Symmetrieachse und Längsachse
340: Bauelement-Haltevorrichtung / Sauggreifer
386a: Längsachse
360d: distaler Teil von elastischem Federelement
360p: proximaler Teil von elastischem Federelement
386: Durchdringungsabschnitt / Hohlraum
386a: Längsachse

Claims

Haltevorrichtung (240; 340) zum pneumatischen Halten von Bauelementen (1004) zum Zwecke der Bestückung von Bauelementeträgern (1002) mit den Bauelementen (1004), die Haltevorrichtung (240; 340) aufweisend einen Grundkörper (250); ein elastisches Federelement (260; 360p, 360d), welches an dem Grundkörper (250) angebracht ist; einen Spitzenkörper (270), welcher an dem elastischen Federelement (260; 360p, 360d) angebracht ist, wobei das elastische Federelement (260; 360p, 360d) derart konfiguriert ist, dass der Spitzenkörper (270) unter dem Einfluss einer äußeren Kraft in Bezug zu dem Grundkörper (250) ein- bzw. ausfedert; und ein pneumatisches Kanalsystem (280), welches sich durch den Grundkörper (250), das elastische Federelement (260; 360p, 360d) und den Spitzenkörper (270) erstreckt, wobei das pneumatische Kanalsystem (280) einen Durchdringungsabschnitt (286; 386) aufweist, welcher durch das elastische Federelement (260; 360p, 360d) hindurch verläuft, wobei eine Längsachse (286a;386a) des Durchdringungsabschnitts (286;386) in einem von Null verschiedenen Winkel (α) zu einer Symmetrieachse (250a) der Haltevorrichtung (240; 340) orientiert ist.
Haltevorrichtung (240; 340) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der Durchdringungsabschnitt (286;386) an einer inneren Seitenwand des elastisches Federelements (260; 360p, 360d) eine erste Öffnung ausbildet und an einer äußeren Seitenwand des elastisches Federelements (260; 360p, 460d) eine zweite Öffnung ausbildet.
Haltevorrichtung (240) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Durchdringungsabschnitt (286) einen maximalen Querschnitt aufweist, der kleiner ist als 4 mm^2, bevorzugt kleiner als 1 mm^2 und weiter bevorzugt kleiner als 0,05 mm^2.
Haltevorrichtung (240) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der von Null verschiedene Winkel (α) im Bereich zwischen 20° und 90°, insbesondere im Bereich zwischen 35° und 90° und weiter insbesondere im Bereich zwischen 45° und 90° liegt.
Haltevorrichtung (240; 340) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Luftdruck-Ausgleichskanal (290), welcher sich durch den Grundkörper (250) hindurch erstreckt und die Umgebung der Haltevorrichtung (240; 340) mit einer proximalen Oberfläche des elastischen Federelements (260; 360p, 360d) pneumatisch koppelt, wobei die proximale Oberfläche von einer Spitze des Spitzenkörpers (270) abgewandt ist.
Haltevorrichtung (240; 340) gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend eine Aussparung (257), die mit dem Luftdruck-Ausgleichskanal (290) pneumatisch gekoppelt ist und welche sich an der proximalen Oberfläche befindet.
Haltevorrichtung (240; 340) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Verteilkörper (256), welcher in einem Hohlraum (253) des Grundkörpers (250) angeordnet ist, wobei in dem Verteilkörper (256) ein Querungsabschnitt (282) des pneumatischen Kanalsystems (280) ausgebildet ist.
Haltevorrichtung (240; 340) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei der Verteilkörper (256) ein einstückig ausgebildeter scheibenartiger Körper ist.
Haltevorrichtung (240; 340) gemäß einem der beiden vorangehenden Ansprüche, sofern rückbezogen auf Anspruch 5, wobei in dem Verteilkörper (256) ferner zumindest ein Teilabschnitt des Luftdruck-Ausgleichskanals (290) ausgebildet ist.
Haltevorrichtung (240; 340) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das elastische Federelement (260) ein elastisches Material aufweist.
Haltevorrichtung (240) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei das elastische Federelement (260) einstückig ausgebildet ist.
Haltevorrichtung (340) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei das elastische Federelement zumindest zwei räumlich voneinander getrennte Teile (360p, 360d) aufweist, wobei der Durchdringungsabschnitt (386) zwischen den beiden Teilen ausgebildet ist.
Bestückkopf (130) zum automatischen Bestücken von Bauelementträgern (1002) mit Bauelementen (1004), der Bestückkopf (130) aufweisend ein Chassis; eine Pinole, welche entlang ihrer Längsachse relativ zu dem Chassis verschiebbar ist; eine Bauelement-Haltevorrichtung (240; 340) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, welche an einem distalen Ende der Pinole angebracht ist; und ein pneumatisches Leitungs- und Ventilsystem, welches eingangsseitig mit einer pneumatischen Vorrichtung koppelbar ist und welches ausgangsseitig mit dem pneumatischen Kanalsystem (280) der Bauelement-Haltevorrichtung (240; 340) gekoppelt ist.
Bestückautomat (100) zum Bestücken eines Bauelementeträgers (1002) mit elektronischen Bauelementen (1004), der Bestückautomat (100) aufweisend ein Chassis (102); ein Positioniersystem mit einer stationären Komponente (104) und einer beweglichen Komponente (106, 108), wobei die stationäre Komponente (104) an dem Chassis (102) angebracht, und einen Bestückkopf (130) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Chassis des Bestückkopfes (130) an der beweglichen Komponente (106) des Positioniersystems angebracht ist.
Verfahren zum Bestücken von Bauelementeträgern (1002) mit Bauelementen (1004), das Verfahren aufweisend Bereitstellen eines Bauelements (1004) an einer Bauelement-Abholposition; Aufgreifen des bereitgestellten Bauelementes (1004) mit einer Haltevorrichtung (240; 340) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9; und Aufsetzen des aufgegriffenen Bauelements (1004) an einer Bauelement-Einbauposition auf einem Bauelementeträger (1002).