DE10202290A1

DE10202290A1 - Bestückkopf und Bestückverfahren zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen

Info

Publication number: DE10202290A1
Application number: DE10202290A
Authority: DE
Inventors: Bruno Meinzinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-01-22
Filing date: 2002-01-22
Publication date: 2003-07-31
Also published as: CN1444440A; DE50304262D1; EP1330152A2; CN1236663C; EP1330152B1; EP1330152A3

Abstract

Nach der Erfindung werden an einem Bestückkopf (150) unterschiedliche Arten von Greifern (120) angeordnet. Einige der Greifer sind relativ zu dem Bestückkopf (150) oder einem Träger (100) des Bestückkopfs (150) in der Projektion des Bestückkopfs (150) auf die Bestückebene bewegbar. Mindestens einer der Greifer (120-2) ist in dieser Projektion des Bestückkopfs (150) auf die Bestückebene ortsfest an dem Bestückkopf (150) angeordnet. Dies bietet den Vorteil, bereits vor dem Aufsetzen des Bestückkopfs (150) die Positionen von mehreren Greifern (120) relativ zueinander entsprechend einer identischen Mehrzahl von zu bestückenden Positionen auf einem zu bestückenden Substrat einzustellen, so dass mittels eines einzigen Absetzvorganges eine Mehrzahl von Bauelementen auch bei inhomogen angeordneten Bestückpositionen abgesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bestückkopf sowie ein Bestückverfahren zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen mittels des Bestückkopfs.

Zum Bestücken von Bauelementen auf Substrate ist eine Vielzahl unterschiedlicher Bestückköpfe bekannt. Beispielsweise gibt es Revolver-Bestückköpfe, bei welchen eine Mehrzahl von Vakuumpipetten rotationssymmetrisch um eine gemeinsame Drehachse angeordnet ist. Das Verfahren des Bestückkopfs über eine Aufnahmeposition zum Aufnehmen der Bauelemente und durch jeweiliges Aufnehmen und anschließendes Drehen um den Winkelabstand zwischen zwei Vakuumpipetten durchgeführt. Daher können mit einem Revolver-Bestückkopf mehrere Bauelemente aufgenommen und anschließend die aufgenommenen Bauelemente an den für sie vorgesehenen Bestückpositionen auf dem zu bestückenden Substrat abgesetzt werden.

Darüber hinaus sind Einzel-Bestückköpfe bekannt, von welchen jeweils ein Bauelement von einer Zuführeinheit entnommen und an seine vorbestimmte Position auf dem Substrat bestückt werden kann. Hierbei muss nach jedem Bauelement die Wegstrecke zwischen dem Substrat und der Zuführeinrichtung zurückgelegt werden.

Ferner sind auch Trommel-Bestückköpfe (Turret-Head) bekannt, bei welchen um eine senkrechte ortsfeste Drehachse eine Mehrzahl von Bestückköpfen umläuft. Meist sind diese umlaufenden Bestückköpfe in einer mechanischen Bewegungs-Kulisse geführt, welche ihre Vertikalbewegung steuert. Das zu bestückende Substrat wird unter einer entlang dem Umfang des Trommel- Bestückkopfs angeordneten Bestückposition bewegt, an welcher die Bauelemente von dem Trommel-Bestückkopf auf das Substrat bestückt werden. Aufgenommen werden die Bauelemente an einer anderen Position entlang des Umfanges des Trommel- Bestückkopfs. Hierbei ist ebenfalls eine Bewegung erforderlich, welche das Zuführen von Bauelementen zu dieser Aufnahmeposition des Trommel-Bestückkopfs ermöglicht.

Darüber hinaus sind noch sogenannte Reihen-Bestückköpfe (Gang-Pick) bekannt, bei welchen eine Mehrzahl von Vakuumpipetten zu einer Reihe angeordnet sind. Von dieser Mehrzahl von Vakuumpipetten kann jeweils ein Bauelement aufgenommen werden. Insbesondere ist es möglich, sämtliche Bauelemente sämtlicher Vakuumpipetten gleichzeitig aufzunehmen. Anschließend wird der gesamte Reihen-Bestückkopf über das Substrat verfahren, wo nacheinander die jeweiligen Bauelemente an ihre vorgesehene Bestückpositionen auf dem Substrat abgesetzt werden.

Innerhalb der Rahmenbedingungen der erforderlichen Leistungssteigerungen auf dem Gebiet der Bestücktechnologie stoßen die bekannten Bestückköpfe jedoch an ihre Leistungsgrenzen. Hierzu trägt auch bei, dass die zu bestückenden Bauelemente immer kleiner werden. Daher werden die Bauelemente von immer geringerer Haltekräften gehalten, da ihre Oberflächen immer kleiner werden, wodurch die entsprechenden Querschnittsflächen der Saugpipetten ebenfalls kleiner werden. Darüber hinaus können auch die mit den geringen Haltekräften gehaltenen Bauelemente nur begrenzt Beschleunigungen ausgesetzt werden.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Bestückkopf und ein Bestückverfahren zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen anzugeben, mittels welchem ein schnelleres und flexibleres Bestücken möglich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Bestückkopf bzw. ein Bestückverfahren mit den Merkmalen nach den unabhängigen Patentansprüchen. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.

Durch den erfindungsgemäßen Bestückkopf ist es möglich, beispielsweise zwei oder mehr zu bestückende Bauelemente vor dem Bestücken der Bauelemente auf die Substrate die Greifer, von welchen die zu bestückenden Bauelemente gehalten werden, zueinander derart anzuordnen, dass bei einem Aufsetzen des Bestückkopfs auf das zu bestückende Substrat sämtliche an dem Bestückkopf gehaltenen Bauelemente gleichzeitig an die entsprechenden Bestückpositionen abgesetzt werden können. Hierzu weist der erfindungsgemäße Bestückkopf mindestens einen Greifer auf, welcher in der Projektion des Bestückkopfs auf die Bestückebene relativ zu dem Träger ortsfest angeordnet ist, sowie mindestens einen Greifer auf, welcher in der Projektion des Bestückkopfs auf die Bestückebene relativ zu dem Träger innerhalb eines Bewegungsbereiches bewegbar ist.

Bevorzugt sind zusätzlich die Greifer in der Projektionsrichtung bewegbar an dem Träger angebracht. Hierdurch kann zumindest teilweise auf ein Absenken des Bestückkopfs beim Bestücken der Bauelemente auf das zu bestückende Substrat verzichtet werden.

Bevorzugt sind genau ein ortsfester und zwei bewegbare Greifer vorgesehen. Hierbei ist es möglich, den ortsfesten Greifer als Bezugspunkt zu wählen und an diesem die Positionierung der zwei bewegbaren Greifer zu orientieren. Beispielsweise wird beim gleichzeitigen Bestücken von drei Bauelementen, eines an dem ortsfesten Greifer und jeweils eines an den beiden bewegbaren Greifern, die Bestückposition des an dem ortsfesten Greifer gehaltenen Bauelements als Bezugspunkt gewählt. Die beiden bewegbaren Greifer werden entsprechend den jeweiligen Abständen der Bestückpositionen der an den bewegbaren Greifern gehaltenen Bauelemente relativ zu der Bestückposition des an dem ortsfesten Greifer gehaltenen Bauelements in Relation zu dem ortsfesten Greifer positioniert, so dass bei einem Absenken des Bestückkopfs bzw. der Greifer auf das zu bestückende Substrat gleichzeitig alle drei zu bestückenden Bauelemente auf das Substrat an den jeweils vorgesehenen Bestückpositionen bestückt werden können.

Die Greifer können Vakuumgreifer sein. Ferner kann jeweils ein Drehantrieb vorgesehen sein, von welchem die Greifer relativ zu dem Träger drehbar sind. An dem Bestückkopf kann auch ein Wegmeßsystem vorgesehen sein, von welchem der Abstand der Greifer von dem Substrat erfassbar ist.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, vor dem Bestücken die Abfolge jener Positionen festzulegen, an welche der Bestückkopf während des Bestückverfahrens relativ zu der Bestückebene verfahren wird. Hierbei werden die Positionen des Bestückkopfs derart festgelegt, dass jeweils der ortsfeste Greifer sowie möglichst viele der innerhalb des Bewegungsbereiches bewegbaren Greifer über entsprechenden Bestückpositionen positioniert werden können. Hierdurch wird eine maximale Bestückleistung bei hoher Flexibilität ermöglicht. Es ist hierzu beispielsweise möglich, ein Abbild des Bewegungsbereiches der bewegbaren Greifer des Bestückkopfs zu bilden und dieses einem Abbild der mit Bauelementen zu bestückenden Positionen auf dem Substrat zu überlagern. Bei einer derartigen Überlagerung kann erkannt werden, mit welchen der bewegbaren Greifer jeweils ein Bauelement auf das zu bestückende Substrat bestückt werden könnte, wenn mit dem ortsfesten Greifer ein Bauelement bestückt wird.

Bei der Durchführung dieser Optimierung kann beispielsweise das Abbild des Bewegungsbereiches der bewegbaren Greifer relativ zu dem Abbild der mit Bauelementen zu bestückenden Positionen des Substrats bewegt werden und bei entsprechender Übereinstimmung des Bewegungsbereiches der bewegbaren Greifer mit einer mit Bauelementen zu bestückenden Position auf dem Substrat gespeichert werden. Anschließend werden beispielsweise sämtliche in diesem Bestückschritt zu bestückenden Bauelemente aus dem Abbild der mit Bauelementen zu bestückenden Positionen auf dem Substrat entfernt und die Analyse für die verbleibenden zu bestückenden Bauelemente erneut durchgeführt. Als Kriterium für die nächste anzusteuernde Bestückposition kann gemäß dem Nearest-Neighbour-Prinzip vorgegangen werden, d. h. es wird versucht, die naheliegendste Bestückposition zu erreichen, an welcher möglichst viele Bauelemente bestückt werden können. Dies ist hierbei nicht zwingend die von der vorherigen Bestückposition ausgehend naheliegendste Bestückposition, sondern jene, bei welcher unter Berücksichtigung der Verfahrwege, welche erforderlich sind, um neue Bauelemente aufzunehmen, den geringsten Gesamtweg des Bestückkopfs erfordert.

Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren sinngemäß zum Abholen von Bauelementen aus entsprechenden Zuführeinrichtungen zu verwenden. Hierbei treten lediglich an die entsprechenden Bestückpositionen auf dem Substrat diejenigen Abholpositionen an den Zuführeinrichtungen, an welchen die Bauelemente zum Entnehmen bereitgestellt werden. Ansonsten gelten für das Aufnehmen von Bauelementen entsprechend der Erfindung sinngemäß die gleichen Voraussetzungen wie für das Bestücken.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Bestückkopf nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht des Bestückkopfs nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung über einer Bestückebene;

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Abbilds des Bewegungsbereichs der Greifer des Bestückkopfs nach der bevorzugten Ausführungsform.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist der erfindungsgemäße Bestückkopf 150 einen Träger 100 sowie mehrere Greifer 120 auf. Die Greifer sind jeweils über eine Lagervorrichtung 110 mit dem Träger verbunden. Erfindungsgemäß sind zum Erreichen eines optimalen Bestückergebnisses unterschiedliche Greifer an dem Träger 100 angebracht. Der mittlere Greifer 120-2 ist in Bezug auf den Träger 100 in der Projektionsrichtung auf die Bestückebene (in der Zeichnung die Zeichenebene) ortsfest relativ zu dem Träger 100 angebracht. Daher kann der ortsfeste Greifer 120-2 mittels einer starren Lagervorrichtung 110-2 an dem Träger 100 angebracht sein.
Die beiden seitlich des ortsfesten Greifers 120-2 angebrachten Greifer 120-1 bzw. 120-3 sind in der Projektionsrichtung des Bestückkopfs 150 auf die Bestückebene relativ zu dem Träger 100 bewegbar angeordnet. Wie aus der Fig. 1 durch die Pfeile ersichtlich, sind die beiden seitlichen Greifer 120-1 und 120-3 sowohl in der X-Richtung als auch in der Y-Richtung bewegbar ausgebildet. Daher sind sie mit für entsprechende Bewegungen geeigneten Lagervorrichtungen 110-1 bzw. 110-3 an dem Träger 100 angebracht.
Um die Relativbewegung der seitlichen Greifer 120-1 und 120-3 relativ zu dem Träger 100 bewerkstelligen zu können, sind an dem erfindungsgemäßen Bestückkopf 150 beispielsweise Antriebe vorgesehen. Die Antriebe können im Träger 100 untergebracht und/oder in oder an den seitlichen Greifern 120-1 und 120-3 angebracht sein.
Als Lagervorrichtungen 110-1 und 110-3 für die seitlichen Greifer 120-1 bzw. 120-3 kommen sowohl X-Y-Portale als auch magnetische Flächenlager oder andere für eine Lagerung in X- und Y-Richtung geeignete Lager in Frage.
Aus Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bestückkopfs 150 über einer Bestückebene 400 dargestellt.
Dabei kann der erfindungsgemäße Bestückkopf 150 mit dem Träger 100 und den Greifern 120 beispielsweise von einem X-Y- Portalantrieb in der X- und in der Y-Richtung über der Bestückebene 400 bewegt werden. Die Bewegung im Wesentlichen senkrecht zu der Bestückebene kann beispielsweise durch einen entsprechenden Z-Antrieb, welcher an dem Träger 100 angreift, vorgesehen sein. Es ist auch möglich, die jeweilige Bewegung in der Z-Richtung durch individuelle Antriebe in den Greifern 120 zu ermöglichen. Es ist auch möglich, an den Greifern vorgesehene Vakuum-Pipetten 130 für die Bewegung in der Z- Richtung einzeln absenkbar und anhebbar auszubilden. Hierfür können beispielsweise Hub-Dreh-Antriebe verwendet werden.
Aus Fig. 3 ist eine schematische Ansicht des Bewegungsbereiches der bewegbaren Greifer des erfindungsgemäßen Bestückkopfs 150 in Anlehnung an die Darstellung der Greifer 120 des erfindungsgemäßen Bestückkopfs 150 aus Fig. 1 ersichtlich. Dabei ist für jeden Bestückkopf 150 eine entsprechende Markierung 200-1, 200-2 bzw. 200-3 vorgesehen, welche die Ruhelage des jeweiligen Greifers 120-1, 120-2 bzw. 120-3 darstellt.
Der mittlere, ortsfeste Greifer 120-2 bildet die Grundlage für den mittleren Bezugspunkt 200-2, welcher in dem Abbild des Bewegungsbereiches der Greifer des erfindungsgemäßen Bestückkopfs 150 festliegt. Links und rechts seitlich des Bezugspunktes 200-2 des ortsfesten Greifers 120-2 sind jeweils die Bewegungsbereiche 220-1, 220-3 der bewegbaren Greifer 120-1 bzw. 120-3 dargestellt. Die bewegbaren Greifer 120-1 und 120-3 können jeweils in der Ebene parallel zur Bestückebene (hier die Zeichenebene) relativ zu dem ortsfesten Greifer 120-2 bewegt werden.
Um einen optimierten Bestückablauf mit dem erfindungsgemäßen Bestückkopf 150 durchführen zu können, wird nun das Abbild des Bewegungsbereiches der Greifer 120 über ein Abbild der mit Bauelementen zu bestückenden Positionen auf dem zu bestückenden Substrat überlagert. Hierbei wird zunächst eine zu bestückende Position auf dem Substrat mit dem Bezugspunkt 200-2 des ortsfesten Greifers 120-2 anvisiert, so dass mittels des ortsfesten Greifers 120-2 ein Bauelement an dieser Position abgesetzt werden könnte. Im Anschluss daran kann festgestellt werden, an welche anderen Bestückpositionen gleichzeitig mit den bewegbaren Greifern 120-1 und 120-3 Bauelemente positioniert werden könnten. Diese zu bestückenden Positionen müssen, während mittels des Bezugspunktes 200-2 die eine zu bestückende Position anvisiert wird, innerhalb der Bewegungsbereiche 220-1 bzw. 220-3 der bewegbaren Greifer 120-1 bzw. 120-3 liegen.
Nach einem derartigen Durchlauf wird das Abbild der mit Bauelementen zu bestückenden Positionen entsprechend markiert und/oder korrigiert, um die bereits berücksichtigten zu bestückenden Positionen kenntlich zu machen, so dass diese nicht ein zweites Mal anvisiert werden können. Daraufhin wird die Optimierung erneut durchgeführt, bis alle zu bestückenden Positionen berücksichtigt wurden.
Nachdem die Optimierung durchgeführt wurde, wird das Bestücken der Bauelemente in der mittels der Optimierung festgelegten Reihenfolge durchgeführt.

Claims

1. Bestückkopf für ein Bestücksystem zum Bestücken von Bauelementen auf eine Bestückebene (400) zu bestückender Substrate, der Bestückkopf (150) mit
einem Träger (100), welcher relativ zu der Bestückebene (400) bewegbar ist,
mindestens einem in der Projektion des Bestückkopfs (150) auf die Bestückebene (400) relativ zu dem Träger (100) ortsfesten Greifer (120-2), und
mindestens einem in der Projektion des Bestückkopfs (150) auf die Bestückebene (400) relativ zu dem Träger (100) innerhalb eines Bewegungsbereichs bewegbaren Greifer (120-1, 120-3)

2. Bestückkopf nach Anspruch 1, wobei die Greifer (120-1, 120-2, 120-3) in der Projektionsrichtung bewegbar an dem Träger (100) angebracht sind.

3. Bestückkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei genau ein ortsfester Greifer (120-2) und zwei bewegbare Greifer (120-1, 120-3) vorgesehen sind.

4. Bestückkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Greifer (120-1, 120-2, 120-3) Vakuumgreifer sind.

5. Bestückkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Drehantrieb vorgesehen ist, von welchem die Greifer (120- 1, 120-2, 120-3) relativ zu dem Träger (100) drehbar sind.

6. Bestückkopf nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an dem Bestückkopf (150) ein Wegmeßsystem vorgesehen ist, von welchem der Abstand der Greifer (120-1, 120-2, 120-3) von dem Substrat erfassbar ist.

7. Bestückverfahren zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen mittels eines Bestückkopfs (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei
der Träger (100) über dem Substrat derart verfahren wird, dass der ortsfeste Greifer (120-2) über eine Bestückposition für ein an dem ortsfesten Greifer (120-2) aufgenommenes Bauelement positioniert wird,
die bewegbaren Greifer (120-1, 120-3) relativ zu dem Träger derart bewegt werden, dass sie über jeweiligen Bestückpositionen für an den bewegbaren Greifern (120-1, 120-3) aufgenommene Bauelemente positioniert werden, welche bezüglich der Bestückposition des ortsfesten Greifers (120-2) im Bewegungsbereich der bewegbaren Greifer (120-1, 120-3) liegen,
unter Absenken des Trägers (100) und/oder Absenken der Greifer (120-1, 120-2, 120-3) gleichzeitig an der Bestückposition des ortsfesten Greifers (120-2) und an den Bestückpositionen der bewegbaren Greifer (120-1, 120-3) Bauelemente gleichzeitig auf das Substrat bestückt werden.

8. Bestückverfahren nach Anspruch 7, wobei
vor dem Bestücken die Abfolge der Positionen, an welche der Bestückkopf (150) relativ zu der Bestückebene (400) verfahren wird, festgelegt wird, wobei
die Positionen des Bestückkopfs (150) derart festgelegt werden, dass jeweils der ortsfeste Greifer (120-2) sowie möglichst viele der innerhalb des Bewegungsbereichs bewegbaren Greifer (120-1, 120-3) über einer entsprechenden Bestückposition positioniert werden können.

9. Bestückverfahren nach Anspruch 8, wobei beim Festlegen der Positionen des Bestückkopfs (150) ein Abbild des Bewegungsbereichs der bewegbaren Greifer des Bestückkopfs (150) einem Abbild (220-1, 220-3)der mit Bauelementen zu bestückenden Positionen auf dem Substrat überlagert wird.

10. Bestückverfahren nach Anspruch 9, wobei das überlagerte Abbild (220-1, 220-3) relativ zu dem Abbild der mit Bauelementen zu bestückenden Positionen auf dem Substrat bewegt wird.

11. Verwenden des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 10 zum Abholen von Bauelementen aus Zuführeinrichtungen, wobei an den Zuführeinrichtungen vorgesehene Abholpositionen, an welchen Bauelemente zum Abholen bereitgestellt werden an die Stelle der Bestückpositionen treten.