DE10305370B4

DE10305370B4 - Bestückkopf, Bestückvorrichtung und Verfahren zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger

Info

Publication number: DE10305370B4
Application number: DE10305370A
Authority: DE
Inventors: Michael Brodt; Gerhard Dr. Haas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2023-02-11
Also published as: DE10305370A1

Abstract

Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger, mit
• einem Stator (340, 440, 540),
• einem Rotor (370, 470, 570), welcher um eine zu dem Stator (340, 440, 540) ortsfest angeordnete Drehachse (202) herum drehbar ist, und
• einer Mehrzahl von Haltevorrichtungen (310, 410, 510), welche um die Drehachse herum angeordnet sind und welche zumindest in zirkularer Richtung mit dem Rotor (370, 470, 570) koppelbar sind,
wobei die Haltevorrichtungen (310, 410, 510) jeweils in unterschiedlichen Positionen mit dem Rotor (370, 470, 570) koppelbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger, bei dem eine Mehrzahl von Haltevorrichtungen um eine Drehachse herum drehbar angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Bestückvorrichtung zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger mit dem genannten Bestückkopf. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger, bei dem der genannte Bestückkopf und die genannte Bestückvorrichtung verwendet wird.

Ein Bestückkopf zum Bestücken von Leiterplatten mit elektronischen Bauelementen, welcher eine Mehrzahl von Halteeinrichtungen aufweist, ist aus der Schrift DE 10225424 A1 bekannt. Dort ist ein Bestückkopf offenbart, welcher Halteeinrichtungen aufweist, die mittels eines Hubantriebs senkrecht zur Arbeitsebene einzeln verschiebbar sind. Jede Halteeinrichtung ist dabei mit einer schaltbaren Koppeleinrichtung verbunden, die ein An- und/oder Abkoppeln der Halteeinrichtung an den Hubantrieb in einer beliebigen Hubstellung ermöglicht.

Die Bestückung von Bauelementen auf Bauelementeträger erfolgt heutzutage mittels so genannter Bestückautomaten. Dabei werden Bauelemente von einem Bestückkopf aus einer Bauelement-Zuführeinrichtung entnommen, die entnommenen Bauelemente hin zu dem Bauelementeträger transportiert und an genau vorbestimmten Bestückpositionen auf den Bauelementeträger aufgesetzt. Um den Bestückvorgang möglichst effektiv durchzuführen, wurden so genannte Collect & Place Bestückköpfe entwickelt, welche sequentiell eine Mehrzahl von Bauelementen aufnehmen und nach einem Transport sequentiell auf den Bauelementeträger aufsetzen. Für eine effektive, d.h. zügige Bestückung von Bauelementeträgern haben sich beispielsweise so ge nannte Revolverköpfe bewährt, bei denen eine Mehrzahl von Haltevorrichtungen für Bauelemente sternförmig angeordnet und um eine Drehachse herum drehbar sind.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Ablauf eines Bestückvorgangs, bei dem als Bestückkopf 100 ein Revolverkopf verwendet wird. Bei dem Bestückkopf 100 sind zwölf Haltevorrichtungen sternförmig um eine Drehachse 112 herum drehbar angeordnet. Die Haltevorrichtungen umfassen jeweils ein Segment 101 sowie eine Saugpipette 104, an welcher Bau elemente 103 mittels Unterdruck gehalten werden können, welcher über das Segment 101 an einen Saugkanal der Saugpipette 104 angelegt wird. Der Bestückkopf 100 umfasst ferner drei so genannte Bearbeitungsstationen 105, 106, 107, welche nachfolgend kurz erläutert werden.

Im linken Teil von 1 ist die Aufnahme von Bauelementen skizziert. Dabei wird zunächst in einer ersten Bearbeitungsstation 105 die Saugpipette 104 um ihre Längsachse in eine für die nachfolgende Aufnahme eines Bauelements geeignete Winkelstellung gedreht. Die Haltevorrichtungen werden dann in Form einer getakteten Bewegung entlang der durch den Pfeil dargestellten Drehrichtung gedreht, bis die Saugpipette 104 in den Bearbeitungsbereich einer zweiten Bearbeitungsstation 106 gerät. Dort wird die Haltevorrichtung auf ein bereitgestelltes Bauelement 103 abgesenkt, so dass das Bauelement 103 infolge einer durch die Saugpipette 104 vermittelten Saugkraft gehalten und beim nachfolgenden Anheben der Saugpipette 104 an dieser haften bleibt. Danach wird das aufgenommene Bauelement 103 durch eine Drehung um die Drehachse 102 in eine Position gebracht, in der es von einer Kamera in einer dritten Bearbeitungsstation 107 erfasst wird. Dabei wird z.B. die genaue Winkellage, die Art oder ggf. Defekte des Bauelements 103 erkannt. Somit können durch eine entsprechende getaktete Drehung der an dem Bestückkopf 100 sternförmig angeordneten Haltevorrichtungen sequentiell insgesamt zwölf Bauelemente 103 aufgenommen und vermessen werden.

Nach der Aufnahme der Bauelemente 103 wird der Bestückkopf 100 über einen nicht dargestellten Bauelementeträger positioniert. Wie aus dem rechten Teil von 1 ersichtlich, werden die aufgenommenen Bauelemente 103 durch eine erneute getaktete Drehung der Haltevorrichtungen und unter Verwendung der zweiten Bearbeitungsstation 106 und der dritten Bearbeitungsstation 107 auf den Bauelementeträger aufgesetzt. In der ersten Bearbeitungsstation 105 wird die Winkellage des zuvor mittels der dritten Bearbeitungsstation 107 erfassten Winkel lage des Bauelements 103 derart verändert, dass das Bauelement 103 relativ zu dem zu bestückenden Bauelementeträger in einer definierten Winkellage aufgesetzt werden kann. Das Aufsetzen der Bauelemente 103 erfolgt wiederum in der zweiten Bearbeitungsstation 106. Dabei wird das gehaltene Bauelement 103 an einer vorgegebenen Bestückposition auf den Bauelementeträger aufgesetzt, die Haltekraft durch ein Abklemmen der Vakuumversorgung von der Saugpipette 104 reduziert und die Saugpipette 104 ohne das Bauelement 103 wieder angehoben wird. Somit können durch eine getaktete Bewegung der sternförmig angeordneten Haltevorrichtung unter Verwendung der beiden Bearbeitungsstation 105 und 106 die zuvor aufgenommenen Bauelemente 103 sequentiell auf den Bauelementeträger aufgesetzt werden.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung die zirkulare Führung der Haltevorrichtungen sowie die in der Bearbeitungsstation 106 zum Absenken und Anheben der Haltevorrichtung verwendeten Komponenten. Der rechte Teil von 2 zeigt einen Querschnitt senkrecht zu der Drehachse 102. Der linke Teil zeigt einen Querschnitt der Bearbeitungsstation 106 parallel zu der Drehachse 102. Der Bestückkopf 100 weist einen Stator 240 und einen Rotor 270 auf, welcher um eine relativ zu dem Stator 240 ortsfest angeordnete Drehachse 202 drehbar ist. An dem Stator 240 ist konzentrisch um die Drehachse 202 eine ringförmige Nut 241 angeordnet. Im Bereich der Bearbeitungsstation 106 weist die ringförmige Nut 241 eine Aussparung 245 auf. Die ringförmige Nut 241 dient zur zirkularen Führung von Haltevorrichtungen 210, welche jeweils ein Segment 201 und eine Saugpipette 204 aufweisen. Die Segmente 201 sind über eine Linearführung 271 derart mit dem Rotor 270 gekoppelt, dass die Haltevorrichtungen 210 durch eine Drehung des Rotors 270 zu einer Drehbewegung um die Drehachse 202 angetrieben werden, wobei die Radialkräfte, die bei dieser Kreisbewegung auftreten, von der ringförmigen Nut 241 aufgenommen werden. Die radiale Kopplung der Haltevorrichtungen 210 mit der ringförmigen Nut 241 erfolgt jeweils über einen Vorsprung 281, welcher in die Nut 241 eingreift und welcher an dem der jeweiligen Haltevorrichtung 210 zugeordneten Segment 201 fixiert ist.

Das Absenken und das Anheben der Haltevorrichtung 210 in der Bearbeitungsstation 106 erfolgt dadurch, dass in der Bearbeitungsstation 106 die zirkulare Führung des Segments 201 nicht durch die kreisförmige Nut 241, sondern durch ein Mitnahmeelement 281 erfolgt, welches in der Aussparung 245 mittels eines Antriebs 282 entlang der z-Richtung 283 verschoben werden kann. Somit können durch eine getaktete Bewegung der sternförmig angeordneten Haltevorrichtungen 210 sequentiell sämtliche Haltevorrichtungen 210, wenn sie sich in dem Bereich der Bearbeitungsstation 106 befinden, kurzfristig nach unten abgesenkt werden. Die Verwendung eines derartigen gemeinsamen Hubantriebs für sämtliche Haltevorrichtungen der nur in der Bauelementaufnahme- und Bauelementaufsetzstellung wirksam wird, hat den Nachteil, dass unabhängig von der Höhe des aufzunehmenden bzw. aufzusetzenden Bauelements immer ein bestimmter maximaler Hub durchfahren werden muss, um zu gewährleisten, dass die aufgenommenen Bauelemente bei einem Positionieren des Bestückkopfs nicht mit bereits auf dem Bauelementeträger bestückten Bauelementen kollidieren. Daraus ergibt sich bei dem Aufnahmevorgang und dem Aufsetzvorgang insbesondere bei flachen Bauelementen jeweils ein Zeitverlust, der die Bestückleistung, d.h. die maximale Anzahl an Bauelementen, die pro Zeiteinheit bestückt werden können, reduziert.

Aus der DE 101 08 778 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Montieren elektronischer Bauelemente bekannt, die durch die Eliminierung einer Verlustzeit eine erhöhte Montageeffizienz aufweisen. Dabei werden elektronische Bauelemente von einer Zuführeinheit durch einen Bestückkopf aufgenommen und auf einem Bauelementeträger aufgesetzt. Die Höhe der Bauelemente, die schon auf dem Bauelementeträger, der transportiert wird, montiert sind, wird durch eine Höhenmesseinheit erfasst. Diese weist einen CCD-Lichtsensor auf, der eine Lichtausstrahlungseinheit und eine Lichtempfangseinheit umfasst. Bei dem Bestückverfahren wird die Transporthöhe des Bestückkopfes, wenn sich dieser relativ zu dem Bauelementeträger bewegt, auf der Basis der Höhenmessung der Bauelemente auf eine Höhe eingestellt, die ausreicht, einen Abstand zu den bereits bestückten Bauelementen einzuhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger anzugeben, mit dem gleichzeitig eine Mehrzahl von Bauelementen transportiert werden können und mit dem der beim Abholen und beim Aufsetzen der einzelnen Bauelemente erforderliche Hub an die Höhe des zu bestückenden Bauelements bzw. an die Höhe von bereits auf den Bauelementeträger bestückten Bauelementen angepasst werden kann.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Bestückvorrichtung zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bestückkopfes zu schaffen.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zwei Verfahren zum Bestücken von Bauelementen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Bestückvorrichtung anzugeben.

Die erste vorrichtungsbezogene Aufgabe wird gelöst durch einen Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Bestückkopf mit einem Stator, mit einem Rotor, welcher um eine zu dem Stator ortsfest angeordnete Drehachse herum drehbar ist, und mit einer Mehrzahl von Haltevorrichtungen, welche um die Drehachse herum angeordnet sind und welche zumindest in zirkularer Richtung mit dem Rotor koppelbar sind, die Halte vorrichtungen abhängig von der Höhe der aufgenommenen Bauelemente in unterschiedlichen Positionen mit dem Rotor koppelbar sind. Da jede Haltevorrichtung in mehreren unterschiedlichen Positionen an den Rotor gekoppelt werden kann, ergibt sich die Möglichkeit, ein von der Haltevorrichtung aufgenommenes Bauelement auf verschiedenen Umlaufbahnen um die Drehachse zu bewegen. Auf diese Weise kann ohne Verwendung eines individuellen Hubantriebs für jede Haltevorrichtung die Lage der Umlaufbahn eines aufgenommenen Bauelements an die Höhe des Bauelements sowie an die Höhe der auf dem Bauelementeträger befindlichen Störkanten, welche beispielsweise durch die oberen Kanten von bereits bestückten Bauelementen gebildet werden, angepasst werden. Daraus ergibt sich, dass für jedes Bauelement individuell eine optimale Umlaufbahn gewählt und somit der Abhol- bzw. der Aufsetzweg verkürzt und die resultierende Bestückgeschwindigkeit erhöht werden kann.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung für verschiedene Arten von Bestückköpfen geeignet ist. Bei einem sog. Revolverkopf, bei dem die Haltevorrichtungen in einer Ebene sternförmig um die Drehachse radial abstehend angeordnet sind, sind die Haltevorrichtungen in unterschiedlichen radialen Abständen mit dem Rotor koppelbar. Die verschiedenen Umlaufbahnen weisen unterschiedliche Radien auf und sind konzentrisch zueinander angeordnet. Bei einem sog. Zylinderkopf, bei dem die Haltevorrichtungen jeweils parallel zu der Drehachse des Rotors in einem festen radialen Abstand zu der Drehachse angeordnet sind, sind die Haltevorrichtungen parallel zu der Drehachse in unterschiedlichen Höhenlagen mit dem Rotor koppelbar. Die verschieden Umlaufbahnen haben den gleichen Radius, sind aber parallel zu der Drehachse zueinander versetzt. Bei einem sog. Kegelkopf, bei dem sämtliche Haltevorrichtungen in einer festen Winkellage winklig zu der Drehachse angeordnet sind, sind die Haltevorrichtungen sowohl radial als auch axial in unterschiedlichen Positionen mit dem Rotor koppelbar. Die verschieden Umlaufbahnen weisen somit einen zueinander unterschiedlichen Radius auf und sind zudem parallel zu der Drehachse zueinander versetzt. In allen Fällen erfolgt die Kopplung der einzelnen Haltevorrichtungen mit dem Rotor an verschiedenen Positionen, die parallel zu der Längsachse der Haltevorrichtungen zueinander verschoben sind, so dass die bei einer Aufnahme bzw. bei einem Aufsetzen von Bauelementen erforderliche Hubstrecke durch geeignete Wahl der Ankoppelposition minimiert werden kann.

Der Bestückkopf nach Anspruch 2 weist zusätzlich eine Verschiebevorrichtung auf, mittels welcher eine einzelne Haltevorrichtung, sofern sie sich in dem Wirkbereich der Verschiebevorrichtung befindet, relativ zu dem Rotor in eine geänderte Position und damit in eine andere Umlaufbahn gebracht werden kann. Da die Haltevorrichtungen bei Revolverköpfen in einer getakteten Bewegung um die Drehachse gedreht werden, können mit der Verschiebevorrichtung sämtliche Haltevorrichtungen sequentiell in eine beliebige Umlaufbahn gebracht werden. Bevorzugt wird als Verschiebvorrichtung eine in herkömmlichen Bauelementen bereits vorhandene Hubvorrichtung verwendet, welche zum Abholen und zum Aufsetzen von Bauelementen vorgesehen ist.

Gemäß Anspruch 3 weist die Verschiebevorrichtung ein Mitnahmeelement auf, welches mit einer in dem Wirkbereich der Verschiebevorrichtung befindlichen Haltevorrichtung koppelbar ist. Die Kopplung zwischen dem Mitnahmeelement und der Haltevorrichtung kann sowohl mechanisch als auch magnetisch erfolgen. Eine mechanische Kopplung kann beispielsweise durch ein Eingreifen eines an der Haltevorrichtung ausgebildeten Vorsprungs in das Mitnahmeelement realisiert werden. Für eine magnetische Kopplung wird bevorzugt ein schnell aktivierbarer Elektromagnet verwendet, welcher bei Beaufschlagung mit einem entsprechenden Stromfluss eine Fixierung der Haltevorrichtung an das bewegbare Mitnahmeelement bewirkt. Eine magnetische Kopplung wird bevorzugt dadurch realisiert, dass das Mitnahmeelement einen aktivierbaren Elektromagneten und jede Haltevorrichtung ein ferromagnetisches Material aufweist.

Bei dem Bestückkopf nach Anspruch 4 werden die bei einer Rotation der Haltevorrichtungen um die Drehachse auftretenden Radialkräfte bzw. Zentrifugalkräfte von der Führungseinrichtung aufgenommen.

Die Verwendung einer Führungsnut als Führungskulisse gemäß Anspruch 5 hat den Vorteil, dass zur Implementierung der Erfindung in herkömmliche Bestückköpfe, insbesondere in herkömmliche Revolverköpfe ein geringer konstruktiver Aufwand erforderlich ist, da zu einer bereits vorhandenen Führungsnut lediglich zumindest eine weitere konzentrisch zu der Drehachse angeordnete Führungsnut ausgebildet werden muss.

Gemäß Anspruch 6 werden die Haltevorrichtungen mittels einer einfach zu realisierenden Gleitführung um die Drehachse geführt.

Die zirkulare Führung einer Haltevorrichtung in einer Führungsnut mittels einer drehbar gelagerten Rolle nach Anspruch 7 hat den Vorteil, dass bei einer Drehung der Haltevorrichtungen um die Drehachse zwischen den Haltevorrichtungen und der Führungsnut lediglich ein geringer mechanischer Abrieb entsteht. Für die Rolle kann auch eine federnde Lagerung verwendet werden, welche die Rolle in die Führungsnut oder an eine Fläche bzw. eine Kante der Führungsnut drückt, so dass eine genau definierte Führung der Haltevorrichtung gewährleistet ist.

Bei dem Bestückkopf nach Anspruch 8, bei dem zur zirkularen Führung der Haltevorrichtungen der Rotor mit den Haltevorrichtungen auch in radialer Richtung koppelbar ist, werden die bei einer Rotation der Haltevorrichtungen um die Drehachse auftretenden Zentrifugalkräfte von dem Rotor aufgenommen.

Gemäß Anspruch 9 ist zusätzlich eine Entkoppeleinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Kopplung einer in dem Wirkbe reich der Verschiebevorrichtung befindlichen Haltevorrichtung an den Rotor aufgehoben werden kann. Somit kann die Haltevorrichtung, welche beispielsweise an einer an dem Rotor angeordneten Linearführung verschiebbar gelagert ist, in eine andere Umlaufbahn gebracht werden.

Bei dem Bestückkopf nach Anspruch 10 erfolgt die Kopplung zwischen Haltevorrichtung und Rotor mittels einer Klemmeinrichtung. Um die Haltevorrichtung einerseits auf einer definierten Umlaufbahn um die Drehachse zu führen und andererseits ein Anheben bzw. Absenken der Haltevorrichtung in eine andere Umlaufbahn zu ermöglichen, ist die Klemmeinrichtung derart ausgebildet, dass (a) eine Fixierung der Haltevorrichtung an den Rotor gewährleistet ist, wenn sich die Haltevorrichtung außerhalb des Wirkbereiches der Verschiebevorrichtung befindet und (b) die Fixierung der Haltevorrichtung an den Rotor beispielsweise mit einem Entkoppelmechanismus lösbar ist, wenn sich die Haltevorrichtung innerhalb des Wirkbereiches der Verschiebevorrichtung befindet.

Gemäß Anspruch 11 erfolgt die Fixierung der Haltevorrichtung an dem Rotor dadurch, dass eine an der Haltevorrichtung ausgebildete erste Verzahnung in eine an dem Rotor ausgebildete zweite Verzahnung eingreift. Dies ermöglicht eine einfache und sichere Fixierung. Dabei wird bei Verwendung einer so genannten Mikroverzahnung eine nahezu stufenlose Variation der Ankoppelposition der Haltevorrichtung an den Rotor ermöglicht. Es wird darauf hingewiesen, dass zur Erhöhung der Klemmwirkung gegebenenfalls eine Druckfeder verwendet werden kann, welche zumindest eine der beiden Verzahnungen gegen die andere Verzahnung drückt. In diesem Fall kann die Kopplung zwischen einer in dem Wirkbereich der Verschiebevorrichtung befindlichen Haltevorrichtung und dem Rotor beispielsweise dadurch aufgehoben werden, dass die beiden Verzahnungen mittels eines Stößels räumlich voneinander getrennt werden.

Bei dem Bestückkopf nach Anspruch 12 ist zumindest ein federnder Klemmbügel vorgesehen, welcher bei einer Fixierung der Haltevorrichtung an den Rotor an der Haltevorrichtung angreift. Dies hat den Vorteil, dass die Ankoppelpositionen und damit auch die Umlaufbahnen von aufgenommenen Bauelementen stufenlos verstellbar sind. Der Klemmbügel kann sowohl selbstfedernd als auch federnd gelagert sein. Der Klemmbügel kann ferner derart angeordnet und geformt sein, dass die Klemmwirkung bei einer Drehung des Rotors durch die Zentrifugalkraft verstärkt wird. Um eine symmetrische Krafteinwirkung auf die Haltevorrichtung zu gewährleisten, werden bevorzugt zwei gegenüber angeordnete Klemmbügel verwendet, welche derart an der Haltevorrichtung angreifen, dass sich die Druckkräfte der beiden Klemmbügel gegenseitig kompensieren. Ferner kann jeder Klemmbügel eine Klemmbacke aufweisen, welche eine hohe Haftreibung zwischen dem Klemmbügel und der Haltevorrichtung gewährleistet. Um eine in dem Wirkbereich der Verschiebevorrichtung befindliche Haltevorrichtung zum Aufnehmen bzw. zum Aufsetzen von Bauelementen zu verschieben bzw. um die Haltevorrichtung in eine andere Umlaufbahn zu bringen, ist eine Entkoppeleinrichtung vorgesehen, mittels welcher der oder die Klemmbügel von der Haltevorrichtung entfernt werden können. Die Entkoppeleinrichtung ist beispielsweise ein mittels eines Antriebs verschiebbarer Stift, welcher zum Entkoppeln der Haltevorrichtung von dem Rotor an dem Klemmbügel angreift und diesen von der Haltevorrichtung entfernt.

Die zweite vorrichtungsbezogene Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Bestückvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 13.

Die erste verfahrensbezogene Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 14.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung eines Bestückkopfes nach An spruch 1 bis 12 der zum Aufnehmen bzw. zum Aufsetzen von Bauelementen erforderliche Hub einer Haltevorrichtung dadurch minimiert werden kann, dass die Haltevorrichtung abhängig von der Höhe des aufgenommenen Bauelements und/oder von der Höhe von bereits auf den Bauelementeträger bestückten Bauelementen in eine geeignete Umlaufbahn gebracht wird. Durch die Reduzierung der Hübe der Haltevorrichtungen beim Abholen bzw. beim Aufsetzen von Bauelementen wird die Bestückgeschwindigkeit des Bestückkopfes und damit die Bestückleistung eines Bestückautomaten erhöht.

Die zweite vorrichtungsbezogene Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 15.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass von einem Revolverkopf oder von einem Kegelkopf aufgenommene Bauelemente abhängig von ihrer Höhe in eine derart von der Drehachse beabstandete Umlaufbahn gebracht werden können, dass sich bei einer Erfassung des Bauelements mittels einer relativ zu dem Stator ortsfest angeordneten Kamera die Unterseite des Bauelements zumindest annähernd in dem Fokusbereich der Kamera befindet, wenn das Bauelement nach der Aufnahme aus einer Bauelement-Zuführeinrichtung durch eine entsprechende Drehung des Rotors vor der Kamera positioniert wird. Eine Variation des radialen Abstands der Haltevorrichtungen ist bei unterschiedlich hohen Bauelementen deshalb erforderlich, weil die Bauelemente üblicherweise mittels der Zuführvorrichtung derart dem Bestückprozess zugeführt werden, dass die Oberseiten der Bauelemente unabhängig von deren Höhe in einer Ebene liegen. Da die Haltevorrichtungen, welche ein um die Drehachse drehbar gelagertes Segment und eine an dem Segment aufsteckbare Saugpipette aufweisen, an der Oberseite der zu bestükkenden Bauelemente angreifen, befinden sich bei Haltevorrichtungen, die in einem festen radialen Abstand um die Drehachse drehbar sind, die Unterseiten der Bauelemente abhängig von deren Höhe in unterschiedlichen radialen Abständen. Für eine präzise Erfassung der aufgenommenen Bauelemente ist es jedoch erforderlich, dass diese mit ihrer Unterseite in den Fokusbereich gebracht werden müssen, welcher in der Regel kleiner als ungefähr 1 mm ist. Die variable Kopplung der Haltevorrichtungen in relativ zu dem Rotor unterschiedlichen Positionen erlaubt somit eine präzise Erfassung der Bauelemente insbesondere hinsichtlich ihrer Art, ihrer Winkellage und eventuell vorhandenen mechanischen Beschädigungen. Dies hat den Vorteil, dass für unterschiedlich hohe Bauelemente nicht mehr unterschiedlich lange Saugpipetten verwendet werden müssen, um die Bauelementunterseite präzise zu erfassen. Somit sind die Saugpipetten hinsichtlich ihrer Länge nicht mehr an die zu bestückenden Bauelemente anzupassen, so dass die Anzahl an verschiedenen Arten von Saugpipetten erheblich reduziert wird, welche Anzahl für die Bestückung eines Bauelementeträgers mit unterschiedlichen Bauelementen erforderlich ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich kürzere Saugpipetten verwendet werden können, so dass eine hohe Positioniergenauigkeit, welche üblicherweise mit zunehmender Pipettenlänge durch eine Deformation der Pipette abnimmt, gewährleistet ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
In der Zeichnung zeigen
1 ein Ablaufschema eines Bestückvorgangs mit einem Revolverkopf gemäß dem Stand der Technik,
2 das für einen Revolverkopf verwendete Prinzip der Führung einer Haltevorrichtung in einer ringförmigen Nut und die Komponenten eines gemeinsamen Hubantriebs zum Absenken und Anheben einer Haltevorrichtung gemäß dem Stand der Technik,
3a die Führung einer Haltevorrichtung in einer ausgewählten ringförmigen Nut mittels einer drehbar gelagerten Rolle,
3b die Führung einer Haltevorrichtung in einer ausgewählten ringförmigen Nut mittels einer Gleitführung,
4 die Kopplung einer Haltevorrichtung an den Rotor mittels einer Verzahnung und
5 die Kopplung einer Haltevorrichtung an den Rotor mittels einer Klemmung.
An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich die Bezugszeichen einander entsprechender Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden.
Die 3a und 3b zeigen die zirkulare Führung einer Haltevorrichtung 310 außerhalb des Wirkbereiches einer Verschiebevorrichtung, welche zum Absenken und Anheben der Haltevorrichtung 310 vorgesehen ist und welche aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Die Haltevorrichtung 310 umfasst ein Segment 301 und eine Saugpipette 304. Das Segment 301 ist über eine Rolle 314 (siehe 3a) oder zwei Vorsprünge 312 und 313 (siehe 3b) in einer kreisförmigen Führungseinrichtung geführt, welche drei ringförmige Nuten, eine erste ringförmige Nut 342, eine zweite ringförmige Nut 343 und eine dritte ringförmige Nut 344 aufweist. Die ringförmigen Nuten sind in unterschiedlichen Abständen konzentrisch zu einer Drehachse (nicht dargestellt) in einem Stator 340 ausgebildet. Das Segment 301 wird durch eine Drehung eines Rotors 370, welcher in der nicht dargestellten Drehachse relativ zu dem Stator 340 drehbar ist, in tangentialer bzw. zirkularer Richtung angetrieben. Um ein Verschieben des Segments 301 in radialer Richtung zu ermöglichen, weisen die ringförmigen Nuten 342, 343 und 344 im Bereich der Bearbeitungsstation, in welcher die Haltevorrichtung 310 radial bewegt werden kann, eine Aussparung auf (nicht dargestellt). Beim Bewegen der Haltevorrichtung 310 in radialer Richtung mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Mitnahmeelements wird das Segment 301, welches an dem Rotor 310 mittels einer Linearführung 371 verschiebbar gelagert ist, radial verschoben. Damit kann die Rolle bzw. können die Vorsprünge 312, 313 in unterschiedliche Nuten 342, 343, 344 eingeführt werden, so dass bei einer Drehung des Rotors 370 die Haltevorrichtung 310 in unterschiedlichen radialen Abständen um die Drehachse geführt werden.
Das Verschieben des Segments 301 in radialer Richtung erfolgt wie zuvor anhand von 2 beschrieben und wird an dieser Stelle nicht noch einmal ausgeführt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Anzahl an ringförmigen Nuten keineswegs auf drei begrenzt ist. Je nach Anforderung können auch zwei, vier oder mehrere konzentrisch angeordnete ringförmige Nuten eingesetzt werden, um eine zirkulare Führung des Segments 301 in unterschiedlichen, diskreten radialen Abständen zu ermöglichen.
4 zeigt die Kopplung einer Haltevorrichtung 410 an einen Rotor 470, welcher um eine nicht dargestellte Drehachse relativ zu einem Stator 440 drehbar ist. Die Haltevorrichtung 410 weist ein Segment 401 und eine an dem Segment 401 aufgesteckte Saugpipette 404 auf. Im rechten Teil von 4 ist die mit "A" bezeichnete Kopplung des Segments 401 an den Rotor 470 in einer schematischen Darstellung vergrößert dargestellt. Ebenso wie bei 3a und 3b ist auch in 4 eine Verschiebevorrichtung, mittels welcher das Segment 401 in radialer Richtung verschoben werden kann, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
Gemäß dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel ist das Segment 401 mittels einer Linearführung 471 an dem Rotor 470 befestigt. Damit ist das Segment 401 zunächst relativ zu dem Rotor 470 in zirkularer Richtung gekoppelt und relativ zu dem Rotor 470 in radialer Richtung frei verschiebbar gelagert. Zur radialen Kopplung des Segments 401 an den Rotor 470 ist ein Klemmelement 460 vorgesehen, welches durch die Federkraft einer Druckfeder 461 gegen das Segment 401 gedrückt wird. Das Klemmelement 460 weist auf seiner dem Segment 401 zugewandten Seite eine erste Verzahnung 462 auf. Diese erste Verzahnung 462 ist derart ausgebildet, dass sie in eine zweite Verzahnung 463 eingreift, welche an dem Segment 401 ausgebildet ist. Bei einem Eingreifen der beiden Verzahnungen 462 und 463 ineinander ist somit das Segment 401 auch in radialer Richtung an den Rotor 470 gekoppelt. Somit nimmt bei einer Drehung des Rotors 470 dieser die durch die Rotation des Segments 401 um die nicht dargestellte Drehachse verursachten Radialkräfte auf.
Um die Haltevorrichtung 410 im Bereich einer nicht dargestellten Verschiebevorrichtung radial zu verschieben, ist ein Stößel 464 vorgesehen, der mittels eines Antriebs 465 in Richtung des Klemmelements 460 bewegt werden kann, wenn sich die Haltevorrichtung 410 in dem Bereich der Verschiebevorrichtung befindet. Durch die Druckkraft des Stößels 464 gegen das Klemmelement 460 wird die Feder 461 komprimiert und die erste Verzahnung 462 von der zweiten Verzahlung 463 getrennt. Damit ist das Segment 401 in radialer Richtung frei beweglich und kann mittels der nicht dargestellten Verschiebeeinrichtung zum Aufnehmen und Absetzen von Bauelementen sowie zum Verschieben des Segments 401 in einen unterschiedlichen radialen Abstand bewegt werden.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem eine Haltevorrichtung 510 mittels einer Klemmeinrichtung an einen Rotor 570 koppelbar ist. Der linke Teil von 5 zeigt einen Querschnitt parallel zu der Drehachse der Haltevorrichtung 510, der rechte Teil zeigt einen Querschnitt senkrecht der Drehachse der Haltevorrichtung 510. Der Rotor 570 ist in einer nicht dargestellten Drehachse relativ zu einem Stator 540 drehbar. Die Haltevorrichtung 510 weist ein Segment 501 und eine Saugpipette 504 auf. Unabhängig von der Winkellage des Rotors 570 ist das Segment 501 mittels einer Linearführung 571 derart an dem Rotor befestigt, dass das Segment 501 relativ zu dem Rotor 570 ausschließlich in radialer Richtung verschiebbar ist. Außerhalb des Wirkbereichs der nicht dargestellten Verschiebevorrichtung, mit der die Haltevorrichtung 510 zum Aufnehmen und Aufsetzen eines Bauelements sowie zum Verschieben des Bauelements in eine andere Umlaufbahn mit unterschiedlichem radialen Abstand verschiebbar ist, ist das Segment 501 mittels einer Klemmvorrichtung auch in radialer Richtung an den Rotor 570 gekoppelt. Die Klemmvorrichtung weist zwei Klemmbügel 566 auf, welche jeweils mittels einer Klemmbacke 567 an dem Segment 501 angreifen und dieses festhalten. Das Material der Klemmbacken 567 ist dabei derart gewählt, dass eine hohe Haftreibung zwischen dem Segment 501 und den Klemmbacken 567 gewährleistet ist. Die Klemmbügel 566 sind jeweils mittels einer Befestigung 568 an dem Rotor 570 fixiert. Die Befestigung 568 überträgt auf die Klemmbügel 566 jeweils eine Federkraft, so dass die am Ende der Klemmbügel 566 angeordneten Klemmbacken 567 gegen das Segment 501 drücken und dieses mit einer hohen Haltekraft fixieren. Anstelle einer federnden Befestigung 568 können die Klemmbügel 566 selber auch selbst federnd sein, so dass die gleiche Wirkung erzielt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass anstelle von zwei Klemmbügeln 566 auch lediglich ein Klemmbügel oder mehrere Klemmbügel verwendet werden können, welche gegebenenfalls mit einer Klemmbacke an dem Segment 501 angreifen. Die Verwendung von zwei symmetrisch zu der Längsachse des Segments 501 angeordneten Klemmbügeln 566 hat jedoch den Vorteil, dass bei einer Klemmung des Segments 501 die beiden Druckkräfte, die von den Klemmbügeln 566 auf das Segment 501 ausgeübt werden, sich gerade gegenseitig kompensieren und somit keine Verspannungen auftreten.
Zur Verschiebung der Haltevorrichtung 510 in radialer Richtung wird die durch die beiden Klemmbügel 566 vermittelte Klemmung gelöst, indem ein Hebelelement 569 derart nach oben bewegt wird, dass sich die an dem Segment 501 anliegenden Klemmbacken 567 von der Oberfläche des Segments 501 entfernen. Das Hebelelement 569 wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Antrieb 569a bewegt.
Bei einer gelösten Klemmung erfolgt die Verschiebung der Haltevorrichtung 510 in radialer Richtung mittels einer Verschiebevorrichtung, welche aus Gründen der Übersichtlichkeit in 5 nicht dargestellt ist. Zur Funktionsweise der Verschiebevorrichtung wird wiederum auf 2 und deren Beschreibung verwiesen.
Zusammenfassend schafft die Erfindung einen Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger. Der Bestückkopf umfasst mehrere Haltevorrichtungen 310, 410, 510. Die Haltevorrichtungen 310, 410, 510 sind mittels eines Rotors 370, 470, 570 um eine Drehachse 202 drehbar und in unterschiedlichen Positionen mit dem Rotor 370, 470, 570 koppelbar, so dass abhängig von der Höhe eines Bauelements die Höhe der Umlaufbahn des Bauelements relativ zu einem zu bestückenden Bauelementeträger frei wählbar ist. Bei einer getakteten Drehung des Rotors 370, 470, 570 werden sämtliche Haltevorrichtungen 310, 410, 510 sequentiell in den Wirkbereich einer Verschiebevorrichtung bewegt, mittels welcher die Haltevorrichtungen 310, 410, 510 sequentiell sowohl zum Aufnehmen und Aufsetzen von Bauelementen relativ zu dem Rotor verschoben als auch in eine andere Umlaufbahn gebracht werden können. Die beim Drehen der Haltevorrichtungen 310 auftretenden Radialkräfte können von einer Führungseinrichtung mit zumindest zwei kreisförmigen, um die Drehachse konzentrisch angeordneten Führungskulissen 342, 343, 344 aufgenommen werden. Alternativ können diese Radialkräfte auch durch eine Klemmung der Haltevorrichtungen 410, 510 an den Rotor 470, 570 von diesem aufgenommen werden. Die Klemmung ist in einer bestimmten Winkelposition der Haltevorrichtung 410, 510 lösbar.

Claims

Bestückkopf zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger, mit • einem Stator (340, 440, 540), • einem Rotor (370, 470, 570), welcher um eine zu dem Stator (340, 440, 540) ortsfest angeordnete Drehachse (202) herum drehbar ist, und • einer Mehrzahl von Haltevorrichtungen (310, 410, 510), welche um die Drehachse herum angeordnet sind und welche zumindest in zirkularer Richtung mit dem Rotor (370, 470, 570) koppelbar sind, wobei die Haltevorrichtungen (310, 410, 510) jeweils in unterschiedlichen Positionen mit dem Rotor (370, 470, 570) koppelbar sind.
Bestückkopf nach Anspruch 1, zusätzlich mit einer an dem Stator (340, 440, 540) angeordneten und einen Wirkbereich aufweisenden Verschiebevorrichtung, mittels welcher eine einzelne Haltevorrichtung (310, 410, 510), sofern sie sich in dem Wirkbereich befindet, relativ zu dem Rotor (370, 470, 570) in eine geänderte Position verschiebbar ist.
Bestückkopf nach Anspruch 2, bei dem die Verschiebevorrichtung ein Mitnahmeelement (281) aufweist, welches mit einer in dem Wirkbereich der Verschiebevorrichtung befindlichen Haltevorrichtung (310, 410, 510) koppelbar ist.
Bestückkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei dem zur zirkularen Führung der Haltevorrichtungen (310) der Stator (340) eine Führungseinrichtung mit zumindest zwei kreisförmigen Führungskulissen aufweist, welche • jeweils konzentrisch zu der Drehachse (202) angeordnet sind und • jeweils im Wirkbereich der Verschiebevorrichtung eine Aussparung (245) aufweisen.
Bestückkopf nach Anspruch 4, bei dem die Führungskulissen jeweils eine Führungsnut (342, 343, 344) sind.
Bestückkopf nach Anspruch 5, bei dem jede Haltevorrichtung (310) zumindest einen Vorsprung (312, 313) aufweist, welcher bei einer Drehung der Haltevorrichtung (310) um die Drehachse (202) in eine Führungsnut (342, 343, 344) eingreift.
Bestückkopf nach Anspruch 5, bei dem an jeder Haltevorrichtung (310) zumindest eine drehbar gelagerte Rolle (314) angeordnet ist, welche bei einer Drehung der Haltevorrichtung (310) um die Drehachse (202) in eine Führungsnut (342, 343, 344) eingreift.
Bestückkopf nach einem der Ansprüche 2 bis 3, bei dem zur zirkularen Führung der Haltevorrichtungen (410, 510) der Rotor (470, 470) mit den Haltevorrichtungen (410, 510) fest koppelbar ist.
Bestückkopf nach Anspruch 8, zusätzlich mit einer Entkoppeleinrichtung (464, 465, 569, 569a), mittels welcher die Kopplung einer in dem Wirkbereich befindlichen Haltevorrichtung (410, 510) derart aufhebbar ist, dass die Haltevorrichtung (410, 510) relativ zu dem Rotor (470, 570) in eine geänderte Position verschiebbar ist.
Bestückkopf nach Anspruch 9, bei dem für jede Haltevorrichtung (410, 510) zusätzlich eine Klemmeinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher jeweils eine Haltevorrichtung (410, 510) an dem Rotor (470, 570) fixierbar ist.
Bestückkopf nach Anspruch 10, bei dem • die Klemmeinrichtung ein am Rotor (470) angeordnetes Element mit einer ersten Verzahnung (462) aufweist und • an der Haltevorrichtung (410) eine zweite Verzahnung (463) ausgebildet ist, wobei bei einer Fixierung der Haltevorrichtung (410) an dem Rotor (470) die beiden Verzahnungen (462, 463) ineinander greifen.
Bestückkopf nach Anspruch 10, bei dem die Klemmeinrichtung zumindest einen federnden Klemmbügel (566) aufweist, wobei bei einer Fixierung der Haltevorrichtung (510) an dem Rotor (570) der Klemmbügel (566) an der Haltevorrichtung (510) angreift.
Bestückvorrichtung zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger, mit einem Bestückkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12 • zur Aufnahme von Bauelementen aus einer Bauelement-Zuführeinrichtung, • zum Transport der aufgenommenen Bauelemente hin zu einer Bestückposition und • zum Aufsetzen der Bauelemente auf den Bauelementeträger.
Verfahren zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger unter Verwendung einer Bestückvorrichtung nach Anspruch 13, bei dem nach der Aufnahme eines Bauelementes durch eine Haltevorrichtung (310, 410, 510) die Haltevorrichtung (310, 410, 510) relativ zu dem Rotor (370, 470, 570) in eine Position verschoben wird, wobei diese Position abhängig von der Höhe des aufgenommenen Bauelementes und/oder von der Höhe von bereits auf dem Bauelementeträger bestückten Bauelementen derart gewählt wird, dass bei dem Transport des aufgenommenen Bauelements eine Kollision zwischen dem aufgenommenem Bauelement und einem bereits aufgesetzten Bauelement ausgeschlossen ist.
Verfahren zum Bestücken von Bauelementen auf einen Bauelementeträger unter Verwendung einer Bestückvorrichtung nach Anspruch 13 und einer an dem Bestückkopf relativ zu dem Stator (340, 440, 540) ortsfest angeordneten Kamera zur Erfassung von aufgenommenen Bauelementen, bei dem nach der Aufnahme eines Bauelementes durch eine Haltevorrichtung (310, 410, 510) die Haltevorrichtung (310, 410, 510) relativ zu dem Rotor (370, 470, 570) in eine Position verschoben wird, wobei diese Position abhängig von der Höhe des aufgenommenen Bauelementes derart gewählt wird, dass eine der Drehachse (202) abgewandte Unterseite des Bauelements bei einer Drehung der Haltevorrichtung (310, 410, 510) um die Drehachse (202) von der Kamera in deren Fokusebene erfasst werden kann.