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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum
Montieren von elektronischen Bauelementen auf einem Substrat.
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Stand der Technik
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Ein
System zum Montieren von elektronischen Bauelementen, das ein Löten
zum Montieren der elektronischen Bauelemente auf einem Substrat und
zum Erzeugen eines Bauelementmontagesubstrats verwendet, wird durch
eine Kombination aus einer Vielzahl von Vorrichtungen für
das Montieren von elektronischen Bauelementen wie etwa einer Lötdruckvorrichtung,
einer Bauelement-Platzierungsvorrichtung und einer Rückflusslötvorrichtung
gebildet. Um eine zuverlässige Qualitätskontrolle
für das System zum Montieren von elektronischen Bauelementen
vorzusehen, ist eine Bauelementmontagelinie mit einer Prüffunktion
vorgesehen, wobei eine Prüfvorrichtung zwischen einzelnen
Vorrichtungen angeordnet ist (siehe zum Beispiel das Patentdokument
1).
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In
dem Beispiel des Patentdokuments 1 ist eine Druckprüfvorrichtung
zwischen der Druckvorrichtung und der Bauelementplatzierungsvorrichtung vorgesehen,
wobei die Druckprüfvorrichtung, wenn sie einen anormalen
Zustand wie etwa eine Positionsverschiebung in der Druckposition
durch die Druckvorrichtung feststellt, die Positionsverschiebung
korrigiert, indem sie Regelinformationen zu der Druckvorrichtung
sendet, um einen durch den anormalen Zustand herbeigeführten
nachteiligen Effekt zu korrigieren, und auch Steuerinformationen
zu der Bauelementplatzierungsvorrichtung in der folgenden Stufe
sendet und danach die Platzierungsoperation wiederaufnimmt. Durch
diesen Prozess kann eine zuverlässige Qualitätskontrolle
für den Herstellungsprozess der Bauelementmontagesubs trat
s vorgesehen werden.
[Patendokument 1]
JP-A-2002-134899 -
Beschreibung der Erfindung
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Mit
der stets fortschreitenden Größenreduktion von
elektronischen Geräten verkleinern sich auch die Größen
der elektronischen Bauelemente in dem Substrat zu sehr kleinen Größen.
Weil derartig kleine Bauelemente montiert werden müssen,
sind die Montagebedingungen derart beschaffen, dass ein Ladekopf
eine viel feinere Platzierungsoperation durchführen muss,
deren Leistung viel feiner detailliert ist. Um die kleinen Bauelemente
stabil und mit einer hohen Positionierungsgenauigkeit zu montieren, muss
nicht nur die horizontale Positionierungsgenauigkeit relativ zu
einem Substrat kontrolliert werden, sondern muss auch die Genauigkeit
der Steuerung für eine Saugdüse beim Durchführen
einer sich nach unten bewegenden Operation beachtet werden, während
welcher ein elektronisches Bauelement durch die Saugdüse
gehalten und präzise zu einem Montagepunkt auf dem Substrat
geführt wird.
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Bei
der in dem oben genannten Patentdokument 1 angegebenen herkömmlichen
Vorrichtung wird jedoch nur die horizontale Positionierungsgenauigkeit
als Ziel für die Erfassung und Korrektur berücksichtigt,
während die Positionierungsgenauigkeit relativ zu der Höhe
nicht berücksichtigt wird. Wenn also eine Variation in
der Dicke eines Substrats angetroffen wird oder wenn das Substrat
durch eine Verwerfung verformt wurde, kann ein elektronisches Bauelement
nicht korrekt an einem Montagepunkt auf dem Substrat aufgesetzt
werden, wodurch ein Montagedefekt wie etwa eine Positionsverschiebung verursacht
werden kann. Wie oben beschrieben, ist es bei dem herkömmlichen
Montagesystem schwierig, effektiv einen Montagedefekt zu verhindern,
der durch einen Positionierungsfehler in der Richtung der Dicke
des Substrats verursacht wird.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein
Verfahren zum Montieren von elektronischen Bauelementen anzugeben,
die einen Montagedefekt aufgrund eines Positionierungsfehlers in
der Richtung der Dicke eines Substrats verhindern können
und die eine bestimmte Montagequalität vorsehen können.
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Um
diese Aufgabe zu erfüllen, umfasst ein System zum Montieren
von elektronischen Bauelementen gemäß der vorliegenden
Erfindung, das sich aus einer Vielzahl von Vorrichtungen für
das Montieren von elektronischen Bauelementen gebildet wird und
ein Substrat durch die Montage von Bauelementen auf einem Substrat
erzeugt: eine Substrathöhenmessvorrichtung mit einer ersten
Substrathöhenmessfunktion zum Messen der Höhen
an Höhenmesspunkten auf einer oberen Fläche des
Substrats und zum Ausgeben der Messergebnisse als Substrathöhendaten;
eine Bauelementplatzierungsvorrichtung mit einer zweiten Substrathöhenmessfunktion,
der das Substrat nach den Höhenmessungen durch die Substrathöhenmessvorrichtung
unterzogen wird, um die Höhen an spezifischen Höhenmesspunkten
zu messen und um die Messergebnisse als Substrathöhenkorrekturdaten
auszugeben, und mit einer Bauelementplatzierungsfunktion, die einen
Ladekopf verwendet, um ein elektronisches Bauelement aus einer Bauelementzuführeinheit
zu erhalten und das elektronische Bauelement auf dem Substrat zu
positionieren; und eine Parameteraktualisierungseinheit, die die
Substrathöhendaten und die Substrathöhenkorrekturdaten
verwendet, um einen Steuerparameter zu aktualisieren, der für
die Steuerung einer Bauelementplatzierungsoperation für
den Ladekopf des Bauelementplatzierungsvorrichtung verwendet wird.
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Weiterhin
umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren
zum Montieren von elektronischen Bauelementen, das ein System zum
Montieren von elektronischen Bauelementen verwendet, das durch eine
Kombination aus einer Vielzahl von Vorrichtungen für die
Montage von elektronischen Bauelementen gebildet wird, um ein Substrat
durch die Montage von elektronischen Bauelementen auf einem Substrat
zu erzeugen: einen ersten Substrathöhenmessschritt zum
Durchführen einer ersten Substrathöhenmessfunktion
an der Substrathöhenmessvorrichtung, um die Höhen
an Messpunkten auf einer oberen Fläche des Substrats zu
messen und die Messergebnisse als Substrathöhendaten auszugeben;
einen zweiten Substrathöhenmessschritt zum Durchführen
einer zweiten Substrathöhenmessfunktion für ein
nach dem ersten Substrathöhenmessschritt in eine Bauelementplatzierungsvorrichtung transportiertes
Substrat, um die Höhen an spezifischen Höhenmesspunkten
zu messen und die Messergebnisse als Substrathöhenkorrekturdaten
auszugeben; und einen Schritt zum Platzieren von Bauelementen, der
die Ladehöhe der Bauelementplatzierungsvorrichtung verwendet,
um ein elektronisches Bauelement von einer Bauelementzuführeinheit
zu sichern und das elektronische Bauelement auf dem Substrat zu
positionieren, wobei in dem Bauelementplatzierungsschritt die Substrathöhendaten
und die Substrathöhenkorrekturdaten verwendet werden, um einen
Steuerparameter zu aktualisieren, der verwendet wird, um eine Bauelementplatzierungsoperation zu
steuern, die durch den Ladekopf der Bauelementplatzierungsvorrichtung
durchgeführt wird.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung misst eine Substrathöhenmessvorrichtung
die Höhen an Höhenmesspunkten auf der oberen Fläche
eines Substrats und gibt die Messergebnisse als Substrathöhendaten
aus. Sobald das Substrat dann zu einer Bauelementplatzierungsvorrichtung
transportiert wurde, misst die Höhenmesseinrichtung wiederum die
Höhe des Substrats an spezifischen Höhenmesspunkten,
um Substrathöhenkorrekturdaten zu erhalten, wobei auf der
Basis der anfänglichen Substrathöhendaten und
der Substrathöhenkorrekturdaten ein Steuerparameter zum
Steuern der durch einen Ladekopf durchgeführten Bauelementplatzierungsoperation
aktualisiert wird. Auf diese Weise können Differenzen in
den Höhenpositionen einzelner Substrate genau korrigiert
werden, wobei Montagedefekte aufgrund von Positionierungsfehlern
in der Höhenrichtung der Substrate verhindert werden können.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Systems zum Montieren
von elektronischen Bauelementen gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Siebdruckvorrichtung
gemäß der Ausführungsform der Erfindung
zeigt.
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3 ist
ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Druckprüfvorrichtung
gemäß der Ausführungsform der Erfindung
zeigt.
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4 ist
ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Bauelementplatzierungsvorrichtung
gemäß der Ausführungsform der Erfindung
zeigt.
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5 ist
ein Blockdiagramm, das den Steuerabschnitt des Systems zum Montieren
von elektronischen Bauelementen gemäß der Ausführungsform der
Erfindung zeigt.
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6A und 6B sind Querschnittansichten eines Substrats
für die Ausführungsform, auf dem Bauelemente zu
montieren sind.
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7A bis 7C sind
Diagramme, die die Substrathöhenmessverarbeitung durch
das System zum Montieren von elektronischen Bauelementen der Ausführungsform
zeigen.
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8A bis 8C sind
Draufsichten auf das Substrat dieser Ausführungsform, auf
dem Bauelemente zu montieren sind.
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9A bis 9C sind
Diagramme, die einen Steuerparameter für eine Bauelementplatzierungsoperation
gemäß der Ausführungsform erläutern.
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10 ist
ein Flussdiagramm für die Operation des Bauelementmontagesystems
gemäß der Ausführungsform.
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11A bis 11C sind
Diagramme, die die Verarbeitung durch das System zum Montieren von
elektronischen Bauelementen der Ausführungsform zeigen.
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Bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
beschrieben. Zuerst wird das System zum Montieren von elektronischen
Bauelementen mit Bezug auf 1 beschrieben.
In 1 besteht eine Bauelementmontagelinie 1 für das
System zum Montieren von elektronischen Bauelementen aus einer Druckvorrichtung
M1, einer Druckprüfvorrichtung M2 und einer Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3, wobei alle Vorrichtungen für die Montage von elektronischen
Bauelementen verwendet werden und über ein Kommunikationsnetzwerk 2 mit
einem Verwaltungscomputer 3 verbunden sind, sodass der
Computer 3 das gesamte System steuern kann. Unter Verwendung
dieser Bauelementmontagevorrichtungen können elektronische
Bauelemente auf einem Substrat montiert werden und kann ein Bauelementmontagesubstrat
erzeugt werden.
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Die
Druckvorrichtung M1 führt einen Siebdruck für
die Elektroden eines Substrats unter Verwendung von Lotpaste für
die Verbindung von elektronischen Bauelementen durch. Die Druckprüfvorrichtung
M2 prüft die Druckbedingung der Drucklotpaste, wobei sie
auch die Höhen an Höhenmesspunkten auf der oberen
Fläche des bedruckten Substrats erfasst und die Erfassungsergebnisse
als Substrathöhendaten ausgibt. Danach platziert die Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3 elektronische Bauelemente auf dem Substrat, auf das die Lotpaste gedruckt
ist.
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Im
Folgenden werden die Anordnungen der einzelnen Vorrichtungen erläutert.
Zuerst wird die Anordnung der Druckvorrichtung M2 mit Bezug auf 2 beschrieben.
In 2 ist eine Substrathalterung 11 auf einem
Positionierungstisch 10 angeordnet. Die Substrathalterung 11 verwendet
eine Klemme 11a, um zwei Seiten eines Substrats 4 zu
greifen und zu halten. Über der Substrathalterung 11 ist
eine Maskenplatte 12 angeordnet, in der Musterlöcher (nicht
gezeigt) in Übereinstimmung mit den zu bedruckenden Teilen
des Substrats 4 ausgebildet sind. Wenn der Positionierungstisch 10 durch
einen Tischantrieb 14 bewegt wird, wird das Substrat 4 horizontal oder
vertikal relativ zu der Maskenplatte 12 bewegt.
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Eine
Rakeleinheit 13 ist über der Maskenplatte 12 angeordnet.
Die Rakeleinheit 13 umfasst: einen Bewegungs- und Drückmechanismus 13b zum Heben
und Senken einer Rakel 13c relativ zu der Maskenplatte 12 und
zum Drücken der Rakel 13c gegen die Maskenplatte 12,
indem eine vorbestimmte Druckkraft ausgeübt wird; und einen
Rakelbewegungsmechanismus 13a zum horizontalen Bewegen der
Rakel 13c. Der Bewegungs- und Drückmechanismus 13b und
der Rakelbewegungsmechanismus 13a werden durch einen Rakelantrieb 15 angetrieben.
Wenn die Maskenplatte 12 nach unten verschoben wird, bis
ihre untere Fläche das Substrat 4 kontaktiert,
wird die Rakel 13c mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit
horizontal entlang der oberen Fläche der Maskenplatte 12,
auf der eine Lotpaste 5 aufgetragen wurde, verschoben,
sodass die Lotpaste 5 durch die Musterlöcher (nicht
gezeigt) in der Maskenplatte 12 gedrückt und auf
die obere Fläche des Substrats 4 gedruckt wird.
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Diese
durch den Tischantrieb 14 und den Rakelantrieb 15 durchgeführte
Druckoperation wird durch eine Drucksteuereinrichtung 17 gesteuert. Während
des Druckprozesses werden die Operation der Rakel 13c und
die Positionierung des Substrats 4 und der Maskenplatte 12 auf
der Basis von in einer Druckdaten-Speichereinheit 16 gespeicherten Druckdaten
gesteuert. Dabei zeigt eine Anzeigeeinheit 19 verschiedene
Indexdaten an, die den Betriebszustand der Druckvorrichtung sowie
Warnungen zu Anormalitäten während des Druckzustands angeben,
wobei eine Kommunikationseinheit 18 Daten über
das Kommunikationsnetzwerk 2 mit dem Verwaltungscomputer 3 oder
den anderen Vorrichtungen der Bauelementmontagelinie 1 austauscht.
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Mit
Bezug auf 3 wird im Folgenden die Druckprüfvorrichtung
M2 erläutert. In 3 wird das Substrat 14 entlang
von Transportschienen 20 gehalten und an den beiden Enden
durch Klemmglieder 20a geklemmt. Wenn eine Substrat-Transport-/Positionierungseinheit 21 angetrieben
wird, wird das Substrat 4 entlang der Transportschienen 20 transportiert und
an einer Position positioniert, an der sie wie weiter unten beschrieben
geprüft oder gemessen werden kann.
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Eine
Höhenmesseinrichtung 22 und eine Kamera 24 sind über
dem Substrat 4 angeordnet, das entlang der Transportschienen 20 gehalten
wird. Die Höhenmesseinrichtung 22 umfasst eine Funktion zum
präzisen Messen der Distanz zu einem Messziel und wird
verwendet, um die Distanzen zu Höhenmesspunkten auf dem
Substrat 4 zu messen. Die erhaltenen Messdaten werden dann
durch eine Substrathöhenmesseinheit 23 verarbeitet,
um die Höhen an den Höhenmesspunkten auf dem Substrat 4 zu
erhalten. Weiterhin werden die durch die Kamera 24 erhaltenen
Abbildungsergebnisse durch eine Bilderkennungseinheit 25 verarbeitet,
die eine Prüfung des Druckzustands der Lotpaste ermöglicht.
Die Höhenmesseinheit 22 und die Kamera 24 können
durch eine Bewegungseinrichtung über die horizontale Ebene
verschoben werden, wobei ein beliebige Position auf dem Substrat 4 als
Höhenmessung oder Prüfziel ausgewählt
werden kann.
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Die
durch die Höhenmessung und die Druckzustands-Prüfergebnisse
erhaltenen Höhendaten werden durch einen Prüf-/Messprozessor 26 verarbeitet,
und die resultierenden Daten werden als Substrathöhendaten
und Druckzustands-Prüfergebnisse ausgegeben. Die ausgegebenen
Daten werden über eine Kommunikationseinheit 28 und
das Kommunikationsnetzwerk 2 zu dem Verwaltungscomputer 3 und
zu anderen Vorrichtungen übertragen. Der Prüf-/Verwaltungsprozessor 26 steuert
die Substrat-Transport-/Positionierungseinheit 21, die
Höhenmesseinrichtung 22 und die Kamera 24 während
der Prüf-/Messoperation. Die Druckprüfvorrichtung
M2 dient also als Substrathöhenmessvorrichtung, die eine
erste Substrathöhenmessfunktion zum Messen der Höhen
an bestimmten Höhenmesspunkten auf der oberen Fläche
des Substrats 4 und zum Ausgeben der Erfassungsergebnisse
als Substrathöhendaten umfasst.
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Als
nächstes wird die Anordnung der Bauelementplatzierungsvorrichtung
mit Bezug auf 4 erläutert. In 4 wird
das Substrat 4 durch Transportschienen 30 gehalten,
wobei seine zwei Enden durch Klemmglieder 30a geklemmt
werden. Die das Substrat 4 greifenden Klemmglieder 30a der
Transportschienen 30 weisen denselben Aufbau auf wie die Klemmglieder 20a der
Transportschienen 20 für die Druckprüfvorrichtung
M2, um das Substrat 4 möglichst in demselben Zustand
wie während des Druckprüfprozesses zu halten.
Wenn eine Substrat-Transport-/Positionierungseinheit 31 angetrieben
wird, wird das Substrat 4 entlang der Transportschienen 30 transportiert
und an einer Bauelementplatzierungsposition für einen weiter
unten beschriebenen Ladekopf 34 positioniert.
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Eine
Höhenmesseinrichtung 32, die durch eine Bewegungseinrichtung
(nicht gezeigt) bewegt wird, und der Ladekopf 34, der durch
einen Kopfbewegungsmechanismus (ebenfalls nicht gezeigt) bewegt
wird, sind über dem durch die Transportschienen 30 gehaltenen
Substrat 4 angeordnet. Die Höhenmesseinrichtung 32 weist
dieselbe Messfunktion auf wie die Höhenmesseinrichtung 22.
In dieser Ausführungsform verwendet die Höhenmesseinrichtung 32 spezifische
der zuvor für das Substrat 4 vorgesehenen und
durch die Druckprüfvorrichtung M2 gemessenen Höhenmesspunkte
als Höhenmessziele, die zuvor für die Erfassung
von Substrathöhenkorrekturdaten bestimmt wurden.
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Eine
Substrathöhenmesseinheit 33 verarbeitet durch
die Höhenmesseinrichtung 32 erhaltene Messdaten
für die Höhenmesspunkte und erhält Substrathöhenkorrekturdaten,
die die Höhen der oben genannten spezifischen Höhenmesspunkte wiedergeben.
Die Höhenmesseinrichtung 32 und die Substrathöhenmesseinheit 33 bilden
zusammen eine zweite Substrathöhenmessfunktionseinrichtung. Wenn
eine weiter unten beschriebene Bauelementplatzierungsoperation durchgeführt
wird, werden die erhaltenen Substrathöhenkorrekturdaten
verwendet, um die durch die Druckprüfvorrichtung M2 erhaltenen Substrathöhendaten
zu korrigieren.
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Der
Ladekopf 34 umfasst eine Düse 34a, an der
ein elektronisches Bauelement durch Saugen gehalten werden kann.
Unter Verwendung der durch die Düse 34a vorgesehenen
Saugkraft zieht der Ladekopf 34 ein elektronisches Bauelement
aus einer Bauelementzuführeinheit (nicht gezeigt). Der
Ladekopf 34 wird dann über das Substrat 4 bewegt
und zu diesem gesenkt, sodass das durch die Düse 34a gehaltene
elektronische Bauelement auf dem Substrat 4 platziert wird.
Währen dieser Platzierungsoperation steuert eine Platzierungssteuereinrichtung 37 auf
der Basis von in einer Platzierungsdaten-Speichereinheit 36 gespeicherten
Platzierungsdaten, d. h. auf der Basis von Koordinaten für
die Montage eines elektronischen Bauelements auf dem Substrat 4,
die Substrat-Transport-/Positionierungseinheit 31 und einen Ladekopfantrieb 35,
sodass die Position, an der ein elektronisches Bauelement auf dem
Substrat 4 platziert wird, unter Verwendung des Ladekopfs 34 eingestellt
werden kann.
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Indem
dabei der Ladekopf 34 unter Berücksichtigung der
in einer Platzierungsbedingungs-Speichereinheit 40 gespeicherten
Platzierungsbedingungsdaten gesteuert wird, d. h. indem Steuerparameter
für ein detailliertes Platzierungsoperationsmuster für
die Bewegung der Düse 34a des Ladekopfs 34 verwendet
werden, kann eine präzise Platzierungsoperation wie weiter
unten beschrieben durchgeführt werden.
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Eine
Anzeigeeinheit 39 zeigt Indexdaten an, die verschiedene
Betriebszustände für die Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3 und Warnungen zu Anormalitäten in dem Platzierungszustand
angeben. Eine Kommunikationseinheit 38 tauscht Daten über das
Kommunikationsnetzwerk 2 mit dem Verwaltungscomputer 3 oder
anderen Vorrichtungen der Bauelementmontagelinie 1 aus.
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Die
Bauelementplatzierungsvorrichtung M3 umfasst: eine zweite Substrathöhenmessfunktion zum
Messen von Höhen an spezifischen Höhenmesspunkten
für das Substrat 4, das transportiert wird, nachdem
die Druckprüfvorrichtung M2 (die Substrathöhenmessvorrichtung)
die Höhenmessungen durchgeführt hat, und zum Ausgeben
der Messungen als Substrathöhenkorrekturdaten; und eine
Bauelementplatzierungsfunktion, in der der Platzierungskopf verwendet
wird, um ein elektronisches Bauelement aus einer Bauelementzuführeinheit
zu nehmen und das elektronische Bauelement auf dem Substrat 4 zu
positionieren.
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Im
Folgenden wird die Anordnung des Steuerabschnitts des Systems zum
Montieren des elektronischen Bauelements mit Bezug auf 5 beschrieben.
Dafür wird eine Datenaustauschfunktion beschrieben, die
verwendet wird, um einen Steuerparameter für einen Bauelementmontageprozess
zu aktualisieren. In 5 handhabt eine übergeordnete Steuereinrichtung 50 das
Senden und Empfangen von Daten für den Steuerprozess, der
durch den Verwaltungscomputer 3 ausgeführt wird.
Die übergeordnete Steuereinrichtung 50 empfängt
Daten über das Kommunikationsnetzwerk 2, die durch
die einzelnen Vorrichtungen des Bauelementmontagelinie 1 gesendet
werden, und gibt auf der Basis eines vorbestimmten Verarbeitungsalgorithmus
Parameteraktualisierungsdaten über das Kommunikationsnetzwerk 2 zu den
einzelnen Vorrichtungen aus.
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Insbesondere
ist die für die Druckprüfvorrichtung M2 von 3 vorgesehene
Prüf-/Messeinheit 26 über die Kommunikationseinheit 28 mit
dem Kommunikationsnetzwerk 2 verbunden, wobei die einzelnen
Einheiten der Druckvorrichtung M1 und der Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3 (siehe 2 und 4) jeweils über
die Kommunikationseinheit 18 und 38 mit dem Kommunikationsnetzwerk 2 verbunden
sind. Bei dieser Anordnung können auf der Basis von während
des Prüf- und Messprozesses der Druckprüfvorrichtung
M2 extrahierten Daten die Regelung zum Korrigieren oder Aktualisieren
eines durch die vorgeordnete Vorrichtung verwendeten Steuerparameters
oder die Steuerung zum Korrigieren oder Aktualisieren eines durch
die nachgeordnete Vorrichtung verwendeten Steuerprozesses jederzeit
während des Betriebs der einzelnen Vorrichtungen ausgeführt
werden. Es ist zu beachten, dass die Datenaustauschfunktion anstatt
durch den Verwaltungscomputer 3 auch durch die Steuereinrichtungen der
einzelnen Vorrichtungen ausgeführt werden kann.
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Mit
Bezug auf 6 und 7 werden
im Folgenden eine Verwerfungsverformung des Substrats 4,
auf dem die elektronischen Bauelemente montiert werden sollen, und
der durch die Druckprüfvorrichtung M2 und die Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3 zum Erfassen des Verwerfungsverformungszustands durchgeführte
Substrathöhenmessprozess erläutert. In 6 ist das Substrat 4 in den normalen
Zustand vor der Verformung gezeigt. Wenn ein elektronisches Bauelement 6 auf
dem Substrat 4 montiert werden soll, wird eine Montagehöhe
H angegeben, indem die obere Fläche der auf das Substrat 4 gedruckten
Lotpaste 5 als Bezug verwendet wird. Während der
Platzierungsoperation unter Verwendung des Ladekopfs 34 wird
die Bewegung des Ladekopfs 34 unter Verwendung der Montagehöhe
H als Bezug gesteuert.
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Der
tatsächlich verformte Zustand des Substrats 4 ist
in 6B gezeigt. Wenn ein dünnes
Substrat mit einer geringen Steifigkeit wie etwa ein Kunstharzsubstrat
als Substrat 4 verwendet wird, neigt das Substrat 4 zu
einer nach oben gerichteten Verwerfung, sodass eine konvexe Form
wie in 6B gezeigt vorgesehen wird,
wobei an einer Montageposition innerhalb des Substrat 4 eine
vertikale Verschiebung Δh1 relativ zu den normalen Zustand
auftritt. Wenn der Ladekopf 34 in diesem Zustand für
das Substrat 4 bewegt wird, kann genau so wie für
das Substrat 4 in dem normalen Zustand von 6A die Platzierungsoperation
nicht korrekt durchgeführt werden. Deshalb führt
die Druckprüfvorrichtung M2 gemäß dem
Verfahren zum Montieren von elektronischen Bauelementen dieser Ausführungsform
vor der Montage des elektronischen Bauelements eine Substrathöhenmessung
durch und erfasst zuvor eine Verschiebung Δh1, die durch
die Verwerfungsverformung des Substrats 4 wie oben beschrieben
verursacht wird, und erhält eine korrigierte Montagehöhe H*,
die in Übereinstimmung mit der Verschiebung Δh1
berechnet wird.
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Weiterhin
wird in dem Verfahren zum Montieren von elektronischen Bauelementen
gemäß dieser Ausführungsform nicht nur
ein Fehler, der auf die Verwerfungsverformung des Substrats 4 in
der Höhenrichtung zurückzuführen ist,
als Korrekturziel verwendet, sondern auch ein Fehler, der auf eine
Höhendifferenz zwischen den Vorrichtungen in 7A bis 7C zurückzuführen
ist. In 7A gibt H2(i) die Höhe
einer Vielzahl von Punkten auf den Transportebenen der Transportschienen 20 der
Druckprüfvorrichtung M2 an. Entsprechend gibt in 7B H3(i) die
Höhe einer Vielzahl von Punkten auf den Transportebenen
der Transportschienen 30 der Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3 an. Dabei ist (i) ein Indikator für die verschiedenen
Punkte.
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In
den Entwurfsdaten sind H2(i) und H3(i) einzelne Punkte auf derselben
Transportpfadlinie, von denen angenommen wird, dass sie dieselbe Höhe
aufweisen. Weil jedoch eine mehr oder weniger große Höhendifferenz
zwischen den Transportlinien der für die einzelnen Vorrichtungen
verwendeten Transporteinrichtungen besteht und weil die Linie durch
eine Kombination aus einer Vielzahl von Vorrichtungen gebildet wird,
können die Höhen H2(i) und H3(i) variieren.
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Wegen
dieser oben beschriebenen Variation variiert die Höhe der
oberen Fläche des Substrats 4 zwischen dem Zustand,
in dem das Substrat 4 durch die Transportschienen 20 der
Druckprüfvorrichtung M2 in Position gehalten wird, und
dem Zustand, in dem es durch die Transportschienen 30 der Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3 in Position gehalten wird. Wenn der geklemmte Zustand eines Substrats 4 zwischen
dem Greifen durch die Klemmglieder 20a für die
Transportschienen 20 und dem Greifen durch die Klemmglieder 30a für
die Transportschienen 30 variiert und wenn zusätzlich
Fremdkörper wie etwa Staub zwischen den Transportflächen
oder Klemmflächen vorhanden sind, wird die Wiederholbarkeit der
Höhenlesungen für die obere Fläche des
Substrats 4 beeinträchtigt.
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Der
durch die Transportschienen 20 gehaltene Zustand des Substrats 4 muss
gut reproduziert werden, wenn das Substrat 4 durch die
Transportschienen 30 gehalten wird, sodass die Höhenmessinformationen
für das Substrat 4, die die Druckprüfvorrichtung
M2 durch Messungen an den Höhenmesspunkten auf dem Substrat 4 erhalten
hat, für die Bauelementplatzierungsoperation der Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3 verwendet werden können. Es ist jedoch wie oben beschrieben
keine Wiederholbarkeit zu erwarten, wenn das Substrat 4 durch an
den verschiedenen Vorrichtungen variierende Transportschienen gehalten
und positioniert wird, sodass eine Korrektur der Höhendifferenzen
zwischen den Vorrichtungen vorgenommen werden muss.
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Deshalb
sind gemäß dem Verfahren zum Montieren von elektronischen
Bauelementen dieser Ausführungsform Erkennungsmarkierungen 4m an vier
Eckpositionen des Substrats 4 als Höhenbezugspunkte
(spezifische Höhenmesspunkte) definiert, wobei die Höhendifferenzen
zwischen den Vorrichtungen auf der Basis von Ergebnissen korrigiert werden,
die erhalten werden, wenn die Druckprüfvorrichtung M2 und
die Bauelementplatzierungsvorrichtung M3 die Höhe derselben
Erkennungsmarkierungen 4m gemessen haben. Es werden also
die Höhen der Erkennungsmarkierungen 4m auf einem
durch die Transportschienen 20 gehaltenen Substrat 4 gemessen,
wobei H2m(i) für die einzelnen Erkennungsmarkierungen 4m(i) erhalten
wird. Entsprechend werden die Höhen der Erkennungsmarkierungen 4m auf
dem durch die Transportschienen 30 gehaltenen Substrat 4 gemessen,
wobei H3m(i) für die einzelnen Erkennungsmarkierungen 4m(i)
erhalten wird. Für dieselben Erkennungsmarkierungen 4m(i)
wird eine Höhenänderung Δh1m(i) (= H2m(i) – H3m(i))
(i = 1 bis 4) als Substrathöhenkorrekturdaten erhalten.
Anstatt der Erkennungsmarkierungen 4m können auch andere
Erkennungsmerkmale als Höhenbezugspunkte verwendet werden.
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Dann
wird wie in 7C gezeigt unter Verwendung
der erhaltenen Daten Δhm(i) (i = 1 bis 4) eine dreidimensionale
Koordinatentransformation erhalten, um einen Punkt auf einer Ebene
PL1, der durch Erkennungsmarkierungen 4m auf dem durch die
Transportschienen 20 gehaltenen Substrat 4 definiert
wird, mit einem Punkt auf einer Ebene PL2, der durch die Erkennungsmarkierungen
auf dem durch die Transportschienen 30 gehaltenen Substrat 4 definiert
wird, zu korrelieren. Dadurch kann eine Höhendifferenz Δh2
zwischen den Ebenen PL1 und 2L2 für einen beliebigen Punkt
auf dem Substrat 4 berechnet werden. Auf diese Weise kann
eine Korrektur der Montagehöhe durchgeführt werden,
wobei nicht nur die durch eine Verwerfungsverformung des Substrats 4 von 6 verursachte Verschiebung Δh1,
sondern auch die durch eine Höhendifferenz verursachte
Höhenverschiebung Δh2 zwischen den Vorrichtungen berücksichtigt
wird.
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Um
den Höhenmesspunkt für die Durchführung
einer derartigen Montagehöhenkorrektur festzusetzen, können
zwei in 8 gezeigte Verfahren in Abhängigkeit
von dem verformten Zustand des Substrats 4 und dem Typ
des elektronischen Bauelements 6 gewählt werden.
Wenn die Verformung des Substrats 4 keinen spezifischen
Trend aufweist und der verformte Zustand unregelmäßig
ist oder wenn eine extrem genaue Montagehöhenkontrolle
für die zu montierenden elektronischen Bauelemente erforderlich
ist, verwendet die Druckprüfvorrichtung M2 als Höhenmesspunkte
die Druckbauelement-Montagepositionen P wie in 8A gezeigt,
nachdem das Lot aufgedruckt wurde, zusätzlich zu den Erkennungsmarkierungen 4m an
den vier Eckpositionen. Die Druckprüfvorrichtung M2 misst
die Höhe der oberen Fläche der auf die Elektroden 4a aufgedruckten Lotpaste 5 direkt.
Danach misst die Bauelementplatzierungsvorrichtung M3 nur die Höhen
der Erkennungsmarkierungen 4m von 8C, berechnet
den oben genannten Höhenänderungswert Δh2
auf der Basis der Höhenmessergebnisse und erhält
die korrigierte Montagehöhe H*, indem sie diese Ergebnisse zu
den durch die Druckprüfvorrichtung M2 erhaltenen Messergebnissen
addiert.
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8B ist
ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, in dem die Druckprüfvorrichtung
M2 eine Höhenmessung nicht nur für die Erkennungsmarkierungen 4m an
den vier Eckpositionen, sondern auch für zuvor auf dem
Substrat 4 gesetzte Höhenmesspunkte 4b unabhängig
von den Montagepositionen durchführt. In diesem Beispiel
wird eine entsprechende Anordnung wie etwa eine Matrixanordnung
für mehrere Messpunkte vorausgesetzt, um eine Beschreibung der
Verformung des Substrats 4 zu erhalten, wobei die Druckprüfvorrichtung
M2 Höhenmessungen für diese mehreren Messpunkte
durchführt und auf der Basis der erhaltenen Ergebnisse
eine dreidimensionale Form für das Substrat 4 erhält.
Insbesondere wird ein Näherungswert für die vertikale
Verschiebung Δh1 an einer beliebigen Position auf dem Substrat 4 durch
eine numerische Berechnung berechnet. Die Bauelementmontagevorrichtung
M3 misst nur die Höhen der Erkennungsmarkierungen 4m von 8C,
berechnet die Höhenänderung Δh2 auf der Basis
der Höhenmessergebnisse und erhält die korrigierte
Montagehöhe H*, indem sie die Höhenänderung Δh2
zu den durch die Druckprüfvorrichtung M2 erhaltenen Messergebnissen
addiert.
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In
dieser Ausführungsform werden die Substrathöhendaten
und die Substrathöhenkorrekturdaten nicht nur verwendet,
um die korrigierte Montagehöhe H* zu erhalten, sondern
auch um für die Bauelementplatzierungsoperation verwendete
Steuerparameter wie etwa einen weiter unten beschriebenen Geschwindigkeitsparameter,
Positionsparameter und Platzierungsparameter zu aktualisieren oder
zu korrigieren. Diese Steuerparameter werden herkömmlicherweise
zuvor in Übereinstimmung mit den Bauelementtypen als fixe
Werte gesetzt. In dieser Ausführungsform sind Datentabellen
mit verschiedenen Werten für bestimmte Bauelementtypen
als Steuerparameter in der Platzierungsbedingungs-Speichereinheit 40 in Übereinstimmung
mit den Substrathöhendaten und den Substrathöhenkorrekturdaten
gespeichert.
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Jedes
Mal, wenn die Druckprüfvorrichtung M2 eine Substrathöhenmessung
für ein bestimmtes Substrat durchführt, empfängt
die Bauelementplatzierungsvorrichtung M3 die Messergebnisse als
Substrathöhendaten. Weiterhin erhält die für
die Bauelementplatzierungsvorrichtung M3 vorbereitete zweite Substrathöhenmessfunktion
Substrathöhenkorrekturdaten, die sie zu den zuvor erhaltenen
Substrathöhendaten addiert, um Substrathöhenberechnungsergebnisse
zu erzeugen. Die Platzierungssteuereinrichtung 37 ersetzt
Parameterwerte, die den Berechnungsergebnissen entsprechen, durch
vorbestimmte Werte, die aus der Datentabelle gelesen werden. Auf diese
Weise können die Steuerparameter fein eingestellt werden.
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Dabei
dient die Platzierungssteuereinrichtung 37 als Parameteraktualisierungseinrichtung
und verwendet die Substrathöhendaten und die Substrathöhenkorrekturdaten,
um die Steuerparameter zu aktualisieren, die verwendet werden, um
die Bauelementplatzierungsbewegung des Ladekopfs 34 der Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3 zu steuern. Wie oben beschrieben, werden die Substrathöhenberechnungsergebnisse
erhalten, indem die Substrathöhendaten unter Verwendung
der Substrathöhenkorrekturdaten korrigiert werden, wobei
die Steuerparameter in Übereinstimung mit den Substrathöhenberechnungsergebnissen
aktualisiert werden. Die elektronischen Bauelemente können
also mit einer genaueren Steuerung der Bewegung des Ladekopfs 34 montiert
werden, ohne dass Bauelementpositionierungsverschiebungen erforderlich
sind oder Montagefehler auftreten. Weiterhin wird eine entsprechende
Lötbedingung während eines folgenden Rückflusslötprozesses
sichergestellt, und es kann eine präzise und zuverlässige
Montage von Bauelementen durchgeführt werden.
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Der
Geschwindigkeitsparameter ist ein Steuerparameter, der wie in 9A gezeigt
ein Geschwindigkeitsmuster für eine Kopf-Hebe-/Senkgeschwindigkeit
V zum Heben oder Senken des Ladekopfs 34 relativ zu dem
Substrat 4 definiert. Der Positionsparameter ist ein Steuerparameter,
der wie in 9B gezeigt eine untere Grenzposition
HL für ein elektronisches Bauelement 6 definiert,
wenn der Ladekopf 34, der das elektronische Bauelement 6 unter Verwendung
der Düse 34a hält, gesenkt wird. Der Platzierungsparameter
ist ein Steuerparameter, der wie in 9C gezeigt
eine Druckkraft F definiert, mit der das elektronische Bauelement 6 durch
den Ladekopf 34 gegen das Substrat 4 gedrückt
wird.
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Die
Steuerparameter sind nicht auf die genannten Steuerparameter beschränkt,
sondern es können auch andere Parameter mit den Substrathöhenmessergebnissen
verknüpft sein. Nachdem zum Beispiel das elektronische
Bauelement 6 auf dem Substrat 4 abgesetzt wurde
und bevor die Düse 34a von der oberen Fläche
des an der Lotpaste 5 angebrachten elektronischen Bauelements 6 gelöst
wird, wird Luft durch die Düse 34a ausgestoßen
(wird Luft mit einem positiven Druck durch die Düse 34a ausgestoßen).
Der Luftdruck und der Zeitpunkt des Ausstoßens können
als variable Steuerparameter verwendet werden, wobei diese Steuerparameter
in Übereinstimmung mit den Substrathöhenmessergebnissen
verändert werden können.
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Die
durch das System zum Montieren von elektronischen Bauelementen durchgeführte
Bauelementmontageverarbeitung wird im Folgenden mit Bezug auf 10 und 11 erläutert. Während
der Bauelementmontageoperation druckt wie in 10 gezeigt
zuerst die Druckvorrichtung M1 die Lotpaste 5 auf das Substrat 4 (S1).
Dann wird das Substrat 4 zu der Druckprüfvorrichtung
M2 transportiert, die den Lotdruckzustand prüft und wie
in 11A gezeigt die Substrathöhenmessungen
durchführt, während sich die Höhenmesseinrichtung 22 an
der Bauelementmontageposition, einem Höhenmesspunkt für
das Substrat 4, und auch über der Erkennungsmarkierung 4m als
Höhenbezugspunkt (S2) befindet.
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Durch
diesen Messprozess wird die korrigierte Montagehöhe H (siehe 6B), die die Höhe der oberen
Fläche der auf die Zielmontageposition gedruckten Lotpaste 5 angibt,
direkt erhalten und als Substrathöhendaten ausgegeben.
Dann wird das Substrat 3 zu der Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3 transportiert, während gleichzeitig die Messergebnisse über
das Kommunikationsnetzwerk 2 als Substrathöhendaten
zu der Bauelementplatzierungsvorrichtung M3 gesendet werden (S3).
Danach empfängt die Bauelementplatzierungsvorrichtung M3
die Messergebnisse (S4) und misst die Höhen der Bezugspunkte,
um Substrathöhenkorrekturdaten (S5) zu erhalten.
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Dann
bestimmt die Bauelementplatzierungsvorrichtung M3 die Montagebedingung
für den Ladekopf 34 auf der Basis der empfangenen
Substrathöhendaten und der Substrathöhenkorrekturdaten,
die auf der Basis der durch die Vorrichtung M3 erhaltenen Messergebnisse
berechnet wurden (S6). Das heißt, die Steuerparameter werden
für die einzelnen Montagepositionen auf der Basis der Substrathöhendaten
und der Substrathöhenkorrekturdaten aktualisiert. Jedes
Mal wenn in dieser Ausführungsform ein Zielsubstrat 4 zu
der Bauelementplatzierungsvorrichtung M3 transportiert wird, werden
die, für das Substrat 4 gemessenen Substrathöhendaten
zu der Bauelementplatzierungsvorrichtung M3 gesendet, sodass die Aktualisierung
der Steuerparameter in Echtzeit während des Ablaufs des
Herstellungsprozesses durchgeführt werden kann.
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Danach
bewegt die Bauelementplatzierungsvorrichtung M3 den Ladekopf 34 unter
Verwendung der aktualisierten Parameter, um das elektronische Bauelement 6 auf
dem Substrat 4 zu positionieren (S7). Wie in 11A gezeigt, wird also der Ladekopf 34,
der die Düse 34a zum Halten des elektronischen
Bauelements verwendet, in Übereinstimmung mit einem entsprechenden
Geschwindigkeitsmuster gesenkt, bis die untere Fläche des
elektronischen Bauelements 6 die untere Grenzposition HL
erreicht, die der korrigierten Montagehöhe H* entspricht. Dann
wird das elektronische Bauelement 6 durch die Ausübung
eines entsprechenden Drucks nach unten gedrückt.
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Dadurch
wird das elektronische Bauelement 6 genau an der korrigierten
Position platziert, ohne dass eine Positionsverschiebung aufgrund
einer falsch vorgegebenen Senkgeschwindigkeit auftritt. Weiterhin
wird das elektronische Bauelement 6 von der oberen Fläche
der Lotpaste 5 nach unten zu einer Tiefe gesenkt, die derjenigen
für ein korrekt nach unten gedrücktes elektronisches
Bauelement 6 entspricht. Deshalb sind die Verbindungsanschlüsse des
elektronischen Bauelements 6 über die Lotpaste 5,
die eine entsprechende Dicke aufweist, mit den Elektroden 4a des
Substrats 4 ausgerichtet. Weil in diesem Zustand das Substrat 4 zu
der Rückflusslötvorrichtung transportiert und
durch diese erwärmt wird, können die Anschlüsse
des elektronischen Bauelements 6 unter entsprechenden Lötbedingungen
mit den Elektroden 4a verbunden werden.
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Insbesondere
umfasst das Verfahren zum Montieren von elektronischen Bauelementen:
einen
ersten Substrathöhenmessschritt, der die erste Substrathöhenmessfunktion
der Druckprüfvorrichtung M2 verwendet, um die Höhen
der für die obere Fläche des Substrats 4 gesetzten
Höhenmesspunkte zu messen und um die Messergebnisse als
Substrathöhendaten auszugeben,
einen zweiten Substrathöhenmessschritt
zum Messen der Höhen der Höhenbezugspunkte, die
spezifische Höhenmesspunkte für ein Substrat 4 sind,
das nach dem ersten Substrathöhenmessschritt zu der Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3 transportiert wurde, und zum Ausgeben der Messergebnisse als Substrathöhenkorrekturdaten,
und
einen Platzierungsschritt zum Verwenden des Ladekopfs 34 der
Bauelementplatzierungsvorrichtung M3, um ein elektronisches Bauelement 6 aus
einer Bauelementzuführeinheit aufzugreifen und das elektronische
Bauelement 6 auf dem Substrat 4 zu positionieren.
Wenn der Platzierungsprozess eingeleitet wird, werden die Substrathöhendaten
und die Substrathöhenkorrekturdaten verwendet, um Steuerparameter zu
aktualisieren, die verwendet werden, um die Bauelementplatzierungsbewegung
des Ladekopfs 34 der Bauelementplatzierungsvorrichtung
M3 zu steuern.
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Weiterhin
werden wenigstens der Geschwindigkeitsparameter, der das Geschwindigkeitsmuster für
die Kopf-Hebe-/Senkgeschwindigkeit zum Heben und Senken des Ladekopfs 34 relativ
zu dem Substrat 4 definiert, der Positionsparameter, der
die untere Grenzposition beim Senken des Ladekopfs 34 definiert,
oder der Platzierungsparameter, der die Druckkraft definiert, die
ausgeübt wird, wenn ein elektronisches Bauelement 6 durch
den Ladekopf 34 nach unten gegen ein Substrat 4 gedrückt
wird, als Steuerparameter verwendet.
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Wie
oben beschrieben, werden für den Bauelementplatzierungsprozess
die Substrathöhendaten verwendet, um die Steuerparameter
zu aktualisieren, die zum Steuern der Bauelementplatzierungsbewegung
des Ladekopfs 34 verwendet werden. Wenn also ein Substrat
wie etwa ein dünnes Kunstharzsubstrat, das einfach gebogen
und verworfen wird, verwendet wird, können Differenzen
in den Höhen der einzelnen Substrate korrigiert werden,
wobei ein durch einen Positionsfehler in der Höhenrichtung
des Substrats verursachter Montagedefekt verhindert werden kann.
Und während im Stand der Technik weiterhin ein Lagerzapfen
für eine Verwerfungskorrektur erforderlich ist, wenn ein
einfach verworfenes Substrat verwendet wird, ist in der vorliegenden
Erfindung kein derartiger Zapfen erforderlich, sodass der Substratlagermechanismus
vereinfacht werden kann.
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Die
vorliegende Anmeldung beruht auf und beansprucht die Priorität
der japanischen Patentanmeldung Nr.
2005-369653 vom 22. Dezember 2005, deren
Inhalt hier vollständig unter Bezugnahme eingeschlossen
ist.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Mit
dem System und dem Verfahren zum Montieren von elektronischen Bauelementen
der vorliegenden Erfindung können Differenzen in den Höhen
einzelner Substrate korrigiert werden, sodass ein Montagedefekt
aufgrund eines Positionierungsfehlers in der Höhenrichtung
eines Substrats verhindert werden kann. Die vorliegende Erfindung
kann auf die Montage von elektronischen Bauelementen auf einem Substrat
durch Löten und damit auf die Herstellung eines Bauelementmontagesubstrats
angewendet werden.
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Zusammenfassung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein
Verfahren zum Montieren von elektronischen Bauelementen anzugeben,
die einen Montagedefekt aufgrund eines Positionierungsfehlers in
der Dickenrichtung eines Substrats verhindern können und
eine bestimmte Montagequalität bieten.
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In
einem System zum Montieren von elektronischen Bauelementen, das
durch eine Kombination aus einer Vielzahl von Vorrichtungen für
das Montieren von elektronischen Bauelementen gebildet wird, misst
die Höhenmesseinrichtung 22 einer Druckprüfvorrichtung
die Höhen an Höhenmesspunkten auf der oberen Fläche
eines Substrats und gibt die Messergebnisse als Substrathöhendaten
aus. Nachdem das Substrat zu einer Bauelementplatzierungsvorrichtung
transportiert wurde, misst eine Substrathöhenmessvorrichtung
wiederum die Höhe des Substrats an spezifischen Höhenmesspunkten,
um Substrathöhenkorrekturdaten zu erhalten, und aktualisiert auf
der Basis der anfänglichen Substrathöhendaten und
der Substrathöhenkorrekturdaten einen Steuerparameter zum
Steuern einer durch einen Ladekopf durchgeführten Bauelementplatzierungsoperation. Auf
diese Weise können Differenzen in den Positionen der Höhen
von einzelnen Substraten genau korrigiert werden, wodurch Montagedefekte
aufgrund von Positionierungsfehlern in der Höhenrichtung
der Substrate verhindert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2002-134899
A [0003]
- - JP 2005-369653 [0061]