DE19501678C2

DE19501678C2 - Verfahren zum Bestücken von Leiterplatten mit gleichzeitigem Klebstoffauftrag und visueller Erfassung des zu bestückenden Bauteils

Info

Publication number: DE19501678C2
Application number: DE19501678A
Authority: DE
Inventors: Gore Kiron; Kazem-Goudarzi Vahid; Theo Hai
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1995-01-20
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2015-01-21
Also published as: JPH07218440A; US5372294A; DE19501678A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestückung von Leiterplatten mit elektronischen Bauteilen gemäß der Patentansprüche 1 und 5.

Bei der Herstellung von elektronischen Erzeugnissen sind eine Vielzahl von Herstellungsschritten durchzuführen, um einzelne elektrische und mechanische Bauteile auf einer Trägerstruktur zu montieren. Die Bauteile werden auf einer Platine positioniert und gelötet. Die Platine wird dadurch vorbereitet, daß Lotdepots an bestimmten Stellen der Platine vorgesehen werden, an denen elektronische Bauteile befestigt werden sollen. Dabei kann das Lot direkt auf die Bauteile aufgebracht werden, bevor diese mit der Platine befestigt werden. Bestückungsmaschinen wählen die Bauteile aus und positionieren sie auf der Platine. Die Bauteile werden auf der Platine unter Verwendung eines Flußmittels oder eines anderen Haftmediums temporär befestigt. Das Lot wird dann aufgeschmolzen, um die Bauteile mit der Platine dauerhaft zu befestigen.

Während der Montage werden die Bauteile aus einem Vorratsbehälter entnommen und für die Bestückung orientiert, wobei dies unter Zuhilfenahme von einem Bildverarbeitungssystem oder einem anderen Ausrichtungsmechanismus erfolgen kann. Dann werden die Bauteile auf der Platine positioniert.

Die US 4 941 255 offenbart ein Verfahren zur Bestückung von Leiterplatten mit elektronischen Bauteilen, bei dem die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: Aufbringen eines Haftmediums auf ein transparentes Teil, Zusammenführen des Haftmediums mit dem elektronischen Bauteil und Benetzung des elektronischen Bauteils mit dem Haftmedium, und Abbilden des elektronischen Bauteils durch das transparente Teil zur Lagebestimmung bzw. optischen Prüfung des Bauteils. Das Verfahren in dieser Druckschrift bezieht sich auf Verbesserungen beim Abbildungsprozeß.

Häufig werden die Bauteile mit einem Haftmedium temporär gesichert, welches in einem vorhergehenden Herstellungsschritt auf die Platine gegeben wurde. Alternativ dazu kann das Haftmedium aber auch direkt auf die Bauteile aufgebracht werden. In jedem Fall geht kostbare Herstellungszeit verloren, während das Haftmedium aufgebracht wird. Diese Zeitdauer addiert sich zu der Zeitdauer, die für die Schritte zum Positionieren der Bauteile auf der Platine benötigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zykluszeit bei der automatischen Bestückung von Leiterplatten von elektronischen Bauteilen zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 5 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß erfolgt das Auftragen des Haftmittels für die nachfolgende Befestigung des Bauteils auf der Leiterplatte und die optische Lagebestimmung bzw. Prüfung des Bauteils oder des Abdrucks desselben in einem Arbeitsschritt. Dadurch wird Fertigungszeit eingespart.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer automatischen Bestückungsmaschine entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Schritte zum Vorbereiten eines Bauteils für die automatische Bestückung entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Vorbereiten eines Bauteils für die automatische Bestückung dargestellt, um eine Verkürzung der Verarbeitungszeit zu erreichen. Das Verfahren ist dort anwendbar, wo ein Haftmedium benötigt wird, um ein Bauteil auf einem Trägersubstrat, wie beispielsweise einer Leiterplatte, zu sichern und wo ein Bildverarbeitungssystem verwendet wird, um eine geeignete Orientierung des Bauteils auf der Leiterplatte zu erreichen. Durch das Verfahren wird eine Zykluszeitverkürzung erreicht, indem das Bauteil während der Zuführung des Haftmediums visuell erfaßt wird. Insbesondere wird das Bauteil durch die Haftmediumvorratsvorrichtung hindurch beobachtet, während das Haftmedium auf das Bauteil aufgebracht wird.

In Fig. 1 ist eine Schnittansicht einer automatischen Bestückungsmaschine 120 gezeigt, durch die ein elektronisches Bauteil 125 mit einer Haftmediumabgabevorrichtung 100 zusammengeführt wird. Weiter ist ein Bildverarbeitungssystem 140 gezeigt. Das elektronische Bauteil 125 stellt vorzugsweise einen Chipträger mit einem Anschlußfeld ohne Leitungen dar, wie es in US-A-5 241 133 beschrieben ist. Das Bauteil 125 weist ein Feld von darauf angeordneten Lotdepots 127 auf. Die Haftmediumabgabevorrichtung 100 enthält ein Hauptreservoir 110, das das Haftmedium 115 enthält, weiterhin eine Gleitplatte 105, die unter dem Hauptreservoir 110 angeordnet ist und ein Abgabereservoir 130, das sich innerhalb der Gleitplatte 105 befindet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Flußmittel als Haftmedium 115 verwendet. Das Hauptreservoir 110 weist einen Basisabschnitt 112 auf, welcher eine nicht gezeigte Öffnung zur Abgabe des Haftmediums 115 aufweist. Die Gleitplatte 105 befindet sich normalerweise in einer ausgefahrenen Position, so daß das Abgabereservoir 130 von dem Hauptreservoir 110 beabstandet ist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Gleitplatte 105 ist jedoch einfahrbar, so daß das Abgabereservoir 130 unter dem Basisabschnitt 112 des Hauptreservoirs 110 liegt. Die Bewegung der Gleitplatte 105 wird durch einen beigefügten mechanischen Arm 117 gesteuert.

Das Abgabereservoir 130 wird durch einen Hohlraum 109 in der Gleitplatte 105, der sich von der ersten Oberfläche 106 zur zweiten Oberfläche 107 erstreckt, gebildet. Ein transparentes Teil 131, wie beispielsweise ein flaches optisches Glas oder Plastik, ist in den Hohlraum 109 eingesetzt, um eine Basis für das Abgabereservoir 130 zu bilden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Gleitplatte 105 eine Stärke von etwa 6 mm auf, und die transparente Basis 131 weist eine Stärke von etwa 0,2 bis 0,25 mm auf. Diese Anordnung ermöglicht es dem Abgabereservoir 130, eine relativ dünne Schicht von Haftmedium 115 zu halten. Die automatische Bestückungsmaschine 120 fügt das Haftmedium 115 dem Bauteil 125 durch Eintauchen von zumindest einem Abschnitt des Bauteils 125 in das Abgabereservoir 130 zu. Das Abgabereservoir 130 wird durch das Hauptreservoir 110 dadurch aufgefüllt, daß die Gleitplatte 105 zurückgezogen wird, so daß das Abgabereservoir 130 sich in der Nähe der Öffnung an dem Basisabschnitt 115 des Hauptreservoirs 110 befindet. Nachdem das Abgabereservoir 130 aufgefüllt ist, wird überflüssiges Haftmedium 115 durch eine Klinge 113, die an einer Seite des Hauptreservoirs 110 befestigt ist, entfernt, wenn die Gleitplatte 105 wieder ausgefahren wird.

Das transparente Teil 131 stellt einen wesentlichen Aspekt der vorliegenden Ausführungsform dar. Das Bauteil 125, das bei oder nahe dem Abgabereservoir 130 entlang der ersten Oberfläche 106 der Gleitplatte 105 angeordnet ist, kann von der zweiten Oberfläche 107 der Gleitplatte 105 durch das transparente Teil 131 beobachtet werden. Vorzugsweise ist auch das Haftmedium 115 transparent, um die Beobachtung des Bauteils 125 zu vereinfachen. Der Ausdruck "transparent" bedeutet hierbei, daß das entsprechende Material im wesentlichen lichtdurchlässig ist. Das Bildverarbeitungssystem 140 wird in Kombination mit dem Abgabereservoir 130 verwendet, um Information für die Orientierung des Bauteils 125 für die automatische Bestückung zu erhalten. Ein Teil des Bildverarbeitungssystems 140 ist nahe dem transparenten Teil 131 angeordnet, so daß das Bauteil 125 von der zweiten Oberfläche 107 durch das transparente Teil 131 betrachtet werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Bildverarbeitungssystem 140 eine Lichtquelle 143, eine Kamera 145 und ein Analysegerät 147 auf. Die Kamera 145 und die Lichtquelle sind entlang der zweiten Oberfläche 107 nahe dem Hohlraum 109 angeordnet, so daß die Kamera 145 auf das transparente Teil 131 ausgerichtet ist. Zusätzlich können die Lichtquellen 143 und die Kamera 145 nahe dem transparenten Teil 131 angeordnet sein.

In Fig. 2 ist das Verfahren zum Vorbereiten eines Bauteils 125 für die automatische Bestückung gemäß des vorliegenden Verfahrens zusammengefaßt. Zunächst wird ein transparentes Teil 131 mit einem darauf befindlichen Haftmedium 115 bereitgestellt (Schritt 210). Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das transparente Teil 131 erste und zweite gegenüberliegende Oberflächen 133 sowie eine auf der ersten Oberfläche 132 aufgebrachte ebene Schicht von transparentem Flußmaterial 115 auf. Die Haftmediumabgabevorrichtung 100, wie sie oben beschrieben wurde, weist eine gleichmäßige Schicht von Haftmedium 115 auf. Zumindest ein Teil des Bildverarbeitungssystems 114 ist nahe dem transparenten Teil 131 angeordnet, um die Betrachtung des Bauteils 125 zu erleichtern (Schritt 220). Danach wird die automatische Bestückungsmaschine 120 verwendet, um das Bauteil 125 mit dem Haftmedium 115 auf dem transparenten Teil 131 durch Eintauchen von zumindest einem Teil des Bauteils 125 in das Haftmedium 115 zu verbinden (Schritt 230). In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Bauteil 125 derart eingetaucht, daß das Feld von Lotdepots 127 mit dem Haftmedium 115 in Berührung kommt. Die Komponente 125 wird durch das transparente Teil 131 abgebildet (Schritt 240). In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kamera 145 nahe der zweiten Oberfläche 133 des transparenten Teils 131 angeordnet. Vorzugsweise wird die Abbildung während des Zusammenführens des Haftmediums 115 mit dem Bauteil 125 vorgenommen. Das Bauteil 125 wird abgebildet, während es mit dem Haftmedium 115 in Berührung kommt. Alternativ kann das Bauteil 125 zunächst von dem Haftmedium 115 entfernt werden, und das Bildverarbeitungssystem 140 nimmt einen Abdruck des Bauteils 125 auf dem transparenten Teil 131 auf. Das Bild des Bauteils oder der Abdruck wird dann analysiert, um die Bauteilposition und die Orientierung zu bestimmen. Das Bild oder der Abdruck kann auch analysiert werden, um fehlende Teile des Bauteils 125 zu bestimmen. Beispielsweise kann das Fehlen eines bestimmten Abschnitts eines Abdrucks bedeuten, daß Elemente des Bauteils, wie beispielsweise Lotdepots oder andere Teile, fehlen. Vorzugsweise wird die oben beschriebene Abgabevorrichtung verwendet, um die Schicht von Haftmedium 115 auf dem transparenten Teil 131 nach jeder Zusammenführung des Haftmediums 115 mit dem Bauteil 125 aufzufüllen.

Die vorliegende Erfindung führt zu einer erheblichen Verminderung der Prozeßzykluszeit für Herstellungsoperationen, bei denen ein Bauteil 125, ein Flußmaterial 115 oder ein anderes Haftmedium und außerdem ein Bildverarbeitungssystem 140 benötigt werden, um die Bestückung zu unterstützen. Bei herkömmlichen Operationen werden diese Prozeßoperationen unabhängig ausgeführt, und es wird Zeit verloren, da jedes Bauteil 125 zu einem anderen Platz für diese Operationen bewegt wird. Bei Betrachtung des Bauteils 125 während des Zufügens eines Haftmediums 115 wird die zusätzliche Zeit, die zum Abbilden des Bauteils 125 benötigt wird, minimiert. Somit wird die gesamte Herstellungszeit reduziert.

Claims

1. Verfahren zur Bestückung einer Leiterplatte mit einem elektronischen Bauteil unter Durchführung folgender Schritte:

a) Aufbringen eines Haftmediums auf ein transparentes Teil,
b) Zusammenführen des auf dem transparenten Teil befindlichen Haftmediums mit dem elektronischen Bauteil und Benetzen zumindest eines Teils des elektronischen Bauteils mit dem Haftmedium,
c) Abbilden des elektronischen Bauteils durch das transparente Teil hindurch zur Lagebestimmung und/oder optischen Prüfung des elektronischen Bauteils, und
d) Befestigen des elektronischen Bauteils auf der Leiterplatte mittels dem auf dem elektronischen Bauteil befindlichen Haftmedium.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Aufbringens des Haftmediums folgende Schritte aufweist:
Aufbringen des Haftmediums auf einer ersten Oberfläche des transparenten Teils, und
Abbilden des elektronischen Bauteils von einer Stelle nahe einer zweiten Oberfläche des transparenten Teils, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Abbildens des elektronischen Bauteils folgenden Schritt aufweist:
Abbilden des elektronischen Bauteils, während das elektronische Bauteil mit dem Haftmedium zusammengeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das weiterhin folgenden Schritt aufweist:
Auffüllen der Schicht von Haftmedium auf das transparente Teil nach dem Zusammenführen des Haftmediums mit dem elektronischen Bauteil.

5. Verfahren zur Bestückung einer Leiterplatte mit einem elektronischen Bauteil unter Durchführung folgender Schritte:

a) Aufbringen eines Haftmediums auf ein transparentes Teil,
b) Eintauchen zumindest eines Teils des elektronischen Bauteils in das Haftmedium,
c) Entfernen des elektronischen Bauteil aus dem Haftmedium,
d) Abbilden eines Abdrucks des elektronischen Bauteils auf dem transparenten Teil durch das transparente Teil hindurch, und
e) Befestigen des elektronischen Bauteils auf der Leiterplatte mittels dem auf dem elektronischen Bauteil befindlichen Haftmedium.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Abbildens des Abdrucks des elektronischen Bauteils folgenden Schritt aufweist:
Analysieren des Abdrucks des elektronischen Bauteils auf dem transparenten Teil, um die Ausrichtung des elektronischen Bauteils zu bestimmen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt des Abbildens eines Abdrucks des elektronischen Bauteils folgenden Schritt aufweist:
Analysieren des Abdrucks des elektronischen Bauteils, um fehlende Elemente zu bestimmen.