DE19639004A1 - Gerät und Verfahren zum Liefern von Chipkomponenten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zum Liefern von Chipkomponenten und Plazieren der Komponenten auf einem Substrat. Und insbesondere bezieht sie sich auf ein Gerät und ein Verfahren zum automatischen Liefern von Chipkomponenten für Oberflächenanbringung von einer Massen­ speichervorrichtung und Plazieren der Chipkomponenten auf Substraten mit hoher Geschwindigkeit.

Vorhandene Geräte zum Liefern und Plazieren elektrischer Kompo­ nenten für Oberflächenanbringung weisen typischerweise einen Rahmen, ein Leiterplattenhandhabungssystem zum Liefern von Lei­ terplatten, eine Mehrzahl von Komponentenzuführvorrichtungen und einen oder mehrere Plazierungsköpfe auf. Die Mehrzahl von Komponentenzuführvorrichtungen ist normalerweise an dem Rahmen befestigt und liefert Komponenten an eine entsprechende Zuführ­ aufnahmeposition. Der Plazierungskopf oder die Köpfe sind quer und längs bewegbar, d. h. entlang der X- und Y-Koordinatenachse, und sie weisen mindestens eine Vakuumspindel darauf auf, die vertikal bewegbar ist, d. h. in der Z-Koordinatenachse, weiter­ hin ist sie drehbar um die θ-Achse, so daß Komponenten auf eine Leiterplatte plaziert werden können. Der Plazierungskopf fährt zwischen den Zuführaufnahmepositionen, an denen er eine oder mehrere Komponenten aufnimmt, und bezeichneten Positionen ober­ halb des Substrates, an denen die Vakuumspindeln die aufgenom­ menen Komponenten auf das Substrat plazieren, hin und her. Die­ se Oberflächenanbringungsmaschinen zum "Aufnehmen und Plazie­ ren" maximieren jedoch nicht die Hochgeschwindigkeitsplazie­ rungsfähigkeiten, da der Plazierungskopf kontinuierlich zwi­ schen der Komponentenaufnahmeposition und den bezeichneten Pla­ zierungspositionen oberhalb des Substrates hin- und her fahren muß.

Frühere Oberflächenanbringungsmaschinen zum Aufnehmen und Pla­ zieren, die in die oben beschriebene Gruppe fallen, enthalten Maschinen, die von Universal Instruments Corporation of Bing­ hampton, New York unter der Bezeichnung "General Service Mount Applications Maschines" GSM-1 hergestellt und vertrieben wer­ den.

Bei diesen Maschinen werden Massenkomponenten zu einer Aufnah­ meposition durch Zuführvorrichtungen für lose Komponenten ge­ liefert. Hemmungsmechanismen wie Drehräder, die an einem Ende der Zuführungsvorrichtung für lose Komponenten angebracht sind, werden benutzt zum Trennen der Komponenten zum Aufnehmen durch den Plazierungskopf.

Zusätzlicher Stand der Technik ist das US-Patent 5 044 875 an Hunt und andere, das ein Verfahren und ein Gerät zum Positio­ nieren elektrischer Komponenten 32 offenbart, bei denen ein Ma­ gazin 34 gestapelter elektrischer Komponenten mit einer Vakuum­ röhre 36 verbunden ist und damit bewegbar ist. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, nimmt das Magazin 34 eine Mehrzahl von Chips 32 auf, die in einem vertikalen Stapel angeordnet sind. Das Ge­ wicht des Stapels unterstützt die abwärtige Schwerkraftförde­ rung der Komponenten. Ein Gleitblock 38 bewegt sich entlang ei­ ner Achse 40 zwischen einer Position unter dem Stapel und einer Position unter einer Vakuumröhre 36 hin und her. Anfänglich ist der Gleitblock unter und benachbart zu dem vertikalen Stapel von Chips positioniert. Der Gleitblock 38 wird zu der Vakuum­ röhre 36 bewegt. Solche eine Bewegung verursacht, das ein Vor­ sprung 44 auf dem Gleitblock 38 den untersten Chip von dem Bo­ den des Magazins abstreift und den Chip zu der Vakuumröhre 36 bewegt. Der Gleitblock 38 bewegt sich zurück zu seiner anfäng­ lichen Position unter dem im Magazin 34, und der Chip wird durch die Röhre 36 abwärts transportiert, bis er in eine Lei­ terplatte an der gewünschte Stelle gepreßt wird. Nach dem Pres­ sen des Chips in die Leiterplattenposition wird das Vakuum un­ terbrochen, und die Röhre 36 wird vertikal zu ihrer anfängli­ chen Position oberhalb einer Kammer 42 angehoben.

Während diese Anordnung offensichtlich keinen Kopf zum Aufneh­ men und Plazieren zwischen einer Aufnahmestation und einer Pla­ zierungsstation zwischen den abgesetzten Komponenten hin- und herfahren läßt, weist sie doch eine Zahl von Nachteilen auf. Zuerst unterliegen die Chips, da sie vertikal gestapelt sind, dem Phänomen des Aneinanderhaftens. Dieses kann verursachen, daß die Chips in dem Liefermagazin hängen bleiben oder daß wäh­ rend des Chipzuführens oder der Abstreiftätigkeit ein Versagen auftritt. Weiterhin ist diese Anordnung begrenzt auf ein Zufüh­ ren und Plazieren einer kleinen Zahl von Chips in einem sauber gestapelten Magazin, und sie versagt beim Vorsehen eines Weges zum Erlauben des Zuführens und Absetzens einer großen Zahl von Komponenten, die in Massenform gespeichert sind, z. B. in einer Kassette zufällig verteilt. Zusätzlich kann die Hin- und Herbe­ wegung des Gleitblockes zwischen nur einer Aufnahmestation und einer Lieferstation nachteilhaftig sein, indem keine geeignete Inspektion der elektronischen Chipkomponenten vorgesehen werden kann und keine Erfassungsmöglichkeiten an Zwischenstationen vorgesehen sein können.

Daher wird eine verschiebende Plazierungskopfmaschine zum Lie­ fern von Komponenten und Plazieren der Komponenten auf einem Substrat mit hoher Geschwindigkeit mit einer minimalen Wieder­ auflade-Totzeit benötigt, die die Notwendigkeit des Hin- und Herfahrens zwischen einer Aufnahmestation und einer Plazie­ rungsstation vermeiden kann und das Zuführen einer großen Zahl von Komponenten von einer Massenquelle ermöglicht und die Er­ fassung richtig gelieferter Komponenten erleichtert.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Gerät und ein Verfahren zum Liefern von Komponenten auf ein Substrat vor­ zusehen, bei dem kein Hin- und Herfahren zu einer Aufnahmesta­ tion für eine Chipkomponentennachlieferung nach jeder Plazie­ rung einer Chipkomponente auf dem Substrat an einer Positionie­ rungsstelle nötig ist. Dabei soll insbesondere ein verschie­ bungsmäßig mit hoher Geschwindigkeit bewegbarer Plazierungskopf vorgesehen werden, der eine Massenchipkomponentenzuführungsvor­ richtung enthält, die damit zum Liefern und Plazieren der Chip­ komponenten auf einem Substrat verbunden ist. Dabei soll es möglich sein, richtig gelieferte Chipkomponenten zu erfassen und zu inspizieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An­ spruches 8.

Insbesondere ist ein Gerät zum Liefern von Chipkomponenten und Plazieren der Komponenten auf ein Substrat vorgesehen. Das Ge­ rät ist seitlich verschiebbar in bezug auf das Substrat und enthält einen Komponentenübertragungsmechanismus, eine Kompo­ nentenzuführvorrichtung und eine Vakuumspindel. Der Übertra­ gungsmechanismus enthält ein drehbares Rad mit einer Mehrzahl von Fächern zum Halten von Komponenten, eine Mehrzahl von in Winkelabständen angeordneten Stationen und einen Antriebsmecha­ nismus zum aufeinanderfolgenden Bewegen der Fächer zu den Sta­ tionen. Die Stationen enthalten mindestens eine Komponentenauf­ nahmestation und eine Komponentenlieferstation. Die Zuführvor­ richtung weist einen Behälter zum Speichern einer großen Zahl von Chipkomponenten auf, und die Zuführvorrichtung schiebt die Komponenten zu der Aufnahmestation des Übertragungsmechanismus vor. Die Vakuumspindel ist oberhalb der Lieferstation des Über­ tragungsmechanismus vorgesehen, und sie ist vertikal in bezug auf die Lieferstation zum Kontrollieren und Absetzen einer Kom­ ponente an der Lieferstation auf das Substrat bewegbar. Die Zu­ führvorrichtung, der Übertragungsmechanismus und die Vakuum­ spindel sind strukturell als eine Einheit derart miteinander gekoppelt, daß eine Translationsbewegung des Gerätes in bezug auf das Substrat verursacht, daß sich die Einheit translations­ mäßig in bezug auf das Substrat bewegt. Der Übertragungsmecha­ nismus enthält ein drehbares Rad mit einer Mehrzahl von Fächern zum Halten von Komponenten, einen festen äußeren Ring, der kon­ zentrisch um das drehbare Rad vorgesehen ist, eine Mehrzahl von in Winkelabständen vorgesehenen Stationen und einen Antriebsme­ chanismus zum aufeinanderfolgenden Bewegen der Fächer zumindes­ tens einer Komponentenaufnahmestation und einer Komponenten­ lieferstation. Der äußere Ring enthält eine Öffnung an der Auf­ nahmestation, die die Übertragung einer Komponente von der Zu­ führvorrichtung zu einem Haltefach erlaubt. Die Zuführvorrich­ tung enthält eine große Zahl von Komponenten und liefert die Komponenten zu der Empfangsstation des Übertragungsmechanismus. Die Zuführvorrichtung enthält einen Massenkomponentenbehälter, der Komponenten in loser Massenform lagert, und einen Zuführab­ schnitt, der die Komponenten ausrichtet und zu dem Übertra­ gungsmechanismus an der Empfangsstation in einer gewünschten Orientierung liefert. Die Vakuumspindel ist oberhalb der Lie­ ferstation des Übertragungsmechanismus vorgesehen, und sie ist vertikal in bezug auf die Lieferstation zum Kontrollieren und Plazieren einer Komponente an der Lieferstation auf das Substrat bewegbar.

Der Plazierungskopf ist an einer ersten vorbestimmten Position oberhalb des Substrates positioniert, und eine erste Komponente wird von dem Zuführvorrichtungsausgangspunkt zu einem Fach an einer Empfangsstation auf dem Übertragungsmechanismus gelie­ fert. Der Übertragungsmechanismus wird aufeinanderfolgend zum Bewegen der ersten Komponente von der Empfangsstation auf dem Übertragungsmechanismus zu der Lieferstation auf dem Übertra­ gungsmechanismus bewegt. Während jeder aufeinanderfolgenden Ru­ heperiode verlassen zusätzliche Komponenten die Zuführvorrich­ tung in vorgehende Fächer auf dem Übertragungsmechanismus. Die erste Komponente wird durch die Vakuumspindel an der Liefersta­ tion des Übertragungsmechanismus kontrolliert und auf das Substrat plaziert. Der Plazierungskopf wird zu einer zweiten vorbestimmten Position oberhalb des Substrates bewegt, und der Übertragungsmechanismus wird zum Bewegen der zweiten Komponente in dem Übertragungsmechanismus zu der Lieferstation gedreht, und die zweite Komponente wird an der Lieferstation durch die Vakuumspindel kontrolliert und auf das Substrat an einer zwei­ ten vorbestimmten Position plaziert.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vor­ richtung des US-Patentes 5 044 875 an Hunt nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Gerä­ tes zum Liefern und Positionieren elek­ trischer Chipkomponenten gemäß einer Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine schematische teilweise Seitenaufriß­ ansicht des Gerätes von Fig. 2;

Fig. 4 eine schematische Teildraufsicht des Ge­ rätes von Fig. 3;

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das das Steuersystem für das Gerät von Fig. 3 darstellt;

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht der Schnittstel­ le zwischen der Massengutzuführvorrich­ tung und dem Chipübertragungsmechanismus, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist;

Fig. 7 eine Seitenaufrißansicht, die die Schnittstelle zwischen dem Chipübertra­ gungsmechanismus und der Spindel in einem ersten Betriebszustand darstellt;

Fig. 8 eine Seitenaufrißansicht, die die Schnittstelle zwischen dem Chipübertra­ gungsmechanismus und der Spindel in einem zweiten Betriebszustand darstellt;

Fig. 9 eine Seitenaufrißansicht, die die Schnittstelle zwischen einer anderen Aus­ führungsform eines Chipübertragungsmecha­ nismus und der Spindel in einem ersten Betriebszustand darstellt; und

Fig. 10 eine Seitenaufrißansicht, die die Schnittstelle zwischen der weiteren Aus­ führungsform eines Chipübertragungsmecha­ nismus und der Spindel in einem zweiten Betriebszustand darstellt.

Ein Gerät zum Liefern und Positionieren elektrischer Komponente nach einer Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 bis 10 dargestellt und allgemein durch das Bezugszeichen 50 be­ zeichnet. Es wird insbesondere auf Fig. 2 Bezug genommen, das Gerät 50 zum Liefern und Plazieren elektrischer Komponenten enthält einen Zuführ- und Plazierkopf 52, der in bezug auf ei­ nen Basisrahmen 53 bewegbar ist. Ein X- und Y-Achsenpositions­ system 54 bewegt den Zuführ- und Plazierungskopf 52 in bezug auf den Basisrahmen 53 entlang mindestens der X- und Y-Achse. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das X- und Y- Achsenpositionierungssystem 54 ein Positionierungssystem in Portalausführung. Positionierungssysteme dieser Art sind im Stand der Technik gut bekannt, und das benutzte spezielle Posi­ tionierungssystem ist für die Erfindung nicht kritisch. Der Zu­ führ- und Plazierungskopf 52 liefert, positioniert und plaziert Chipkomponenten auf Substratplatten 60. Die Substratplatten 60 werden zu und von einer vorbestimmten Position auf dem Basis­ rahmen 53 durch ein Substratbewegungssystem 62 übertragen, das bevorzugt eine automatische Fördervorrichtung ist. Substratbe­ wegungssysteme dieser Art sind im Stand der Technik gut be­ kannt, und das benutzte spezielle Substratbewegungssystem bil­ det keinen Teil dieser Erfindung, und eine weitere Beschreibung wird nicht als notwendig zum Unterstehen der Konstruktion und des Betriebes der Erfindung angesehen.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 2 und 3, der Zuführ- und Plazierungskopf 52 enthält einen Block oder Basisabschnitt 64, und mindestens ein Komponentenzuführ- und Plazierungskopf ist an dem Basisabschnitt 64 angebracht. Bei der in Fig. 2 gezeig­ ten Ausführungsform ist ein Komponentenzuführ- und Plazierungs­ kopf 52 mit dem Basisabschnitt 64 gekoppelt. Es ist jedoch zu verstehen, daß mehr als ein Komponentenzuführ- und Plazierungs­ kopf 52 benutzt werden könnte. Der ein Komponentenzuführ- und Plazierungskopf 52 ist bevorzugt individuell entfernbar mit dem Basisabschnitt 64 durch eine herkömmliche Gleitverbindung mit einer herkömmlichen Halte- oder Verriegelungsanordnung gekop­ pelt. Folglich kann der Basisabschnitt 64 vorstehende Führungen enthalten, die komplementär zu dem individuellen ein Komponen­ tenzuführ- und Plazierungskopf 52 zum Erleichtern des Ersetzens und der Ausrichtung geformt sein. Es ist auch zu erkennen, daß der individuelle ein Komponentenzuführ- und Plazierungskopf 52 bevorzugt elektronisch mit einer Steuerung, wie sie im folgen­ den beschrieben wird, für Leistungs- und Signalversorgungen ge­ koppelt ist.

Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt ist, enthält jeder Komponen­ tenzuführ- und Plazierungskopf 52 eine Massenkomponentenzuführ­ vorrichtung 68, eine Spindel 70 und einen Chipkomponentenüber­ tragungsmechanismus 72. Insgesamt überträgt die Massenkomponen­ tenübertragungsvorrichtung 68 Chipkomponenten 75 einzeln von einem Behälter 74, der eine große Zahl von Chipkomponenten 75 enthält, in Massenform, d. h. nicht organisiert oder in zufälli­ ger Ausrichtung zu dem Chipübertagungsmechanismus 72. Der Chipübertragungsmechanismus 72 überträgt die Chipkomponenten 75 von der Komponentenzuführvorrichtung 68 zu einer Position un­ mittelbar unterhalb der Spindel 70 derart, daß die Chipkompo­ nenten 75 einzeln durch die Spindel 70 ergriffen und gesteuert werden können. Die Spindel 70 kann mit einer Vakuumquelle (nicht gezeigt) gekoppelt sein, die selektiv als eine Funktion der Position der Spindel 70 angelegt wird. Ein Spindelantriebs­ system 73 bewegt die Spindel 70 in der Z-Achse und um ihre Längsachse θ zum Steuern und Plazieren der Chipkomponente 75 auf das Substrat 60. Es soll angemerkt werden, daß die Spindel 70 dargestellt ist mit einem oberen Abschnitt 71, der in Ein­ griff mit dem Spindelantriebssystem 73 kommen kann, und einem unteren Abschnitt, der in dem Übertragungsmechanismus 72 gehal­ ten ist. Alternativ kann die Gesamtspindel 70 direkt mit dem Basisabschnitt 64 getrennt von dem entfernbaren Abschnitt des Komponentenzuführ- und Plazierungskopfes 52 gekoppelt sein.

Die Massenkomponentenzuführvorrichtung 68 enthält einen Behäl­ ter 74 und einen Gehäuseabschnitt 76. Der Behälter 74 ist ent­ fernbar an dem Gehäuseabschnitt 76 angebracht, wodurch ermög­ licht wird, daß die Chipkomponenten 75 wieder aufgefüllt wer­ den, ohne daß der Komponentenzuführ- und Plazierungskopf 52 von dem Basisabschnitt 64 entfernt werden muß. Innerhalb einer Ein­ gangskammer 77 des Gehäuseabschnittes 76 werden die Chipkompo­ nenten 75 aus einer zufälligen Orientierung zu einer vorbe­ stimmten und gewünschten Orientierung zugeführt und in eine einzelne Reihe in einem Kanal 90 aufgrund der Eingangskammer 77 eigenen Form ausgerichtet. Die Komponenten werden dann entlang des Kanales 90 zu dem Ausgang 80 des Basisabschnittes 76 durch Druckluft von einer Quelle 79 vorgeschoben, die mit einem Ver­ teilerkanal 78 in dem Gehäuseabschnitt 76 verbunden ist. An dem Ausgang 80 der Komponentenzuführvorrichtung 68 ist der Kanal 120, der die Chipkomponenten 75 vorschiebt, im wesentlichen derart horizontal angeordnet, daß die Chipkomponenten 75 hori­ zontal zu dem Chipübertragungsmechanismus 72 vorgeschoben wer­ den. Ein bevorzugter Behälter 74 und eine Vorschubvorrichtung 68 mit der Konstruktion derart, wie sie gezeigt und beschrieben ist, ist kommerziell erhältlich und in Japan durch NITTO Kogyo hergestellt.

Der Chipübertragungsmechanismus 72 enthält einen Rahmen 84 und ein Übertragungsrad 86, das in dem Rahmen 84 zur Rotationsbewe­ gung in bezug dazu gelagert ist. Das Übertragungsrad 86 enthält eine Mehrzahl von in Winkelabständen voneinander angeordneten Fächern 88 zum Halten von Komponenten, die benachbart zu dem Umfang des Übertragungsrades angeordnet sind und etwas größer als die Chipkomponenten 75 bemessen sind, die sie aufnehmen sollen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Kompo­ nentenhaltefächer 88, wie in Fig. 5 gezeigt ist, in Winkelab­ ständen von 60 Grad angeordnet. Die Winkelabstände zwischen den Komponentenhaltefächern 88, können mehr oder weniger als 60 Grad sein.

Die zunehmende Rotation des Übertragungsrades 86 bewirkt, daß die Komponentenhaltefächer 88 zu verschiedenen "Stationen" übertragen werden, die um das Übertragungsrad 86 positioniert sind. Die Stationen enthalten mindestens eine Empfangsstation 70 benachbart zu dem Ausgang 80 der Zuführvorrichtung 68 und eine Lieferstation 92 benachbart zu der Spindel 70. Zusätzlich kann es eine oder mehr Stationen 94 zwischen der Empfangsstati­ on 90 und der Lieferstation 92 zum Inspizieren, Erfassen und/oder Testen der Chipkomponenten 75 in ihren Komponentenhal­ tefächern 88 geben.

Der Rahmen 82 des Chipübertragungsmechanismus 72 enthält einen äußeren Ring 96, der die Chipkomponenten 75 in ihren Komponen­ tenhaltefächern 88 bei der Bewegung von der Empfangsstation 90 zu der Lieferstation 92 hält. Eine Öffnung oder Lücke 98 in dem äußeren Ring 98 ist benachbart zu der Empfangsstation 90 ange­ ordnet. Dieses ermöglicht einer Chipkomponente 75, in das Kom­ ponentenhaltefach 88, das an der Empfangsstation 90 vorgesehen ist, durch die Lücke 98 in dem äußeren Ring 96 einzutreten. Der äußere Ring 96 enthält auch eine untere Tragstruktur 100, die unterhalb von mindestens einem Teil des Übertragungsrades 86 angeordnet ist, die die Chipkomponenten 75 innerhalb der Kompo­ nentenhaltefächer 88 trägt, während sie sich von der Empfangs­ station 90 zu der Lieferstation 92 bewegen. Die untere Tragstruktur 100 weist bevorzugt einen stationären Abschnitt, einen Eingangsverschluß 102 und einen Ausgangsverschluß 104 auf.

Der Eingangs- und Ausgangsverschluß 102 und 104 sind bewegbar angebracht, bevorzugt entweder schwenkbar angebracht oder glei­ tend verschiebbar angebracht an dem Rahmen 84 benachbart zu der Empfangsstation 90 bzw. der Lieferstation 92. Die Verschlüsse 102 und 104 sind zwischen einer Komponententragposition, in der sie eine Chipkomponente 75 in einem Komponentenhaltefach 78 an der entsprechenden Station 90 oder 92 tragen, und einer Kompo­ nentenausgabeposition, an der eine Chipkomponente 75 von seiner entsprechenden Station 90 oder 92 herausgehen oder heraus fallen kann, bewegbar. Jeder Verschluß 102 und 104 wird durch ein ent­ sprechendes Antriebssystem 103 und 105 (Fig. 5) für eine Bewe­ gung zwischen der Komponententrag- und ausgabeposition ange­ trieben. Wie im folgenden beschrieben wird, ist der Eingangs­ verschluß 102 typischerweise offen, d. h. zu seiner Komponenten­ ausgabeposition bewegt zum Ausgeben einer Komponente, die nicht ganz in ein Komponentenhaltefach 88 eingetreten ist und somit die zunehmende Rotation des Übertragungsrades 86 stört. Der Ausgangsverschluß 104 ist typischerweise offen, d. h. in seine Komponentenausgabeposition bewegt zum Ermöglichen der Vakuum­ spindel 70 eine Chipkomponente 75 zu kontrollieren und auf das Substrat 60 zu plazieren, indem sie durch einen vertikalen Durchgang in dem Rahmen 84 geht, der durch den offenen Aus­ gangsverschluß 104 erzeugt wird. Die Verschlüsse 102 und 104 und ihre entsprechenden Antriebssysteme 103 und 105 können von jeder bekannten strukturellen Anordnung zum Erzielen der zuvor erwähnten Funktionen sein, und einer oder beide Verschlüsse 102 und 104 können hin- und herbewegend oder schwingend sein.

Ein oder mehr Sensoren 106 können benachbart zu einer mittleren Station 84 oder zwischen der Empfangsstation 90 und der Liefer­ station 92 zum Erfassen, Testen und/oder Inspizieren einer Chipkomponente 75 in einem Komponentenhaltefach 88 positioniert sein. Diese Sensoren 106 sind mit den Verschlußantriebsmecha­ nismen 103 und 105 zum Ausgeben von Chipkomponenten 75 und/oder zum "doppelten Ausrichten" des Übertragungsrades 86 einer ge­ wünschten Zahl von Malen gekoppelt sein, wenn eine Chipkompo­ nente 75 von einem Komponentenhaltefach 88 an der Lieferstation 92 fehlt.

Wie in Fig. 5 zu sehen ist, ist eine Steuerung 108 mit Ver­ stellspindeln 57 und 59, dem Substratbewegungssystem 62 und dem Komponentenzuführ- und Plazierungskopf 52 gekoppelt. Genauer gesagt, bezüglich des ein Komponentenzuführ- und Plazierungs­ kopfes 52 ist die Steuerung 108 mit einem vorrückenden Übertra­ gungsradantrieb 107 mit einer Rutschkupplung 110 und einem Rutschkupplungssensor 112 zum Erfassen der Aktivierung oder des Rutschens der Rutschkupplung 110 gekoppelt. Weiter mit Bezug auf den ein Komponentenzuführ- und Plazierungskopf 52, die Steuerung ist mit den Verschlußantriebssystemen 103 und 105, dem Spindelantriebssystem 73 und der Vakuumsteuerung 87 zum se­ lektiven Anlegen eines Vakuums an die Spindel 70 und verschie­ denen Inspektions-, Test- und/oder Erfassungssensoren gekop­ pelt, die gemeinsam durch das Bezugszeichen 106 bezeichnet sind. Die Steuerung 108 enthält bevorzugt gut bekannte sequen­ tielle oder kombinierte Logikschaltungen, einen Mikroprozessor, ein programmierbares Logikfeld und andere bekannte Steuerschal­ tung.

Im Betrieb ist der Behälter 74 bevorzugt anfänglich mit elek­ trischen Chipkomponenten 75 gefüllt. Die Chipkomponenten 75 können von dem Behälter 74 zu der Kammer 77 vorgeschoben wer­ den. Druckluft über eine Druckluftquelle 79 und einen Vertei­ lerkanal 78 drückt die Chipkomponenten 75 von der Kammer 77 zu dem Kanal 120 in einer gewünschten Orientierung zu dem Ausgang 80. An der Empfangsstation 90 wird die führende Chipkomponente 75 unter Drucklufthilfe in ein Komponentenhaltefach 88 des Übertragungsrades 86 durch die Öffnung 98 in dem äußeren Ring 96 gedrückt. Die führende Chipkomponente 95, die nun in dem Komponentenhaltefach 88 an der Empfangsstation 90 angeordnet ist, wird von unten durch die Tragstruktur 100 gestützt, die bevorzugt den Eingangsverschluß 102 aufweist.

Das Übertragungsrad 86 wird inkrementell vorgerückt, d. h. indi­ ziert mit einer Winkelvorrückung so, daß das Komponentenhalte­ fach 88 an der Empfangsstation 90 die führende Chipkomponente 75 von dem Kanal 120 bewegt. Das Indizieren verursacht simul­ tan, daß das Komponentenhaltefach 88 zu der nächsten Station vorrückt und ein neues leeres Komponentenhaltefach 88 an der Empfangsstation 90 ankommt. Die nächste Chipkomponente 75 von dem Kanal 120 tritt in das nächste Komponentenhaltefach 88 nach der Ankunft an der Empfangsstation 90 ein. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis die erste Chipkomponente 75 die Lieferstation 92 erreicht.

In dem Fall, in dem eine Chipkomponente 75 nicht richtig in das Komponentenhaltefach 88 eintritt und das Übertragungsrad 86 verklemmt, verhindert die Rutschkupplung 110, daß sich das Übertragungsrad 86 dreht. Nach einer vorbestimmten Zahl von aufeinanderfolgenden Durchrutschungen, wie sie durch den Rutschkupplungssensor 112 erfaßt werden, wird der Eingangsver­ schluß 102 zu seiner Komponentenausgabeposition zum Ausgeben der fehlerhaften und/oder fehlausgerichteten Chipkomponente 75 bewegt und es wird der Eintritt der folgenden Chipkomponente 75 ermöglicht.

Das X- und Y-Positionierungssystem 54 einschließlich der Ver­ stellspindeln 57 und 59 positioniert den Mehrfachzuführ- und Plazierungskopf 52 derart, daß die Chipkomponente 75 an der Lieferstation 92 über ihre gewünschte Stelle auf dem Substrat 60 zur Plazierung darauf überlagert wird. Einzelheiten des Chipkomponentenplazierungsvorganges werden zuerst für die Aus­ führungsform mit einem Ausgangsverschluß 104 unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 beschrieben, und später werden sie für eine Ausführungsform ohne einen Ausgangsverschluß mit Bezugnahme auf Fig. 9 und 10 beschrieben.

Wenn ein Ausgangsverschluß 104 benutzt wird, wie in der Ausfüh­ rungsform von Fig. 7 und 8 gezeigt ist, ruht die Chipkompo­ nente 75, die an der Lieferstation 92 ankommt, zuerst auf dem Ausgangsverschluß 104, der in seiner Komponententragposition ist. Die Vakuumspindel 70 greift die Oberseite der Chipkompo­ nente 75 und steuert und hält sie durch ein angelegtes Vakuum.

Der Ausgangsverschluß 104 wird in die Komponentenausgabepositi­ on zum Vorsehen eines ungestörten vertikalen Durchganges zu dem Substrat 60 bewegt. Die Spindel 70 wird durch den Durchgang ab­ gesenkt, und die Chipkomponente 75 wird auf das Substrat 60 plaziert. Die Spindel 70 wird dann zurückgezogen, und der Aus­ gangsverschluß 104 wird zu seiner Komponententragposition zum Erwarten der nächsten Chipkomponente 75 zurückgeführt.

Wenn ein Ausgangsverschluß nicht benutzt wird, wie in der Aus­ führungsform von Fig. 9 und 10 gezeigt ist, ist die Chipkom­ ponente 75 zeitweilig ungestützt, wenn sie an der Lieferstation 92 ankommt. Jedoch durch (i) die Anordnung des Bodens der Spin­ del 70 unmittelbar oberhalb des Komponentenhaltefaches 88 an der Lieferstation 92 und (ii) die Anlegung eines Vakuums an die Spindel 70 greift die Spindel 70 die Oberseite der Chipkompo­ nente 75 und steuert und hält sie durch ihr angelegtes Vakuum. Die Abwärtsbewegung der Spindel 70 wird dann auf einen Befehl gestartet, und die Chipkomponente 75 wird auf das Substrat 60 plaziert. Die Spindel 70 wird dann zurückgezogen und erwartet die nächste Chipkomponente 75.

Nachdem eine Chipkomponente 75 auf das Substrat 60 plaziert ist, kann die nächste Komponente 75 an der nächsten gewünschten Stelle auf dem Substrat 60 durch einfaches Neupositionieren des Zuführ- und Plazierungskopfes 52 durch die Verstellspindeln 57 und 59, Drehung des Übertragungsrades 86 und Steuern und Pla­ zieren der nächsten Chipkomponente 75 auf dem Substrat 60 mit der Spindel 70 an einer anderen gewünschten Position plaziert werden. Es wird angemerkt, daß das Übertragungsrad 86 und der Zuführ- und Plazierungskopf 52 gleichzeitig zum weiteren Ver­ ringern der Herstellungszeit bewegt werden können.

Die Chipkomponenten 75 können auch in ihren Komponentenhaltefä­ chern 88 an der Empfangsstation 90, der Lieferstation 92 oder an irgendeiner der Stationen 94 dazwischen durch die Sensoren 106 inspiziert werden. Wenn ein Sensor 106 bestimmt, daß eine Chipkomponente 75 nicht akzeptierbar ist, kann diese Chipkompo­ nente 75 an der Chiplieferstation vorbeigehen, indem die Spin­ del 70 nicht die akzeptierbare Chipkomponente 75 ergreift und indem nicht der Ausgangsverschluß 104 bewegt wird, so daß die nichtakzeptierbare Chipkomponente 75 die Lieferstation passiert zu einer Zurückweisungsstation. Wenn weiter ein Sensor 106 das Fehlen einer Chipkomponente 75 in einem Komponentenhaltefach 88 bestimmt, kann das Übertragungsradantriebssystem 107 das Vor­ rücken eine geeignete Zahl von Malen so vergrößern, daß eine Chipkomponente für die Spindel 70 vorgesehen wird, ohne daß zu­ sätzliche Zyklus zeit für das Bewegen der Spindel 70 durch ihre vertikale Bewegung nötig ist. Weiterhin ermöglicht das Vorhan­ densein der Stationen 94 zwischen der Chipaufnahmestation 90 und der Chiplieferstation 92 das Durchführen der Inspektion oh­ ne Verringerung der Zusammenbauzeit.

In Abhängigkeit von der Anwendung kann der Komponentenzuführ- und Plazierungskopf 52 leicht an verschiedene Chipkomponenten­ größen oder -arten angepaßt werden. Dieses versieht das System mit einer hervorragenden Anpassungsfähigkeit zur Minimierung der Herstellungszeit bei einer weiten Variation der Umstände. Wenn zum Beispiel der Zusammenbau eines Substrates 62 drei ver­ schiedene Arten von Chipkomponenten 75 für Oberflächenanbrin­ gung benötigt, können drei verschiedene Komponentenzuführ- und Plazierungsköpfe 52 auf dem Basisabschnitt 64 zum Plazieren drei verschiedener Arten von Chipkomponenten 75 auf dem Substrat 62 angebracht werden. Die drei Zuführ- und Plazie­ rungsköpfe 52 werden effektiv oberhalb der Leiterplatte 62 be­ wegt, während die Spindeln 70 von jedem Komponentenzuführ- und Plazierungskopf 52 die Chipkomponenten 75 an den gewünschten Stellen unter Steuerung der Steuerung 108 plaziert werden.

Unabhängig davon, ob einer oder mehrere Komponentenzuführ- und Plazierungsköpfe 52 benutzt werden, ist es jedoch klar, daß der Zuführ- und Plazierungskopf 52 nicht sich nicht hin- und herbe­ wegen muß von dem Substrat 62 zu der Aufnahmestation, und somit verringert das Gerät 50 der vorliegenden Erfindung deutlich die Zusammenbauzeit über einer herkömmlichen Aufnahme und Plazie­ rungsmaschine.

Da zusätzlich der Zuführ- und Plazierungskopf 52 entfernbar an dem Basisabschnitt 64 angebracht ist, weist das Gerät 50 eine verbesserte Zuverlässigkeit, eine verringerte Reparaturzeit und eine schnelle und einfache Wechsel zeit zum Wiederauffüllen von Chipkomponenten oder Ändern der Chipkomponentengrößen oder -arten auf. Zusätzlich sind der Behälter 74 auf der Zuführvor­ richtung 68 entfernbar mit ihren entsprechenden Gehäuseab­ schnitten 76 so gekoppelt, daß ein leerer Behälter leicht durch einen vollen Behälter in einer relativ kurzen Zeitdauer ersetzt werden kann.

Während der Komponentenzuführ- und Plazierungskopf 52 primär für rechteckige Chipkomponenten vorgesehen ist, deren längere Seite eine Länge zwischen 0,039-0,079 Zoll aufweist, die kürze­ re Seite eine Länge zwischen 0,020-0,049 Zoll aufweist und eine Dicke zwischen 0,012-0,049 Zoll aufweist, sollte erkannt wer­ den, daß diese Erfindung nicht auf Chipkomponentengrößen inner­ halb dieser Bereiche begrenzt ist, und das Chipkomponenten, die außerhalb dieses Bereiches fallen, ebenfalls benutzt werden können.

Claims (11)

1. Gerät (50) zum Liefern von Chipkomponenten (75) und Pla­ zieren der Komponenten (75) auf einem Substrat (60), das zur Translationsbewegung in bezug auf das Substrat (60) gekoppelt ist, mit:
einem Komponentenübertragungsmechanismus (72) mit einem drehba­ ren Rad (86) mit einer Mehrzahl von Komponentenhaltefächern (88), einer Mehrzahl von in Winkelabständen angeordneten Sta­ tionen (90, 92), einem Antriebsmechanismus (107) zum sequenti­ ellen Bewegen der Fächer (88) zu den Stationen (90, 92), wobei die Stationen (90, 92) mindestens eine Komponentenaufnahmesta­ tion (90) und eine Komponentenlieferstation (92) aufweisen;
einer Komponentenzuführvorrichtung (68) mit einem Behälter (74) zum Lagern einer Mehrzahl von Chipkomponenten (75) und Zuführen der Komponenten (75) einzeln zu der Aufnahmestation (90) des Übertragungsmechanismus (72) und
einer Vakuumspindel (70), die über der Lieferstation (92) des Übertragungsmechanismus (72) vorgesehen ist und vertikal in be­ zug auf die Lieferstation (92) zum Steuern einer Komponente (75) an der Lieferstation (92) bewegbar ist;
wobei der Übertragungsmechanismus (72), die Zuführvorrichtung (68) und die Vakuumspindel (70) zum Plazieren von Komponenten (75) an einer Mehrzahl von gewünschten Positionen auf dem Substrat (60) verschiebbar sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, weiter mit einem bewegbaren Ver­ schluß (102), der an der Aufnahmestation (90) unterhalb der Fä­ cher (88) vorgesehen ist, wobei der Verschluß (102) zwischen einer Komponententragposition, in der der Verschluß (102) eine Komponente (75) trägt, die von der Zuführvorrichtung (68) in ein Fach (88) an der Empfangsstation (90) geliefert ist, und einer Komponentenauslaßposition, in der eine Komponente (75) in einem Fach (88) an der Empfangsstation (90) nach unten von dem Übertragungsmechanismus (72) ausgegeben wird, bewegbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, weiter mit einem Sensor (112), der erfaßt, ob eine Komponente (75) die in ein Fach (88) an der Lieferstation (90) geliefert ist, sich an einer gewünschten Po­ sition befindet, und zum Bewirken, daß der Verschluß (102) sich in die Auslaßposition bewegt und die Komponente (75) ausgibt, für den Fall, daß die Komponente (75) nicht richtig positio­ niert ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, bei dem der Antriebsmechanismus (107) eine Rutschkupplung (110) zum Verhindern der Drehung des Rades in (86) aufweist, wenn eine Komponente (75) nicht an ih­ rer Position an der Empfangsstation (90) ist, wobei der Sensor (112) das Rutschen der Kupplung (110) erfaßt.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter mit einem bewegbaren Verschluß (104), der an der Lieferstation (92) unter den Fächern (88) angeordnet ist, wobei der Verschluß (104) zwi­ schen einer Komponententragposition, in der der Verschluß (104) zeitweilig eine Komponente (75) in einem Fach (88) an der Lie­ ferstation (92) trägt, und einer offenen Position, in der der Vakuumspindel (70) ermöglicht wird, sich durch das Fach (88) an der Lieferstation (92) zu erstrecken und eine Komponente (75) auf das Substrat (60) zu plazieren, bewegbar ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, weiter mit einer Komponentensensor­ station (94), die winkelmäßig und reihenfolgemäßig zwischen der Empfangsstation (90) und der Lieferstation (92) vorgesehen ist, und einem Sensor (106), der erfaßt, ob eine Komponente (75) in einem Fach (88) an der Komponentensensorstation (94) angeordnet ist, wobei der Sensor (106) mit dem Antriebsmechanismus (107) gekoppelt ist zum Verursachen, daß der Antriebsmechanismus eine gewünschte Zahl indiziert, wenn das Fach (88) die Lieferstation (92) erreicht.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Kompo­ nente (75) vertikal nicht gestützt ist, wenn ein Fach (88) an der Lieferstation (92) angeordnet ist, so daß eine Komponente (75) in einem Fach (88) an der Lieferstation (92) durch die Va­ kuumspindel (70) gesteuert wird und auf das Substrat (60) pla­ ziert wird.

8. Verfahren zum Liefern und Plazieren von Chipkomponenten (75) auf einem Substrat (60), mit:
Vorsehen eines Plazierungskopfes (52) mit einem Übertragungsme­ chanismus (72), einer Zuführvorrichtung (68) und einer Vakuum­ spindel (70) einschließlich einem Komponentenspeicherbehälter (74), der sich kontinuierlich daran anschließt;
individuelles Ausrichten der Komponenten (75) in der Zuführvor­ richtung und Liefern der Komponenten an einen Ausgangspunkt (80);
Liefern einer Komponente (75) von dem Zuführausgangspunkt (80) zu einem Fach (88) an einer Empfangsstation (90) auf dem Über­ tragungsmechanismus (72);
Drehen des Übertragungsmechanismus (72) zum Bewegen der Kompo­ nente (75) von der Empfangsstation (90) auf dem Übertragungsme­ chanismus (72) zu einer Lieferstation (92) auf dem Übertra­ gungsmechanismus (72);
Steuern der ersten Komponente (75) an der Lieferstation (92) des Übertragungsmechanismus (72) mit der Vakuumspindel (70); Plazieren der ersten Komponente (75) auf das Substrat (60) mit der Vakuumspindel (70); und
Bewegen des Plazierungskopfes (52) einschließlich des Übertra­ gungsmechanismus (72), der Zuführvorrichtung (68) und der Vaku­ umspindel (70) zu einer zweiten vorbestimmten Position oberhalb des Substrates (60) und Wiederholen des Lieferns, Drehens, Steuerns und Plazierens.

9. Verfahren nach Anspruch 8, mit:
Vorsehen eines bewegbaren Verschlusses (102), der an der Emp­ fangsstation (90) vorgesehen ist;
Tragen der ersten Komponente (75) durch den Verschluß (102) an einer Komponententragposition;
Bewegen des Verschlusses (102) von der Komponententragposition zu einer Komponentenausgabeposition, wenn die Komponente (75) nicht richtig ausgerichtet ist; und
Ausgeben einer fehlausgerichteten Komponente (75).

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, mit:
Vorsehen eines bewegbaren Verschlusses (104), der an der Lie­ ferstation (92) vorgesehen ist;
Tragen einer Komponente (75) durch den Verschluß (104) an der Lieferstation (92), wenn der Verschluß (104) an einer Komponen­ tentragposition ist;
Bewegen des Verschlusses (104) von der Komponententragposition zu einer Freigabeposition; und
Erstrecken der Vakuumspindel (70) durch ein Fach (88) an der Lieferstation (92) mit dem Verschluß (104) in der Freigabeposi­ tion.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10 mit:
Nichtunterstützen der Komponente (75) an der Lieferstation (92) und
Erstrecken der Vakuumspindel (70) durch ein Fach (88) an der Lieferstation (92).