DE19826649C1

DE19826649C1 - Phantom component item for use in circuit boards' automatic equipping machines

Info

Publication number: DE19826649C1
Application number: DE19826649A
Authority: DE
Inventors: Torsten Mehlhorn; Stefan Baldeweg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1998-06-16
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-06-17

Abstract

A phantom or dummy component (1) having an array of connection terminals of an actual component simulated by locations (8) on its bottom face, the locations corresponding in size and geometry to the terminals of an actual component, and differing in certain reflection characteristics from the background of the bottom face. At least part of the locations (8) specifically have a different reflection characteristic from the remaining locations or more specifically, groups (4-7) of adjacent locations (8) have different reflection characteristics.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Phantom-Bauelement zum Einsatz in Automaten zur Bauelementebestückung von Leiterplatten.The invention relates to a phantom component for Use in vending machines for component assembly from Circuit boards.

Ebenso bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Über prüfung der Funktion eines Bestückungsautomaten für Leiterplatten, bei welchem Bauele mente aus einem Lager zugeführt und von einem Manipulatorarm ergriffen werden, die der Leiterplatte zugeordnete An schlußseite des Bauelementes mittels einer Kamera, wie z. B. einer CCD-Kamera, optisch erfaßt wird, das durch die Kamera erfaßte Bild mit einem Software-Sollbild des Bauelementes verglichen und der Arm sodann softwaregesteuert das Bauele ment auf eine vorgesehene Stelle der Leiterplatte setzt.The invention also relates to a method for transferring testing the function of an automatic placement machine for Printed circuit boards, in which construction elements fed from a warehouse and from a manipulator arm be taken, the assigned to the PCB end of the component by means of a camera, such as. B. a CCD camera that is optically captured by the camera captured image with a software target image of the component compared and the arm then software controlled the construction ment on a designated location of the circuit board.

Bei Bestückungsautomaten für Leiterplatten und für ähnliche Schaltungsträger werden Bauelemente, wie Chips, Halbleiter, Widerstände, etc. von einer Zuführeinrichtung, z. B. einem Ma gazin, angeliefert und dann von einem Manipulatorarm, z. B. einem Sauggreifer, erfaßt. Es muß nun überprüft werden, ob das Bauelement eine bezüglich des Manipulatorarms korrekte Lage hat, und ob es sich um das richtige Bauelement handelt. Dazu ist eine Kamera, im allgemeinen eine CCD-Kamera vorgese hen, die das Bauelement, das z. B. von oben mit einem Saug greifer gehalten wird, von unten betrachtet, und das aufge nommene Bild, nämlich das Bild des Musters der Anschlüsse, mit einem softwaremäßigen Muster vergleicht, und bei falscher Lage oder bei einem falschen Bauelement allfällige Korrektu ren vornimmt. Wenn der Vergleich positiv ausgefallen ist, wird das Bauelement mittels des Manipulatorarms auf die Lei terplatte abgesetzt, auf welcher es üblicherweise aufgrund der Hafteigenschaften der Lotzusammensetzung an der richtigen Stelle verbleibt. Wenn auf diese Weise sämtliche Bauelemente abgesetzt sind, gelangt die Leiterplatte mit den Bauelementen in einen Ofen, in welchem das endgültige Anlöten erfolgt.For automatic assembly machines for printed circuit boards and the like Circuit carriers become components such as chips, semiconductors, Resistors, etc. from a feed device, e.g. B. a Ma magazine, delivered and then by a manipulator arm, for. B. a suction cup. It must now be checked whether the component is correct with respect to the manipulator arm Location and whether it is the right component. For this purpose, a camera, generally a CCD camera, is provided hen the component, the z. B. from above with a suction is held, viewed from below, and that open taken picture, namely the picture of the pattern of the connections, compared with a software pattern, and if it is wrong Location or, if the component is incorrect, any correctness ren. If the comparison is positive, the component by means of the manipulator arm on the Lei disc, on which it is usually due the adhesive properties of the solder composition to the correct one Job remains. If all components in this way are removed, the circuit board arrives with the components in an oven in which the final soldering takes place.

Die metallischen Oberflächen der Anschlüsse des Bauelementes können einer Alterung unterliegen, welche das Reflexionsver mögen der Anschlüsse ändert. Andererseits kann auch eine CCD- Kamera altern, und beide Einflüsse können dazu führen, daß letztlich das Bauelement nicht mehr richtig erkannt wird, und es zu einer Fehlbestückung oder zu einer falschen Positionie rung des Bauteils auf der Leiterplatte kommt. Derartige Fehl bestückungen führen zum Ausschuß meist der gesamten Leiter platte und stellen kostspielige Fehlfunktionen des Bestüc kungsautomaten dar.The metallic surfaces of the connections of the component can be subject to aging, which the reflection ver like the connections changes. On the other hand, a CCD Camera age, and both influences can cause ultimately the component is no longer correctly recognized, and misplacement or incorrect position component comes on the circuit board. Such a mistake Equipment usually leads to the committee of the entire leader plate and pose costly malfunctions of the equipment automatic machines.

Aus der DE 42 27 667 A1 ist eine Testleiterplatte aus Glas zur meßtechnischen Erfassung u. a. der Bestückungsgenauigkeit von Leiterplatten und Phantom-Bauelementen bekannt. Auf der Testlei terplatte sind Koordinatenlinien sowie Meßfenster aufge bracht, die eine Positionierung mittels bekannter Up- and Down-Kameras sowie eine Ausmessung und Betrachtung der Lage der Markierungen durch ein Mikroskop ermöglichen.DE 42 27 667 A1 is a test circuit board made of glass for metrological detection u. a. the placement accuracy known from printed circuit boards and phantom components. At the test line Coordinate lines and measuring windows are opened on the plate brings, the positioning by means of known up and Down cameras as well as a measurement and consideration of the location allow the markings through a microscope.

Aus der US 55 37 204 A ist ebenfalls ein Verfahren zur Über prüfung von Bestückungsautomaten für bedruckte Schaltungen bekannt, bei dem eine Glasplatte mit der Form eines Bauele ments und aufgebrachten Meßpunkten zur Überprüfung der Be stückungsgenauigkeit des Automaten dient.From US 55 37 204 A is also a method for transferring testing of placement machines for printed circuits known in which a glass plate with the shape of a Bauele ment and applied measuring points for checking the loading accuracy of the machine.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, auf einfache Weise das Leistungsvermögen der optischen Lageerkennung eines Bestüc kungsautomaten unter Berücksichtigung von möglichen Alte rungserscheinungen zu überprüfen, um dadurch Fehlfunktionen des Automaten zu vermeiden. It is an object of the invention to easily do that Performance of the optical position detection of a piece automatic machines taking into account possible old people signs of malfunctions to avoid the machine.

Diese Aufgabe wird mit einem Phantom-Bauelement zum Einsatz in Automaten zur Bauelementebestückung von Leiterplatten erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf seiner Unterseite ein Anschlußmuster eines reellen Bauelemen tes durch Felder simuliert ist, die in Abmessung und Geome trie den Anschlüssen eines reellen Bauelementes entsprechen, und die sich von dem Untergrund der Unterseite durch davon unterschiedliches, definiertes Reflexionsvermögen unterschei den, wobei zumindest ein Teil der Felder ein anderes Refle xionsvermögen aufweist als der Rest der Felder.This task is used with a phantom component in machines for component assembly of Printed circuit boards according to the invention solved in that its underside is a connection pattern of a real building element tes is simulated by fields that are in dimension and geome correspond to the connections of a real component, and which is from the underground of the bottom through it different, defined reflectivity differ the, with at least some of the fields a different Refle Xion ability than the rest of the fields.

Mit Hilfe erfindungsgemäßer Phantom-Bauelemente kann die Funktion nicht nur der CCD-Kameras bzw. anderer optischer La geerkennungssysteme eindeutig überprüft werden, sondern auch die Funktion des Automaten hinsichtlich der korrekten Posi tionierung auf dem Schaltungsträger. Falls daher das Phantom- Bauelement korrekt erkannt, erfaßt und positioniert wird, wird dies auch bei den reellen Bauelementen erfolgen, selbst wenn diese nicht optimale Anschlüsse, z. B. gleiche Farbe, Re flexionsvermögen etc. der Anschlüsse aufweisen. Das vorgege bene Reflexionsverhältnis kann auch eine Alterung der metal lischen Oberflächen der Anschlüsse simulieren. Durch die Aus gestaltung, daß zumindest ein Teil der Felder ein anderes Re flexionsvermögen als der Rest der Felder aufweist, kann vor teilhaft eine unterschiedliche Alterung der metallischen Oberflächen der Anschlüsse simuliert werden.With the help of phantom components according to the invention, the Function not only of the CCD cameras or other optical La detection systems are clearly checked, but also the function of the machine with regard to the correct position tioning on the circuit board. So if the phantom Component is correctly recognized, recorded and positioned, this will also be the case with the real components themselves if these are not optimal connections, e.g. B. same color, Re flexion etc. of the connections. The above The reflection ratio can also be an aging of the metal Simulate the surface of the connections. By the out design that at least a part of the fields another Re has inflection than the rest of the fields partly a different aging of the metallic Surfaces of the connections can be simulated.

Für die Beurteilung des Leistungsvermögens üblicher CCD-Kame ras ist es vorteilhaft, wenn Gruppen von benachbarten Feldern jeweils unterschiedliches Reflexionsvermögen aufweisen.For the assessment of the performance of common CCD cameras ras it is advantageous if groups of neighboring fields each have different reflectivities.

Die Herstellung eines Phantom-Bauelementes gestaltet sich zweckmäßig und einfach, wenn die Felder auf einer Glasplatte ausgebildet sind. Dabei kann in Nachahmung eines reellen Bau elementes die Glasplatte an der Unterseite eines Kunststoff gehäuses angeordnet sein.The manufacture of a phantom component turns out expedient and simple if the fields on a glass plate are trained. It can imitate a real construction element the glass plate on the underside of a plastic Be arranged housing.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Anschlußmu ster eines SMD-Bauelementes simuliert bzw. ist das Anschluß muster eines Anschlußmusters mit Ball-Grid-Anschlüssen simu liert.In an advantageous embodiment, the connection must simulates an SMD component or is the connection pattern of a connection pattern with ball-grid connections simu liert.

Um die nachträgliche Überprüfung der Lage des Phantom-Bauele mentes auf einer Testleiterplatte besser überprüfen zu können, ist es vorteilhaft, wenn zusätzliche Justiermarken vorgesehen sind.To check the position of the phantom component afterwards It is easier to check mentes on a test circuit board it is advantageous if additional alignment marks are provided are.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß dem Arm ein Phantom-Bauelement zugeführt wird, an dessen Un terseite ein Anschlußmuster eines reellen Bauelementes durch Felder simuliert ist, welche in Abmessung und Geometrie den Abmessungen des reellen Bauelementes entsprechen und die sich von dem Untergrund der Unterseite durch davon unterschiedli ches, definiertes Reflexionsvermögen unterscheiden, wobei zu mindest ein Teil der Felder ein anderes Reflexionsvermögen aufweist als der Rest der Felder, und ein Testschaltungsträ ger verwendet wird, auf den das Phantom-Bauelement aufgesetzt wird, wobei nach dem Aufsetzen des Phantom-Bauelementes des sen Position und Ausrichtung auf der Testleiterplatte überprüft wird.The object of the invention is also achieved with a method of solved type mentioned, in which according to the invention a phantom component is fed to the arm, at the Un terseite a connection pattern of a real component Fields are simulated, which in size and geometry Dimensions of the real component correspond and that different from the surface of the underside Differentiate, defined reflectivity, whereby to at least some of the fields have a different reflectivity than the rest of the fields, and a test circuit carrier ger is used, on which the phantom component is placed is, after having placed the phantom component of the Position and orientation on the test circuit board is checked.

Die Erfindung samt weiteren Vorteilen ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in der Zeichnung veranschaulicht ist. In dieser zeigenThe invention and further advantages are shown below of an embodiment explained in more detail in the Drawing is illustrated. In this show

Fig. 1 eine Ansicht auf die Unterseite eines Phantom-Bau elementes nach der Erfindung und Fig. 1 is a view of the underside of a phantom construction element according to the invention and

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein solches Bauelement. Fig. 2 shows a cross section through such a component.

Gemäß der Zeichnung besteht ein Phantom-Bauelement 1 nach der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel aus einer Glasplatte 2 und einem daran angeklebten oder angegossenen Kunststoffge häuse 3. Auf der Unterseite der Glasplatte ist das Anschluß muster eines bestimmten reellen Bauelementes simuliert, wobei im vorliegenden Beispiel an der vier Seitenrändern der qua dratischen Glasplatte 2 vier Gruppen 4, 5, 6 und 7 von Fel dern 8 aufgebracht sind, wobei sich die Felder 8 von dem Un tergrund, d. h. der Oberfläche der Glasplatte 2 durch ihr Re flexionsvermögen unterscheiden. Weiters besitzt bei diesem Ausführungsbeispiel jede Gruppe 4, 5, 6 und 7 von Feldern je weils das gleiche Reflexionsvermögen. Im vorliegenden Bei spiel ist die Gruppe 4 von Feldern 8 jene mit der dunkelsten Farbe, d. h. dem geringsten Reflexionsvermögen und dem größten Kontrast zum Untergrund. Die Gruppe 5 von Feldern 8 bildet jene mit einem mittleren Kontrast, die Gruppe 6 von Feldern 8 jene mit einem geringen Kontrast und die Gruppe 7 von Feldern 8 eine Gruppe mit sehr schwachem Kontrast.According to the drawing, a phantom component 1 according to the invention in one exemplary embodiment consists of a glass plate 2 and a plastic housing 3 glued or cast onto it. On the underside of the glass plate the terminal pattern of a particular real component is simulated and countries in the present example at the four side edges of the qua dratischen glass plate 2, four groups 4, 5, 6 and 7 of Fel are applied 8, wherein the fields 8 of the Un underground, that is, the surface of the glass plate 2 differ by their reflectivity. Furthermore, in this embodiment each group 4 , 5 , 6 and 7 of fields each has the same reflectivity. In the present example, the group 4 of fields 8 is the one with the darkest color, ie the lowest reflectivity and the greatest contrast to the background. The group 5 of fields 8 forms those with a medium contrast, the group 6 of fields 8 those with a low contrast and the group 7 of fields 8 a group with very weak contrast.

Wie Fig. 1 zu entnehmen, sind überdies in den vier Ecken der Glasplatte 2 Justiermarken 9 vorgesehen, die zur späteren Überprüfung der Lage des Phantom-Bauelementes auf einer Test leiterplatte dienen.As can be seen in Fig. 1, 2 alignment marks 9 are also provided in the four corners of the glass plate, which serve for later checking the position of the phantom component on a test circuit board.

Das simulierte Anschlußmuster auf der Oberfläche der Glasplatte kann beispielsweise mit einem Standard-Strukturie rungsverfahren der Halbleiter-Maskenherstellung realisiert werden.The simulated connection pattern on the surface of the Glass plate can, for example, with a standard structure Realization process of semiconductor mask production realized become.

Das Phantom-Bauelement wird erfindungsgemäß bei einem Verfah ren eingesetzt, das nachstehend näher erläutert ist. Bei üb lichen Bestückungsautomaten für Leiterplatten oder sogenannte Flachbaugruppen werden verschiedene Bauelemente, wie IC's, Chips, Widerstände, etc. aus einem Lager oder Magazin zugeführt und von einem Manipu latorarm ergriffen. Für übliche Halbleiterchips werden Saug greifer verwendet, die beispielsweise an der Oberfläche des Kunststoffgehäuses angreifen können. Bevor das Bauelement auf die Leiterplatte gesetzt wird, überprüft eine CCD-Kamera die Unterseite des Bauelementes, d. h. die dem Schaltungsträ ger zugeordnete Anschlußseite und vergleicht das erfaßte Bild mit einem Software-Sollbild, um das Bauelement zu identifi zieren. Danach setzt der Arm das Bauelement softwaregesteuert auf eine genau vorgegebene Stelle der Leiterplatte. Wenn die Leiterplatte mit den vorgesehenen Bauelementen be stückt ist, erfolgt, z. B. in einem Heißluftofen, das Anlöten der Bauelemente, die beispielsweise in Ball-Grid-Technik aus geführt sein können oder mit sogenannten Anschluß-Pads, wel chen auch das in der Figur dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht.According to the invention, the phantom component is used in a method ren used, which is explained in more detail below. When practicing assembly machines for Printed circuit boards or so-called printed circuit boards various components, such as IC's, chips, resistors, etc. fed from a warehouse or magazine and from a Manipu seized poorly. For conventional semiconductor chips are suction used grippers, for example on the surface of the Can attack plastic housing. Before the component is on a printed circuit board is checked by a CCD camera the underside of the component, d. H. the circuit board ger assigned connection side and compares the captured image with a software target image to identify the component adorn. The arm then sets the component under software control to a precisely specified position on the circuit board. If be the circuit board with the intended components is done, z. B. in a hot air oven, the soldering of components made, for example, using ball grid technology can be performed or with so-called connection pads, wel Chen also the embodiment shown in the figure corresponds.

Wie bereits eingangs erwähnt, kann es zu Fehlfunktionen füh ren, wenn entweder die CCD-Kamera Alterungserscheinungen auf weist und/oder wenn die Anschlüsse des Bauelementes durch Al terung und/oder Umwelteinflüsse ein vermindertes Reflexions vermögen, ganz allgemein ein anderes Reflexionsvermögen auf weisen, als in neuem Zustand.As already mentioned at the beginning, it can lead to malfunctions if either the CCD camera shows signs of aging points and / or if the connections of the component by Al and / or environmental influences a reduced reflection have a different reflectivity in general show as in new condition.

Um die Funktion des Bestückungsautomaten mit Hilfe des erfin dungsgemäßen Phantom-Bauelementes überprüfen zu können, wird dem Manipulatorarm ein Phantom-Bauelement 1 zugeführt, das einem ausgewählten reellen Bauelement hinsichtlich des An schlußmusters entspricht. Der weitere Ablauf in der Funktion des Bestückungsautomaten ist der gleiche wie bei dem Einsatz eines reellen Bauelementes, jedoch wird anstelle einer tat sächlichen Leiterplatte eine Testleiterplatte verwendet, auf welche der Manipulatorarm nach Untersuchung des Phantom-Bau elementes durch die CCD-Kamera und die zugehörige Software dieses Bauelement setzt.In order to be able to check the function of the pick-and-place machine with the aid of the phantom component according to the invention, the manipulator arm is supplied with a phantom component 1 which corresponds to a selected real component with regard to the connection pattern. The further sequence in the function of the placement machine is the same as when using a real component, but instead of an actual circuit board, a test circuit board is used, on which the manipulator arm after examining the phantom component by the CCD camera and the associated software this component sets.

Nun kann die Testleiterplatte mit dem darauf aufgesetzten Phantom-Bauelement dem Bestückungsautomaten entnommen werden, um die genaue Lage und Ausrichtung des Phantom-Bauelementes 1 auf der Testleiterplatte zu untersuchen. Dies kann natürlich unter Zuhilfenahme entsprechender optischer Geräte und Aus wertungsverfahren erfolgen. Um diese Untersuchung zu erleich tern, können die in Fig. 1 dargestellten Justiermarken 9 die nen, doch sind solche Marken nicht unbedingt erforderlich, insbesondere müssen sie entfallen, wenn die Auswertung durch die CCD-Kamera dadurch gestört würde. Wenn das Phantom-Bau element 1 genau auf die richtige Stelle und in korrekter Aus richtung gesetzt wurde, kann davon ausgegangen werden, daß einerseits die CCD-Kamera eine gute Funktion aufweist, und daß andererseits auch das Positioniersystem in Ordnung ist. Andererseits wird man bei einer nicht korrekten "Bestückung" der Testleiterplatte mit dem Phantom-Bauelement 1 systema tisch den Fehler in dem Bestückungsautomaten suchen. Es ist weiters zu erwähnen, daß je nach der Art der verwendeten re ellen Bauelemente auch unterschiedliche Phantom-Bauelemente zum Einsatz gelangen, welche die entsprechenden reellen Bau elemente simulieren.Now the test circuit board with the phantom component placed thereon can be removed from the placement machine in order to examine the exact position and orientation of the phantom component 1 on the test circuit board. Of course, this can be done with the help of appropriate optical devices and evaluation methods. In order to facilitate this investigation, the alignment marks 9 shown in FIG. 1 can be used, but such marks are not absolutely necessary, in particular they have to be omitted if the evaluation by the CCD camera would be disturbed thereby. If the phantom construction element 1 was placed exactly in the right place and in the correct direction, it can be assumed that on the one hand the CCD camera has a good function, and on the other hand that the positioning system is in order. On the other hand, if the "assembly" of the test circuit board with the phantom component 1 is incorrect, the systematic search for the error in the automatic placement machine. It should also be mentioned that, depending on the type of real components used, different phantom components are used which simulate the corresponding real components.

Wenngleich bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel Gruppen von Feldern unterschiedliches Reflexionsvermögen auf weisen, ist es auch möglich, Phantom-Bauelemente nach der Er findung so zu gestalten, daß sämtliche Felder gleiches Refle xionsvermögen besitzen. Es können dann zur Überprüfung meh rere, in der Geometrie identische Phantom-Bauelemente verwen det werden, die sich lediglich durch das Reflexionsvermögen der Felder unterscheiden.Although in the embodiment described above Groups of fields have different reflectivities point, it is also possible to build phantom components according to the Er to design so that all fields have the same reflect have xions ability. Meh Use phantom components that are identical in geometry can be detected only by the reflectivity distinguish the fields.

Claims

1. phantom component ( 1 ) for use in automats for building elements of printed circuit boards, characterized in that on its underside a connection pattern of a real component is simulated by fields ( 8 ), the dimensions and geometry of which are the connections of a real component speak, and which differ from the background of the underside by different, defined reflectivity, at least some of the fields ( 8 ) having a different reflectivity than the rest of the fields ( 8 ).

2. Phantom component according to claim 1, characterized in that groups ( 4 , 5 , 6 , 7 ) of neighboring fields ( 8 ) each have different reflectivities.

3. Phantom component according to claim 1 or 2, characterized in that the fields ( 8 ) are formed on a glass plate ( 2 ).

4. Phantom component according to claim 3, characterized in that the glass plate ( 2 ) is arranged on the underside of a plastic housing ( 3 ).

5. Phantom component according to one of claims 1 to 4, there characterized in that the connection pattern of a SMD component is simulated.

6. phantom component according to claim 5, characterized records that the connection pattern of a component with Ball grid connections is simulated.

7. Phantom component according to one of claims 1 to 6, characterized in that additional alignment marks ( 9 ) are provided.

8. Procedure for checking the function of an assembly machine for printed circuit boards, in which components are supplied from a warehouse and taken by a manipulator arm, the circuit board associated connection side of the component by means of a Ka, such as. B. a CCD camera, is optically detected, the image captured by the camera is compared with a software target image of the component and the arm is then software-controlled, the component is placed on an intended location of the circuit carrier,
characterized,
that a phantom component is fed to the arm, on the underside of which a connection pattern of a real component is simulated by fields which correspond in size and geometry to the dimensions of the real component and which differ from the base of the underside by different, defined reflectivity ,
wherein at least some of the fields have a different reflectivity than the rest of the fields, and that a test circuit carrier is used on which the phantom component is placed, the position and orientation of the test being placed on the phantom component circuit carrier is checked.