DE19925217A1 - Verfahren zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen - Google Patents

Abstract

Bei der Aufteilung von Bestückinhalten auf mehrere in einer Linie angeordnete Bearbeitungsbereiche (6, 11) ergeben sich bei geringen Bestückinhalten störende Nebenzeiten durch das zusätzliche Vermessen von Markierungen auf den Substraten (1) sowie durch die Quantisierung der großen Anzahl an Haltevorrichtungen (5) am Bestückkopf (4). DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß bei geringen Bestückinhalten der gesamte Bestückinhalt in einem Bearbeitungsbereich (6) bestückt wird. Bei der Verwendung von mehreren Transportvorrichtungen (7, 12) ergeben sich somit mehrere unabhängig voneinander arbeitende Bestücklinien.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestücken von Substraten mit Bauelementen gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1 oder 2.

Beim Bestücken von Substraten, insbesondere von Leiterplat­ ten, mit Bauelementen, werden die Bauelemente aus Zuführein­ heiten mit Hilfe von Bestückköpfen entnommen und vom Bestück­ kopf auf eine vorgegebene Position auf dem Substrat positio­ niert. Für eine hohe Bestückleistung (bestückte Substrate pro Zeiteinheit) sollen dabei möglichst viele Bauelemente pro Zeiteinheit auf den Substraten positioniert werden.

Aus WO 98/37744 ist dafür eine Vorrichtung zum Herstellen von elektrischen Baugruppen bekannt, die in einem zentralen Be­ reich zwei eng benachbarte, parallel verlaufende lineare Längsführungen aufweist, in denen Wagen entsprechend verfahr­ bar sind. Diese Wagen weisen jeweils einen Querträger zum Aufhängen jeweils eines Bestückkopfes auf. Es ergeben sich dabei zwei getrennte Bearbeitungsbereiche, die unabhängig voneinander bedient werden können. Dadurch wird eine große Bestückleistung der Vorrichtung ermöglicht.

Für eine noch höhere Bestückleistung werden Bestückautomaten in einer Linie zusammengestellt. Dabei weisen die verschiede­ nen Bestückautomaten unterschiedliche Vorräte an Bauelement­ typen auf, und können für die jeweiligen Bauelementtypen be­ sonders ausgebildet sein. Die in Linie angeordneten Bestück­ automaten bilden somit in Linie angeordnete Bearbeitungsbe­ reiche, wobei ein einzelner Bearbeitungsbereich jeweils aus einem Bestückkopf und dem Bestückkopf zugeordneten Zuführein­ heiten mit bestimmten Bauelementtypen zugeordnet sind. Der gesamte Bestückinhalt für ein einzelnes Substrat wird dann auf beide Bearbeitungsbereiche aufgeteilt, das heißt auch die Zuführ­ einheiten werden auf die einzelnen Bearbeitungsbereiche auf­ geteilt.

Um Nebenzeiten, wie das Einfahren des Substrats in den Bear­ beitungsbereich nicht in die Bestückleistung eingehen zu las­ sen, werden zwei Transportvorrichtungen verwendet. Allerdings ist bei Substraten mit geringem Bestückinhalt (< rund 100 Bauelemente) zu berücksichtigen, daß die Nebenzeiten einen prozentual sehr hohen Anteil haben. Beispielsweise ist ein erneutes Vermessen der Referenzmarken auf dem Substrat nach dem Transport in den nächsten Bearbeitungsbereich erforder­ lich. Ein weiterer Effekt der bei geringen Bestückinhalten zu Leistungseinbußen führt, ist die Quantisierung aufgrund der am Kopf befindlichen Saugpipetten (z. B. 12 oder 18). Ein nur zum Teil gefüllter Bestückkopf muß trotzdem fast die gesamte Anzahl von Kopfzyklen fahren, wie ein vollständig gefüllter Bestückkopf.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Be­ stücken von Substraten mit Bauelementen anzugeben, welches bei wenigen zu bestückenden Bauelementen und mehreren Bear­ beitungsbereichen eine hohe Bestückleistung erzielt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2.

Das erfindungsgemäße Verfahren bewirkt, daß bei einer Anzahl an zu bestückenden Bauelementen, die kleiner oder gleich der Anzahl der Zuführeinheiten im Bearbeitungsbereich ist, das komplette Substrat bereits auf dem ersten Bearbeitungsbereich bestückt wird. Dadurch fallen keine unnötigen Nebenzeiten an, wie das erneute Vermessen von Markierungen des Substrates im zweiten Bearbeitungsbereich, oder es ergeben sich reduzierte Nebenzeiten, wie durch die geringere Anzahl von zu fahrenden Bestückkopfzyklen.

Gemäß Anspruch 2 ist dabei zusätzlich vorgesehen, daß bei we­ nigen zu bestückenden Bauelementtypen zusätzlich theoretisch anhand des angenommenen Zeitverhaltens des Bestückkopfes er­ mittelt wird, ob sich durch das Bestücken in einem Arbeitsbe­ reich eine Zeitersparnis ergibt und nur bei einer Zeiterspar­ nis dann auch in einem Bearbeitungsbereich bestückt wird. Die Zeitersparnis ergibt sich in der Regel vor allem bei geringen Bestückinhalten, das heißt bei einer geringen zu bestückenden Anzahl von Bauelementen.

In der vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens nach An­ spruch 3 wird bei der Verwendung eines sogenannten Doppel­ transportes mit zwei im wesentlichen parallel angeordneten Transportvorrichtungen sichergestellt, daß bei geringen Be­ stückinhalten zwei im wesentlichen voneinander entkoppelt ar­ beitende Bestücklinien eingesetzt werden. So wird in diesem Fall ein erstes Substrat im ersten Bearbeitungsbereich derart bestückt, daß im zweiten Bearbeitungsbereich keine Bestückung mehr erforderlich ist, während ein zweites Substrat auf der zweiten Transportvorrichtung im zweiten Bearbeitungsbereich bestückt wird.

Ist die Anzahl der zu bestückenden Bauelementtypen kleiner als die Anzahl der Zuführeinheiten, die auf einer Seite einer Transportvorrichtung angeordnet werden können, so ist es ge­ mäß Anspruch 4 vorteilhaft, alle Bauelementtypen in Zuführ­ einheiten auf der Seite der Transportvorrichtungen anzuord­ nen, die der Transportvorrichtung näher liegt, auf der sich das zu bestückende Substrat befindet.

Befinden sich auf beiden Transportvorrichtungen Substrate mit geringem Bestückinhalt, so ist es vorteilhaft, gemäß Anspruch 5, daß die für die beiden Bestückprozesse vorrätig zu halten­ den Bauelementtypen jeweils auf der Seite der Transportvor­ richtungen angeordnet sind, die der Transportvorrichtung, auf der sich das jeweils zu bestückende Substrat befindet, näher liegt.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung in den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Linie zum Be­ stücken von Bauelementen mit zwei Bearbeitungsberei­ chen bei einer großen Anzahl an zu bestückenden Bau­ elementen,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine Linie von Bear­ beitungsbereichen bei einer geringen Anzahl an zu be­ stückenden Bauelementen,

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 4 ein Flußdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine Linie von Bearbeitungsbereichen 6, 11 dargestellt. Im ersten Bear­ beitungsbereich 6 wird ein erstes Substrat 1 mit Bauelementen 2 bestückt, die in Zuführeinheiten 3 zur Verfügung gestellt werden. Ein Bestückkopf 4 nimmt mit Haltevorrichtungen 5, beispielsweise Saugpipetten, die Bauelemente 2 aus den Zufüh­ reinheiten 3 auf, transportiert sie durch eine Bewegung im wesentlichen parallel zur Oberfläche des Substrats 1 in eine vorgegebene Position oberhalb des Substrats 1 und setzt sie dort auf das Substrat 1 auf. Der Bestückkopf 4 ist dabei in­ nerhalb des Bearbeitungsbereiches 6 beweglich. Über eine er­ ste Transportvorrichtung 7 wird das erste Substrat 1 in den ersten Bearbeitungsbereich 6 gefahren, mit einer ersten Grup­ pe 8 von Bauelementen bestückt und nach dem Bestückprozeß in einen zweiten Bearbeitungsbereich 11 transportiert. Die bei­ den Bearbeitungsbereiche 6, 11 sind daher in einer Linie an­ geordnet. Im zweiten Bearbeitungsbereich 11 wird mit Hilfe eines zweiten Bestückkopfes 10 analog das Substrat 1 mit ei­ ner zweiten Gruppe 9 an Bauelementen 2 aus Zuführeinheiten 3 bestückt. In Fig. 1 ist darüber hinaus ein zweites Substrat 13 dargestellt, welches sich auf einer zweiten Transportvor­ richtung 12 ebenfalls durch die beiden Bearbeitungsbereiche 6, 11 bewegt und in den jeweiligen Bearbeitungsbereichen 6, 11 mit Hilfe des ersten Bestückkopfes 4 und des zweiten Be­ stückkopfes 10 mit Bauelementen 2 in einer ersten Gruppe 8 und einer zweiten Gruppe 9 bestückt wird. Um weitere Bauele­ mente zu bestücken, können in der Linie weitere Bearbeitungs­ bereiche vorgesehen sein. In jeder Zuführeinheit 3 sind dabei Bauelemente 2 eines bestimmten Bauelementtypes, beispielswei­ se bestimmter Widerstände, bestimmter integrierter Schaltun­ gen oder anderer bestimmter elektronischer Bauelemente vorrä­ tig. Durch die Aufteilung des gesamten Bestückinhalts in zwei Bearbeitungsbereiche ist es vor allem bei wenigen zu bestüc­ kenden Bauelementen nachteilig, daß in jedem Bearbeitungsbe­ reich beispielsweise die Position des einzelnen Substrats 1 bestimmt werden muß, bevor der eigentliche Bestückprozeß be­ ginnen kann. Bei wenigen zu bestückenden Bauelementen 2 tritt außerdem häufig der Fall auf, daß der Bestückkopf 4, der in diesem Beispiel insgesamt zwölf Saugpipetten 5 aufweist, häu­ fig nicht vollständig gefüllt den Weg von den Zuführeinheiten 3 zum Substrat 1 zurücklegen muß. Diese Zeit von der Zufüh­ reinheit 3 zum Substrat 1 geht allerdings entscheidend in die Größe der Bestückleistung, das heißt die Anzahl der bestück­ ten Bauelemente pro Zeiteinheit, ein.

In der Fig. 2 ist dargestellt, daß der gesamte Bestückin­ halt, das heißt sowohl die erste Gruppe 8 als auch die zweite Gruppe 9, bei wenigen zu bestückenden Bauelementen nur in ei­ nem der beiden Bearbeitungsbereiche bestückt wird. Nicht dar­ gestellt, aber möglich ist die Verwendung der jeweils leeren Plätze auf den Transportvorrichtungen 7,12 in den jeweiligen Bearbeitungsbereichen als Puffer für weitere Substrate, um Wechselzeiten möglichst klein zu halten.

Wie in Fig. 3 anhand des Flußdiagramm schematisch darge­ stellt ist, wird in einem ersten Ausführungsbeispiel vor dem Bestückprozeß ermittelt, ob die Anzahl der auf ein Substrat insgesamt zu bestückenden Bauelementtypen größer ist als die Anzahl der Zuführeinheiten in einem Bearbeitungsbereich. Nur wenn diese Anzahl größer ist, wird die Bestückung auf zwei Bearbeitungsbereiche aufgeteilt, ansonsten erfolgt die Be­ stückung des gesamten Bestückinhalts in einem Bearbeitungsbe­ reich.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 in Form eines weiteren Flußdiagramms dargestellt. Dabei ist berücksichtigt, daß der Zeitvorteil durch das Bestücken in nur einem Bearbei­ tungsbereich dann besonders groß ist, wenn die Anzahl der zu bestückenden Bauelemente klein ist, da in diesem Fall die Ne­ benzeiten besonders effektiv reduziert sind. Vor der Bestüc­ kung wird daher im Rahmen einer sogenannten Rüstoptimierung unter Berücksichtigung der theoretischen Verfahrzeiten des Bestückkopfes ermittelt, ob bei wenigen Bauelementtypen eine Zeitersparnis bei Aufteilung des Bestückinhalts auf zwei Be­ arbeitungsbereiche erzielt wird oder nicht. In Abhängigkeit dieses Ergebnisses erfolgt dann die Bestückung in einem oder zwei Bearbeitungsbereichen.

Bei der Verwendung von einer ersten Transportvorrichtung 7 und einer zweiten Transportvorrichtung 12 werden die beiden Transportvorrichtungen sowie die beiden Bearbeitungsbereiche 6, 11 durch dieses Verfahren im wesentlichen entkoppelt. Durch das Verfahren können daher in vorteilhafter Weise in einer Bestücklinie, ohne aufwendige Umbauten, sowohl Substra­ te mit hohem Bestückinhalt, dann aufgeteilt auf mehrere Bear­ beitungsbereiche, als auch Substrate mit geringem Bestückin­ halt, dann erfolgt die Bestückung nur in einem Bearbeitungs­ bereich, mit hoher Bestückleistung produziert werden.

Eine weitere Erhöhung der Bestückleistung läßt sich erzielen, wenn die Anzahl der auf das Substrat 1, 13 zu bestückenden Bauelementtypen 2 kleiner oder gleich der Anzahl der in einer Gruppe 14, 15 auf einer Seite der Transportvorrichtung 7, 12 angeordneten Zuführeinheiten 3 ist. Werden dann alle zu be­ stückenden Bauelementtypen 2 in Zuführeinheiten 3 in einer ersten Gruppe 14 direkt neben die erste Transportvorrichtung 7 aufgebaut, so verfährt der Bestückkopf nur den kurzen Weg zwischen der Zuführeinheit 3 und dem Substrat 1. Entsprechend kann beim zweiten Substrat 13 im zweiten Bearbeitungsbereich 11 die Bestückung ausschließlich über die Inhalte der zweiten Gruppe 15 von Zuführeinheiten 3 erfolgen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Bestücken von Substraten (1, 13) mit Bauele­ menten (2) an mindestens zwei in einer Linie aufeinanderfol­ gend angeordneten Bearbeitungsbereichen (6, 11), die durch mindestens eine Transportvorrichtung (7, 12) für die Substrate (1, 13) verbunden sind und jeweils mindestens einen Bestück­ kopf (4, 10) sowie jeweils eine Anzahl an Zuführeinheiten (3) aufweisen, wobei jede Zuführeinheit (3) mehrere Bauelemente (2) eines Bauelementtyps vorrätig hält,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der unterschiedlichen auf ein Substrat (1, 13) zu bestückenden Bauelementtypen mit der Anzahl der Zuführein­ heiten (3) verglichen wird,
daß bei einer geringeren oder gleichen Anzahl der zu bestüc­ kenden Bauelementtypen das Substrat (1, 13) in einem Bearbei­ tungsbereich (6, 11) vollständig bestückt wird und
daß bei einer größeren Anzahl an zu bestückenden Bauelement­ typen das Substrat (1, 13) an den mindestens zwei aufeinander­ folgenden Bearbeitungsbereichen (6, 11) bestückt wird.

2. Verfahren zum Bestücken von Substraten (1, 13) mit Bauele­ menten (2) an mindestens zwei in einer Linie aufeinanderfol­ gend angeordneten Bearbeitungsbereichen (6, 11), die durch mindestens eine Transportvorrichtung (7, 12) für die Substrate (1, 13) verbunden sind und jeweils mindestens einen Bestück­ kopf (4, 10) sowie jeweils eine Anzahl an Zuführeinheiten (3) aufweisen, wobei jede Zuführeinheit (3) mehrere Bauelemente (2) eines Bauelementetyps vorrätig hält, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der unterschiedlichen auf ein Substrat (1, 13) zu bestückenden Bauelementtypen mit der Anzahl der Zuführein­ heiten (3) verglichen wird,
daß bei einer geringeren oder gleichen Anzahl der zu bestüc­ kenden Bauelementtypen die theoretische Zeitdifferenz zwi­ schen dem Ablauf einer vollständigen Bestückung in einem der Bearbeitungsbereiche (6, 11) und dem Ablauf einer Bestückung an den mindestens zwei Bearbeitungsbereichen (6, 11) mit Hilfe eines theoretischen Zeitverhaltens des Bestückkopfes ermit­ telt wird,
daß das Substrat (1, 13) bei einer positiven Zeitdifferenz in einem Bearbeitungsbereich (6, 11) vollständig bestückt wird und bei einer negativen Zeitdifferenz an den mindestens zwei Bearbeitungsbereichen (6, 11) bestückt wird und
daß bei einer größeren Anzahl an zu bestückenden Bauelement­ typen das Substrat (1, 13) an den mindestens zwei aufeinander­ folgenden Bearbeitungsbereichen (6, 11) bestückt wird.

3. Verfahren zum Bestücken von Substraten (1, 13) mit Bauele­ menten (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein erster Teil der Substrate (z. B. 1) auf einer ersten Transportvorrichtung (7) durch die Linie der Bearbeitungsbe­ reiche (6, 11) transportiert wird und ein zweiter Teil der Substrate (z. B. 13) auf einer zweiten, zur ersten im wesentli­ chen parallel angeordneten, Transportvorrichtung (12) durch die Linie der Bearbeitungsbereiche (6, 11) transportiert wird und
im Fall der geringeren oder gleichen Anzahl der zu bestücken­ den Bauelementtypen der erste Teil der Substrate (z. B. 1) im ersten Bearbeitungsbereich (6) vollständig bestückt wird und der zweite Teil der Substrate (z. B. 13) im zweiten Bearbei­ tungsbereich (6) vollständig bestückt wird.

4. Verfahren zum Bestücken von Substraten (1, 13) mit Bauele­ menten (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste Gruppe (14) der Zuführeinheiten (3) in den Be­ arbeitungsbereichen (6, 11) auf einer der beiden Seiten der zwei Transportvorrichtungen (7, 12) angeordnet wird und der Rest der Zuführeinheiten (14) in einer zweiten Gruppe (15) von Zuführeinheiten (3) auf der gegenüberliegenden Seite der Transportvorrichtungen (7, 12) angeordnet wird,
daß die Anzahl der Bauelementtypen, die auf eines der auf der ersten Transportvorrichtung (7) befindlichen Substrate (z. B. 1) zu bestücken sind, mit der jeweiligen Anzahl der in der ersten Gruppe (14) vorhandenen Zuführeinheiten (3) ver­ glichen wird,
daß bei einer geringeren oder gleichen Anzahl der Bauelement­ typen die erste Gruppe (14) aus den Zuführeinheiten (3) mit den zu bestückenden Bauelementtypen zusammengestellt und auf der der ersten Transportvorrichtung (7) näheren Seite ange­ ordnet wird.

5. Verfahren zum Bestücken von Substraten (1, 13) mit Bauele­ menten (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der Bauelementtypen, die auf eines der auf der zweiten Transportvorrichtung (12) befindlichen Substrate (z. B. 13) zu bestücken sind, mit der jeweiligen Anzahl der in der zweiten Gruppe (15) vorhandenen Zuführeinheiten (3) ver­ glichen wird,
daß bei einer geringeren oder gleichen Anzahl der Bauelement­ typen die zweite Gruppe (15) aus den Zuführeinheiten (3) mit den zu bestückenden Bauelementtypen zusammengestellt und auf der der zweiten Transportvorrichtung (12) näheren Seite ange­ ordnet wird.