DE19944721A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten von Bauelementen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Ausrichten von Bauelementen mit einer Lichtquelle 13, einer Streuplatte 14, die das von der Lichtquelle 13 ausgesandte Licht auf eine Seite eines Bauelementes 12 streut, einer Fokussierungslinse 15, die das Licht, nachdem es über das Bauelement 12 gegangen ist, fokussiert und einem Lichtdetektor 16, der das fokussierte Licht von der Fokussierungslinse 15 empfängt, um ein Seitenbild des Bauelementes 12 zu erfassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum genauen Ausrichten von Bauelementen, insbesondere von elektronischen Bauelementen auf einer gedruckten Schal­ tungsplatte.

Eine Vorrichtung zum Bestücken von Bauelementen, wie beispielsweise eine Chip-Bestückungsvorrichtung, ordnet kleinformatige elektronische Bauelemente auf einer gedruck­ ten Schaltungsplatte an. Die Bestückungsvorrichtung weist eine Saugeinheit zum Ansaugen und Erfassen der elektroni­ schen Bauelemente, eine Kopfeinheit zum Halten, Drehen und Auf- und Abbewegen der Saugeinheit und eine Übertragungsein­ heit zum Bewegen der Kopfeinheit in X- und Y-Richtung auf.

Während des Betriebes der Bestückungsvorrichtung werden die elektronischen Bauelemente durch die Saugeinheit aufge­ nommen und werden die aufgenommenen Bauelemente durch die Übertragungseinheit zu einer Anordnungsposition bewegt. Anschließend werden die elektronischen Bauelemente auf der gedruckten Schaltungsplatte dadurch angeordnet, daß die Saugeinheit gedreht und auf- und abbewegt wird.

Bei dem Vorgang der Bestückung elektronischer Bauele­ mente müssen diese in der Anordnungseinheit der gedruckten Schaltungsplatte genau ausgerichtet werden. Die Ausrichtung der Bauelemente erfolgt unter Verwendung einer Sichtvorrich­ tung oder über die optischen Beugung.

Bei einer Sichtvorrichtung werden Bilder der elektroni­ schen Bauelemente durch eine Kamera aufgenommen und werden die aufgenommenen Bilder auf einen Computer übertragen. Der Mittelpunkt der an einem Monitor angezeigten elektronischen Bauelemente wird mit dem bestimmten Muster einer Schablone verglichen und es werden dann Fehler in den X- und Y-Koor­ dinaten und dem Drehwinkel erfaßt, um sie zu korrigieren. Die Bauelemente werden dann auf der gedruckten Schaltungs­ platte angeordnet. Bei dem oben beschriebenen Verfahren müssen die Bauelemente durch die Saugeinheit aufgenommen und zu einem Bereich bewegt werden, an dem sich die Sichtvor­ richtung befindet.

In der US-PS 5 559 727 ist bereits ein Verfahren zum Aussenden von Licht zu elektronischen Bauelementen beschrie­ ben, die von einer Saugeinheit einer Aufnahmeeinrichtung aufgenommen sind, um direkt Fehler der elektronischen Bau­ elemente zu erfassen. Das heißt, daß der durch das ausge­ sandte Licht auf der Seite eines Bauelementes erzeugte Schatten des Bauelementes von einer ladungsgekoppelten Ein­ richtung CCD erfaßt wird. Die Breite des Schattens des Bau­ elementes wird nach Maßgabe einer Drehung des elektronischen Bauelementes dann geändert, so daß die Änderung in der Brei­ te des Schattens erfaßt werden kann, um dadurch die Position und den Winkel des Bauelementes zu bestimmen.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren muß allerdings das zur Seite des Bauelementes ausgesandte Licht paralleles Licht sein, um die Änderung in der Schattenbreite des Bau­ elementes genau zu erfassen. Dieses Verfahren benötigt daher eine Einrichtung zur Bildung von parallelem Licht, was den Aufbau der zugehörigen Vorrichtung kompliziert.

Durch die Erfindung soll dementsprechend eine Vorrich­ tung zum Ausrichten von Bauelementen, insbesondere elektro­ nischen Bauelementen, geschaffen werden, bei der die Bauele­ mente durch eine Aufnahmeeinrichtung aufgenommen werden und dann die Position und der Winkel der Bauelemente gemessen werden, um die Bauelemente genau anzuordnen. Durch die Er­ findung soll weiterhin ein Verfahren zum Ausrichten von Bauelementen geschaffen werden, das mit einer derartigen Vorrichtung arbeitet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ausrichten von Bauelementen weist dazu eine Lichtquelle, eine Streuplatte zum Streuen des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes auf die Seite eines Bauelementes, eine Fokussierungslinse zum Fokussieren des gestreuten Lichtes, nachdem dieses über das Bauelement gegangen ist, und einen Lichtdetektor auf, der das von der Fokussierungslinse fokussierte Licht aufnimmt, um ein Seitenbild des Bauelementes zu erfassen.

Die Lichtquelle und die Streuplatte können dabei auf einer Seite des Bauelementes angeordnet sein und die Fokus­ sierungslinse und der Lichtdetektor können auf der anderen Seite des Bauelementes angeordnet sein.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht die Lichtquelle aus einem ersten und einem zweiten Lichtquellenteil, die auf einer Seite des Bauelemen­ tes angeordnet sind, weist die Streuplatte einen ersten Streuplattenteil, der zwischen dem Bauelement und dem ersten Lichtquellenteil angeordnet ist, und einen zweiten Streu­ plattenteil auf, der zwischen dem Bauelement und dem zweiten Lichtquellenteil angeordnet ist, und sind die Fokussierungs­ linse und der Lichtdetektor so ausgerichtet, daß sie senk­ recht zum ersten und zum zweiten Lichtquellenteil bezüglich des Bauelementes angeordnet sind.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Lichtquelle, die Streuplatte, die ein Bild erzeugende Linse und der Licht­ detektor auf einer Seite des Bauelementes ausgerichtet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ausrichten von Bauelementen, insbesondere von elektronischen Bauelementen werden die Bauelemente aufgenommen, wird Streulicht von einer Lichtquelle über eine Streuplatte so ausgesandt, daß es auf die Seite eines Bauelementes fällt und wird ein Sei­ tenbild des Bauelementes erfaßt, das sich aus dem Streulicht ergibt und durch eine Linse scharf abgebildet wird.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten von Bauelementen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung,

Fig. 3 eine Vorderansicht eines zweiten Ausführungsbei­ spiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten von Bauelementen,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbei­ spiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten von Bauelementen,

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbei­ spiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten von Bauelementen,

Fig. 7 in einer graphischen Darstellung die Breite des Bildes eines elektronischen Bauelementes, das von der Vor­ richtung zum Ausrichten von Bauelementen erfaßt wird, und

Fig. 8 in einer graphischen Darstellung die Breite eines Bildes nach Maßgabe einer Änderung in den Winkeln bezüglich eines elektronischen Bauelementes, das von der Vorrichtung zum Ausrichten von Bauelementen erfaßt wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten von Bauele­ menten, die in einem Rahmen 100 angeordnet ist. Eine Saug­ einheit 11 ist mit einer nicht dargestellten Kopfeinheit verbunden, und kann sich auf- und abbewegen und drehen, um durch Unterdruck elektronische Bauelemente 12 aufzunehmen. Ein Loch 110 ist im Rahmen 100 ausgebildet und liefert den Weg, durch den die Bauelemente 12, die durch die Saugeinheit 11 aufgenommen sind, bewegt werden können, um sie in der Ausrichtungsvorrichtung so anzuordnen, daß ihre Position geprüft werden kann, bevor sie zu einer gedruckten Schal­ tungsplatte bewegt werden.

Eine Lichtquelle 13, die Licht 13a zu dem elektroni­ schen Bauelement 12 aussendet, das am Ende der Saugeinheit 11 angesaugt ist, ist auf einer Seite des Rahmens 100 ange­ bracht. Als Lichtquelle 13 kann eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode verwandt werden, die Lichtquelle 13 kann auch dadurch gebildet sein, daß eine Laserdiode oder eine Leucht­ diode mit einer optischen Faser verbunden ist.

Eine Streuplatte 14 zum Streuen des von der Lichtquelle 13 ausgesandten Lichtes 13a zum Bauelement 12 ist zwischen dem Bauelement 12 und der Lichtquelle 13 angeordnet. Vor­ zugsweise ist die Streuplatte 14 eine lichtdurchlässige Streuplatte, durch die das Licht 13a übertragen werden kann.

Eine Fokussierungslinse 15 ist bezüglich des Bauelemen­ tes 12 auf der gegenüberliegenden Seite der Streuplatte 14 angeordnet und ein Lichtdetektor 16 zum Erfassen des von der Linse 15 empfangenen Lichtes, vorzugsweise ein ladungsgekop­ peltes Bauelement CCD, ist mit der anderen Seite des Rahmens 100 verbunden. Das vom Lichtdetektor 16 erfaßte optische Signal wird auf eine nicht dargestellte Steuerung übertra­ gen.

Beim Betrieb der Vorrichtung zum Ausrichten von Bauele­ menten wird dann, wenn ein durch die Saugeinheit 11 ergrif­ fenes elektronisches Bauelement 12 in der Ausrichtungsvor­ richtung durch das Loch 110 des Rahmens 100 angeordnet ist, von der Lichtquelle 13 Licht 13a zur Streuplatte 14 ausge­ sandt. Die Streuplatte 14 besteht aus einem lichtdurchlässi­ gen Polymermaterial, so daß das Licht 13a übertragen und zum Bauelement 12 gestreut wird.

Das Licht 13a, das auf das Bauelement 12 fällt, wird durch die Linse 15 fokussiert und das fokussierte Licht wird dann durch den Lichtdetektor 16 erfaßt. Das erfaßte optische Signal wird vom Lichtdetektor 16 auf die Steuerung übertra­ gen und verarbeitet.

Eine Information über den Drehwinkel des Bauelementes 12 wird dabei dadurch erhalten, daß der Wert des Drehwinkels θ des Bauelementes 12 von einem Codierer, der in einem nicht dargestellten Motor angeordnet ist, der die Saugeinheit 11 antreibt, während der Drehung der Saugeinheit 11 ermittelt wird, die das Bauelement 12 erfaßt, und der Wert θ mit einem Bildsignal des Lichtdetektors 16 synchronisiert wird.

Die Information über die Positionen des Bauelementes 12 auf der X-Achse und der Y-Achse wird über den Unterschied zwischen einem Bezugskoordinatenwert der Mitte der Saugein­ heit 11 und dem Mittenkoordinatenwert des Bauelementes 12 erhalten. Das heißt, daß ein Bild der Saugeinheit 11 durch den Lichtdetektor 16 erfaßt wird, bevor das Bauelement 12 aufgenommen wird, um die Mittenkoordinate der Saugeinheit 11 zu erhalten. Dann wird die Mittenkoordinate des beim Ansau­ gen versetzten Bauelementes 12 erhalten. Eine Information über die Positionen des Bauelementes 12 kann dadurch erhal­ ten werden, daß diese Koordinatenwerte verglichen werden.

Das Signal, das vom Lichtdetektor 16 erfaßt wird, hat das gleiche Muster wie die Verteilung der Intensität des Lichtes 13a, das durch die Streuplatte 14 gestreut wird.

Die Information über das Bauelement 12, die durch den Lichtdetektor 16 gewonnen wird, kann nach der in Fig. 7 dargestellten Graphik verarbeitet werden. Bei dieser Graphik ist auf der horizontalen Achse die Nummer der Bildpunkte des Lichtdetektors 16 aufgetragen und ist auf der vertikalen Achse die Intensität des gestreuten Lichtes aufgetragen.

Wenn Licht auf die Seite des Bauelementes 12 geworfen wird, dann wird gemäß der graphischen Darstellung von Fig. 7 die Intensität des Lichtes verändert. Das heißt, daß ein Bereich A mit einer Intensität, die unter einem bestimmten Schwellenwert liegt, der Breite eines Bildes des Bauteiles 12 entspricht, das durch das Licht gebildet wird, das auf die Seite des Bauelementes 12 gestreut wird.

Wenn das Bauelement 12 um einem bestimmten Winkel ge­ dreht wird, ändert sich die Größe des Bildes des Bauelemen­ tes 2, wie es in Fig. 8 dargestellt ist.

In Fig. 8 ist auf der horizontalen Achse der Drehwinkel des Bauelementes 12 aufgetragen und ist auf der vertikalen Achse die Bildpunktposition aufgetragen. Wie es in der gra­ phischen Darstellung von Fig. 5 dargestellt ist, ändert sich die Breite der Wellenform eines Signals, das vom Lichtdetek­ tor 16 erfaßt wird, während einer Drehung des Bauelementes 12.

In der graphischen Darstellung von Fig. 8 zeigt die Wellenform 71 die Änderung in der Breite eines Seitenbildes des Bauelementes 12, die sich entlang einer Seite des Bau­ elementes 12 ändert, und zeigt die Wellenform 72 die Ände­ rung in der Breite eines Seitenbildes des Bauelementes 12, die sich entlang der anderen Seite des Bauelementes 12 än­ dert.

Das heißt, daß dann, wenn das Bauelement 12 rechtwink­ lig ist, der Abstand B zwischen dem Punkt 73A und dem Punkt 73B die Länge der kurzen Seite des Bauelementes 12 wieder­ gibt und der Abstand C zwischen dem Punkt 74A und dem Punkt 74B die Länge der längeren Seite des Bauelementes 12 wieder­ gibt. Der Abstand D zwischen dem Punkt 75a und dem Punkt 75b gibt weiterhin die Länge einer diagonalen Linie des Bauele­ mentes 12 wieder.

Wie es oben beschrieben wurde, wird der Abstand zwi­ schen den beiden gekrümmten Linien als Größe des Seitenbil­ des des Bauelementes 12, das vom Lichtdetektor 16 erfaßt wird, aus den Wellenformen 71 und 72 gemessen. In dieser Weise werden die Koordinaten und der Drehwinkel des Mittel­ punktes erhalten, wenn die Breiten des Bauelementes 12 gleich B und gleich C sind, so daß die Koordinaten auf der X-Achse und der Y-Achse und der Drehwinkel B des Bauelemen­ tes 12 erhalten werden, um dadurch einen Fehler durch Ver­ gleich mit Bezugswerten zu erfassen.

Die Lichtquelle, die Streuplatte und der Lichtdetektor können in verschiedenster Weise ausgerichtet sein, wie es in den Fig. 3 bis 6 dargestellt ist.

Fig. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die Lichtquelle 33 an der Oberseite eines Bauelemen­ tes 12 angeordnet ist und sich die Streuplatte 34 auf einer Seite der Saugeinheit 11 befindet. Vorzugsweise ist die Streuplatte 34 eine reflektierende Platte, die das Licht 33a von der Lichtquelle 33 reflektiert und streut und auf das Bauelement 12 wirft.

Die Linse 35, die das Licht 33a fokussiert, und der Lichtdetektor 36, der das Licht 33a erfaßt, sind bezüglich des Bauelementes 12 der Streuplatte 34 gegenüber angeordnet.

Fig. 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung, bei dem eine Lichtquelle 53, eine Linse 55 und ein Lichtdetektor 56 auf einer Seite des Bau­ elementes 12 angeordnet sind, das von der Saugeinheit 11 erfaßt ist. Eine Streuplatte 54, die eine durchlässige Plat­ te ist, die das Licht 53a durchlassen kann, ist zwischen dem Bauelement 12 und der Lichtquelle 53 angeordnet.

Das Licht 53a, das von der Lichtquelle 53 kommt, wird über die Streuplatte 54 übertragen und das übertragene Licht fällt auf das Bauelement 12. Das Licht 53a wird vom Bauele­ ment 12 reflektiert, durch die Linse 55 fokussiert und durch den Lichtdetektor 56 erfaßt.

Fig. 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung, bei dem eine erste Lichtquelle 63a, eine zweite Licht­ quelle 63b, eine erste Streuplatte 64a, die eine durchlässi­ ge Platte ist, und eine zweite Streuplatte 64b, die eine durchlässige Platte ist, auf beiden Seiten des Bauelementes 12 jeweils so angeordnet sind, daß sie einander zugewandt sind. Eine Fokussierungslinse 65 und ein Lichtdetektor 66 sind senkrecht zur ersten und zur zweiten Lichtquelle 63a und 63b um das Bauelement 12 herum angeordnet.

Die Arbeitsweise des zweiten bis vierten Ausführungs­ beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten von Bauelementen ist die gleiche wie beim ersten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zum Ausrichten von Bauelementen wird somit ausgesandtes Licht gestreut, um ein Profilbild des Bauelementes zu erfassen, und können in dieser Weise die Koordinaten der Position und der Winkel des Bauelementes erhalten werden. In dieser Weise kann eine genaue Informa­ tion zur Ausrichtung der Bauelemente gewonnen werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Ausrichten von Bauelementen, gekenn­ zeichnet durch
eine Lichtquelle (13, 33, 53, 63a, 63b),
eine Streuplatte (14, 34, 54, 64a, 64b), die das von der Lichtquelle (13, 33, 53, 63a, 63b) ausgesandte Licht auf die Seite eines Bauelementes (12) streut,
eine Fokussierungslinse (15, 35, 55, 65), die das über das Bauelement (12) gegangene gestreute Licht fokussiert, und
einen Lichtdetektor (16, 36, 56, 66), der das fokus­ sierte Licht von der Fokussierungslinse (15, 35, 55, 65) empfängt, um ein Seitenbild des Bauelementes (12) zu erfas­ sen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (13) und die Streuplatte (14) auf einer Seite des Bauelementes (12) angeordnet sind, und daß die Fokussierungslinse (15) und der Lichtdetektor (16) auf der anderen Seite des Bauelementes (12) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuplatte (14) das von der Lichtquelle (13) ausge­ sandte Licht auf die Seite des Bauelementes (12) überträgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuplatte (54), die Lichtquelle (53), die Fokus­ sierungslinse (55) und der Lichtdetektor (56) in einer Linie zueinander auf einer Seite des Bauelementes (12) ausgerich­ tet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine erste und eine zweite Lichtquelle (63a, 63b) umfaßt, die auf einer Seite des Bauelementes (12) jeweils angeordnet sind, die Streuplatte eine erste Streu­ platte (64a), die zwischen dem Bauelement (12) und der er­ sten Lichtquelle (63a) angeordnet ist, und eine zweite Streuplatte (64) umfaßt, die zwischen dem Bauelement (12) und der zweiten Lichtquelle (63b) angeordnet ist, und die Fokussierungslinse (65) und der Lichtdetektor (66) so ausge­ richtet sind, daß sie senkrecht zu der ersten und der zwei­ ten Lichtquelle (63a, 63b) bezüglich des Bauelementes (12) verlaufen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuplatten (64a, 64b) das von der Lichtquelle (63a, 63b) jeweils ausgesandte Licht auf die Seite des Bau­ elementes (12) übertragen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (33) an der Oberseite des Bauelementes (12) angeordnet ist, daß sich die Streuplatte (34) auf einer Seite des Bauelementes (12) befindet und daß die Fokussie­ rungslinse (35) und der Lichtdetektor (36) auf der anderen Seite des Bauelementes (12) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuplatte (34) das von der Lichtquelle (33) kom­ mende Licht auf die Seite des Bauelementes (12) reflektiert.

9. Verfahren zum Ausrichten von Bauelementen, insbeson­ dere elektronischen Bauelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente aufgenommen werden,
Licht von einer Lichtquelle durch eine Streuplatte gestreut wird, um eine Seite der Bauelemente zu beleuchten, und
ein Seitenbild der Bauelemente, das sich aus dem ge­ streuten Licht ergibt, während einer Drehung der Bauelemente um einen beliebigen Winkel erfaßt und durch eine Linse scharf abgebildet.