DE2804693C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung geht aus von dem aus der DE-OS 23 56 140 bekannten Stand der Technik. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung wird ein Halbleiterbauteil mittels eines Bestückungskopfes von einer Trägerfolie entnommen und auf ein Substrat aufgelötet. Der Bestückungskopf übernimmt dabei die Funktion des Abtrennens und des Lötens. Das Substrat wird mit einem Koordinatentisch manuell in die jeweils richtige Bestückungsposition gesteuert. Die DE-AS 10 54 379 zeigt eine Vorrichtung, bei der das zu bestückende Substrat auf einem Band unter einer Anzahl von hintereinander angeordneten Bestückungsköpfen hindurch geführt wird.

Die bekannten Vorrichtungen eignen sich nicht, im automatischen Betrieb ein Substrat mit mehreren, verschiedenartigen Bauteilen zu bestücken. Insbesondere ist die Doppelfunktion des Bestückungskopfes nach DE-OS 23 56 140 mit einem hohen Materialverschleiß verbunden, der einem automatisierten Betrieb entgegensteht.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung bereitzustellen, die einen automatischen Ablauf der Bestückung mit verschiedenartigen Bauteilen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einer durch den Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Trägerfolie für die Halbleitereinrichtungen mit integrierten Schaltkreisen, welche auf eine Trägerplatte übertragen werden sollen,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die aus einer Lötvorrichtung, einer Steuereinheit und einer Prüfeinheit besteht,

Fig. 3 eine Seitenansicht von der Maschine nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Abtrennkopf,

Fig. 5 eine Vorderansicht entsprechend dem Pfeil VII in der Fig. 4,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht in teilweise auseinandergezogener Darstellung einer mit dem Trägertisch für die Trägerplatte verbundenen Gabellichtschranke,

Fig. 7 schematisch einen elektrischen Schaltkreis, welcher mit jeder einzelnen Fotozelle der Gabellichtschranke gemäß Fig. 6 verbunden ist,

Fig. 8 eine Ausführungsmöglichkeit zur Kennzeichnung des genauen Mittelpunktes der Ausnehmungen, die für die Aufnahme der Halbleitereinrichtungen bestimmt sind,

Fig. 9 eine Platine mit Abszissenspalten zur Kennzeichnung der in Fig. 8 definierten Bestückungsstellen und ihrer Auswertung durch Zusammenwirken mit einer Gabellichtschranke gemäß Fig. 6,

Fig. 10 eine entsprechende Platine mit Ordinatenspalten, wobei diese Platine zum Zusammenwirken mit der Gabellichtschranke der Aufspannplatte bestimmt ist, und

Fig. 11 in einer synoptischen Darstellung das Zusammenwirken der Steuerkreise und Kontrollkreise der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine Trägerplatte 10 mit Verbindungsleitungen dargestellt, welche ein Netzwerk von Innenleitern 12 bilden, die um die verschiedenen Anschlußbereiche 16 verteilt enden. Diese Anschlußbereiche 16 sind zur Aufnahme je einer Halbleitereinrichtung eines bestimmten Typs 18 bestimmt, die ganz allgemein als Chip bezeichnet wird.

Die Chips 18 können auf zweierlei Weise eingeteilt werden. Eine erste Einteilung ergibt sich aus der Betrachtung ihrer Funktionstypen. Z. B. gehören die Chips 18a und 18′a zu einem ersten Typ, während das Chip 18b zu einem zweiten Typ gehört. Eine zweite Einteilung besteht in einer Einteilung gemäß ihrer Dimensionen. In dem dargestellten Beispiel gehören die Chips 18a und 18b zu verschiedenen Kategorien, nämlich einer ersten und einer zweiten Kategorie. Es ist jedoch auch möglich, daß Einrichtungen verschiedener Typen zu ein- und derselben Kategorie gehören.

Die Fig. 1 zeigt das Grundprinzip der Arbeitsweise, nach der Halbleitereinrichtungen 18 von einer Trägerfolie 22 auf eine Trägerplatte 10 übertragen werden. Die Trägerplatte 10 wird relativ zur Lage der Folie 22, und zwar bezogen auf die Öffnung 26c, so versetzt, daß eine gerade Verbindung längs der strichpunktierten Linie 32 zwischen dem Inneren der Öffnung 26c und dem Inneren eines Anschlußbereiches (hier des Anschlußbereiches 16c) entsteht. Außerdem wird dabei das Chip 18′a von der Folie 22 durch Abtrennen der Leiter 28 zwischen dem Chip und den Seiten der Öffnung 26c gelöst, wobei diese wechselseitigen Verbindungen des Chips 18′a im folgenden Text als Anschlußleiter des Chips bezeichnet werden. Das Chip 18′a wird dann in den Anschlußbereich 16c eingesetzt. Bei dieser Arbeitsweise wird das Chip 18′a so angeordnet, wie das Chip 18a in der Fig. 1. Dieses Chip sei vorher aus der Öffnung 26d der Folie 22 übernommen worden. Anschließend wird ein (nicht dargestelltes) Lötgerät auf die Anschlußleitungen angewendet, um diese an den Anschlußstellen 14 des entsprechenden Anschlußbereiches zu fixieren. Der Endzustand ist in der Fig. 1 anhand des Chips 18b dargestellt, bei welchem die Anschlußleitungen mit den Leitungen auf der Trägerplatte 10 verlötet sind.

Im Endergebnis muß, wie die vorstehende Beschreibung zeigt, eine eigene Folie 22 für jeden Chiptyp, welcher auf die Trägerplatte aufgebracht werden soll, vorgesehen werden. Folglich müssen auch so viele Abtrennwerkzeuge vorgesehen werden, wie Typen von Chips auf einer Trägerplatte untergebracht werden sollen, um die Chips von den entsprechenden Folien zu trennen. Andererseits sind die Abmessungen der Lötvorrichtung und der Druck der Erwärmungsglieder für die Anschlußleiter eines Chips allein durch deren Dimension bestimmt, so daß mindestens so viele Lötgeräte vorgesehen werden müssen, wie Kategorien von benötigten Chips zum Bestücken einer Trägerplatte 10 mit allen seinen Einrichtungen vorhanden sind.

Die Fig. 2 und 3 zeigen in einer vereinfachten Übersicht eine Vorrichtung 40 gemäß der Erfindung, welche zum Bestücken einer Trägerplatte mit Halbleitereinrichtungen und zum Verlöten der Anschlußleiter der Halbleitereinrichtungen bestimmt ist. Zunächst wird diese Vorrichtung in Verbindung mit dem Bestücken der zu verlötenden Einrichtungen beschrieben. Die Vorrichtung 40 besteht aus einer Lötmaschine 42, welche mit einer Steuer- und Bedienungseinrichtung 44 zur Steuerung und Kontrolle der Arbeitsweise der Maschine 42 verbunden ist. In einem Ausführungsfall ist die Einheit 44 ein unter der Bezeichnung H316 bekannter Rechner, wie er durch die US-Gesellschaft "Honeywell" hergestellt wird. Eine Beschreibung dieser Einheit in übersichtlicher Form wird später in Verbindung mit der Fig. 11 gegeben.

Die Maschine 42, wie sie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, besitzt ein Gestell 46, auf welchem Abtrennköpfe 48 und Lötköpfe 50 in ausreichender Anzahl angeordnet sind. In dem beschriebenen Beispiel sind zehn derartige Köpfe vorgesehen, wobei die Anzahl aber nicht auf 10 limitiert ist. In dem dargestellten Beispiel wird angenommen, daß fünf Typen mit vier Kategorien von Einrichtungen benötigt werden. Folglich soll die Maschine fünf Abtrennköpfe 48A bis 48E und vier Lötköpfe 50A bis 50D tragen. Der zehnte Kopf 48F ist bei normaler Arbeitsweise der Maschine 42 nicht notwendig und wird vorrätig gehalten. Aus nachher im einzelnen erläuterten Gründen wird an dieser Stelle ein Abtrennkopf vorgesehen.

Das Gestell 46 trägt einen beweglichen Tisch 52, welcher seinerseits eine bewegliche Aufspannplatte 54 zur Aufnahme einer Trägerplatte 56, wie sie beispielsweise in der Fig. 1 mit 10 bezeichnet ist, trägt. Ein Versetzen des Tisches 52 über die Länge erfolgt mit Hilfe einer Gewindestange 58, welche durch einen Motor 60 angetrieben wird, der durch die Einheit 44 gesteuert ist. Das Versetzen der Aufspannplatte 54 erfolgt über die Länge einer Gewindestange 62, welche durch einen Motor 64, der ebenfalls durch die Einheit 44 gesteuert wird, angetrieben ist.

Der Tisch 52 trägt einen Führungsbügel 66 mit zwei zu der Gewindestange 58 parallelen Schenkeln. Dieser Führungsbügel ist Teil einer Gabellichtschranke und wirkt mit einer ersten Platine 68 zusammen, welche mit den Abtrennköpfen und Lötköpfen 48 und 50 verbunden ist, wie weiter unter beschrieben wird. Die Platte 54 trägt einen Bügel 70, dessen Wände parallel zur Gewindestange 62 verlaufen, und der zum Zusammenwirken mit einer zweiten fest, aber auswechselbar, mit dem Tisch 52 verbundenen Platine 72 bestimmt ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen außerdem, daß der Tisch 52 auf zwei parallelen Führungen 74 versetzt werden kann, und zwar mittels der Gewindestange 58 über ein Rollensystem mit Kreuzrollen, die allgemein zum Stabilisieren eines zu versetzenden Elementes bekannt sind. Ebenso wird die Aufspannplatte 54 auf zwei Führungen 76 mittels eines entsprechenden Rollensystems versetzt.

Das Gestell 46 trägt außerdem Antriebsglieder zum schrittweisen Verstellen jeder Folie. Diese Mittel sind hier durch zehn Schrittschaltwerke 78 angedeutet, welche mit den genannten Köpfen der Maschine verbunden sind. Die Schaltwerke sind in üblicher Technik aufgebaut, wobei jedes einen Motor 80 besitzt, wie beispielsweise in der französischen Patentschrift 22 25 977 beschrieben.

Die Fig. 3 zeigt außerdem die Lage einer Folie 22 relativ zu einem Abtrennkopf 48. In dieser Fig. 3 ist die Folie 22, so wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, auf eine Spule 82 aufgerollt. Das Gestell 46 trägt zehn Achsen 84, von welchen jede eine Spule 82 aufnehmen kann. Jede Spule 82 ist mit einer Etikette 86 versehen, durch welche die Spule mit Hilfe eines Codes gekennzeichnet wird und die in beliebiger Weise mit der Einheit 44 verbunden ist.

Aus Fig. 3 sieht man, daß die Folie 22 von der Spule 82 über verschiedene Rollen 94 geführt wird. Die Maschine 42 trägt auch einen Abtaster 96 für das Ende einer Folie, welche elektrisch mit der Einheit 44 verbunden ist.

Der in der Fig. 4 dargestellte Abtrennkopf 48 besteht aus einem im wesentlichen rechteckigen Gehäuse 98, welches auf einer Seite eine Nut 100 trägt, die zum Eingriff mit einem Vorsprung 102 (Fig. 2) des Gestelles 46 der Maschine für eine auswechselbare Befestigung des Kopfes auf dem Gestell 46 bestimmt ist. Die gegenüberliegende Seite zu der die Nut tragenden Seite 100 des Kopfes 48 weist ein Fenster 104 auf, welches von einem Trägerorgan 106 durchquert wird. Dieses Trägerorgan ist auf einer Seite mit einer Kulisse 108, welche ein Abtrennwerkzeug 110 trägt, und auf der anderen Seite mit einer Lamellenfeder 112 verbunden, welche mit ihrem anderen Ende an einem Übertragungsteil 114 befestigt ist. Dieses Übertragungsteil 114 ist auf einer endlosen Schraube 116 geführt, welche über ein Getriebe 118 von einem Gleichstrommotor 120 angetrieben wird. Die Schraube 116 ist in Anschlägen 122 geführt. Das Übertragungsteil 114 erstreckt sich durch die Schraube 116 und ist gegen Drehung gesichert geführt, um die Drehbewegung des Motors 120 in eine Längsbewegung relativ zur Achse der Schraube 116 umzusetzen. Das Übertragungsteil 114 trägt an der dem Trägerorgan 106 zugewendeten Seite Druckabtastmittel, welche hier durch einen linearen Potentiometeranschluß gebildet werden, dessen festes Teil mit dem Teil 114 zusammenwirkt und mit einer (nicht dargestellten) Spannungsquelle verbunden ist und dessen beweglicher Teil (Schleifer des Potentiometers) 126 an dem Trägerorgan 106 befestigt ist. Dieses Trägerorgan 106 weist außerdem ein bewegliches Teil (Schleifer) 128 von einem Wegesteuerglied des Werkzeuges auf, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch ein lineares Potentiometer 130 gebildet ist und das am Gehäuse 98 des Kopfes 48 befestigt ist und von einer (nicht dargestellten) Spannungsquelle versorgt wird. Die Schleifer 126 und 128 sind jeweils mit der Einheit 44 durch nicht dargestellte Schaltglieder verbunden. Die Einheit 44 ist auch elektrisch mit dem Motor 120 zur Steuerung dieses Motors verbunden.

Die innere Wand des Gehäuses 98 des Kopfes 48 bildet einen lichten Spalt 132, welcher zum Durchlauf einer Folie 22 bestimmt ist, wie in der Fig. 3 dargestellt. Unter dem Werkzeug 110 ist diese Wand verlängert, um eine Matrize 134 zu bilden, wie sie später im Detail in Verbindung mit der Fig. 5 beschrieben wird. An dieser Stelle ist ein Chip-Gültigkeitsabtaster 136 vorgesehen, welcher die Löcher 30 (Fig. 1), die in der Folie 22 gebildet sein können, abtastet, um die Brauchbarkeit einer Halbleitereinrichtung festzustellen.

Die Fig. 4 und 5 zeigen zusammen den Aufbau des Werkzeugs 110. Wie in der Fig. 4 dargestellt, weist das Abtrennwerkzeug 110 eine Innenbohrung 146 auf, welche über eine nach außen führende Leitung 148 mit einer (nicht dargestellten) Unterdruckquelle verbunden ist, um eine abgetrennte Halbleitereinrichtung auf dem Weg zur Trägerplatte 56 anzusaugen. Diese Einzelheit ist in der vorgenannten französischen Patentanmeldung 7 21 39 747 beschrieben.

Das Abtrennwerkzeug 110 ist mit einem Positionierungs- und Halterungssystem 150 für die Folie 22 verbunden. Dieses System 150 besteht aus zwei Achsen 152 mit Anschlagbolzen 154 und Rückhol-Spiralfedern, die an der Unterseite der Kulisse 108 abgestützt sind. Die beiden Bolzen 154 sind fest mit einem Querträger 158, auf welchem sich die anderen Enden der Spiralfeder 156 abstützen, verbunden. Dieser Querträger ist zum Anpressen der Folie 52 bestimmt, während die Bolzen in die Perforationen 24 der Folie eingreifen, um eine stabile Halterung der Folie während des Abtrennens von einem Chip 18 zu erreichen. Dabei haben der Querträger 158 und Matrize 134 eine Zentralbohrung, um das Werkzeug 110 aufnehmen zu können. Die Matrize 134 ist außerdem mit Öffnungen 160 zur Aufnahme der Enden der Bolzen 154 und zum Fixieren der Folie 22 während des Abtrennens versehen.

Die Lötköpfe 50 können analog aufgebaut sein wie die Köpfe 48, die anhand der Fig. 4 und 5 beschrieben wurden. In diesem Fall ist das Werkzeug 110 ein Lötwerkzeug. In dem dargestellten Beispiel ist das Lötwerkzeug ein Werkzeug zum Erhitzen, welches mit einem Heizelement verbunden ist. Die Dauer des Stromdurchlaufes kann mit Hilfe eines (nicht dargestellten) Wärmeschalters gesteuert werden. Man kann auch mit dem Kopf durch eine (nicht dargestellte) Stickstoffzufuhr an die Lötstelle einen Abkühlkreis verbinden. Ein Lötkopf 50 benötigt keine Öffnung 132 und kein Positionierungs- und Halterungssystem 150.

Schließlich besitzen alle Köpfe 48 und 50 an ihrer Bodenfläche einen Vorsprung 162 zur auswechselbaren und justierbaren Aufnahme einer Spaltenplatine 68 (Fig. 1, 6 und 9).

Die Fig. 6 zeigt eine Gabellichtschranke 66, 166, 168 welche mit einer Spaltenplatine 68 zusammenwirkt. Dabei trägt die Platine 68 vier Reihen länglicher Spalten 164 (siehe Fig. 9) deren Ausdehnungen alle parallel mit einer gegebenen Richtung (in den Zeichnungen in vertikaler Richtung) ausgerichtet sind. Die Gabellichtschranke enthält als Sender eine Lichtquelle 166, welche sich in der gegebenen Richtung (in der Zeichnung in vertikaler Richtung) erstreckt und eine Länge aufweist, die die vier Reihen der Spalten überdeckt. Diese Lampe 166 ist auf einer Seitenwand des Bügels 66 befestigt und elektrisch mit einer (nicht dargestellten) Spannungsquelle verbunden. Die Lichtschranke enthält darüber hinaus eine Empfängeranordnung 168 in Form einer Aufnahmefläche 170, welche vier Fotozellen 172 aufweist, welche in derselben Richtung (in der vertikalen in den Zeichnungen) angeordnet sind. Jede von diesen Zellen weist zwei benachbarte Aufnahmebereiche 174a, 174b auf, welche durch eine zu der vorgenannten Richtung parallele Linie getrennt sind. Die Aufnahmefläche 170 ist auf der anderen Wand des Bügels 66 derart befestigt, daß das durch einen Spalt 164 (ein Spalt der Reihe R₄ in der Fig. 9) fallende Lichtbündel 176 von den Aufnahmebereichen 174 auf ihrer ganzen Länge in der vorgenannten Richtung, aber nur zu einem Teil in der Breite von diesen Spalten aufgenommen wird.

Die Fig. 9 zeigt schematisch den elektrischen Schaltkreis, welcher mit jeder der Zellen 172 verbunden ist. Die Aufnahmebereiche 174a und 174b sind über die Leitungen 176a, 176b mit den Eingängen + und - eines Operationsverstärkers 178 verbunden, der seinerseits mit zwei Spannungsquellen +V und -V verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 178 ist mit einer Anschlußklemme des Motors 60 verbunden, dessen zweiter Anschluß an Masse gelegt ist. Die Leitungen 176a und 176b führen außerdem zur Steuereinheit 44 zur Auswahl der Spaltenreihe, die betrachtet werden soll, und zum Abzählen der vorbeilaufenden Spalten in dieser Reihe, wie im folgenden noch dargelegt wird.

Die Justierung des Bügels 66 hinsichtlich einer Spalte 164 wird folgendermaßen durchgeführt. Wenn das Strahlenbündel 176 auf eine von den beiden Bereichen 174a und 174b trifft, wird ein elektrischer Strom unterschiedlicher Richtung erzeugt, deren Differenz mit Hilfe eines Operationsverstärkers 178 zur Erregung des Motors 60 für ein Verschieben des Tisches 52 und des Bügels 66 in einer Richtung abhängig von der Richtung der Differenz des Stromes ausgewertet wird. Auf diese Weise bewegt sich der Tisch 52 und damit der Bügel 66, bis die Bereiche 174a und 174b gleichmäßig beleuchtet werden und damit ein elektrisches Signal von gleicher Größe abgegeben.

Die Einstellung der Aufspannplatte 54 geschieht mit Hilfe einer zweiten Gabellichtschranke 70, 166, 168. Die entsprechenden Fotozellen sind über einen Operationsverstärker mit dem Motor 64 zum Antrieb der Aufspannplatte verbunden. Dabei bewegt sich der Bügel 70 über einen Spalt der Platte 72 in der vorher beschriebenen Weise, gesteuert durch die Einheit 44.

Nachdem einige Einzelheiten des Aufbaus der Maschine 42 beschrieben sind, wird nun die Arbeitsweise dieser Maschine in bezug auf eine spezielle vorgegebene Trägerplatte beschrieben. Mit 34 sind die Mittelpunkte der vorgesehenen Bereiche in der Trägerplatte 10 für die einzelnen Chips bezeichnet. Für die in der Fig. 8 dargestellte Trägerplatte 56 sind die Mittelpunkte dieser Bereiche auf ein erstes Vergleichsnormal (relative Koordinaten) bezogen, welche in dem dargestellten Beispiel als kartesische Koordinaten mit zwei aufeinander senkrechten Achsen Ox und Oy auf die beiden angrenzenden Seiten der Trägerplatte bezogen und durch diese definiert sind. Auf diese Weise können die Zentren 34 durch den Schnittpunkt von zwei zu den Achsen parallelen Linien definiert werden. Aus Übersichtlichkeitsgründen unterteilt man das Substrat in vier Reihen (auch "Kanäle" genannt) R₁, R₂, R₃, R₄ und vier Kolonnen C₁, C₂, C₃, C₄ derart, daß die Mittelpunkte 34 jeweils durch eine Kolonne und durch eine Reihe definiert sind. Zur Benennung der Zentren 34 bezeichnet man jede dieser Lagen durch den Buchstaben P ergänzt durch die Ziffer ihrer Kolonne und ihrer Reihe. In jedem Fall sind die Zentren (Mittelpunkte 34) durch den Schnittpunkt von zwei parallel zu den Achsen verlaufenden Abschnitten bestimmt. Die horizontalen Abschnitte sind durch den Buchstaben H mit derselben Bezugsgröße wie das entsprechende Zentrum und die vertikalen Abschnitte durch den Buchstaben V, welcher ebenfalls mit der entsprechenden Bezugsgröße verbunden ist, bezeichnet. Beispielsweise entspricht der Lage P₄₄ den Abschnitten H₄₄ und V₄₄. Man bildet die Spalten der Platinen 68 von den vertikalen Abschnitten V, wie dies in der Fig. 9 dargestellt ist. Selbstverständlich ist die Länge der Spalte unabhängig von denen der Abschnitte V. Ebenso werden die Spalten der Platine 72 von den Abschnitten H gebildet, wie in der Fig. 10 dargestellt.

Die für eine Trägerplatte 56 bestimmten Chiptypen werden danach als Funktion der jeweiligen Lage P auf der Trägerplatte gekennzeichnet. Wie oben vorausgesetzt, sollen fünf Chiptypen zum Einsetzen auf die Trägerplatte vorgesehen werden, was die Bereitstellung von fünf Abtrennköpfen 48A bis 48E voraussetzt. Es wurde auch vorausgesetzt, daß diese fünf Typen vier Dimensionskategorien darstellen, was die Anwesenheit von vier Lötköpfen 50a bis 50d notwendig macht. Die folgende Tabelle zeigt ein Zugehörigkeitsbeispiel zwischen den Lagen P und den Typen und Kategorien der Chips, welche auf der Trägerplatte befestigt werden sollen. Dabei wurden die Abtrennköpfe und die Lötköpfe durch Buchstaben, die den Typen und Kategorien zugeordnet sind, bezeichnet.

Dieses Beispiel setzt voraus, daß die Typen A und C derselben Kategorie a angehören.

Für einen Einsatz der Maschine 42 legt man ein zweites Vergleichsnormal (Absolutkoordinaten X, Y) unabhängig von dem ersten fest, über welches die genaue Zuordnung der einzelnen Einrichtungen auf den entsprechenden Stellen der Trägerplatte für die Abtrennung und die Lötung gesteuert wird. Diese Steuerung der Maschine 52 erfolgt dabei relativ zu den Achsen der Abtrennwerkzeuge 48A bis 48E und der jeweiligen Lötwerkzeuge 50a bis 50d (Fig. 2).

Bei dem Ausführungsbeispiel liegen alle Achsen der Abtrennwerkzeuge auf einer Geraden ebenso wie die Achsen der Lötwerkzeuge, wobei beide Geraden zusammenfallen. Wie aus den Zeichnungen zu ersehen ist, erstrecken sich die Abtrennwerkzeuge und die Lötwerkzeuge längs einer parallelen Linie zu der Gewindestange 58 für die Versetzung des Tisches 52. Diese Linie stimmt auch mit einer Parallelrichtung zu der Achse Ox, wie vorstehend definiert, hinsichtlich der Platte 56 (Fig. 8) überein. Die Spaltenplatinen 68 sind ebenfalls längs dieser Richtung angeordnet.

Die Arbeitsweise der Maschine 42 ist nunmehr leicht zu verstehen. Zunächst wird eine Trägerplatte 56 auf die Aufspannplatte 54 aufgesetzt. Dabei wird die Trägerplatte 56 derart angeordnet, daß ihre Abszissenachse parallel zur Hauptrichtung der Abtrennwerkzeuge und der Lötwerkzeuge verläuft. Beim Beginn haben der Tisch 52 und die Aufspannplatte 54 eine sehr genaue Lage (Xo, Yo) hinsichtlich der Anordnung der Werkzeuge. Diese Lage wird durch die Einheit 44 bestimmt.

Von der Ausgangslage (Xo, Yo) des Tisches und der Aufnahmeplatte aus steuert die Einheit 44 die Motoren 60 und 64, um die Trägerplatte korrekt unter das Werkzeug des Kopfes 48a zu plazieren. Angenommen, daß die Typen und Kategorien, wie sie in der vorgenannten Tabelle angezeigt sind, den in der Fig. 3 dargestellten Köpfen entsprechen, wird die Einheit 44 die Motoren 60 und 64 so steuern, daß die Achse des Werkzeugs des Kopfes 48a in Übereinstimmung mit beispielsweise der Position P₁₄ plaziert wird. Der Tisch und die Aufspannplatte 54 befinden sich dann auf dem Spalt V₁₄ der Spaltenplatine 68 des entsprechenden Kopfes 48A und auf dem Spalt H₁₄ der Spaltenplatine 72, wie vorstehend in Verbindung mit den Fig. 6 und 7 erläutert. Die Spalten werden von der Einheit 44 erkannt, mit welcher das erste Vergleichsnormal, die Typen und Kategorien der zu verwendenden Halbleitereinrichtungen, die Zuordnung der Lagen P zu den Typen und Kategorien und das Führen der Köpfe bestimmt werden. Vorausgesetzt, daß die Platine 68 des Kopfes 48A sich in der in Fig. 9 angezeigten Lage befindet, wählt die Einheit 44 die erste Spalte von denen der Reihe R₄ der Platine 68 aus. Nach Ausrichtung und Festlegung der Trägerplatte in der Lage P₁₄ gemäß einer Achse analog zu der Achse 32 der Fig. 1, steuert die Einheit 44 die Betätigung des Kopfes 48a für das Abtrennen einer Einrichtung vom Film 22a (entsprechend dem Typ a). Die Arbeisweise dieses Kopfes wird später erläutert. Sobald das Chip in die Lage P₁₄ eingesetzt wurde, wählt die Einheit 44 nun z. B. die Lage P₃₄ (s. die vorstehende Tabelle) aus und steuert die Motoren 60 und 64 entsprechend. Die Auswahl der Lage P₃₄ durch die Einheit 44 erfolgt durch Abzählen der Spalten der Reihe R₄ der Platine 68 (hier der dritten) während die Positionierung in der Ordinate identisch bleibt. Nachdem alle diese Operationen mit dem Kopf 48A durchgeführt wurden, positioniert sich der Tisch und die Aufspannplatte relativ zu dem Kopf 48B entsprechend der vorstehenden Tabelle. Dabei wird die Trägerplatte mittels seines ersten Vergleichsnormals in bezug auf die Versetzungslinie der Werkzeuge, welche das genannte zweite Vergleichsnormal bildet, in Übereinstimmung mit jeder Position mit der entsprechenden Halbleitereinrichtung versetzt.

Nachdem die Trägerplatte eine letzte Einrichtung 18 von dem Kopf 48E übernommen hat, läuft es unter die entsprechenden Lötköpfe, z. B. den Kopf 50a entsprechend der Kategorie a hinsichtlich der Positionen P₁₄, P₃₄, P₄₂ und P₃₂. Eine Bemerkung kann nunmehr hinsichtlich der Unterteilung der vorbestimmten Abszissen und Ordinaten auf der Trägerplatte in Reihen und Kolonnen gemacht werden. Wenn man diese Unterteilung nicht hätte, würde die Platine 68 z. B. eine Serie von Spalten 164 umfassen, welche alle die Breite der Spaltenplatine einnehmen würden. Auf diese Weise würden die den Abschnitten V₃₄ und V₃₂ entsprechenden Abschnitte sehr nahe beieinander liegen, so daß die Lage der Trägerplatte und damit die Steuerung der Motoren gestört würde. Dank der Unterteilung, wie sie in der Fig. 8 gezeigt ist, sind die Spalten jeder Reihe ausreichend voneinander entfernt, so daß eine gute Steuerung und eine korrekte Positionierung der Trägerplatte erhalten wird.

Nunmehr wird die Arbeitsweise eines Kopfes 48 in Verbindung mit den Fig. 4 und 5 beschrieben. Wenn die Trägerplatte eine gewünschte Position P hinsichtlich der Achse 32 eines Werkzeuges 110 aufweist, steuert die Einheit 44 den Motor 120, um das Übertragungsteil 114 abzusenken und damit das Werkzeug 110 unter Zwischenschaltung der Lamelle 112 zu betätigen. Der Weg des Werkzeuges 110 ist in der Fig. 4 auf einer Achse 88 mit seinem Ausgangspunkt 190 an der Unterseite des Werkzeuges 110, das sich in seiner oberen Ausgangslage befindet, angezeigt. Die Marke 192 entspricht genau der Ebene des Netzwerkes der Leiter 28 der Folie 22 (Fig. 1 und 5). Von 190 bis 192 bewegt sich das Werkzeug ohne Widerstand, so daß die Lamelle 112 durch eine elektrische Wegübersetzung über den Schleifer 126 des Potentiometers 124 in normaler Lage gehalten wird. Zur selben Zeit wird die Bewegung des Teiles 114 über den Schleifer 128 des Potentiometers 130 elektrisch übersetzt. Die Lagen 190 und 192 sind in der Fig. 4 am Potentiometer 130 durch die entsprechende Lage des Schleifers angegeben. Somit steuert die Einheit 44 in der vorgenannten Zone 190 bis 192 die Vorspannung von der Lamelle 112 mit Hilfe der Potentiometer 124 und 130. Sobald das Werkzeug die Ebene 192 erreicht, durchschneidet es die Leiter des Netzwerkes 28, das mit dem Chip verknüpft ist, während ein Unterdruck in dem Kanal 146 erzeugt wird. Die Stoßkraft des Werkzeuges auf das Netzwerk 58 wird durch die Lamelle 112 auf dem Schleifer 126 reduziert und elektrisch durch das Potentiometer 124 übersetzt. Die Einheit 44, welche die Lage 192 dank dem Potentiometer 130 kennt, wertet die Größe der Schlagkraft durch Messung aus. Wenn z. B. eine zu große Kraft im Bereich 190 bis 192 entsteht, wird dies wie ein Fehler der Maschine bewertet und die Maschine schaltet den Kopf 48 aus. Ebenso bewertet die Einheit 44 auf der Höhe 192 die Schlagkraft über das Potentiometer 124. In der Einheit 44 sind Mittel zum Vergleichen des Wertes dieser Kraft mit einem obersten vorgegebenen Grenzwert vorgesehen. Wenn die Schlagkraft sich dem Grenzwert nähert, bewertet die Einheit 44 diese Schlagkraft wie einen Fehler der Vorrichtung und arretiert die Arbeitsweise des Kopfes 48. Zwischen dem Niveau 192 und dem Niveau 194, das der Oberseite der Trägerplatte 56 entspricht, hält das Werkzeug das abgetrennte Chip aufgrund des Unterdruckes in dem Kanal 146. Dieser Weg wird durch das Potentiometer 130 abgetastet und der Unterdruck wird mit Hilfe des Potentiometers 124 gemessen. Damit überwacht die Einheit auch die Drucksteuerung. Wenn die Einheit mit Hilfe des Potentiometers 130 weiß, daß das Werkzeug die Ebene 194, welche der Oberfläche der Trägerplatte 56 entspricht, erreicht hat, wird der Unterdruck in dem Kanal 146 zum Absetzen des Chips 18 abgeschaltet, so daß die Einheit 44 das Werkzeug 110 an seine Ausgangslage 190 zurückführen kann. In Höhe der Ebene 194 steuert die Einheit auch die Auflagekraft des Werkzeuges auf der Trägerplatte.

Die Lötköpfe 50 können analog zu den Köpfen 48 aufgebaut sein, wobei das Werkzeug 110 mit seinem Kanal 146 durch ein Lötwerkzeug ersetzt wird, welches mit den Versorgungsleitungen für eine elektrische Widerstandsheizung zum Löten verbunden ist. In diesem Fall wird die Ebene 152 nicht berücksichtigt. Die Steuerung des Lötvorganges kann durch ein mit dem Lötwerkzeug 110 verbundenes Thermoelement erfolgen. Sie kann auch als Funktion der Zeit der Anwendung oder der Intensität der Erwärmung überwacht werden.

Im folgenden wird nunmehr die Einheit 44 beschrieben. Die vorstehende Beschreibung hat deren Steuerfunktion und Kontrolle der Maschine 42 aufgezeigt. Die Einheit 44 ist auch vorgesehen, um über ein Programm durch Auswahl der Folge der Funktionsabläufe und ein Reduzieren dieser Abläufe hinsichtlich ihrer Dauer auf ein Minimum die Leistungsfähigkeit der Maschine zu optimieren.

Die Fig. 11 zeigt in der Übersichtsdarstellung die Vorrichtung 40 in bezug auf die Einheit 44. Die Fig. 11 offenbart dabei das grundsätzliche Zusammenwirken der Einheit 44 mit der Maschine 42. In einer Übersichtsform sieht die Einheit 44 die Einheit 42 als Steuerblock 196, welcher mit der Gesamtheit 198 der mechanischen Glieder der Maschine 42 verbunden ist, wobei diese Einheit im wesentlichen die Abtrennköpfe und die Lötköpfe sowie die Transportmittel für die Trägerplatte, die Antriebsmittel für die Folien usw. umfaßt. Was die Einheit 44 betrifft, wurde vorstehend gesagt, daß diese im wesentlichen durch einen Rechner H316, wie vorstehend zitiert, gebildet wird. In der Fig. 11 wird dieser Rechner durch einen Schrank 200 dargestellt. Dieser Schrank umfaßt eine Stromversorgungseinrichtung 202, welche mit einem Pult 204 verbunden ist, welches seinerseits mit einer Anpaßeinheit 206 verbunden ist, die zur Anpassung zwischen der Einheit 44 und der Maschine 42 dient. Die Anpaßeinheit 206 steht in Verbindung mit einer Speichereinheit 208, welche in dem dargestellten Beispiel eine Kapazität von 8K Worten haben soll. Der Steuerblock 196 arbeitet mit dem Pult 204 und dem Anpaßblock 206 zusammen und umgekehrt. Der Speicherblock empfängt über einen Bandleser 210 die Bestückungsplaninformationen für die Trägerplatte durch den Block 212 und die Funktionskontrollinformationen von der Maschine 42 durch den Rechner 200. Diese Informationen sind dargestellt durch den Block 214. Diese Steuerung erfolgt abhängig von einem Programm, welches im folgenden "Monitor" genannt werden soll. Der Speicherblock 208 steht außerdem in Verbindung mit einem Fernschreiber 216. Weiterhin empfängt ein Bandlocher 218 von dem Speicherblock Informationen zur Wahrnehmung durch den Monitor. Diese Informationen sind schematisch durch den Block 220 bezeichnet.

Bestimmte Vorgabedaten müssen vor dem Beginn der Steuerung des Prozesses durch den Rechner eingegeben werden. Die Arbeitsweise der durch den Operateur bedienten Maschine geschieht dann wie folgt. Zunächst wird die Versorgung der Maschine 42 mit Spulen 82 garantiert. Dabei besteht keine Notwendigkeit einen bestimmten Typ von Chips an einen vorbestimmten Platz zu geben. Der Operateur ist vielmehr frei von der Notwendigkeit, vor dem Beginn des Verfahrens zu überwachen, welche Typen von notwendigen Chips vorzusehen sind, welche verfügbaren Mengen bereitgestellt werden, welche verfügbaren Chips an einer Stelle mit dem Abtrennkopf, welcher sich dort befindet kompatibel sind, und welche Lötköpfe eingesetzt werden sollen. Anschließend bringt der Operateur die zu bestückende Trägerplatte auf ihren Platz auf der Aufspannplatte 54. Er gibt den Typ der Trägerplatte über den Fernschreiber 215 ein und löst den Prozeß aus. Von diesem Moment an muß der Operateur nicht mehr eingreifen, ausgenommen bei einer Störung. Jedoch wird sein Eingreifen unter der Kontrolle des Rechners bleiben.

Der Rechner ruft von seinem Speicher 208 den Bestückungsplan der zu bestückenden Trägerplatte ab, kontrolliert über die Etiketten 86 der einzelnen Chips 18, ob alle Chiparten bereitgestellt sind, bestimmt den kürzesten Weg, welchen der Tisch durchlaufen soll und beginnt das Verfahren.

Die Bestückung der Trägerplatte vollzieht sich dann wie vorstehend beschrieben.

Mit der oben beschriebenen Maschine benötigt das Bestücken einer Trägerplatte von 64 Positionen etwa 10 Minuten, eine Zeit, während welcher der Operateur nicht einzugreifen hat.

Dem Operateur ist die Möglichkeit gegeben, im Moment eines Spulenendes den automatischen Bestückungsprozeß einer Trägerplatte zu unterbrechen. Aber dieses Anhalten wird durch den Rechner derart gesteuert, daß das Verfahren wieder aufgenommen und normal zu Ende geführt werden kann.

Es wurde vorstehend erwähnt, daß die Kontrolle des Ablaufes durch den Rechner mit Hilfe eines Monitor genannten Programmes erfolgt.

Die Grundorganisation des Programmes Monitor sieht vor, daß zunächst der Bestückungsplan in den Monitor eingegeben wird, sei es im "on-line"-Betrieb mittels eines Fernschreibers, sei es im Einzelfall nacheinander über einen Lochstreifen, sei es auf einmal mittels Lochstreifen zur Bildung einer Mehrzahl von Bestückungsplänen in dem Rechner. Ein durch den Monitor nicht benutzter Teil des Speicherblockes 208 ist für eine solche Plansammlung reserviert. Ungefähr 50 Trägerplattenbestückungspläne mit 64 Stellen können dort gespeichert werden. Das Eingeben einer solchen Plansammlung benötigt nur ungefähr 30 Sekunden und erfolgt unabhängig von der Eingabe des Monitors.

Die Aufgabe des Monitors wird nun im Detail erläutert.

Vor dem Einschalten des Bestückungsablaufes übernimmt das Steuergerät (Monitor) folgende Funktionen:

• - Abrufen des Bestückungsplanes (aus dem Speicher oder von außen);
• - Überprüfen des allgemeinen Zustandes der Kontakte der Maschine;
• - Kontrolle der Anwesenheit der notwendigen Typen von Einrichtungen (diese können an verschiedenen Stellen auf der Maschine vorhanden sein);
• - Kontrolle der Kompatibilität zwischen der Halbleitertype und der jeweiligen Type des Abtrennkopfes;
• - Kontrolle des Vorhandenseins der benötigten Lötwerkzeuge (diese Werkzeuge können ebenfalls beliebig angeordnet sein);
• - Anzeige der korrekten Arbeitsweise zum Übernehmen und Kontrollieren dieser Arbeitsweise durch den Operateur; und
• - Bestimmen der Bestückungsfolge der Trägerplatte, welche die Bestückungszeit im Hinblick auf den Bestückungsplan minimiert, der in irgendeiner Folge des Einsatzes der Werkzeuge bestehen kann.

Während des Bestückungsprozesses übernimmt die Steuereinrichtung (Monitor) folgende Funktionen:

• 1) Abtrennphase:
  - Auslösung und Kontrolle der Versetzung des Tisches in der X- und Y-Achse zur Einstellung der Lage P zum Bestücken unter einem entsprechenden Abtrennkopf.
  - Kontrolle des Vorhandenseins der Spulen mit Anzeige für den Operateur, wenn eine Spule zu Ende geht, unter Neuoptimierung, sofern notwendig, der Abtrennfolge im Falle des Auswechselns einer Spule.
  - Gleichzeitig mit dem Verschieben des Tisches Hervorrufen einer Bewegung der Folie 22 bis zur Bereitstellung einer einsetzbaren Einrichtung.
  - Kontrolle des Absenkens des Abtrennwerkzeuges, Ansaugen der abgetrennten Einrichtung, Anhalten des Werkzeuges auf der Trägerplatte mit einem kontrollierten Druck und anschließendes Zurückführen des Werkzeuges; und
  - Fortsetzen der Abtrennvorgänge.
• 2) Sicherung der automatischen Verknüpfung der Abtrennphase mit der Lötphase.
• 3) Lötphase:
  - Auslösen und Kontrollieren der Versetzung der Trägerplatte in den Abszissen und Ordinaten, welche bewirken, daß die zu verlötende Einrichtung unter das entsprechende Lötwerkzeug geführt wird;
  - Absenken des Werkzeuges und Anhalten auf der Trägerplatte mit einem entsprechenden Druck;
  - Kontrolle des Verlötens der Einrichtung, sei es über die Temperatur, sei es über die Dauer mit Hilfe von vom Typ des verwendeten Lötwerkzeuges abhängigen Parametern;
  - Steuerung der Abkühlung der Lötstelle und Zurückführen des Werkzeuges und
  - Verkettung mit dem folgenden Lötvorgang.
• 4) Dauerhaftes Sichern der notwendigen Maschinenfunktionen (Anwesenheit von Unterdruck, Abwesenheit von übermäßigen Drücken auf die Werkzeuge, ausreichende Stromversorgung beim Schweißvorgang) und Eingriff im Falle von Fehlern mit Anzeige für den Operateur unter Kennzeichnung der zu unternehmenden Korrekturschritte und Steuerung all dieser Schritte.

Am Ende der Bestückung wird die Trägerplatte zur Durchführung eines nächsten Arbeitsablaufes zum Aufnahmepunkt zurückgebracht.

Die vorstehend beispielhaft beschriebene Vorrichtung 40 kann in verschiedener Weise abgewandelt werden. Beispielsweise kann das erste Einstellnormal in Verbindung mit einer runden Trägerplatte, vorzugsweise mit Polarkoordinaten aufgebaut werden. Ebenso können die Linien, welche das zweite Vergleichsnormal definieren, welches mit den Abtrenn- und Lötwerkzeugen verbunden ist, abgewandelt werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung (40) zum Bestücken eines Substrats (56) mit Bauteilen (18), die in Ausschnitten (26) einer Folie (22) untergebracht sind und mit einer Mehrzahl von durchtrennbaren Anschlußleitern (28) von der Folie getragen werden und die jeweils in einer von Anschlußstellen (14) begrenzten Zone (16) des Substrats befestigt werden, mit:

• - einem Gestell (46);
• - einem an dem Gestell (46) entlang einer vorbestimmten Linie (Ox) beweglichen Tisch (52) mit einer Platte (54), auf der das Substrat (56) befestigt ist und die entlang einer zu der vorbestimmten Linie (Ox) senkrechten Linie (Oy) in einer waagerechten Ebene beweglich ist;
• - einer an dem Gestell (46) oberhalb der beiden Linien (Ox, Oy) befestigten Abtrenneinrichtung mit einem Abtrennwerkzeug (110) zum Heraustrennen der Bauteile (18) aus der Folie (22) durch eine senkrechte Bewegung und zum Aufbringen auf eine Zone (16) des Substrats (56);
• - Mitteln zum nachfolgenden Verlöten der Anschlußleiter des Bauteils (18) mit den Anschlußstellen (14) des Substrats (22) und
• - einer Steuereinheit (44) für die Bewegung und Positionierung des Tisches (52), der Platte (54) und des Abtrennwerkzeugs (110);

dadurch gekennzeichnet, daß:

• a) das Gestell (46) mit mehreren Abtrennköpfen (48) versehen ist, die jeweils mit einer Bauteile (18) gleichen Typs tragenden Folie (22) zusammenwirken und Abtrennwerkzeuge (110) aufweisen, die jeweils auf einer zur Bewegungsrichtung des Tisches (52) parallelen Linie unabhängig von der Lage der verschiedenen Zonen (16) auf dem Substrat (56) ausgerichtet sind;
• b) das Gestell (46) mit mehreren Lötköpfen (50) mit Lötwerkzeugen (110) versehen ist, deren Achsen jeweils auf einer zur Bewegungsrichtung des Tisches (52) parallelen Linie unabhängig von der Lage der verschiedenen Zonen (16) auf dem Substrat (56) ausgerichtet sind, wobei jedes Lötwerkzeug (110) zum Anlöten von Bauteilen (18) bestimmt ist, die Zonen (16) vorbestimmter Größe auf dem Substrat (56) zugeordnet sind;
• c) und die Steuereinheit (44) zur Steuerung der Bewegungen aller Abtrennwerkzeuge und Lötwerkzeuge (110) der Abtrenn- und der Lötköpfe (48, 50) eingerichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (46) eine Platine (68) trägt, die parallel zur Bewegungsrichtung des Tisches (52) angeordnet und mit Schlitzen (164) versehen ist, deren entsprechende Position (V₁₄ bis V₄₁) für die Positionen (P₁₄ bis P₄₁) der Zonen (16) des Substrats (56) entlang der vorbestimmten Linie (Ox) repräsentativ sind, und daß der Tisch (52) eine Gabellichtschranke (66, 166, 168) trägt, deren Schenkel beiderseits der Platine (68) angeordnet sind und die mit der Steuereinheit (44) verbunden ist, um den Tisch (52) bezüglich eines jeden der Werkzeuge der Abtrennköpfe (48) und Lötköpfe (50) zu positionieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tisch (52) eine Platine (72) trägt, die parallel zur Bewegungsrichtung (Oy) der Platte (54) angeordnet und mit Schlitzen (164) versehen ist, deren entsprechende Positionen (H₁₄ bis H₄₁) für die Positionen (P₁₄ bis P₄₁) der Bereiche (16) des Substrats (56) entlang dieser Bewegungsrichtung (Oy) repräsentativ sind, und daß die Platte (54) eine Gabellichtschranke (70, 166, 168) trägt, deren Schenkel beiderseits der Platine (72) angeordnet sind und die mit der Steuereinheit (44) verbunden ist, um die Platte (54) bezüglich eines jeden der Werkzeuge der Abtrennköpfe (48) und Lötköpfe (50) zu positionieren.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Fotozellen (172) der Gabellichtschranke zwei Aufnahmebereiche (174a, 174b) für ein Lichtbündel (176) aufweist und daß die beiden Aufnahmebereiche entlang der Linie der Bewegung des entsprechenden Bügels (66, 70) voneinander getrennt sind.