DE2930089A1

DE2930089A1 - Verfahren und vorrichtung zum einsetzen von bauelementen in oeffnungen von gedruckten schaltungsplatten

Info

Publication number: DE2930089A1
Application number: DE19792930089
Authority: DE
Inventors: Juergen Horstmann
Original assignee: Stettner and Co
Current assignee: Stettner and Co
Priority date: 1979-07-25
Filing date: 1979-07-25
Publication date: 1981-02-05
Also published as: DE2930089C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einsetzen von Bauelementen
in Offnungen von gedruckten Schaltungsplatten.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einsetzen von Bauelementen in öffnungen von gedruckten Schaltungsplatten.
Bei derartigen bekannten Verfahren und Vorrichtungen werden Bauelemente aus einem Vorratsmagazin von einem Greifer erfaßt und einem Einsetzfinger zugeführt, der nach entsprechender Biegung der Anschlußdrähte des Bauelementes diese in die dafür vorgesehenen Löcher der gedruckten Schaltungsplatine einsetzt.
Diese Methode ist daher sehr zeitaufwendig, da nur jeweils ein Bauelement mit einem Verfahrensschritt eingesetzt werden kann. Um mit geringerem Zeitaufwand auszukommen, hat man mehrere Vorrichtungen hintereinander angeordnet. Dies bedeutet jedoch einen hohen Finanzaufwand.
Mit der vorliegenden Erfindung soll unter anderem die Aufgabe gelöst werden ein Verfahren anzugeben, mit dem die Bestückung einer Schaltungsplatte in kurzer Zeit und mit möglichst geringem Investitionsaufwand durchgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine Schablone mit Öffnungen für die Bauelemente in der Anordung, wie die Bauelemente in die gedruckte Schaltungsplatte eingesetzt werden sollen, über Zuführvorrichtungen mit den Bauelementen bestückt wird, wobei die Bauelemente in der Schablone fixiert werden und anschließend die Schablone über die gedruckte Schaltungsplatte gebracht wird, beide aufeinander zu bewegt und beide so justiert werden, daß die Bauelemente in die richtige Einstecklage kommen und darauf durch einen Stempel die Bauelemente durch die Öffnungen der Schablone hindurchgedrückt undmmit ihren Anschlußelementen inddie oeffnungen der gedruckten Schaltungsplatte hineingesteckt und dabei die Bauelemente aus der Fixierung der Schablone herausgedrückt werden.
Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme werden eine Vielzahl oder alle Bauelemente in einem Arbeitsgang eingesetzt und es ist nur eine Vorrichtung zum Einstecken der Bauelemente in die gedruckte Schaltungsplatte erforderlich.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Aus ührungsbeispiele beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch die Verfahrensschritte, Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schablone von der Seite teilweise im Schnitt und einen zugehörigen Stempel, Fig. 3 den vergrößrerten Kreisausschnitt der Schablone der Fig. 2, Fig. 4 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur automatischen Bestückung und Fig. 5 die Vorrichtung von der Seite gemäß dem Schnitt A - B der Fig. 4.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der Fig. 1 näher erläutert. In einem ersten Schritt werden leere Schablonen 1 auf einen Träger gelegt und justiert und mit diesem zu einer Füllstation gebracht. Die Schablonen 1 haben Öffnungen für die in eine gedruckte Schaltungsplatte 2 einzusetzenden Bauelemente 3, die in der leichen Konfiguration wie sieaauf der gedruckten Schaltungsplatte 2 aufgebracht werden müssen, angeordnet sind. Dies wird später anhand der Fig. 2 und 3 noch näher erläutert.
Das Füllen der Schablone 1 mit Bauelementen erfolgt aus Zuführvorrichtungen 4. Nach dem Füllen wird die Schablone 1 über die gedruckte Schaltungsplatte 2 gebracht und in der richtigen Lage justiert. Dabei findet sich oberhalb der Schablone 1 ein Stempel 5, der ebenfalls zur gedruckten Schaltungsplatte 2 justiert ist. In dieser Stellung wird die gedruckte Schaltungsplatte 2 zur Schablone 1 und der Stempel 5 nach unten bewegt, sodaß bei diesem Verfahrensschritt die in der Schablone 1 fixierten Bauelemente in die öffnungen der gedruckten Schaltungsplatte 2 gedrückt werden und dabei die Fixierung der Schablone 1 verlassen. Nach dem Abheben von Stempel 5 und Schablone 1 ist die gedruckte Schaltungsplatte 2 mit den Bauelementen 3 bestückt.
Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante können Druckelemente 11 des Stempels 5 die Bauelemente 3 ganz aus Führungen 9 herausdrücken, wobei die gedruckte Schaltungsplatte 2 so weit nach unten bewegt wird, bis die Bauelemente 3 die Fixierung verlassen.
Gemäß Fig. 2 ist die Schablone 1 mit mehreren Öffnungen 6 versehen, die jeweils der Außenform des durch diese einzusetzenden Bauelemente 3 entspricht. Die Öffnungen 6 sind so angebracht, daß ihr Auslaß 7 genauso gerichtet ist, wie das Bauelement 3 in die gedruckte Schaltungsplatte 2 eingesetzt werden soll. Zum leichteren Einführen des Bauelementes 3 ist die Öffnung 6 oben zu einem Trichter 8 erweitert.
Um die Schablone 1 auch verwenden zu können, wenn bereits andere Bauelemente 3 auf der gedruckten Schaltungsplatte 2 vorhanden sind, ist unten an der Schablone 1 unter jeder Öffnung 6 eine schachtförmige Führung 9 vorgesehen, deren Länge mindestens der maximalen Bauhöhe der bereits eingesetzten Bauelemente 3 entspricht. Der freie Querschnitt der Führungen 9 entspricht etwa dem der zugehörigen Öffnung 6.
Damit die Bauelemente 3 in der Schablone 1 verharren, ist je Öffnung 6 wenigstens eine geeignete Fixierung, insbesondere eine Klemmanordnung 10, vorgesehen, Beim Ai:sführungsbeispiel besteht diese aus einer Draht- oder Blattfeder, die durch eine Seitenwand der Führung 9 hindurchgreift bzw.
diese Wand bilden kann, wie in Fig. a veranschaulicht.
Der oberhalb der Schablone 1 vorgesehene Stempel 5 besitzt je Öffnung 6 der Schablone 1 ein nach unten ragendes, zweckmäßig aus elastischem oder federndem Material bestehendes Druckelement 11. Der Querschnitt derselben ist den zugeordneten Öffnungen 6 derart angepaßt, daß sie leicht oder zügig in diese einsteckbar sind. Ihre Länge ist vorzugsweise so gewählt, daß beim Aufdrücken des Stempels 5 auf die Schablone 1 das in der Schablonenöffnung fixierte Bauelement 3 mit Sicherheit aus der Fixierung 10 herausgedrückt werden kann. Dabei wird die gedruckte Schaltungsplatte 2 von den Führungen 9 weg nach unten bewegt.
Eine Vorrichtung, mit der eine automatische Bestückung durchgeführt werden kann, ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Auf einer Unterlage 12 ist ein als Schablonenträger dienender Drehteller 13 um seine Mittelachse 14 drehbar gelagert. Am Rand des Drehtellers 13 sind in gleichen Winkelabständen Schablonenhalter 15 angeordnet, in die die Schablonen 1 eingelegt und justiert sind.
Auf einer Seite der Unterlage 12 ist ein z.B. als Förderband ausgebi eter Bestückungsträger 16 vorgesehen, mit dem die gedruckte Schaltungsplatte 2 zu einer BestUckungsposition 17 gebracht werden können. In der Bestilckungsposition 17 ist eine Stempelvorrichtung 18 mit dem Stempel 5 angeordnet. Gegebenenfalls kann jeder Schablonenhalter 15 mit einem Stempel 5 versehen sein, der jeweils mit dem Drehteller 13 mitgedreht wird.
Von der Bestückungsposition 17 aus sind in gleichen Winkelabstand wie die Schablonenhalter 15 F5llpositionen 19 vorgesehen. Jeder Füllposition 19 sind eine oder mehrere Zuführvorrichtungen 4, z.B. Schwingförderer, zum Zuleiten der Bauelemente 3 zugeordnet. Die Leitrohre 20 der Zuführvorrichtungen 4, deren Querschnitt dem jeweiligen Bauelement angepaßt ist, mündet jeweils über je einer Öffnung 6 der Schablone 1, sodaß ein damit zugeführtes Bauelement 3 in die Öffnung 6 fällt.
In jeder Füllposition 19 können Bauelemente 3 in gleicher Einfüllage eingesetzt werden, jedoch kann in jeder Füllposition eine andere Lage vorgesehen oder vorherrschend sein. Durch entsprechende Drehung der Leitrohre 20 können jedoch in jeder Füllstation 19 auch Bauelemente 3 in verschiedenen Lagen zueinander angeordnet werden.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende: Es sei angenommen, der Drehteller 13 sei noch nicht mit Schablonen 1 bestückt und befinde sich in einer Haltstellung. In dieser Stellung haben die Schablonenhalter 15 je eine Füllposition 19 bzw. einer die Bestückungsposition 17 eingenommen. In dieser Stellung wird in jeden Schablonenhalter 15 eine Schablone 1 eingesetzt, in einer Lage justiert, die der Lage der gedruckten Schaltungsplatte 2 in der Bestückungsposition entspricht, und in dieser Lage festgehalten, z.B. verspannt.
Anschließend werden die Zuführvorrichtungen 4, die zu den zugeordneten Öffnungen 6 der Schablonen 1 genau justiert sein müssen, in Tätigkeit gesetzt, sodaß jede in einer Füllposition befindliche Schablone 1 mit Bauelementen 3 gefüllt werden kann. Nach dem Füllvorgang wird der Drehteller 13 um einen Schaltschritt weiterbewegt. Dabei kommt jede Schablone 1 in eine andere Füllposition und wird dort mit den entsprechenden Bauelementen 3 gefüllt. Eine der Schablonen 1 ist in der Bestückungsposition 17, in der jedoch der Stempel 5 erst dann betätigt wird, wenn eine Schablone 1 mit allen vorgesehenen Bauelementen 3 bestückt ist und über der gedruckten Schaltungsplatte 2 liegt. Dies ist beim Ingangsetzen der Vorrichtung der Fall, wenn der Drehtisch 12 einen vollen Umlauf beendet hat. Um zu verhindern, daß eine Füllung erfolgt, obwohl bereits Bauelemente 3 an den vorgesehenen Stellen eingesetzt sind, sind den Zuführvorrichtungen 4 Sensoren zugeordnet, die über elektronische und/oder pneumatische und/oder mechanische Steuerungen das Füllen nur freigeben, wenn die Öffnungen 6 der Schablone 1 noch nicht gefüllt sind. Anschließend erfolgt die Füllung nacheinander fortlaufend wie anhand der nachfolgenden Ausführungsvariante beschrieben ist, bei der das Einsetzen aller Schablonen 1 nicht in einer einzigen Haltstellung erfolgt.
Bei dieser Variante kann das Einsetzen leicht automatisiert werden.
In der in Umlaufrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn ersten Füllposition 19 eine leere Schablone 1 auf den Schablonenhalter 15 aufgelegt wird. Dies geschieht z.B. von Hand oder mechanisch durch eine Übernahmevorrichtung 21, z.B. einen Greifer, der die Schablonen 1 einem Speicher 22 entnehmen und auf den Schablonenhalter 15 auflegen kann und/oder den umgekehrten Vorgang durchführen kann.
Jetzt wird der Drehteller 13 um einen Schaltschritt, d.h.
um die Winkellage, um die die einzelnen Positionen 17 und 19 gegeneinander versetzt sind, entgegen dem Uhrzeigersinn weitergedreht. Die Schablone 1 befinder sich jetzt in der in Fig. 4 oberen Füllposition, in der z.B. die in dieser Position senkrecht stehenden Öffnungen 6 durch zugeordnete und justierte Zuführvorrichtungen 4 mit je einem Bauelement 3 gefüllt werden. In der vorherigen Position wird wieder eine leere Schablone 1 eingelegt.
Beim Weiterdrehen um einen weiteren Schaltschritt kommt die Schablone 1 in die linke Füllposition 19, in der die restlichen Öffnungen 6 mit je einem Bauelement 3 gefüllt werden.
In der ersten Füllposition wird wieder eine leere dritte Schablone 1 aufgelegt, die zweite befindet sich in der zweiten Füllposition 19. Nachdem die Füllung der Schablone 1 beendet ist, wird beim nächsten Schaltschritt die erste vollkommen gefüllte Schablone 1 unter den Stempel 5 gebracht und justiert. Gleichzeitig wird das Förderband 16 um einen Schaltschritt bewegt, wodurch eine auf diesem befindliche gedruckte Schaltungsplatte 2 unter die Schablone 1 gebracht und entsprechend justiert wird. In dieser Stellung des Drehteller 13 wird in der ersten Füllposition 19 eine vierte Schablone 1 eingelegt, die dritte wird in der zweiten Füllposition 19 und die zweite Schablone 1 in der dritten Füllposition 19 gefüllt. Die erste Schablone 1 wird währenddessen durch den Stempel 5 belastet, der die Bauelemente 3 aus den Öffnungen 6 in die Öffnungen 23 der gedruckten Schaltungsplatte 2 einsetzen, die zu diesem Zweck zur Schablone 1 hin- und anschließend wieder wegbewegt wird.
Die Schritte wiederholen sich jeweils bei jedem Weiterdrehen des Drehteller 13 und des Förderbandes 16 um einen Schaltschritt.
Ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen, können auch die gedruckte Schaltungsplatte 2 durch einen Drehteller bewegt werden. Desweiteren ist es möglich, zwei oder mehrere Drehteller 13 je einem Bestückungsträger 16 zuzuordnen. Letzteres hat den Vorteil, daß je ein Drehteller 13 für eine andere Bestückungsart oder eine andere gedruckte Schaltungsplatte 2 vorbereitet werden kann, während der andere noch läuft. Auf diese Weise ist die Vorrichtung auch für kleinere Serien geeignet.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind gemäß Fig. 6 die Schablonen 1 aus mehreren Einzelschablonenelementen 24 mit je einer oder mehreren Öffnungen 6 zu der Schablone 1 zusammensetzbar. Diese werden auf einen Träger 25 z.B. eine Unterlage aufgebracht oder in einen Rahmen eingespannt. Vorteilhaft bestehen sie aus leicht bearbeitbarem Material, insbesondere Aluminium.
Leerseite

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Einsetzen von Bauelementen in Öffnungen~von~gedruckten~Schaltungsplatten.

Patentansprüche Verfahren zum Einsetzen von Bauelementen in Öffnungen von gedruckten Schaltungsplatten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schablone (1) mit Öffnungen (6) für die Bauelemente (3) in der Anordnung, wie die Bauelemente (3) in die gedruckte Schaltungsplatte (2) eingesetzt werden sollen, fieber Zuführvorrichtungen (4) mit den Bauelementen (3) bestückt wird, wobei die Bauelemente (3) in der Schablone (1) fixiert werden und anschließend die Schablone (1) über die gedruckte Schaltungsplatte (2) gebracht wird, beide aufeinander zu bewegt und bei#e so justiert werden, daß die Bauelemente (3) in die richtige Einstecklage kommen und darauf durch einen Stempel (5) die Bauelemente (3) durch die Öffnungen (6) der Schablone (1) hindurchgedrückt und mit ihren Anschlußelementen in die Öffnungen (23) der gedruckten Schaltungsplatte (2) hineingesteckt und dabei die Bauelemente (3) aus der Fixierung der Schablone (1) herausgedrückt werden.
2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (1) mit Offnungen (6) versehen ist, deren Abmessungen der im eingesteckten Zustand in der Draufsicht gegebenen Außenform des Bauelementes (3) entspricht, das durch die jeweilige Offnung (6) aufgenommen werden soll, daß unter den Öffnungen (6) schachtförmige Führungen (9) angebracht sind, deren offener Querschnitt dem der Öffnung (6) und die Höhe der Führungen (9) mindestens der größten Einbauhöhe eines eingesetzten Bauelementes (3) entspricht, daß oberhalb der Schablone (1) ein Stempel (5) vorgesehen ist, der je Offnung (6) ein nach unten ragendes Druckelement (11) aufweist, das beim Aufdrücken des Stempels-(5) auf die Schablone (1) die Bauelemente (3) aus der Öffnung (6) und der Führung (9) herausdrücken kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,#daß die Schablone (1) auf einem beweglichen Schablonenträger (13) befestigbar ist, der die Schablone (1) in wenigstens zwei Positionen bringen kann und das sich in der einen Position (19) die Schablone (1) unter einer oder mehreren Zuführungsvorrichtungen (4) für die positionsgerechte Zuführung der Bauelemente (3)- in die Öffnungen (6) der Schablone (1) und in der bzw. einer Bestückungsposition (17) ilber der gedruckten Schaltungsplatte (2) befindet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (5) auf einer gemeinsamen Unterlage (12) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (5) auf dem Schablonenträger (13) oder einer gemeinsamen Unterlage (12) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Schaltungsplatte (2) auf einem beweglichen Bestückungsträger ( #ixierbar ist und der Bestückungsträger (16) in die Bestückungsposition (17) gebracht werden kann.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (5) auf dem Bestckungstäger (16) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schablonenträger (13) und/oder der Bestückungsträger (16) schwenkbar gelagert ist bzw. sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schablonenträger (13) und/oder der Bestückungsträger (16) drehbar angeordnet ist bzw. sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bestückungsträger (16) nach Art eines Förderbandes ausgebildet ist und schrittweise bewegbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Schablonenträger (13) mehrere Schablonen (1) befestigbar sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (1) in verschiedene Positionen (17, 19) gebracht werden kann und jeder Position (19), außer der Bestückungsposition (17), wenigstens eine Zuführvorrichtung (4) zugeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den einzelnen Positionen (19) die Bauelemente (3) in zueinander unterschiedlichen Winkellagen einsetzbar sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer Seitenwand der Führungen (9) der Schablone (1) zumindest eine Aussparung vorgesehen ist, durch die ein Klemmelement (10) nach innen gegen ein eingesetztes Bauelement (3) drücken kann.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (6) der Schablone (1) oben trichterförmig erweitert sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schablone (1) aus einer Vielzahl von mit wenigstens je einer Öffnung (6) versehen, auf einer Unterlage (26) oder in einem Rahmen (26) befestigten und gegebenenfalls zusammensteckbaren Einzel-Schablonenelementen (25), besteht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (26) bzw. der Rahmen (26) aus leicht bearbeitbarem Material, insbesondere aus Aluminium besteht.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckelemente (11) des Stempels (5) aus federndem Material bestehen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckelemente (11) im Querschnitt wenigstens annähernd dem Querschnitt der Öffnungen (6) der Schablone (1) angepaßt sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem auf einer Unterlage (12) drehbar gelagerten Drehteller (13) besteht, auf dem mehrere Schablonenhalter (15) in gleichem Winkelmaß voneinander entfernt vorgesehen sind, daß der Drehteller (13) im Winkelmaß der Abstände der Schablonenhalter (15) arretierbar ist, daß auf der Unterlage (12) weiterhin sowohl der Stempel (5) senkrecht bewegbar gehaltert ist als auch der Bestfickungsträger (16) geführt und/oder gelagert und in der Bestückungsposition (17) arretierbar ist, daß ferner die gedruckte Schaltungsplatte (2) in der Bestükkungsposition (17) zur in dieser Position über ihr arretierten Schablone (1) hinbewegbar ist und der in Bestückungsposition (17) befindliche Stempel (5) nach unten gedrückt werden kann und daß außerdem auf der Unterlage (12) wenigstens die Leitelemente (21) der Zuführvorrichtungen (4) befestigbar und deren Ende über der jeweils zugeordneten Öffnung (6) der Schablone (1) justierbar sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Position (19) des Schablonenträgers (13) ein Speicher (23) für bestückte Schablonen (2) vorgesehen ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicher (23) wenigstens eine Übernahmevorrichtung (22) zugeordnet ist, die die bestückten Schablonen (1) dem Schablonenhalter (15) entnehmen und dem Speicher (23) zuführen kann oder bzw. und die im Speicher (23) befindliche bestückte Schablone (1) diesem entnehmen und in den Schablonenhalter (15) einsetzen kann.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß einem Bestückungsträger (16) wenigstens zwei Schablonenträger (13) bzw. Drehteller (13) zugeordnet sind, die unabhängig voneinander mit dem Bestückungsträger (16) zusammenwirken können.