DE3102206C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Montagekopf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Montieren von elektronischen Bauteilen, insbesondere für automatische Handhabungsgeräte.

Montageköpfe dieser Art werden vornehmlich dazu gebraucht, um elektronische Bauteile von einer vorgegebenen Abnahmestellung aufzunehmen und auf eine vorbestimmte Stelle einer Leiterplatte oder dgl. genau positioniert wiederum abzulegen. Meist ist die für das elektronische Bauteil vorbestimmte Stelle auf der Leiterplatte oder dgl. zuvor mit einer entsprechenden Klebstoffschicht versehen.

In der DE-OS 29 44 810 ist ein Verfahren der vorstehenden Art beschrieben, gemäß welchem ein elektronisches Bauteil an das Vorderende einer Saugdüse angesaugt und von dieser festgehalten wird, wobei das angesaugte Bauteil durch mehrere längs der Umfangsfläche des Saugdüsen- Vorderendes angeordnete Arme festgehalten und dabei selbsttätig ausgerichtet wird. Das Bauteil wird nach dem Ausrichten zu einer vorbestimmten Klebe- oder Verbindungsstelle eines Substrates einer Halbleitervorrichtung übergeführt, wobei nach Öffnen der Arme das elektronische Bauteil zur Montage auf die vorbestimmte Klebestelle abgesenkt wird.

Zur Durchführung des bekannten Verfahrens wird ein Montagekopf verwendet, wie er eingangs beschrieben ist. Bei diesem bekannten Montagekopf ist der die zentrale Bohrung für die längsverschiebliche Saugdüse aufweisende Block quaderförmig ausgebildet, in dessen Außenwandflächen die Längsnuten für die drehbeweglich gelagerten Arme vorgesehen sind. Die einzelnen Arme stehen unter der Wirkung einer Federkraft, welche das untere zangenförmige Ende der Arme gegen die zentrale Bohrung zu drängen versucht, während das obere mit einer Rolle versehene Ende der Arme gegen eine im wesentlichen quadratische innere Ausnehmung einer oberhalb des quaderförmigen Blockes drehbar gelagerten scheibenförmigen Platte gedrückt wird. Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß die oberen mit Rollen versehenen Enden der Arme zum Öffnen ihrer unteren zangenförmigen Enden entgegen der Federkraft nach innen gedrückt werden, wenn die oberen Enden mit den vier Flachseiten der quadratischen Ausnehmung in Berührung stehen, während die unteren Enden der Arme sich in der Schließstellung befinden, wenn ihre oberen Enden sich in den vier Ecken der quadratischen Ausnehmung befinden. Nachteilig bei diesem bekannten Montagekopf ist, daß die Kraft zum Halten und zum Justieren der Bauteile von Federn aufgebracht wird, welche entsprechend stark bemessen sein müssen. Um zu verhindern, daß die elektronischen Bauteile durch die relativ starken Federkräfte beschädigt werden, ist an der Unterseite des quaderförmigen Blockes ein Kontaktblock vorgesehen, der im wesentlichen die Ab­ messungen des zu montierenden elektronischen Bauteiles aufweist. Durch die zwangsweise vorgegebene Schließstellung können somit nur etwa gleich große elektronische Bauteile montiert werden.

In der DE-OS 28 34 836 wird eine Vorrichtung zum Aufbringen elektronischer Bauelemente auf einen Hybrid-Leiterträger beschrieben. Im Vordergrund steht das präzise Aufbringen von Bauelementen, auf deren Unterseite Lötpunkte vorgesehen sind und die allgemein als "Flip-Chips" bekannt sind. Dabei wird das Ausrichten und Zentrieren von bereits von einer Abnahmesonde gehaltenen Chips kurz vor dem Aufsetzen auf einen Träger angesprochen. An einem Spindelgehäuse angeordnete angelenkte Füße und Finger zentrieren dabei vor dem Ablegen das Bauelement oder den Chip an der Spindel. Es ist somit nicht erforderlich, daß der auszuwählende Chip an der Eingabe-Station genau ausgerichtet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Montagekopf zur Verfügung zu stellen, mit dem der Schwenkbereich und die Steuerung der Schließ- und Öffnungsbewegung der Arme-Paare, sowie die Längsbewegung der Saugpipette und die eines Auswerfers derart zu gestalten sind, daß die empfindlichen elektronischen Bauteile bei der Handhabung nicht beschädigt werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch den gleichzeitigen Einsatz von Motoren mit einstellbarem Drehmoment und Kurvenscheiben für den Bewegungsablauf der Arme-Paare eine Anpassung auf die Empfindlichkeit der elektronischen Bauteile gewährleistet werden kann, so daß keine Beschädigungen auftreten. Dabei kann der Schwenkbereich der Arme durch Auswechseln der Kurvenscheiben leicht geändert werden.

Zum Antrieb der Kurvenscheiben für die Steuerung der Schließ- und Öffnungsbewegung der Justierarme, sowie der Längsbewegung der Saugpipette und der eines Auswerfers sind Motoren vorgesehen, deren Drehmoment, insbesondere deren Stillstandsmoment, definiert einstellbar ist. Das Drehmoment kann in einfacher Weise durch Vorgabe einer entsprechend höheren oder niedrigen Spannung vorgegeben werden. Hierbei kann das Drehmoment der Motoren der Empfindlichkeit der elektronischen Bauteile angepaßt werden, so daß mit Sicherheit keine Beschädigung derselben erfolgt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Motoren mit einem Wegmeßsystem ausgestattet. Auf diese Weise ist man in der Lage, die Geometrie des Bauteiles zu erfassen. Aufgrund dieser Messung kann beispielsweise festgestellt werden, ob das ergriffene Bauteil auch die gewünschten Abmessungen aufweist. Es kann ferner damit festgestellt werden, ob das Bauteil in Ordnung oder fehlerhaft, d. h. beschädigt ist.

Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines Montagekopfes zum Teil schematisch dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Montagekopf im Prinzip,

Fig. 2 eine Schnittansicht durch den zylinderförmigen Block des Montagekopfes gemäß Fig. 1 in zwei um 90 Grad versetzten Schnittansichten,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des unteren Endes der Saugpipette im Schnitt und

Fig. 4 eine grafische Darstellung eines beispielhaften Funktionsablaufes der Bewegungen der Arme-Paare, der Saugpipette und des Auswerfers des Montagekopfes gemäß Fig. 1.

Die Einzelteile des in Fig. 1 dargestellten Montagekopfes sind der Übersicht halber so dargestellt, daß die Wirkungsweise der zusammenwirkenden Teile besser ersicht­ lich ist.

Der erfindungsgemäße Montagekopf weist einen zylinderförmigen Block 1 auf, dessen zentrale Achse mit 2 bezeichnet ist. Der zylindrische Mantel des Blockes 1 weist vier gleichmäßig am Umfang verteilte, in Achsrichtung verlaufende Längsnuten 3 und 4 auf, wobei die einander gegenüberliegenden Längsnuten 3 bzw. 4 ein Paar bilden. In den Längsnuten 3 und 4 befinden sich Arme 5 und 6, die um Drehpunkte 7 schwenkbar sind und unter der Wirkung von Federn 8 stehen, die in Sacklöchern 9 angeordnet sind und sich am Grunde der Nuten 3 und 4 abstützen, wobei sich die hinteren Enden 51 der Arme 5 gegen kurvenförmige Anformungen 101 eines in Längsrichtung der Achse 2 verschiebbaren Ring 10 legen. Die gegenüberliegenden Arme 6 weisen eine kurvenförmige Anformung 61 auf, welche mit entsprechenden Ausnehmungen 111 eines weiteren axial verschiebbaren Ringes 11 ausgebildet sind. Der Ring 11 ist auf dem zylinderförmigen Block 1 verschiebbar angeordnet, welcher mit einem Zahnkranz 12 versehen ist, der beispielsweise über einen Zahnriemen 13 mit einem Motorritzel 14 eines Antriebsmotors 15 in Verbindung steht. Mit Hilfe dieses Motors kann der Block 1 um die Achse 2 gedreht werden.

Aus diesem Grunde sind die Ringe 10 und 11 mit einer Ringnut 102 bzw. 112 versehen, wie weiter unten noch näher erläutert wird.

Die vorderen unteren Enden 52 und 62 der Arme 5 und 6 umschließen das vordere Ende 161 einer Saugplatte 16, welche in einer zentralen Bohrung 17 des Blockes 1 axial verschiebbar geführt ist. Auf der Saugpipette 16 ist der Ring 10 axial verschiebbar angeordnet.

Innerhalb der Saugpipette 16 befindet sich ein rohrförmiger Auswerfer 18, dessen Spitze 181 dem Ende 161 der Saugpipette so angepaßt ist, daß sie diese total verschließen kann. Zu diesem Zweck weist die Spitze 181 des Auswerfers 18 einen hohlzylindrischen Teil 182 auf, welcher mit einer entsprechenden zylindrischen Bohrung 162 der Saugpipette zusammenwirkt, wie Fig. 3 zeigt. Der hohlzylindrische Teil 182 des Auswerfers 18 besitzt Radialbohrungen 183, welche in Bezug auf die zylindrische Bohrung 162 der Saugpipette 16 so angeordnet sind, daß bei ausgefahrenem Auswerfer (linker Teil der Fig. 3) diese Radialbohrungen 183 durch die Wandung der zylindrischen Bohrung der Saugpipette 16 verschlossen und bei zurückgezogenem Auswerfer 18 (siehe rechter Teil der Fig. 3) diese Radialbohrungen 183 freigegeben sind, so daß die Öffnung der Saugpipette 16 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Unterdruckquelle in Verbindung steht, welche an dem oberen Ende des Auswerfers 18 angeschlossen ist.

Zur Betätigung des Auswerfers 18 ist am oberen Ende desselben ein Ring 19 mit einer Ringnut 191 befestigt. In gleicher Weise ist zur Betätigung der Saugpipette 16 am oberen Ende dieser ein weiterer Ring 20 mit einer Ringnut 201 befestigt, wie Fig. 1 zeigt.

Normalerweise werden die Arme 5 und 6 durch die Federn 8 in die Offenstellung gedrängt. Sollen die zangenförmigen Enden der Arme-Paare 5 und 6 in Richtung auf das Ende 161 der Saugpipette 16 bewegt werden, müssen die Ringe 10 und 11 in Achsrichtung nach unten bewegt werden. Da das Öffnen und Schließen der Arme nach einem bestimmten Bewegungsprogramm vorgenommen werden soll, sind zur Steuerung dieser Bewegungen Kurvenscheiben 23 und 24 vorgesehen, die über Winkelhebel 21 und 22 mit den Ringen 10 und 11 in Verbindung stehen. Die Winkelhebel 21 und 22 sind um Drehpunkte 211 und 221 schwenkbar und stehen unter der Wirkung von in der Zeichnung nicht dar­ gestellten Federn, die die an den Enden angeordneten Rollen 212 und 222 am Umfang der Kurvenscheiben 23 und 24 andrücken. Die anderen Enden der Winkelhebel 21 und 22 sind mit in der Zeichnung nicht sichtbaren Gleitsteinen versehen, die in den Ringnuten 102 und 112 zu gleiten vermögen.

Die Axialbewegung der Ringe 19 und 20 für die Saugpipette 16 und den Auswerfer 18 wird gemeinsam von einer Kurvenscheibe 25 über Hebel 27 und 28 gesteuert, die über ein Verbindungsstück 29 miteinander in Verbindung stehen. Während der Drehpunkt 271 des Hebels 27 festliegt, bewegt sich der Drehpunkt 281 entsprechend dem Verbindungsstück 29. Zudem steht der Hebel 28 über eine Strebe 30 mit einem Hebel 31 in Verbindung, der um einen Drehpunkt 311 schwenkbar ist und über eine Rolle 312 mit einer Kurvenscheibe 26 in Verbindung steht. Damit kann dem Ring 19 des Auswerfers eine zusätzliche Bewegung überlagert werden, wie weiter unten ausgeführt werden wird. Auch die Hebel 27, 28 und 31 stehen unter der Wirkung von Federn, die die Rollen 272 bzw. 312 gegen die Stirnseite der Kurvenscheiben 25 und 26 drücken.

Die Kurvenscheiben 23 und 25 werden von einem Antriebsmotor 32 und die Kurvenscheiben 24 und 26 von einem Antriebsmotor 33 angetrieben. Die Motoren 32 und 33 sind vorzugsweise schnell laufende Gleichstrommotoren, deren Drehmoment über eine Spannungseinstellung einstellbar ist.

Durch entsprechende Formgebung der Kurvenscheiben 23 bis 26 sowie durch wechselweise Einschaltung der beiden Motoren 32 und 33 kann ein bestimmter Bewegungsablauf der Arme-Paare 5 und 6 sowie der Saugpipette 16 mit ihrem Auswerfer 18 gesteuert werden.

In Fig. 4 ist beispielsweise ein entsprechendes Be­ wegungsdiagramm dargestellt, wie es zur Ausführung einer bestimmten Bewegung des Montagekopfes erforderlich ist. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit diesem Bewegungsdiagramm näher erläutert. Die Bewegungen der einzelnen Teile sind in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurvenscheiben bzw. der Zeit bzw. der Schrittzahl für einen Zyklus dargestellt. In der ersten Zeile ist die Bewegung der Saugpipette 16 dargestellt mit den beiden Stellungen "oben" und "unten"; darunter in Zeile zwei die Bewegungen des Arme-Paares 5 mit den beiden Stellungen "auf" und "zu"; in Zeile drei die Bewegung des Aufwerfers 18 mit den Stellungen "oben" und "unten" und in der vierten Zeile die Bewegung des Arme-Paares 6 mit den Stellungen "auf" und "zu". In der fünften Zeile ist das Einfahren in die X-Y Position dargestellt.

Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Antriebsmotoren 32 und 33 nicht nur gleichzeitig, sondern auch wechselweise eingeschaltet werden können. Wie aus Fig. 4 zu entnehmen ist, befindet sich die Saugpipette 16 zum Zeitpunkt 0 in angehobener Stellung und die beiden Arme- Paare 5 und 6 sind offen, während der Auswerfer 18 sich in der unteren Stellung gemäß Fig. 2 befindet. Wird nun vorerst der Motor 32 eingeschaltet, so werden die Kurvenscheiben 23 und 25 bewegt. Dadurch wird die Saugpipette 16 auf ein zu greifendes Teil abgesenkt (Schritt 0-2). Durch Einschalten des Motors 33 wird der Auswerfer 18 nach oben gezogen (Schritt 2-4), wodurch die Saugpipette 16 über den Auswerfer 18 mit der Unterdruckquelle in Verbindung gebracht wird. Nach dem Ansaugen eines elektronischen Bauteils wird die Saugpipette 16 wieder angehoben (Schritt 4-6) und beide Motoren eingeschaltet; durch Betätigen des Ringes 10 werden die Arme 5 so verschwenkt, daß die zangenförmigen Enden 52 sich dem elektronischen Bauteil nähern. Unmittelbar danach wird auch der Ring 11 nach unten bewegt, der die Arme-Paare 6 schließt. Sobald die zangenförmigen Enden 52 und 62 mit dem elektronischen Bauteil in Berührung kommen und das elektronische Bauteil zurechtgerückt ist, werden die Motoren 32 und 33 angehalten. Gleichzeitig wird der Montagekopf in seine Ablegestellung gefahren (Schritt 6-9). In dieser wird die Saugpipette 16 abgesenkt (Schritt 10-12) und anschließend der Auswerfer 18 betätigt (Schritt 12-14), der nicht nur das elektronische Bauteil niederdrückt, sondern auch die Verbindung der Saugpipette mit der Unterdruckquelle abgesperrt und das untere Ende der Saugpipette lüftet. Anschließend wird die Saugpipette 16 wieder in die obere Stellung gefahren (Schritt 14-16) und der Montagekopf wieder zur Aufnahmestellung zurückgeführt (Schritt 16-18), wo dann der neue Zyklus gemäß Fig. 4 beginnt.

Die Steuerung der beiden Motoren 32 und 33 kann zeitlich auch in anderer Weise vorgenommen werden. Durch entsprechende Spannungsvorgabe für die Motoren kann das Drehmoment vorgegeben werden. Sobald das vorgegebene Drehmoment überschritten wird, werden die Motoren angehalten. Ist mit den Motoren ein Wegmeßsystem gekoppelt, kann auf diese Weise z. B. überprüft werden, ob das ergriffene Bauteil die gewünschten Abmessungen oder dgl. aufweist, in dem die gemessenen Ist-Werte mit entsprechend vorgegebenen Soll-Werten verglichen werden.

Da die Arme-Paare stets mit einem vorgebbaren Druck an dem elektronischen Bauteil anliegen, können auch die elektrischen Eigenschaften eines Bauteiles überprüft werden, beispielsweise dadurch, daß über ein Arme-Paar ein bestimmter Strom geschickt oder an ein Arme-Paar eine bestimmte Spannung angelegt wird, so daß beispielsweise der elektrische Widerstand gemessen und z. B. mit einem vorgegebenen Wert verglichen wird. Das jeweilige Arme- Paar muß in diesem Fall isoliert angeordnet sein.

Claims (2)

1. Montagekopf zum Montieren von elektronischen Bauteilen mit einer axial verschiebbaren Saugpipette (16) zum Ansaugen der elektronischen Bauteile und mit zwei Paaren schwenkbar einander gegenüberliegend angeordneter Arme (5, 6), deren zangeförmige Enden (52, 62) zum Justieren eines vom freien Ende der Saugpipette (16) angesaugten elektronischen Bauteiles dienen und die über axial verschiebbare Ringe (10, 11) betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Arme (5, 6) mindestens in Schließrichtung Motoren mit einstellbarem Drehmoment vorgesehen sind, wobei der Bewegungsablauf über ein Hebelsystem (21, 22, 27) mittels Kurvenscheiben (23-26) steuerbar ist.

2. Montagekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (32, 33) mit einem Wegemeßsystem ausgestattet sind.