DE3927847A1 - Smd-dispenser-karussell - Google Patents

Description

Vorliegendes Patent löst das Bestückungsproblem von Printplatten mit einzelnen elektrischen Bauteilen wie IC′s, Chips u. s. w. in der SMD-Technologie. Dabei handelt es sich bei der SMD-Technologie (SMD für Surface Mounted Devices) um eine Oberflächenmontage der Elemente oder Bauteile. Diese neue Technologie hat sich vor allem unter der Forderung nach größerer Miniaturisierung, höherer Integration und nicht zuletzt auch unter dem Zwang zur Automatisierung in der Fertigung entwickelt. Während früher bei der konventionellen Bestückungsart die einzelnen Elemente so auf die Printplatte gesetzt wurden, daß ihre Beine durch vorgebohrte Löcher gesteckt und anschließend auf der Rückseite verlötet werden konnten, werden heute die Bauteile, welche für die SMD- Technologie auch bedeutend kleiner hergestellt werden, primär nur provisorisch auf die Oberfläche der Printplatte geklebt, indem z. B. jedes Beinchen in einen weichen Tropfen Zinnpaste gesteckt wird. Anschließend werden die bestückten Printplatten in einen Durchlaufofen gegeben, wo die Zinntropfen ausgehärtet werden.

Eine andere Bestückungsmöglichkeit ist es, jedes einzelne Bauteilchen auf einen Leimtropfen zu setzen und die ganze Printplatte durch eine Lötstraße zu schicken.

Bei der vorliegenden Erfindung geht es vor allem um die halbautomatische Bestückung, sowie um die reine Handbestückung von Printplatten mit SMD-Bauteilen, wie sie vor allem im Labor, bei Reparaturplätzen, sowie im Muster- und Kleinserienbau angewendet wird. Dabei werden Printplatten gefertigt, welche zum Teil hohe Bauteildichten, große Bauteilmengen oder komplexe Anordnungen (große Anzahl verschiedener Bauteile) aufweisen. Es handelt sich somit um Bestückungen, bei denen ein vollautomatisches Vorgehen noch unwirtschaftlich wäre. Für diesen Bereich wurden bis jetzt auf dem Markt diverse Bestückungshilfsapparate angeboten, welche ein mehr oder weniger rationelles Entnehmen der einzelnen SMD- Bauteile erlaubten, damit diese dann auf die Printplatte gelegt werden konnten. So werden Entnahme-Geräte angeboten, welche für die folgenden 3 Fälle geeignet sind:

Im ersten Fall handelt es sich um schmale Plastik- oder Kartonstreifen, welche mit kleinen Einbuchtungen, den sogenannten Gurttaschen, versehen sind, in welche die einzelnen Bauteile hineingelegt werden. Dieser Streifen mit den darin eingebetteten Bauteilen ist mit einem Deckband aus Folie zugedeckt. Die ganzen Gurten oder Streifen samt Bauteilen und Deckband werden anschließend zu Rollen gewickelt und so den Verbraucher-Firmen geliefert. Im Handel sind Rollen mit drei verschiedenen Breiten üblich (8, 12 und 16 mm). Diese können zur Montage auf Abroll-Räder, sogenannte Abrolldispenser, gesteckt werden, mit denen durch einfaches Weiterdrehen des Transportrades die Bauteile zugeführt und gleichzeitig das Deckband abgezogen und aufgewickelt wird. Durch eine Federmechanik werden auch unterschiedlich dicke Streifen, wie Papp-, Alu- und Blistergurte spielfrei geführt. Ein Heraus­ springen der kleinen SMD-Teile aus den Gurttaschen wird dadurch verhindert. Das vorderste abgedeckte Bauteil kann dann jeweils von Hand (am besten mit einem Vakuumgreifer) entnommen und auf der Printplatte plaziert werden.

Im zweiten Fall, bei den sogenannten IC-Stangen, werden die Streifen nicht gerollt, sondern vom Hersteller in Stangenform geliefert. Für diesen Fall werden auf dem Markt Stickdispenser angeboten, aus denen jeweils das vorderste freigelegte IC entnommen werden kann. Beim manuellen Dispenser werden die IC′s durch Drehen des Schaumstofftransportrades zur Entnahmestelle gefördert. Beim Automatikdispenser wird die Entnahme eines Bauteiles durch eine Fotozelle registriert und automatisch das nächste IC nachgeschoben.

Im dritten Fall gibt es Drehteller oder Schüttgutteller. Ein solcher Drehteller für Schüttgut verfügt über ca. 30 verschiedene Einzelschalen, so daß eine gleiche Anzahl verschiedener SMD-Bauteil-Typen darin getrennt aufbewahrt werden können. Die Abdeckplatte über dem Teller verschließt die Schalen und gibt jeweils nur eine Schale zur Entnahme frei.

Durch Tauschen des kompletten Drehtellers kann der Bestückungsplatz in Sekundenschnelle umgerüstet werden. Der Drehteller kann auch mit einem Antriebsmotor ausgerüstet werden. Einzelschritte können z. B. über einen Fußschalter ausgelöst oder mit einem Programmiergerät vorprogrammiert werden. Es ist somit die automatische Wahl einer beliebigen Schalenreihenfolge möglich.

Wie erwähnt gibt es also für den Fall 1 und 2 Bauteilzuführungen, welche auch Feeder oder Zuführungselemente genannt werden. Im Falle der Gurtware sind dies Abrolldispenser und im Falle der Stangenware sind dies Stickdispenser. Für diese Bauteilzuführungen werden auf dem Markt Halterungsgestelle oder sogenannte Aufsatzbrücken angeboten, so daß die einzelnen Bauteilzuführungen schön nebeneinander zu liegen kommen und bei der Bestückung immer am richtigen Ort genau das Bauteil entnommen werden kann, welches gerade benötigt wird. Dadurch ist eine relativ griffgünstige Bereitstellung der Bauteile gewährleistet.

Zusätzlich können mit LED-Leisten die jeweiligen Bauteilentnahmestellen markiert werden, indem sich an jedem Entnahmeort ein LED-Lämpchen befindet, das im richtigen Augenblick aufleuchtet. Die Reihenfolge der Entnahme kann mit einem Steuergerät programmiert werden. Mit solchen Steuergeräten lassen sich auch die Schrittfolgen der Drehteller vorprogrammieren.

Dieser hier beschriebene und bis jetzt übliche Bestückungsarbeitsplatz konnte durch die vorliegende Erfindung entscheidend verbessert werden, indem das Halterungsgestell oder die Aufsatzbrücke, bei welcher die Bauteilzuführungs­ elemente (Abroll- und Stick-Dispenser) in gerader Linie nebeneinander zu liegen kamen, durch ein Aufsatz-Karussell ersetzt wurde. Da dieses drehbar ist und sich das Karussell gemäß Vorprogrammierung immer so dreht, daß das richtige Bauteil vorne ist, erreicht man, daß die Entnahmestelle immer am gleichen Ort bleibt.

Dadurch können Bauteilverwechslungen bei der Bestückung praktisch ausgeschlossen werden und damit auch die enormen Folgekosten, welche durch eine solche Verwechslung entstehen würden. Aber auch die Gefahr, daß ein Bauteil auf dem Weg zur Plazierungsstelle in ein anderes Fach fällt, wird dadurch reduziert. Zusätzlich erreicht man damit gleichzeitig auch eine rationellere Zuführung, indem der Weg zwischen Entnahme- und Plazierungsort des Bauteiles minimalisiert, also ein kurzer optimaler Bestückungsweg realisiert werden kann. Mit anderen Worten, es ist damit gelungen, einen rationellen, halbautomatischen Arbeitsplatz zu gestalten, der dem Anwender enorme wirtschaftliche Vorteile bringt.

Auf dieses neugeschaffene Aufsatz-Karussell können nun die Zuführungselemente wie Abroll- und Stick-Dispenser in beliebiger Reihenfolge gesteckt werden. Aber auch für das Schüttgut wurde eine Möglichkeit geschaffen, indem der Drehteller nun nicht mehr horizontal liegt, sondern senkrecht steht und entsprechend umgeformt wurde, so daß er die Funktion eines Pater-Noster ausübt. Dieses Karussell kann somit allen bisherigen Lieferformen der Bauteile gerecht werden, indem darauf sowohl 8, 12 und 16 mm Gurtenrollen, IC-Stangen und Schüttgut-Bauteile verarbeitet werden können. Die Verwendung des Dispenser-Modules ( Zuführungselement) als Einzelteil mit den montierten Bauteil- Spulen ist jedoch nicht an das Karussell gebunden. Dieses Element kann wie in der jetzt handelsüblichen Lösung nach wie vor in Reihe auf einen Grundträger aufgebaut werden, was vor allem für Einsteiger und Kleinanwender wichtig ist.

Fig. 1 zeigt ein solches Aufsatz-Karussell von der Seite gesehen. In der Mitte wird die Mittelsäule 1 gezeigt, an welche die einzelnen Zuführungselemente eingehängt werden können. Auf der rechten Seite ist als Zuführungselement ein Abroll- Dispenser 2 montiert, mit je zwei Bauteil-Spulen 3 (Durchmesser: 178 mm) links und rechts des Rollenträger-Bleches.

Zwischen den beiden Spulen ist eine Montagebohrung 4 für größere Spulen sichtbar ( Durchmesser: 320 mm). Dieses ganze Karussell steht auf einem fixen Fuß 5, der sich im Gegensatz zum oberen Teil nicht dreht, sondern unbeweglich auf der Tischfläche steht. Besonders hervorgehoben werden muß, daß die einzelnen Zuführungselemente oder Feeder wie erwähnt lediglich eingehängt werden können und nicht angeschraubt werden müssen. Dies garantiert im Bedarfsfall ein sehr rationelles Auswechseln dieser Zuführungselemente.

Ein weiterer entscheidender Vorteil dieser Konstruktion ist die eingebaute Abschneidevorrichtung. Bis jetzt ließ man nämlich bei den Gurtrollen den nach der Einnahme der Bauteile übrig bleibenden Plastik- oder Kartonstreifen einfach hinunter hängen oder man führte ihn nach hinten weg und schnitt ihn jeweils von Zeit zu Zeit mit der Schere ab. Dieses Problem wird nun mit der erwähnten Abschneidevorrichtung, welche im unteren feststehenden Fußteil des Karussells fest integriert ist, sauberer gelöst. Mit dieser Abschneidevorrichtung wird nämlich das überschüssige Band nach jeder Entnahme abgetrennt. Die einzelnen abgeschnittenen Teile fallen anschließend in einen darunter stehenden Abfalleimer oder -Schale, bzw. auf den Tisch. Von diesem Abschneidevorgang wird allerdings die Deckbandfolie nicht betroffen, sie wird weiterhin wie bei bestehenden Dispensern auf einer darüber liegenden Rolle 12 (Fig. 1) von Hand oder automatisch angetrieben aufgewickelt.

Die Abschneidevorrichtung selber ist aus Fig. 2 ersichtlich. In dieser Figur sieht man unten die sich drehende Grundplatte mit den einzelnen Zuführelementen und der LED-Entnahmeanzeige 7.

Auf der oberen Seite ist diese Grundplatte durchbrochen, so daß man die darunter liegende Bandschneide-Vorrichtung erkennt. Dort ist ersichtlich, wie mit einem Motor 8, ein Exzenterzahnrad 9 angetrieben wird, welches eine bewegliche Klinge 11 schiebt, wodurch das überschüssige Bandteil abgeschnitten werden kann. Der Bandabschnitt kann jedoch auch pneumatisch oder elektromagnetisch erfolgen.

Die Drehvorgänge des Karussells selber, welches durch einen Gleichstrom-Motor angetrieben wird, sind programmiert. Die einzelnen festgelegten Positionsstellungen werden jeweils durch eine von außen nicht sichtbare Leuchtdiode markiert, welche sich auf einer Leiterplatte im Karussell befindet. Wenn sich nun das Karussell im Uhrzeigersinn dreht, erkennt ein auf der feststehenden Grundplatte liegender Optotransistor, welche Leuchtdiode im Augenblick gerade brennt und läßt das Karussell in dieser Position anhalten. Soll das Karussell schnellstmöglich und wahlfrei zum nächstprogrammierten Entnahmeort gedreht werden, so wird der einfache, optokontrollierte Antrieb durch einen encoderkontrollierten Antrieb ersetzt. Auf beide Arten kann die vorher gespeicherte Bestückungsreihenfolge während dem Bestückungsablauf genau in dieser Reihenfolge, wie bestückt werden muß, abgefahren werden. In einer Billigversion des Karussells ist der Gleichstrommotor für den Drehvorgang durch Handantrieb ersetzt.

Weiter zur Erfindung gehören die neu konstruierten Dispenser, welche auf dem Karussell eingehängt werden und wo beim Dispenser-Modul für Gurtrollen bis zu 4 Gurtrollen (je nach Durchmesser der Rolle) aufnehmen können. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß jeweils 2 Gurtrollen vom kleineren Durchmesser (178 mm) übereinander angebracht werden können. Zwei weitere Gurtrollen vom gleichen Durchmesser können dann noch dahinter positioniert werden, so daß wir pro Dispenser-Modul, das eingehängt werden kann, 4 verschiedene Gurtrollen plazieren können. Im Falle der Gurtrollen mit größerem Durchmesser (320 mm) können zwei verschiedene Rollen aufgenommen werden, welche dann einfach hintereinander montiert werden. Das Dispenser-Modul für Schüttgut kann bis 30 Schalen im Pater- Noster-System aufnehmen. Wenn auf diesem Karussell wie im vorliegenden Beispiel 15 Dispenser-Module eingehängt werden können und jedes davon bis zu 4 Gurtrollen aufnehmen kann, ist es somit möglich, gleichzeitig 60 verschiedene Bauteile mitzuführen. Durch größere oder kleinere Karussell-Grundteller ist die Anzahl Dispenser-Module und damit die Anzahl verschiedener Bauteile pro Karussell variabel. Verglichen mit der handelsüblichen Lösung kann man sagen, daß auf diese Weise 2- bis 4mal mehr verschiedene Bauteiltypen pro Arbeitsplatz verarbeitet werden können, da im Griffbereich eines Arbeitsplatzes sehr wenig Platz benötigt wird. Zudem haben wir hier noch den gewaltigen Vorteil, daß die einzelnen Bauteile nicht von überall her zusammengesucht werden müssen, sondern alle an der gleichen Stelle entnommen werden können.

Da wir somit pro Modul 4 verschiedene Gurtrollen haben können, wurde die Grundplatte unten mit 4 verschiedenen LED- Entnahmeanzeigen 7 (Fig. 2) pro Segment versehen. Auf diese Art ist jeweils ersichtlich, welches der vier Bauteile zu entnehmen ist, indem das LED-Lämpchen 7 immer nur bei jenem Bauteil aufleuchtet, welches entnommen werden muß. Die zentrale Steuerung von einem Arbeitsplatz mit Bestückungsort- Anzeige oder Programmierung ist möglich über die im Karussell im Fuß 5 eingebaute Schnittstelle.

Abschließend kann noch einmal gesagt werden, daß mit diesem erfundenen SMD-Dispenser-Karussell die Bestückung von Printplatten viel rationeller durchgeführt werden kann und daß man hier ein Modell geschaffen hat, das vor allem für halbautomatische und Hand-Bestückungsplätze große Vorteile bringen wird.

Claims (15)

1. Ausgeber für Bauteile für die Bestückung von Leiterplatten, gekennzeichnet durch eine drehbare Halterung (1) und eine Mehrzahl von je wenigstens einen Bauteilvorrat (3) aufnehmenden Zuführungselementen (2), die an der Halterung (1) anbringbar sind, so daß jedes Zuführungselement (2) durch Drehen der Halterung (1) zu einer Entnahmestelle bewegbar ist.

2. Ausgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungselemente (2) auf an der Halterung (1) angeordnete Tragelemente auswechselbar aufsteckbar und/oder einhängbar sind.

3. Ausgeber nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Antriebsmotor zum Drehen der Halterung (1).

4. Ausgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor mittels eines Hand- oder Fußschalters ein- und ausschaltbar ist.

5. Ausgeber nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor von einer vorprogrammierten Steuereinrichtung automatisch ein- und ausschaltbar ist.

6. Ausgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für jedes an der Halterung (1) anbringbare Zuführungselement (2) je einen Signalgeber, z. B. Lichtquelle, oder einen Signalempfänger enthält, welche Signalgeber bzw. Signalempfänger mit der Halterung drehbar sind und selektiv aktivierbar sind und mit einem stationären Signalempfänger bzw. -geber zusammenwirken, wobei der Signalempfänger bzw. ein aktivierter Signalempfänger, wenn er ein Signal empfängt, die Ausschaltung des Antriebsmotor bewirkt.

7. Ausgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Zuführungselemente (2) zur Aufnahme wenigstens eines Bauteilvorrates in Form einer Gurtrolle (3) eingerichtet ist und ein Transportrad zum schrittweisen Vorschieben des Gurtes von der Rolle (3) aufweist.

8. Ausgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Zuführungselemente (2) zur Aufnahme einer Mehrzahl von Bauteilvorräten in Form von Gurtrollen (3) eingerichtet ist und für jede Gurtrolle je ein Transportrad aufweist.

9. Ausgeber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte wenigstens eine Zuführungselement (2) einen plattenförmigen Träger aufweist, an welchem auf beiden Seiten wahlweise je eine größere Gurtrolle oder zwei kleinere Gurtrollen (3) montierbar sind.

10. Ausgeber nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem genannten wenigstens einen Zuführungselement (2) für jede Gurtrolle je ein Anzeigemittel, z. B. Leuchtdiode (7), zugeordnet ist, von welchen Anzeigemitteln jeweils eines von der Steuereinrichtung aktiviert wird, wenn diese das genannte eine Zuführungselement (2) zur Entnahmestelle bewegt.

11. Ausgeber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel in einem an der Halterung (1) angeordneten Tragelement angeordnet sind.

12. Ausgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Zuführungselemente zur Aufnahme wenigstens eines Bauteilvorrates in Form eines stangenförmigen Magazins eingerichtet ist und ein Transportrad zum Vorschieben des jeweils ersten der im Magazin gestapelten Bauteile aufweist.

13. Ausgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Zuführungselemente paternosterartig bewegbare Schalen zur Aufnahme je eines schüttgutförmigen Bauteilvorrates aufweist.

14. Ausgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine bei der Entnahmestelle stationär angeordnete Abschneidevorrichtung (11), welche nach Entnahme eines Bauteiles aus einer Gurttasche im vorderen Endabschnitt eines in Gurtform vorliegenden Bauteilvorrates betätigbar ist, um den vorderen Endabschnitt mit der entleerten Gurttasche abzuschneiden.

15. Ausgeber nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Detektormittel, welche die Entnahme des Bauteils aus der Gurttasche im vorderen Endabschnitt des gurtförmigen Bauteilvorrates feststellen und dann eine Antriebseinrichtung für ein Transportrad zum Vorschieben des gurtförmigen Bauteilvorrates um einen Schritt und anschließen die Abschneidevorrichtung (11) betätigen.