DE4320291C1 - Verfahren und Anordnung zum Bestücken von hochpoligen filmmontierten Feinstpitchbauelementen auf Leiterplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Ver­ fahren zum Bestücken von hochpoligen filmmontierten Feinst­ pitchbauelementen auf Leiterplatten.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 43 02 203 A1 wurde bereits ein Verfahren und eine Einrichtung zum Konfektionie­ ren filmmontierter, für die Bearbeitung in einem Rähmchen ge­ haltener integrierter Bausteine (Mikropacks) vorgeschlagen, die im Trägermaterial an den vorgesehenen Lötstellen und den Trennstellen für die Außenanschlüsse (Outerleads) Durchbrüche aufweisen, wobei für die Leadtrennung die Haltestegtrennung und die Spiderausformung jeweils eigene Bearbeitungsstationen vorgesehen sind. Die Leadtrennung wird bei diesem Verfahren von von unten nach oben beweglichen Schneidelementen, die Haltestegtrennung von von oben nach unten wirkenden und in einem Niederhalter integrierten Schneidstempeln und die Biegung der Spider im Zusammenwirken mit von oben nach unten drückenden Biegestempeln und von unten nach oben bewegbaren Biegesegmenten bewirkt. Dabei sind die Oberteile der einzelnen Stationen verschieden ausgebildet, während für alle Stationen nur ein Unterteil vorhanden ist, das das zu­ bearbeitende Bauteil trägt, und das unter den einzelnen Sta­ tionen hindurchgeführt wird, so daß im Zusammenwirken mit den jeweiligen Oberteilen der Stationen die beabsichtigten Bear­ beitungsschritte ausgeführt werden.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 41 21 107 A1 ist außer­ dem ein Verfahren und eine Anordnung zum Auflöten von ober­ flächenbefestigbaren Bausteinen mittels Thermoden und einer Saugpipette, durch die der Baustein unmittelbar aus dem Bie­ gegesenke für die Außenanschlußkontakte entnommen und unter optischer Überwachung lagegerecht auf die zugehörigen Löt­ flecken einer Leiterplatte aufgesetzt und festgelötet wird, bekannt.

Diese beiden Verfahren sind vor allem für die Bearbeitung von oberflächenbefestigbaren Bausteinen auf Leiterplatten mit ei­ nem Leadabstand (Pitch) < 150 µm vorgesehen und dort auch vor­ teilhaft anwendbar.

Wenn allerdings der Leadabstand (Pitch) wesentlich unter 150 µm liegt, wie dies z. B. bei vielpoligen Mikropackbausteinen mit z. B. 620 Leads und einem Leadabstand von 75 µm der Fall ist, zeigt sich, daß diese Verfahren trotz ihres hohen tech­ nischen Standes nicht mehr in der Lage sind, derartige Feinst­ pitchbausteine mit ausreichender Präszision zu konfektio­ nieren und auf die zugehörige Leiterplatte aufzulöten.

Aus der US-Patentschrift 5 133 390 ist ein Verfahren zum Be­ stücken von hochpoligen filmmontierten Feinstpitchbauelemen­ ten bekannt. Der in einem Rähmchen befindliche filmmontierte Baustein wird aus einem Magazin entnommen und über ein Schneid-Biegemodul transportiert. In der Schneidstation wer­ den sowohl die Beinchen der Bausteine auf allen vier Seiten durchgetrennt, als auch mit separaten Schneidwerkzeugen der Bausteinchip an den vier Ecken vom Träger getrennt. Der Bau­ steinchip wird dann anschließend zur Bestückungsstation wei­ tertransportiert und der Träger in einen Sammelbehälter abge­ worfen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zum Bestücken von hochpoligen filmmontierten Feinstpitchbauelementen auf Leiterplatten anzugeben, durch das in fortlaufender Linie Feinstpitchbauelemente mit einer Teilung von ca. 75 µm noch weitgehend fehlerfrei konfektio­ niert und am jeweiligen Einbauplatz der zugehörigen Leiter­ platte aufgelötet werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht eine Vorrichtung zum Bestüc­ ken von hochpoligen, filmmontierten Feinstpitchbauelementen auf Leiterplatten vor, daß bei der auf einem Hartgesteinbase­ ment ein in zwei Achsen xy verfahrbarer und um einen Winkel ϕ verstellbarer Positioniertisch mit einer Baugruppenaufnahme montiert ist, bei der über dem Arbeitsbereich eine Hartge­ steinbrücke zur Befestigung verschiedener Aggregate und der Lötköpfe vorgesehen ist, bei der die Aggregate Schneid-Biege­ stationen zum Konfektionieren der Bausteine und Bildverar­ beitungssysteme zur Justierung und Überprüfung der Bauteile in den Bearbeitungsstationen sind, bei der auf der Baugrup­ penaufnahme sowohl ein Leiterplattenträger, als auch Schneid- Biegemodulen zur Aufnahme der zu konfektionierenden Bausteine vorgesehen ist, bei der das Aufsetzen der Bausteine auf die Schneid-Biegemodule über Greifereinheiten und das Festhalten auf den Schneid-Biegemodulen durch getrennt steuerbare Ansaugvorrichtungen für Bausteinchip und Bausteinträger er­ folgt, und bei der für die Lötung jeweils ein Lötkopf mit ei­ nem Thermodensystem vorgesehen ist.

Außerdem wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren angege­ ben, bei dem der in einem Rähmchen befindliche filmmontierte Baustein aus einem Magazin entnommen und einem Barcode-Leser (BC-Leser) zugeführt wird, wo seine Identität festgestellt und gespeichert wird, wobei das Schneid-Biegemodul zur Auf­ nahme des Bausteins unter eine Absaugestation gefahren und abgesaugt und anschließend unter einem ersten optischen Sy­ stem plaziert wird, daß dadurch der Baustein gegriffen und über das Schneid-Biegemodul transportiert wird, daß durch das erste optische System der Baustein zum Schneid-Biegemodul lagerichtig einjustiert und anschließend auf das Schneid- Biegemodul abgesetzt wird, daß anschließend der Baustein mit dem Träger von getrennt steuerbaren Vakuumsystemen angesaugt wird, und die Greifereinheit sich in ihre Ausgangslage zu­ rückbewegt, daß die Information aus dem BC-Leser abgefragt und dadurch der Einbauplatz auf der Leiterplatte festgelegt wird, daß das Schneid-Biegemodul unter eine erste Schnei­ destation transportiert und die Beinchen (Leads) der Bau­ steine auf allen vier Seiten im Bereich von auf den Baustei­ nen vorhandenen Entlastungsschlitzen durchtrennt wird, daß das Schneid-Biegemodul zur zweiten Schneidestation weiter­ transportiert wird und dort der Bausteinchip an den vier Ecken, an denen er noch mit dem Träger (carrier) verbunden ist, abgetrennt wird, daß die Trägeransaugung abgeschaltet und der Träger mittels einer von einem Pneumatikzylinder an­ getriebenen Greifzange angehoben wird, daß das Schneid-Biege­ modul zur Biegestation weitertransportiert, danach der Träger in einen Sammelbehälter abgeworfen und das Biegen der Bauteilebeinchen vorgenommen wird, daß das Schneid-Biegemodul mittig unter die Thermoden der Lötstationen gefahren wird, daß die Saugpipette auf den Baustein abgesenkt, in der Saugpipette ein Vakuum aufgebaut und die Abschaltung der An­ saugung in dem Schneid-Biegemodul und die Belüftung desselben erfolgt, daß die Saugpipette den Bausteinchip auf eine definierte Höhe anhebt, daß anschließend ein zweites opti­ sches System unter den Baustein gefahren und die Lage der Bausteinleads überprüft wird, daß schadhafte Bausteinchips in Ablagestationen abgelegt werden, daß die Leiterplatte, auf die die Bausteine montiert werden sollen, zu einer Dickenmeßeinrichtung und anschließend zu einem Flußmittel­ dispenser gefahren und das Flußmittel aufgebracht wird, daß die Leiterplatte mit ihrem Einbauplatz unter den an der Saug­ pipette angesaugten Bausteinchip gefahren und mittels eines dritten optischen Systems lagerichtig zum Einbauplatz justiert wird, und daß anschließend der Bausteinchip auf die Leiterplatte aufgelötet und die Thermoden zu einer Reini­ gungsstation gefahren werden.

Durch diese Maßnahmen ist es möglich, vielpolige Mikrobau­ steine mit einem Leadabstand von etwa 75 µm weitgehend feh­ lerfrei zu konfektionieren und auf den entsprechenden Ein­ bauplatz der Leiterplatte zu positionieren und zu verlöten.

Anhand der Fig. 1 bis 4 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Anordnung zum Bestücken von hochpoligen, filmmontierten Feinstpitschbauele­ menten auf Leiterplatten,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen ASIC-Baustein und

Fig. 4 einen RAM-Baustein.

In Fig. 1 ist eine Fertigungsanordnung dargestellt, bei der von links nach rechts ASIC-Bausteine und von rechts nach links, RAM-Bausteine bearbeitet werden können. Die gesamte Fertigungseinrichtung ist auf einem Granitbasement 1 mit NC- Positioniertisch 2 angeordnet. Hinter diesem Positioniertisch 2, jedoch noch auf dem Granitbasement, ist außerdem eine Hartgesteinbrücke 40 angeordnet, die zur Aufnahme der einzel­ nen Biege- und Schneidaggregate der Lötköpfe und der übrigen, zum Verfahren erforderlichen Einrichtungen dient. Der Einsatz von Hartgestein ist erforderlich wegen den Anforderungen an einen stabilen Aufbau an Erschütterungsfreiheit und Tempera­ turunabhängigkeit. Der Positioniertisch 2 besitzt drei Ebenen X, Y, ϕ und ist auf bzw. die untere Ebene X in die Hartge­ steinplatte des Granitbasements 1 montiert. Zunächst wird nun die Bearbeitung der ASIC-Bausteine beschrieben. Ein solcher Baustein ist in Draufsicht in Fig. 3 dargestellt. Der Bau­ stein ist ein Mikropackchip (TAB-Device) mit 4×155, also insgesamt 620 Anschlüssen und einer Outerleadteilung von 0,075 mm. Durch zwei Versteifungsstege werden die Anschlüsse stabilisiert. Im Anlieferzustand befindet sich der Bausteinchip 47 mit dem Film 45 in einem Träger (carrier) 46, der als Rähmchen 46, ähnlich einem Diarähmchen, ausgebildet ist. Mehrere solcher Carrier 46 befinden sich in dem Magazin 13. Jeder carrier 46 trägt zur Kennung einen Barcodestreifen. Eine Sequenz ASIC-Bausteine wird in beliebiger Reihenfolge im Magazin 13 angeliefert, wie in Fig. 1 gezeigt. Das Magazin in der Halterung ermöglicht den Transport (Y-Achse), der Bausteine 43 im Träger 46, über den BC-Leser 44 zum Schneid- Biegemodul 16, das mit dem Positioniertisch 2, auf dem der Leiterplattenträger 41 mit der zu bestückenden Leiterplatte 42 liegt, unter dem ersten optischen System (Bildverarbeitungssystem 14) positioniert ist. Bevor das Schneid-Biegemodul 16 diese Position erreicht, muß es unter der Schneid-Biegemodulabsaugung 35 in der Nähe des BC-Lesers 44 gereinigt werden. Der Transport des Bausteins 43 geschieht mit einer nicht dargestellten Greifereinheit, welche den Be­ reich der Barcodestreifen nicht abdeckt und Platz für die op­ tischen Systeme läßt, und den Baustein nach dem Ausrichten des Schneid-Biegemoduls 16 mittels des ersten optischen Sy­ stems 14 sanft und ohne Relativbewegung ruckfrei auf das Schneid-Biegemodul 16 absetzt (Bewegung in Z-Achse). Der Bau­ steinchip 47 und der Träger 46 werden nach dem Absetzen bzw. der Freigabe durch das erste optische System 14 vom Schneid- Biegemodul 16 mittels getrennten Vakuumsystemen (2 Ventilen) angesaugt. Die Greifereinheit bewegt sich in ihre Ausgangs­ lage zurück, ohne den Baustein 43 auf dem Schneid-Biegemodul 16 zu deplazieren und wartet danach auf den nächsten Bau­ steintransport.

Die Informationen aus dem Barcode (BC-Streifen) werden von der Software überprüft und bewirken die Festlegung des Ein­ bauplatzes und eine Zwischenspeicherung der Bausteindaten zur späteren Ablage nach der Lötung im Produktpaß - in der Figur nicht dargestellt.

Das erste optische System 14 ermöglicht ein optimales Aus­ richten des Bausteins 43 auf dem Schneid-Biegemodul 16. Die Justiergenauigkeit liegt bei ± 5 µm vom Versteifungssteg des Bausteins zum Biegewerkzeug. Optimiert werden die Lage der Versteifungen und der Leads zu den aktiven Schneide- und Bie­ gekanten im Schneid-Biegemodul 16 durch den Positionierti­ sch 2.

Durch Freiflächen im Film an den Chipecken, können auf dem Schneid-Biegemodul aufgebrachte Paßmarken zu den im Blickfeld der Optiken befindlichen Tape- und Spiderkanten ausgerichtet werden. Manuelles Ausrichten mittels Joy Stick 55 und Bildschirmen 52, 53 ist ebenfalls möglich. Der Objektivab­ stand ist einstellbar, die Ausleuchtung kann mittels Kalt­ lichtquelle und Lichtleitern erfolgen. Das Bildverarbeitungs­ system des ersten optischen Systems 14 kontrolliert die Bau­ steinlage nach dem Ansaugen auf dem Schneid-Biegemodul 16 und dem bereits erwähnten Zurückfahren der Greifereinheit noch­ mals. Bei Bedarf wird der Ausrichtvorgang wiederholt. Die optischen Einrichtungen sind für unterschiedliche Tapeabmes­ sungen verstellbar.

Nach dem exakten Ausrichten des Bausteins 43 auf dem Schneid- Biegemodul 16 wird das Schneid-Biegemodul unter das erste Schneidaggregat 18 gefahren.

Beim ersten Schneidvorgang werden die Leads an allen vier Seiten im Bereich des Entlastungsschlitzes auf dem Baustein 43 abfallos getrennt. Dabei bewirkt der Schneidvorgang eine Verformung, an den im Tape verbleibenden Leadresten, die ein späteres Entfernen des Carriers mit dem Taperest ohne Berüh­ rung des Anschlußspiders am permanent angesaugten Baustein­ chip ermöglicht. Nach diesem ersten Schneidvorgang wird das Schneid-Biegemodul 16 unter das zweite Schneidaggregat 19 bewegt, wo der Bausteinchip 43 an den vier Ecken aus dem Tape getrennt wird, so daß zwischen Bausteinchip und Taperest mit Carrier keine Verbindung mehr vorhanden ist. Auch dieser Vorgang geschieht abfallos. Bei der Schneidegeometrie ist bereits darauf geachtet, daß beim späteren Biegen die Ver­ steifungsstege in die Gesenke des Schneid-Biegemoduls 16 eintauchen und ein Entformen ohne Klemmen ermöglichen.

Im nächsten Arbeitsgang wird die Carrieransaugung im Schneid- Biegemodul 16 abgeschaltet. Der lose liegende Carrier mit dem Taperest wird mit einer durch pneumatische Zylinder 60 angetriebenen Greifzange, die in der neben der zweiten Schneidestation 19 angeordneten Entsorgungsstation sich be­ findet, angehoben, so daß sich das Schneid-Biegemodul 16 mit dem Bausteinchip 47 zur Biegestation 21 entfernen kann. Der Carrier 46 wird nun durch eine Öffnung in der Hartgesteinti­ schplatte in einen Sammelbehälter abgeworfen.

Das Biegen aller vier Anschlußseiten geschieht in der Biege­ station 21 in einem Arbeitsgang in zwei Schritten von unten bzw. von oben.

Nach dem Konfektionieren der ASIC-Bausteinspider und vor dem Plazieren auf dem Einbauplatz der Leiterplatte, erfolgt eine Kontrolle auf hundertprozentige Lage und Anzahl der Leads. Das geschieht durch einen Soll-Istvergleich über ein Videosystem eines zweiten optischen Systems 33, das auf dem Positioniertisch 41 für die Leiterplatte 42 montiert ist. Das Schneid-Biegemodul 16, mit dem noch angesaugten Bausteinchip fährt exakt mittig (± 1 µm) unter die Thermode 7 bzw. die Saugpipette 8 des ersten Lötkopfes 4. Die gefederte Saug­ pipette senkt sich auf dem Baustein ab, was nahezu kraftlos erfolgt, um den Bausteinchip nicht zu beschädigen. In der Saugpipette 8 wird nun ein Vakuum aufgebaut, um den Bau­ steinchip 47 zu fixieren. Anschließend wird die Ansaugung im Schneid-Biegemodul 16 abgeschaltet und belüftet.

Die Saugpipette 8 hebt den Bausteinchip 47 auf eine definierte Höhe, abhängig von der Objektbrennweite des Visionssystems. Der Positioniertisch 2 transportiert die Kamera des dritten optischen Systems 12 unter den Bausteinchip 47, um eine Vergleichsaufnahme zu machen. Abhängig von den optischen Komponenten kann ein Abfahren der Leadkonturen notwendig sein. Als Beleuchtung dient die im Lötkopf 4 integrierte Ringlichtquelle. Das dritte optische System 12 vergleicht die Anzahl und Lage der Leads mit den abgespeicherten Sollwerten. Ist der Bausteinchip 47 fehlerhaft, werden die Abweichungen qualitativ und quantitativ auf dem Bildschirm beschrieben. Der Bediener entscheidet auf Freigabe oder Ablehnung. Bei Ablehnung wird der Bausteinchip auf der ASIC-Ablagestation 36 abgelegt. Der fehlerfreie bzw. freigegebene Baustein bleibt in seiner Position an der Saugpipette 8, und der Aufnahmetisch 2 mit der Leiterplatte 42 fährt zur Dickenmeßeinrichtung 27 und anschließend zum Flußmitteldispenser 28. Die Dickenmessung der Leiterplatte geschieht mit einem Maßstab, der von oben in Z-Richtung auf genau definierte Punkte der Leiterplatte kraftlos zugeführt wird. Diese Einrichtung ist zwischen dem Lötkopf 4 und der Hartgesteinbrücke 40 angebracht. Es werden zwei Arten von Dickenmessungen durchgeführt: A: Die Leiter­ plattendickenmessung nach der Paßmarkenjustierung. Diese Messung dient zur softwaremäßigen Überprüfung der eingestellten Wegbereiche von Saugpipette 8 und Thermode 6. B: Die Einbauplatzdickenmessung vor dem Plazieren der Bausteine. Jeder zu bestückende Einbauplatz wird an einer vorgegebenen Stelle gemessen um für Saugpipette 8 und Thermode 6 die richtige Wegvorgabe zu errechnen.

Die Lötanschlüsse (Pads) eines Einbauplatzes auf der Leiterplatte 42 müssen nach der Dickenmessung und unmittelbar vor dem Plazieren der Bausteine mit Flußmitteln in defi­ nierter Dicke, d. h. exakter Dosierung versehen werden. Das geschieht zweckmäßig über ein in der Flußmittelstation 28 angeordnetes Dosiergerät, das eine Kartusche enthält, welche definiert über die Pads des Einbauplatzes abgesenkt wird. Das Abfahren des späteren Lötbe­ reichs geschieht mit dem Positioniertisch 2. Als Leiterplat­ ten werden zweckmäßigerweise in Mikroverdrahtung aufgebaute, viellagige, z. B. 44-lagige Leiterplatten in Mischtechnik ver­ wendet. Die Typenrichtigkeit der Leiterplatte wird vorher ma­ nuell mit Hilfe des BC-Lesers 56 festgestellt. Die Leiter­ platte 42 ist in dem Leiterplattenträger 41 montiert. Der Leiterplattenträger kompensiert die kugelige Durchwölbung in zwei Richtungen. Die verbleibende Durchwölbung wird mit dem Aufspanntisch des Outerleadbondes ausgeglichen. Zur Justage der NC-Achsen des Bestückkopfes befinden sich auf der Bau­ steinlage der Mikroverdrahtung Paßmarken. Die Paßmarken müssen individuell angefahren und justiert werden. Die Pads zur Kontaktierung der Bausteinanschlüsse und Drähte haben ei­ ne galvanisch abgeschiedene Zinn-Bleioberfläche. Baustein­ pads, auf die keine Leads montiert und gelötet werden, haben keine ersichtliche Umschmelzung. Die Baugruppenaufnahme 3 er­ möglicht zusammen mit dem Leiterplattenträger 41 und dem Po­ sitioniertisch 2, daß die Bausteinanschlußlage exakt eben liegt. Das Spannen der Leiterplatte 42 erfolgt mechanisch oder über Vakuum. Die Ankontaktierung der Leiterplatte, z. B. zur Kurzschlußmessung erfolgt beim Spannen des Leiterplat­ tenträgers 41 mittels Kontaktfedern. Die Baugruppenaufnahme 3 dient außerdem als Träger für die Schneid-Biegemodule 16, das zweite optische System 33 und die Bauelementeablagestationen 36 für defekte Bauteile.

Saugpipette 8 und Thermoden 6 sind Bestandteil des Lötkopfes 4. Er besteht neben den Befestigungselementen aus vier CCD- Kameras mit Tuben und pneumatisch betriebenen Schiebe-Umlen­ koptiken. Alle vier Systeme sind an unterschiedliche Bausteingeometrien anpaßbar, z. B. durch je ein Kooridnaten­ system XY. Die Schiebeoptik ist konstruktiv so gestaltet, daß möglichst wenig Licht der Lichtquelle abgeschattet wird. Der Hub ist einstellbar. Neben dem automatischen Pattern Reco­ gnition System ist dieses dritte optische System 12 für ma­ nuelle Justage und Plazierung der Bausteine ausgebildet. Die Abbildung der vier Ecken des Lötbereiches ist in Verbindung mit vier Bildschirmen 48 in 70- bis 80-facher Vergrößerung möglich.

Der nicht dargestellte Thermodenhalter ist für vier Thermo­ densysteme ausgelegt. Er hat die Aufgabe die Thermodensysteme aufzunehmen und die Thermoden 6 in ihren genau definierten Abständen zu fixieren. Der Thermodenhalter bewegt die Ther­ modensysteme über einen DC-Schrittmotor mit hochpräziser Li­ nearführung die errechneten Wege auf der Z-Achse. Der Schrittmotor kann im Bedarfs falle in seiner oberen und unte­ ren Position mittels Bremse bzw. einem Magneten fixiert wer­ den. Jedes Thermodensystem besteht aus einem Thermodenbügel 7, einem eigenen DC-Motorantrieb und einer Kraftwägezelle. Dieser Aufbau ermöglicht neben definierten Kräften während des Lötvorgangs eine Anpassung an geringfügige Unebenheiten der Einbauplätze. Analog dem Lötkurvenverlauf und dem Kraft­ aufbau wird der DC-Motor angesteuert. Hierzu ist ein eigenes Programm nötig, welches in die Maschinensoftware über eine Schnittstelle eingebunden ist. Die Thermodenbügel 7 be­ stehen aus Vollkeramik mit Dickschichtwiderständen. Sie sind temperaturgeregelt und über eine serielle Schnittstelle an die Maschinensoftware angebunden. Die Saugpipette 8 ist zentrisch im Mittelpunkt des Thermodenhalters mittels DC-Schrittmotor und praziser Li­ neareinheit in Z-Richtung beweglich und gefedert angebracht. Die Saugpipette wird wahl­ weise mit Vakuum bzw. mit Stickstoff beaufschlagt.

Der Positioniertisch 2 transportiert den von den Bestückdaten vorgegebenen unter den dem Bausteinchip 47 adäquaten Einbauplatz, der sich auf der Leiterplatte 42 befindet, bzw. die Saugpipette 8 und den Thermodenhalter. Anschließend erfolgt der automatische Justier­ vorgang mit dem dritten optischen System 12, dem sogenannten "Pattern Recognition Sy­ stem". Im Ausnahmefall ist auch eine manuelle Justage und Plazierung mittels Joy Stick möglich. Dieses dritte optische System erkennt schadhafte Strukturen und ermöglicht eine automatische Kontrolle des Plazierungsergebnisses.

Die Prozeßphasen der Bildverarbeitung dieses dritten optischen Systems 12 sind wie folgt. Zunächst werden die vier Umlenkoptiken dieses Systems zwischen Bausteinchip und Leiter­ platte eingefahren und eine erste Bildaufnahme gemacht. Anschließend werden die Optiken ausgefahren, der Bausteinchip auf Positionierhöhe abgesenkt, die Leads liegen dabei ca. um 50 µm über den Pads und die Optiken wieder eingefahren. Nun erfolgt eine zweite Vier­ fachbildaufnahme, die den Bausteinchip über der Mikroverdrahtung aufnimmt und die La­ geabweichung berechnet. Anschließend erfolgt eine automatische Lagekorrektur über X, Y- und ϕ-Antriebe, und der Bausteinchip wird abgesetzt. Eine dritte Vierfachbildaufnahme, diesmal mit Chipbaustein auf der Mikroverdrahtung, dient der Überprüfung der Leadposi­ tionen nach dem Absetzen auf die Anschlußpads. Diese Kontrolle kann zum Ergebnis ha­ ben, daß der gesamte Vorgang wiederholt werden muß.

Ist die Lage von Bausteinchip 47 und Einbauplatz auf der Leiterplatte genau einjustiert, senkt der Thermodenhalter die Thermodenbügel 7 definiert, errechnet aus der Leiterplat­ tendickenmessung auf ein bestimmtes Maß über die Leadoberkanten des durch die Saugpi­ pette 8 in seiner Stellung fixierten Bausteinchips 47. Ist diese Stellung erreicht, starten gleichzeitig die Programmabläufe der Kraftwägezellen der Thermogensysteme und die Temperatursteuerung der Vollkeramikthermodenbügel. Diese Abläufe steuern auch die Bewegungen und die Zustände der Saugpipette 8, welche nachdem die Fixierung des Bau­ steinchips 47 von den Thermodeosystemen übernommen wurde, nach dem Abschalten des Saugvakuums eventuell unterstützt durch Stickstoffimpulse nach oben führt und durch die Ansaugöffnungen einstellbare Stickstoffmengen auf die Löt­ stelle bläst. Diese Blasfunktion bezweckt eine Schutzgasfunk­ tion und beschleunigt das Abkühlen der Thermodenbügel nach dem Abheben, d. h. dem Ende des Lötprozesses.

Ein Bestückzyklus endet mit der Reinigung der Thermode. Der Positioniertisch 2 mit der teilbestückten Leiterplatte fährt zur Bausteinzuführung, um den nächsten Baustein zu überneh­ men. Parallel zur Übernahme und dem Ausrichten bzw. Konfek­ tionieren des nächsten Bausteins wird die Thermode mit Saug­ pipette gereinigt und getrocknet. Dies geschieht durch die Reinigungsstation 29, welche unter der Hartgesteinbrücke 40 befestigt ist und mittels Pneumatikzylinder nach vorne (Y) unter den Lötkopf 4 gefahren wird. Das Thermodensystem und die Saugpipette senken sich, bis die Bürsten der Reinigungs­ station ca. 1 mm in die Thermodenbügel eintauchen. Die Reini­ gungsstation 29 mit ihrer diagonal zueinander stehenden ro­ tierenden Bürsten bewegen sich unter den Thermoden in beide Y-Richtungen. Nach einer einstellbaren Anzahl von Bewegungen bleibt unter der Thermode ein Saugtopf stehen, in welchem die Thermoden und die Saugpipette 8 trockengesaugt werden. Ist der Reinigungsvorgang beendet, wird die Station unter die Hartgesteinbrücke 40 zurückgefahren. Während und nach der Reinigung sind weitere Z-Bewegungen der Thermode bzw. Saugpi­ pette 8 notwendig.

Sind alle ASIC-Bausteine auf der Leiterplatte aufgelötet, be­ ginnt die Bestückung mit RAM-Bausteinen. Der Ablauf und die Anordnung hierzu ist ähnlich der ASIC-Bearbeitung. Auch hier werden die Bausteine in Magazinen bereitgestellt. Das Magazin 15 in der Halterung ermöglicht den Transport der Chips im Carrier auf gleichbleibenden Ebenen mittels einem achsenge­ steuerten DC-Antrieb für die Magazine über den BC-Leser 49 und dann weiter zum zweiten Schneid-Biegemodul 17, das neben dem ersten Schneid-Biegemodul 16 liegt und in definierter Stellung wartet. Bevor das zweite Schneid-Biegemodul 17 diese Wartestellung erreicht, muß es unter der Schneid-Biegemodu­ labsaugung 50, die wieder in der Nähe des Barcodelesers 49 liegt, gereinigt werden. Der Transport des RAM-Bausteins ge­ schieht mit einer Greifereinheit analog dem Transport der ASIC-Bausteine, welche den Baustein, wenn er über dem exakt positionierten zweiten Schneid-Biegemodul 17 angelangt ist, mit den Aufnahmebohrungen auf die Paßstifte des Schneid-Bie­ gemoduls absenkt.

Der RAM-Baustein ist, wie in Fig. 4 dargestellt, ebenfalls ein Mikropackchip (TAB-Device) mit zweimal siebenundzwanzig Anschlüssen und einer Outerleadteilung von 0,375 mm mit einer Versteifung. Im Anlieferzustand ist der Chip mit Film in einem Carrier montiert, wobei sich mehrere solcher Carrier in einem Magazin befinden. Jeder Carrier trägt zur Kennung einen Barcodestreifen.

Der Baustein 43 und der Carrier 46 werden nach dem Absetzen auf das zweite Schneid-Biegemodul 17 mittels getrennt steu­ erbaren Vakuumsystemen angesaugt. Die Greifereinheit bewegt sich in ihre Ausgangslage zurück, ohne den Baustein zu depla­ zieren. Die Informationen aus dem Barcodestreifen werden überprüft und verarbeitet, wie bei der ASIC-Bestückung.

Anschließend wird der Baustein 43 wieder einer ersten Schneidstation 22 zugeführt. Beim Schneiden werden die Leads an beiden Seiten im Bereich des im RAM-Baustein ebenfalls vorgesehenen Entlastungsschlitzes abfallos getrennt. Auch dieser Schneidvorgang bewirkt eine Verformung an den im Tape verbleibenden Leadresten. Anschließend erfolgt die Zuführung an die zweite Schneidstation 25, in der der RAM-Baustein, wie bei der Bearbeitung des ASIC-Bausteins in seiner zweiten Schneidstation 19 aus dem Carrier vollständig herausgetrennt wird.

Nach dem Schneiden wird der Baustein 43 über die Carrier-Ent­ sorgungsstation 23 der Biegestation 24 für RAM-Bausteine zu­ geleitet. Das Biegen der zwei Anschlußseiten geschieht in ei­ nem Arbeitsgang in zwei Schritten von unten bzw. von oben.

Danach fährt das zweite Schneid-Biegemodul 17 mit dem ange­ saugten konfektionierten Chip exakt mittig unter die Thermode 9 bzw. Saugpipette 11 des Lötkopfes 5 des RAM-Systems. Die Saugpipette 11 senkt sich auf dem Baustein ab. In der Saugpi­ pette wird nun Vakuum aufgebaut um den Baustein zu fixieren. Die Ansaugung im zweiten Schneid-Biegemodul 17 wird abge­ schaltet und belüftet. Die Saugpipette 11 hebt nun den Bau­ steinchip vom zweiten Schneid-Biegemodul 17 ab auf eine ein­ stellbar Höhe. Der Bausteinchip bleibt in seiner Position und der Positioniertisch 2 mit der Leiterplatte 42 fährt zur Dickenmeßeinrichtung 27 und anschließend zum Flußmitteldis­ penser 28. Die Justierung und Plazierung des RAM-Bausteins erfolgt wieder analog zur Justierung und Plazierung des ASIC- Bausteins, ebenso das Löten der RAM-Bausteine und das nach­ folgende Reinigen. Sind alle RAM-Bausteine bestückt, fährt der Positioniertisch 2 zu der Be- Entladestation 51 und die Baugruppe kann entnommen und gereinigt werden.

Die für den Ablauf erforderlichen pneumatischen Steuerungen 30 sind im Granitbasement 1 untergebracht. Die elektrische Steuerung befindet sich in den Steuerschränken 31. Für die Eingabe und Maschinenbedienung sind zwei Bildschirmarbeits­ plätze 52, 53 vorgesehen.

Im Blockschaltbild nach Fig. 2 sind die einzelnen Stationen nocheinmal übersichtlich dargestellt. Es zeigt den Positio­ niertisch 2, auf dem die Leiterplatte über einen BC-Leser 56 identifiziert wird, auf der linken Seite die ASIC-Verarbei­ tung mit dem ASIC-Magazin 13, den BC-Leser 44 der ersten ASIC-Schneidstation 18, der zweiten ASIC-Schneidstation 19, der Carrierentsorgungsstation 20 und der Biegestation 21. Nach dem Biegen erfolgt die optische Kontrolle mit dem zwei­ ten optischen System 33 und die Lötung in der Lötstation mit dem Lötkopf 4 der Saugpipette 8 und der Thermode 6. Auf der rechten Seite erkennt man die RAM-Bearbeitung, beginnend mit dem RAM-Magazin 15, dem BC-Leser 49, den beiden Schneidesta­ tionen 22, 25, der Carrierentsorgungsstation 23 und der Bie­ gestation 24. Die RAM-Lötstation enthält, wie die ASIC-Löt­ station, den Lötkopf 5, die Saugpipette 11 und die Thermode 9. Das Reinigen der Thermoden ist bei beiden Verfahren das gleiche. Die Reinigungsstationen 29, sind ebenfalls links und rechts dargestellt, ebenso die Lötstationen 51, die Chipju­ stierung mit den dritten optischen Systemen 12, die gemein­ same Dickenmeßstation 27 und die Flußmittelstation 14.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Bestücken von hochpoligen filmmontierten Feinstpitchbauelementen auf Leiterplatten, bei der auf einem Hartgesteinbasement (1) ein in zwei Achsen xy verfahrbarer und um einen Winkel ϕ verstellbarer Positioniertisch (2) mit einer Baugruppenaufnahme (3) montiert ist, bei der über dem Arbeitsbereich eine Hartgesteinbrücke (40) zur Befestigung verschiedener Aggregate (18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25) und der Lötköpfe (4, 5) vorgesehen ist, bei der die Aggregate Schneid- Biegestationen zum Konfektionieren der Bausteine (43) und Bildverarbeitungssysteme (14, 33, 12) zur Justierung und Über­ prüfung der Bauteile in den Bearbeitungsstationen sind, bei der auf der Baugruppenaufnahme (3) sowohl ein Leiterplatten­ träger (41), als auch Schneid-Biegemodule (16, 17) zur Auf­ nahme der zu konfektionierenden Bausteine (43) vorgesehen sind, bei der das Aufsetzen der Bausteine (43) auf die Schneid-Biegemodule (16, 17) über Greifereinheiten und das Festhalten auf den Schneid-Biegemodulen durch getrennt steu­ erbare Ansaugvorrichtungen für Bausteinchip (47) und Bau­ steinträger (46) erfolgt, und bei der für die Lötung jeweils ein Lötkopf mit einem Thermodensystem (6, 9) vorgesehen ist.

2. Verfahren zum Bestücken von hochpoligen filmmontierten Feinstpitchbauelementen auf Leiterplatten, bei dem der in ei­ nem Rähmchen befindliche filmmontierte Baustein (43) aus ei­ nem Magazin (13) entnommen und einem Barcode-Leser (BC-Leser) (44) zugeführt wird, wo seine Identität festgestellt und ge­ speichert wird, wobei das Schneid-Biegemodul (16, 17) zur Auf­ nahme des Bausteins (43) unter eine Absaugestation (35) ge­ fahren und abgesaugt und anschließend unter einem ersten op­ tischen System (14) plaziert wird, daß dadurch der Baustein (43) gegriffen und über das Schneid-Biegemodul (16, 17) trans­ portiert wird, daß durch das erste optische System (14) der Baustein (44) zum Schneid-Biegemodul (16, 17) lagerichtig einjustiert und anschließend auf das Schneid-Biegemodul abge­ setzt wird, daß anschließend der Baustein (43) mit dem Trä­ ger (46) von getrennt steuerbaren Vakuumsystemen angesaugt wird, und die Greifereinheit sich in ihre Ausgangslage zu­ rückbewegt, daß die Information aus dem BC-Leser (44) abge­ fragt und dadurch der Einbauplatz auf der Leiterplatte (42) festgelegt wird, daß das Schneid-Biegemodul (16, 17) unter eine erste Schneidestation (18, 22) transportiert und die Beinchen (Leads) der Bausteine (43) auf allen vier Seiten im Bereich von auf den Bausteinen vorhandenen Entlastungs­ schlitzen durchtrennt wird, daß das Schneid-Biegemodul (16, 17) zur zweiten Schneidestation (19, 25) weitertranspor­ tiert wird und dort der Bausteinchip (47) an den vier Ecken, an denen er noch mit dem Träger (carrier) (46) verbunden ist, abgetrennt wird, daß die Trägeransaugung abgeschaltet und der Träger (46) mittels einer von einem Pneumatikzylinder ange­ triebenen Greifzange angehoben wird, daß das Schneid-Biegemo­ dul zur Biegestation (21, 24) weitertransportiert, danach der Träger in einen Sammelbehälter abgeworfen und das Biegen der Bauteilebeinchen vorgenommen wird, daß das Schneid-Biegemodul mittig unter die Thermoden (6, 9) der Lötstationen gefahren wird, daß die Saugpipette (8, 11) auf den Baustein abgesenkt, in der Saugpipette ein Vakuum aufgebaut und die Abschaltung der Ansaugung in dem Schneid-Biegemodul und die Belüftung desselben erfolgt, daß die Saugpipette (8, 11) den Bausteinchip auf eine definierte Höhe anhebt, daß anschlie­ ßend ein zweites optisches System (33) unter den Baustein (47) gefahren und die Lage der Bausteinleads überprüft wird, daß schadhafte Bausteinchips (47) in Ablagestationen (36) abgelegt werden, daß die Leiterplatte (42), auf die die Bau­ steine (43) montiert werden sollen, zu einer Dickenmeßein­ richtung (27) und anschließend zu einem Flußmitteldispenser (14) gefahren und das Flußmittel aufgebracht wird, daß die Leiterplatte mit ihrem Einbauplatz unter den an der Saug­ pipette (8, 11) angesaugten Bausteinchip gefahren und mittels eines dritten optischen Systems (12) lagerichtig zum Einbauplatz justiert wird, und daß anschließend der Baustein­ chip (47) auf die Leiterplatte (42) aufgelötet und die Thermoden (6, 9) zu einer Reinigungsstation gefahren werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedlich ausgebildete Bausteine, wie z. B. ASIC′s und RAM′s durch Beschicken der Vorrichtung nach Anspruch 1 von zwei Seiten in entgegengesetzter Transportrichtung konfektioniert und gelötet werden.