EP0890298A1 - Bestückeinrichtung zum aufsetzen eines elektrischen bauelements auf einen bauelementeträger - Google Patents

Bestückeinrichtung zum aufsetzen eines elektrischen bauelements auf einen bauelementeträger

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EP0890298A1
EP0890298A1 EP97920552A EP97920552A EP0890298A1 EP 0890298 A1 EP0890298 A1 EP 0890298A1 EP 97920552 A EP97920552 A EP 97920552A EP 97920552 A EP97920552 A EP 97920552A EP 0890298 A1 EP0890298 A1 EP 0890298A1
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EP
European Patent Office
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suction pipette
placement device
component
placement
suction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97920552A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer DÜBEL
Ernst Karpfinger
Gerhard Jonke
Johann Melf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/04—Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/0404—Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws
    • H05K13/0408—Incorporating a pick-up tool
    • H05K13/0409—Sucking devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K13/04—Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/0404—Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws
    • H05K13/0413—Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws with orientation of the component while holding it; Drive mechanisms for gripping tools, e.g. lifting, lowering or turning of gripping tools
    • H—ELECTRICITY
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/08—Monitoring manufacture of assemblages
    • H05K13/082—Integration of non-optical monitoring devices, i.e. using non-optical inspection means, e.g. electrical means, mechanical means or X-rays

Definitions

  • Fitting device for placing an electrical component on a component carrier
  • the invention relates to placement devices for placing an electrical component on a carrier for the components with at least one suction pipette that can be lowered toward the carrier.
  • the object of the invention is to accelerate the placement process and to reduce the mechanical load on the device and the components.
  • the tactile sensor makes it possible to directly monitor the placement process with short transmission paths. Reaching the circuit board is signaled without any significant delay and the drive device is stopped. However, this requires a small overtravel, which is compensated for by the interposed telescopic suspension. This can work with a spring tension that limits the placement force to a harmless value. With such a placement device, the component can be placed on the printed circuit board at a constant high speed without it becoming too tight high mechanical stress. This makes it possible to shorten the placement time considerably and to increase the placement performance of the device accordingly.
  • the unsprung masses are reduced to a minimum, whereby the lowering speed can be increased even more.
  • the suspension is integrated in the pipette so that it itself serves as a sensor. This has the advantage that no additional disruptive parts can act on the differently designed components.
  • optical scanning according to claims 3 and 4 can be made very sensitive, so that the brake signals can be triggered after a very short spring travel.
  • the switching travel of the signal ring is 0.1 mm.
  • the drive device After sending the brake signal, the drive device runs on e.g. 0.2 to 0.3 mm, so that the movement of the unsprung part of the pipette can be completed after a distance of 0.3 to 0.4 mm. With such short spring travel, the mechanical load on the telescopic guide is reduced, so that the guide can be made very compact. This results in low unsprung masses and correspondingly low mass forces when the component is placed on the carrier.
  • the development according to claim 5 ensures that the part of the light beam which is aimed next to the signal ring is not thrown back to the reflection light barrier, so that when the signal ring is deflected into the area of the sensor, correspondingly marked differences in intensity at the receiving diode result.
  • the light barrier is mechanically separated from the suction pipette. It is assigned to the drive device and follows its feed movement. When the pipette tip is deflected into the suction pipette, there is a relative movement between the signal ring and the sensor, the input signal of which is modulated accordingly.
  • a particular advantage is that only one sensor is required for 12 suction pipettes of a turret, for example.
  • FIG. 1 shows a section through a turret head 1 of an assembly device (not shown) with an electrical component before it is placed on a printed circuit board
  • FIG. 2 shows part of the turret head according to FIG. 1 when the component is placed on it
  • Figure 3 shows the parts of Figure 2 in an enlarged view shortly after placing the component.
  • a turret 1 can be rotated step by step around a central axis according to the circular arrow shown. It is provided with star-shaped, radially displaceable suction pipettes 2, at the tip 3 of which an electrical component 4 can be held temporarily by means of a vacuum from a suction hose 10. In each case one of the suction pipettes 2 is in a loading position above a carrier 5 for the components 4, for example a printed circuit board.
  • the suction pipette 2 is gripped by a driver 6 of a drive tappet 7 of a drive device (not shown in more detail).
  • the drive plunger 7 can be displaced in the direction of the carrier 5 in accordance with the arrow direction indicated, this movement being transmitted to the suction pipette 2 and the component 4 being placed on the carrier 5.
  • the tip 3 of the suction pipette 2 is spring-mounted in the mounting direction and connected to a signal ring 8 which follows the relative movement between the tip 3 and the suction pipette 2.
  • an optical sensor 9 is attached to the driver 6, which is designed as an RP reflection light barrier. This emits a light beam in the direction of the signal ring 8, which is only partially reflected by the signal ring 8.
  • the other part of the light beam strikes an inclined conical surface 12 of the suction pipette 2 and is deflected by it so strongly that it is not reflected back to the receiving diode of the sensor 9.
  • FIG. 2 shows part of the turret 1 when the component 4 is placed on the carrier 5, the tip 3 not yet being compressed into the rest of the suction pipette 2.
  • the light beam of the sensor 9 indicated by the arrow is still directed unchanged at the upper edge of the signal ring 8.
  • FIG. 3 shows the end position of the suction pipette 2 with the component 4 above the carrier 5.
  • the drive plunger 7 is lowered slightly further toward the carrier 5 with the suction pipette 2 compared to the position according to FIG. 2, the tip 3 having been pressed accordingly into the remaining part of the suction pipette 2.
  • the force acting on the component 4 is limited by a compression spring, not shown, which presses the tip 3 in the direction of the carrier 5.
  • the signal ring 8 is connected to the tip 3 such that it follows the spring movement. It is accordingly raised here in relation to the remaining suction pipette 2 and the sensor 9.
  • the light beam now strikes the white, well reflecting surface of the signal ring 8, for example, and is largely reflected in a receiving diode of the sensor 9.
  • the intensity of the reflected radiation is increased so much that a signal for braking the drive device can be emitted by the sensor 9.
  • the lowering movement has come to a standstill.
  • the vacuum of the suction pipette can now be switched off, for example by means of a valve II (FIG. 1), as a result of which the component 4 detaches from the tip 3.
  • the drive device with the drive plunger 7 can then lift the suction pipette 2 again and pull it back into its starting position for receiving a new component.

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Abstract

Eine Saugpipette (2) der Bestückeinrichtung ist mit einem angesaugten Bauelement (4) auf eine Leiterplatte (z.B. 5) mittels einer Antriebseinrichtung absenkbar. Die Saugpipette (2) weist eine federnd gelagerte Spitze (3) auf, deren Auslenkung beim Aufsetzen auf die Leiterplatte ein Abschaltsignal für die Antriebseinrichtung auslöst und die die Nachlaufbewegung der Antriebseinrichtung ausgleicht. Dadurch können die Bauelemente (4) schnell und sicher auf die Leiterplatte (z.B. 5) aufgeset zt werden.

Description

Beschreibung
Bestückeinrichtung zum Aufsetzen eines elektrischen Bauele¬ ments auf einen Bauelementeträger
Die Erfindung bezieht sich auf Bestückeinrichtung zum Aufset¬ zen eines elektrischen Bauelements auf einen Träger für die Bauelemente mit zumindest einer zum Träger hin absenkbaren Saugpipette.
Derartige universelle Bestückeinrichtungen müssen in der Lage sein, unterschiedliche Leiterplattendicken, Abweichungen in der Leiterplattengeometrie sowie unterschiedliche Dicken der Bauelemente auszugleichen. Durch die DE 31 53 389 C2 ist es bekannt, die Stromaufnahme der Antriebseinrichtung zu überwa¬ chen und nach Erreichen eines Schwellwertes die Absenkbewe¬ gung abzubrechen. Dabei sind die abzubremsenden Massen so hoch, daß starke Schläge nur durch eine verringerte Aufsetz- geschwindigkeit vermindert werden können, wodurch allerdings die Stückleistung der Bestückeinrichtung begrenzt bleibt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufsetzvorgang zu beschleunigen und die mechanische Belastung der Einrich¬ tung sowie der Bauelemente zu verringern.
Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß Anspruch 1 ge¬ löst. Durch den taktilen Sensor ist es möglich, den Aufsetz¬ vorgang bei kurzen Übertragungswegen unmittelbar zu überwa¬ chen. Das Erreichen der Leiterplatte wird ohne nennenswerte Verzögerung signalisiert und die Antriebseinrichtung ge¬ stoppt. Allerdings benötigt diese eine geringe Nachlauf¬ strecke, die durch die zwischengeschaltete Teleskopfederung ausgeglichen wird. Diese kann mit einer Federspannung arbei¬ ten, die die Aufsetzkraft auf einen unschädlichen Wert be- grenzt. Bei einer derartigen Bestückeinrichtung kann das Bau¬ element mit einer gleichbleibend hohen Geschwindigkeit auf die Leiterplatte aufgesetzt werden, ohne daß es zu einer zu hohen mechanischen Belastung kommt. Dadurch ist es möglich, die Bestückzeit erheblich zu verkürzen und die Bestücklei- stung der Einrichtung entsprechend zu erhöhen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den An¬ sprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet:
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 2 werden die ungefeder¬ ten Massen auf ein Minimum reduziert, wodurch die Absenkge- schwindigkeit noch mehr gesteigert werden kann. Durch die Verknüpfung der Federung mit dem Sensor ist dieser in die Saugpipette integriert, so daß diese selbst als Sensor dient. Dies hat den Vorteil, daß keine zusätzlichen störenden Teile auf die unterschiedlich ausgebildeten Bauelemente einwirken können.
Die optische Abtastung nach den Ansprüchen 3 und 4 kann sehr feinfühlig ausgebildet werden, so daß bereits nach einem sehr kurzen Federweg das Bremssignale ausgelöst werden kann. Bei- spielsweise beträgt der Schaltweg des Signalrings 0,1 mm.
Nach dem Absenden des Bremssignals kommt es zu einem Nachlauf der Antriebseinrichtung von z.B. 0,2 bis 0,3 mm, so daß die Bewegung des ungefederten Teils der Saugpipette bereits nach einer Strecke von 0,3 bis 0,4 mm beendet sein kann. Durch derartig kurze Federwege wird die mechanische Belastung der Teleskopführung verringert, so daß die Führung sehr kompakt ausgeführt werden kann. Dies ergibt geringe ungefederte Mas¬ sen und entsprechend geringe Massenkräfte beim Aufsetzen des Bauelements auf den Träger.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 5 wird erreicht, daß der neben den Signalring zielende Teil des Lichtstrahls nicht zur Reflexionslichtschranke zurückgeworfen wird, so daß sich beim Einfedern des Signalrings in den Bereich des Sensors entsprechend deutliche Intensitätsunterschiede an der Emp¬ fangsdiode ergeben. Durch die Weiterbildung nach Anspruch 6 ist die Lichtschranke mechanisch von der Saugpipette getrennt. Sie ist der An- triebsemrichtung zugeordnet und folgt deren Vorschubbewe¬ gung Beim Einfedern der Pipettenspitze in die Saugpipette kommt es zu einer Relativbewegung zwischen dem Signalring und dem Sensor, dessen Eingangssignal dementsprechend moduliert wird. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß hier für z.B. 12 Saugpipetten eines Revolverkopfes nur ein einziger Sensor benötigt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zei¬ gen:
Figur 1 einen Schnitt durch einen Revolverkopf 1 einer nicht näher dargestellten Bestückeinrichtung mit einem elektrischen Bauelement vor dem Aufsetzen auf eine Leiterplatte, Figur 2 einen Teil des Revolverkopfes nach Figur 1 beim Auf- setzen des Bauelementes,
Figur 3 die Teile nach Figur 2 in vergrößerter Darstellung kurz nach dem Aufsetzen des Bauelementes .
Nach Figur 1 ist ein Revolverkopf 1 schrittweise um eine Mit- telachse gemäß dem dargestellten Rundpfeil drehbar. Er ist mit sternförmig verteilten, radial verschiebbaren Saugpipet¬ ten 2 versehen, an deren Spitze 3 jeweils ein elektrisches Bauelement 4 mittels Vakuum aus einem Saugschlauch 10 tempo¬ rär gehalten werden kann. Jeweils eine der Saugpipetten 2 be- findet sich in einer Bestückstellung über einem z.B. als Lei¬ terplatte ausgebildeten Träger 5 für die Bauelemente 4. Die Saugpipette 2 wird von einem Mitnehmer 6 eines Antriebsstö¬ ßels 7 einer nicht näher dargestellten Antriebseinrichtung erfaßt. Der Antriebstößel 7 ist gemäß der angegebenen Pfeil- richtung in die Richtung des Tragers 5 verschiebbar, wobei diese Bewegung auf die Saugpipette 2 übertragen wird und das Bauelement 4 auf den Träger 5 abgesetzt wird. Die Spitze 3 der Saugpipette 2 ist in der Aufsetzrichtung fe¬ dernd gelagert und mit einem Signalring 8 verbunden, der der relativen Bewegung zwischen der Spitze 3 und der Saugpipette 2 folgt. In der Höhe des oberen Randes des Signalringes 8 ist am Mitnehmer 6 ein optischer Sensor 9 befestigt, der als RP- flexionslichtschranke ausgebildet ist. Diese sendet einen Lichtstrahl in die Richtung deε Signalrings 8 aus, der vom Signalring 8 nur partiell reflektiert wird. Der andere Teil des Lichtstrahls trifft auf eine schräge Kegelfläche 12 der Saugpipette 2 und wird von dieser so stark abgelenkt, daß er nicht zur Empfangsdiode des Sensors 9 zurückgeworfen wird.
In Figur 2 ist ein Teil des Revolverkopfes 1 im Moment des Aufsetzens des Bauelementes 4 auf den Träger 5 dargestellt, wobei die Spitze 3 noch nicht in die restliche Saugpipette 2 eingefedert ist. Der durch den Pfeil angedeutete Lichtstrahl des Sensors 9 ist hier noch unverändert auf den oberen Rand des Signalrings 8 gerichtet.
In Figur 3 ist die Endstellung der Saugpipette 2 mit dem Bau¬ element 4 über dem Träger 5 dargestellt. Der Antriebstößel 7 ist mit der Saugpipette 2 im Vergleich zur Stellung nach Fi¬ gur 2 geringfügig weiter zum Träger 5 hin abgesenkt, wobei die Spitze 3 entsprechend in den restlichen Teil der Saug¬ pipette 2 hineingedrückt worden ist . Dabei ist die auf das Bauelement 4 einwirkende Kraft durch eine nicht dargestellte Druckfeder begrenzt, die die Spitze 3 in die Richtung des Trägers 5 drückt.
Der Signalring 8 ist mit der Spitze 3 derart verbunden, daß er deren Federbewegung folgt. Er ist hier also entsprechend gegenüber der restlichen Saugpipette 2 und dem Sensor 9 ange¬ hoben. Der Lichtstrahl trifft nun voll auf die z.B. weiße, gut reflektierende Oberfläche des Signalrings 8 und wird zu einem hohen Anteil in eine Empfangsdiode des Sensors 9 re¬ flektiert. Bereits nach einem Federweg von z.B. 0, 1 mm wird die Intensität der reflektierten Strahlung so stark erhöht, daß vom Sensor 9 ein Signal zum Abbremsen der Antriebsein¬ richtung abgegeben werden kann. Nach weiteren 0,2 bis 0,3 mm ist dann die Absenkbewegung zum Stillstand gekommen. Das Va- kuum der Saugpipette kann nun z.B. mittels eines Ventils ll (Figur 1) abgeschaltet werden, wodurch sich das Bauelement 4 von der Spitze 3 löst. Danach kann die Antriebsvorrichtung mit dem Antriebsstößel 7 die Saugpipette 2 wieder anheben und in ihre Ausgangsstellung zur Aufnahme eines neuen Bauelements zurückziehen.

Claims

Patentansprüche
1. Bestückeinrichtung zum Aufsetzen eines elektrischen Bau¬ elements (4) auf einen Träger (5) für die Bauelemente (4) mit zumindest einer zum Träger (5) hin absenkbaren Saugpipette (2), wobei die Bestückeinrichtung eine Antriebseinrichtung (z.B. 7) zum Absenken der Saugpipette (2) aufweist, wobei die Bestückeinrichtung eine Sensoreinrichtung (z.B. 9) aufweist, die das Aufsetzen des Bauelements (4) auf den Träger (5) de- tektiert und ein Abbremsen der Antriebseinrichtung (z.B.) auslöst, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Saugpipette (2) einen taktilen Sensor aufweist, der ein Steuersignal zum Beenden der Absenkbewegung erzeugt, daß zwischen der Antriebseinrichtung (z.B. 7) und der das
Bauelement (9) haltenden Spitze (3) der Saugpipette (2) eine teleskopartige Federung vorgesehen ist.
2. Bestückeinrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spitze (3) der Saugpipette (3) in der Absenkrichtung federnd auslenkbar gelagert ist und daß das Einfedern der Spitze (3) in die Saugpipette (2) das Steuersignal auslöst.
3. Bestückeinrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spitze (3) mit einem Signalstück, insbesondere einem Signalring (8) kinematisch gekoppelt ist, dessen Stellung von einem optischen Sensor (9) abgetastet wird.
4. Bestückeinrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der optische Sensor (9) als Reflexionslichtschranke aus¬ gebildet ist, die auf einen Rand des Signalrings (8) gerich- tet ist.
5. Bestückeinrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Saugpipette (2) im Anschluß an den Rand des Signal- rings (8) einen schräg verlaufenden Abschnitt, insbesondere eine Kegelfläche 12 aufweist.
6. Bestückeinrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Vielzahl der Saugpipetten (2) an einem schrittweise drehbaren Revolverkopf (l) der Bestückeinrichtung geführt ist, daß die Antriebseinrichtung einen Antriebsstößel (7) aufweist, der jeweils die in der Aufsetzstellung befindliche Saugpipette (2) erfaßt und zum Träger (5) für die Bauelemente (4) hin absenkt und nach dem Aufsetzen wieder zurückzieht und daß der optische Sensor (9) an dem Antriebsstößel (7) befe¬ stigt ist.
EP97920552A 1996-03-28 1997-03-27 Bestückeinrichtung zum aufsetzen eines elektrischen bauelements auf einen bauelementeträger Withdrawn EP0890298A1 (de)

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