NL1031471C2 - Componentplaatsingseenheid alsmede componentplaatsingsinrichting die is voorzien van een dergelijke componentplaatsingseenheid. - Google Patents

Description

Componentplaatsingseenheid alsmede componentplaatsingsinrichting die is voorzien van een dergelijke componentplaatsingseenheid

BESCHRIJVING

5 De uitvinding heeft betrekking op een componentplaatsingseenheid voor het plaatsen van een component op een substraat, welke component-plaatsingseenheid is voorzien van ten minste een om een hartlijn roteerbaar mondstuk waarmee een component opneembaar is en plaatsbaar is op het substraat, welke componentplaatsingseenheid verder is voorzien van ten minste een sensor voor het bepalen 10 van de oriëntatie van de component ten opzichte van het mondstuk, waarbij tussen de sensor en het mondstuk ten minste een optisch element is voorzien.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een componentplaatsingsinrichting die is voorzien van ten minste een substraat toevoer- en afvoerinrichting, ten minste een componenttoevoerinrichting en ten minste een component-15 plaatsingseenheid.

Bij een dergelijke uit de Britse octrooiaanvrage GB-2.183.820 bekende componentplaatsingseenheid wordt een door een mondstuk opgenomen component om de hartlijn geroteerd, terwijl via een aantal lichtbronnen lichtbundels naar de component toe worden gezonden. De lichtbronnen uitgezonden lichtbundels 20 worden opgevangen door een detector. Hierbij worden door de component de lichtbundels onderbroken, waardoor door de component een schaduw op de detector wordt geworpen. Uit deze schaduwbeelden en de daarbij behorend in een computer opgeslagen rotatiepositie van het mondstuk, is bij een op zich bekende wijze de oriëntatie van de component ten opzichte van het mondstuk te bepalen.

25 Een dergelijke componentplaatsingseenheid wordt toegepast in een componentplaatsingsinrichting waarbij met behulp van het mondstuk een component wordt opgenomen en vervolgens naar een gewenste positie boven een substraat verplaatst. Tijdens het verplaatsen van de component wordt met behulp van de sensor de oriëntatie van de component ten opzichte van 30 het mondstuk bepaald. Vervolgens wordt de component op de gewenste positie op het substraat gepositioneerd. Doordat het vaststellen van de oriëntatie van de component ten opzichte van het mondstuk plaatsvindt tijdens het verplaatsen van de componentplaatsingseenheid van de componenttoevoerinrichting naar het substraat, is de voor het opnemen en plaatsen van de component benodigde tijd 1031471 2 minimaal.

Een nadeel van de bekende componentplaatsingseenheid is dat aan de lichtbronnen relatief hoge eisen worden gesteld om een zo duidelijk mogelijke schaduw van de component op de detector te veroorzaken. De 5 componentplaatsingseenheid is relatief gevoelig voor omgevingslicht omdat ook dit licht een schaduwwerking kan veroorzaken. Bovendien is de sensor gevoelig voor stofdeeltjes op onder meer de component. Met behulp van de sensor kan verder slechts op een enkele doorsnede van de component de buitenafmeting worden vastgesteld.

10 De uitvinding beoogt een componentplaatsingseenheid te verschaffen waarmee nauwkeuriger, sneller en betrouwbaarder de oriëntatie van de component ten opzichte van het mondstuk kan worden vastgesteld.

Dit doel wordt bij het componentplaatsingseenheid volgens de uitvinding bereikt doordat een eerste focusvlak van het optisch element ten minste 15 nagenoeg samenvalt met de hartlijn van het mondstuk terwijl een tweede focusvlak nagenoeg samenvalt met de sensor, waarbij een met behulp van de sensor vervaardigde afbeelding een contourafbeelding van de component is.

Doordat op de sensor direct een contour van de component wordt afgebeeld, is uit de vervaardigde afbeelding direct de positie van de component ten 20 opzichte van het mondstuk af te leiden. Doordat geen gebruik wordt gemaakt van de schaduw, is de componentplaatsingseenheid volgens de uitvinding minder gevoelig voor omgevingslicht. Verder is de sensor minder gevoelig voor stof op de component en/of het optische element.

Een uitvoeringsvorm van de componentplaatsingseenheid volgens 25 de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de optische as van het optisch element zich evenwijdig uitstrekt aan de hartlijn van het mondstuk, waarbij tussen het optisch element en de hartlijn een afbuigelement is opgesteld, met behulp waarvan ten minste een contour van de door het mondstuk opgenomen component afbeeldbaar is op de sensor.

30 Aangezien de afstand tussen de twee focusvlakken relatief groot is ten opzichte van de afmeting van het optische element en de sensor in een zich dwars op de optische as uitstrekkende richting, wordt het door het zich evenwijdig laten uitstrekken van de hartlijn en de optische as een relatief compacte componentplaatsingseenheid verkregen.

3

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de componentplaatsings-eenheid volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat met behulp van de sensor tevens een afbeelding van ten minste een deel van het substraat vervaardigbaar is, waarbij het substraat ten minste nagenoeg in het eerste focusvlak is gelegen.

5 Op deze wijze kunnen met behulp van de sensor zowel afbeeldingen van de component worden vervaardigd voor het bepalen van de oriëntatie van de component ten opzichte van het mondstuk alsmede een afbeelding worden vervaardigd van ten minste een deel van de substraat. Dit deel is bij voorkeur het deel van het substraat waarop de component dient te worden 10 geplaatst. Door het vervaardigen van een afbeelding van het substraat kan eenvoudig de oriëntatie van het mondstuk ten opzichte van het substraat worden bepaald. Het bepalen van de positie van de component ten opzichte van het mondstuk wordt vaak component alignment (CA) genoemd terwijl het bepalen van de positie van het mondstuk ten opzichte van het substraat ook wel board 15 alignment (BA) wordt genoemd.

Doordat met behulp van de sensor zowel component alignment als board alignment kan worden uitgevoerd is het niet noodzakelijk om voor de board alignment een afzonderlijke sensor te gebruiken. Niet alleen worden hierdoor de kosten van een extra sensor bespaard maar bovendien is het gebruik van een 20 enkele sensor voor zowel component alignment als board alignment aanzienlijk nauwkeuriger, onder meer omdat er geen kalibratie van twee sensoren ten opzichte van elkaar behoeft te worden verricht.

Een weer andere uitvoeringsvorm van de componentplaatsings-eenheid volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat het eerste focusvlak 25 gedeeltelijk ten minste nagenoeg samenvalt met de hartlijn van het mondstuk en gedeeltelijk ten minste nagenoeg samenvalt met het substraat.

Doordat zowel de hartlijn van het mondstuk als het substraat in het eerste focusvlak zijn gelegen, wordt zowel van de component als van het substraat een scherpere afbeelding op de sensor verkregen. Hierbij is bijvoorbeeld tussen het 30 optische element en de hartlijn het afbuigelement opgesteld en strekt de optische as zich dwars op het substraat uit. Hierdoor is het mogelijk om zonder verplaatsende delen zowel een afbeelding te vervaardigen van de component als van het substraat.

Een weer andere uitvoeringsvorm van de componentplaatsings- 4 eenheid volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat het optische element telecentrisch is. Doordat het optische element telecentrisch is, worden alleen de stralen evenwijdig aan de optische as gebruikt voor het maken van een afbeelding waardoor perspectivische effecten worden geminimaliseerd. Hierdoor wordt onder 5 meer de contourpositie op de sensor niet beïnvloed als de component niet in het focusvlak van het optische element ligt.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de componentplaatsings-eenheid volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat met behulp van de sensor een tweedimensionele afbeelding van de component vervaardigbaar is.

10 Met behulp van een dergelijke sensor kan een afbeelding worden verkregen van de gehele contour van de component, waardoor nog nauwkeuriger de positie van de component ten opzichte van het mondstuk kan worden vastgesteld. Indien bovendien tegelijkertijd een afbeelding van het substraat wordt vervaardigd, wordt de voor het maken van de afbeeldingen benodigde tijd verkort en derhalve de 15 meetsnelheid verhoogd. Verder is het mogelijk om op verschillende doorsnede-hoogtes te meten. Bij het gebruik van een enkele sensor verhoogt dit de robuustheid.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de componentplaatsings-eenheid volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de componentplaatsings-20 eenheid is voorzien van een lichtbron die is gelegen aan een van de sensor afgekeerde zijde van het focusvlak.

De lichtbron kan een nagenoeg willekeurige lichtbron zijn die de component voldoende en op iedere zichtbare positie nagenoeg uniform belicht om een heldere afbeelding van de contouren van de component op de sensor te 25 verkrijgen. Om de component regelmatig te belichten, kan de lichtbron zijn voorzien van een diffuser die in transmissie of reflectie het licht van de lichtbron in de richting van de sensor verstrooid.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de componentplaatsings-eenheid volgens de uitvinding wordt gekenmerkt doordat de optische as en de 30 hartlijn elkaar snijden.

Een door uit het mondstuk opgenomen component zal hierbij zich nagenoeg aan weerszijden van de optische as over een nagenoeg zelfde afstand uitstrekken. De verschillen aan weerszijden van de optische as bepalen de afbuigingen van het centrum van de component ten opzichte van de hartlijn van het 5 mondstuk. Een dergelijke ligging van de optische as ten opzichte van de hartlijn is vooral geschikt bij de relatief kleine componenten waarbij de gehele contour van de component met behulp van het optische element op de sensor is af te beelden.

Indien van relatief grote componenten de contouren moeten worden 5 vastgesteld is het wenselijk dat de optische as in de hartlijn elkaar kruisen. Hierbij worden met behulp van de sensor enkel afbeeldingen van die contouren van de component vervaardigd die aan een zijde van de hartlijn zijn gelegen. Door het roteren van de component om hartlijn en het vervaardigen van een aantal afbeeldingen worden toch afbeeldingen verkregen van de gehele contour van de 10 component.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen waarin fig. 1 het perspectivisch aanzicht toont van een deel van een componentplaatsingsinrichting volgens de uitvinding, 15 fig. 2 een zijaanzicht toont van een componentplaatsingseenheid volgens de uitvinding zoals toegepast in de in fig. 1 weergegeven componentplaatsingsinrichting, fig. 3 een uitgeslagen bovenaanzicht toont van de optische lichtweg van de in fig. 2 weergegeven componentplaatsingseenheid toont, 20 fig. 4 een uitgeslagen bovenaanzicht toont van de optische lichtweg van een alternatieve uitvoeringsvorm van de componentplaatsingseenheid volgens de uitvinding, fig. 5 een uitgeslagen bovenaanzicht toont van de optische lichtweg van een verdere alternatieve uitvoeringsvorm van de componentplaatsingseenheid 25 volgens de uitvinding, fig. 6 een uitgeslagen bovenaanzicht toont van de optische lichtweg van nog een verdere alternatieve uitvoeringsvorm van de componentplaatsingseenheid volgens de uitvinding, fig. 7 een zijaanzicht toont van nog een andere alternatieve 30 componentplaatsingseenheid volgens de uitvinding, fig. 8 een zijaanzicht toont van nog een andere uitvoeringsvorm van de componentplaatsingseenheid volgens de uitvinding.

In de figuren zijn overeenkomende onderdelen voorzien van dezelfde verwijzingscijfers.

6

Fig. 1 toont een perspectivisch aanzicht van een deel van een componentplaatsingsinrichting 1 volgens de uitvinding die is voorzien van een substraat toevoer- en afvoerinrichting 2 en drie componentplaatsingseenheden 3. Elke componentplaatsingseenheid 3 is voorzien van een langgestrekt U-vormig 5 frame 4, een in de door dubbele pijl V aangegeven richting ten opzichte van het frame 4 verplaatsbare eerste slede 5 en een ten opzichte van de eerste slede 5 in de door de dubbele pijl X aangegeven richting verplaatsbare tweede slede 6. De tweede slede 6 is voorzien van een ten opzichte van de tweede slede 6, in de door de dubbele pijl Z aangegeven richting verplaatsbaar mondstuk 7. Zoals duidelijk 10 zichtbaar in fig. 2 is het mondstuk 7 roteerbaar om de zich evenwijdig aan de Z-richting uitstrekkende hartlijn 8 in de door de dubbele pijl <p aangegeven richting. De tweede slede 6 is verder voorzien van een beeldopname-inrichting 9 waarvan een optische as 10 zich evenwijdig aan de hartlijn 8 uitstrekt. De beeldopname-inrichting 9 is voorzien van een sensor 11, daarvoor gelegen lenzen 12, 13, een 15 gedeeltelijk voor de lens 13 opgestelde afbuigspiegel 14 en een lichtbron 15. De afbuigspiegel 14 sluit een hoek van 45° in met de optische as 10. De lenzen 12, 13 vormen een telecentrisch optisch element waarvan een eerste focusvlak 16 samenvalt met de hartlijn 8 van het mondstuk 7. Verder valt het eerste focusvlak 16 samen met een door de substraat toevoer- en afvoerinrichting 2 ondersteund 20 substraat 17. Een tweede focusvlak 18 van het door de lenzen 12, 13 gevormde optische element valt samen met de sensor 11.

De lichtbron 15 is aan een van het focusvlak 16 afgekeerde zijde van het optische element 12, 13 gelegen en verschaft bijvoorbeeld een diffusieverlichting van een door het mondstuk 7 bijvoorbeeld met behulp van een 25 vacuüm opgenomen component 19.

De component 19 is door het mondstuk 7 opgenomen vanaf een componenttoevoerpositie 20. Hiertoe is het mondstuk 7 op een op zich bekende wijze verplaatst door de pijlen X en Y aangegeven richtingen.

Tijdens het verplaatsen van de component 19 vanaf de component-30 toevoerpositie 20 naar een op het substraat 17 gelegen gewenste positie 21, wordt het mondstuk 7 met de daaraan bevestigde component 19 geroteerd om de hartlijn 8 in de door de dubbele pijl cp aangegeven richting. Tijdens het roteren worden met behulp van sensor 11 bij een aantal vooraf bekende rotatieposities afbeeldingen vervaardigd van de contouren van de zich in het focusvlak 16 7 bevindende component 19. Uit deze afbeeldingen van de contouren is met behulp van een rekeneenheid de positie en oriëntatie van de component 19 ten opzichte van het mondstuk 7 vast te stellen. Met behulp van de sensor 11 wordt tevens een of meer afbeeldingen vervaardigd van de positie 21 op het substraat 17. Uit deze 5 afbeeldingen die zijn vervaardigd bij in een rekeneenheid opgeslagen positie van de slede 6 ten opzichte van het frame 4, is de ligging van de positie 21 ten opzichte van het mondstuk 7 en derhalve van de component 19 ten opzichte van de positie 21 te bepalen. Vervolgens kan component 19 nauwkeurig op de gewenste positie 21 worden geplaatst.

10 Doordat met behulp van de sensor 11 de contouren van de component 19 worden waargenomen, kan op een relatief eenvoudige wijze de positie en oriëntatie van de component 19 ten opzichte van het mondstuk 7 worden bepaald. Doordat het optische element telecentrisch is wordt een heldere afbeelding van de component 19 verkregen.

15 Bij de in fig. 3 weergegeven situatie snijdt de hartlijn 8 de optische as 10. Een dergelijke ligging van de hartlijn 8 is met name geschikt voor de relatief kleine componenten 19 waarvan de gehele contour op de sensor 11 kan worden afgebeeld. Indien de component 19 groter is, is het raadzaam om de hartlijn 8 op afstand van de optische as 10 te positioneren, waarbij de hartlijn 8 nog steeds in het 20 focusvlak 16 ligt. Bij een dergelijke ligging zal slechts een nabij de optische as 10 gelegen zijde van de component 19 op de sensor 11 worden afgebeeld. Door het echter laten roteren van de component 19 om de hartlijn 8 zal na een volledige rotatie en het vervaardigen van een aantal afbeeldingen van de contouren van de component 19 toch de ligging van de component 19 ten opzichte van de hartlijn 8 25 kunnen worden vastgesteld.

Het is ook mogelijk om de slede 6 te voorzien van twee beeldopname-inrichtingen 9 waarbij de een bestemd is voor het maken van afbeeldingen van de component 19 terwijl de andere bestemd is voor het vervaardigen van afbeeldingen van het substraat 21. Dergelijke alternatieve 30 uitvoeringsvormen zijn aangegeven in fig. 4-8.

Fig. 4 toont een optische lichtweg van een alternatieve uitvoeringsvorm, waarbij de hartlijn 8 en de optische as 10 elkaar kruisen en op een afstand d van elkaar zijn gelegen. Een dergelijke ligging van de hartlijn is met name geschikt voor de relatief grote componenten 19, waarbij door het roteren van δ component 19 in de door φ aangegeven richting om de hartlijn 8 toch de gehele contour op de sensor 11 kan worden afgebeeld.

Fig. 5 toont een alternatieve uitvoeringsvorm die zich onderscheidt van de in fig. 3 weergegeven uitvoeringsvorm doordat tussen de lenzen 13 en de 5 hartlijn 8 twee prisma-elementen 22, 23 zijn opgesteld ten gevolge waarvan de optische as de hartlijn 8 niet zal snijden maar zal kruisen. Ook op deze wijze is het mogelijk om slechts een zijde van de component 19 op de sensor 11 af te beelden, waarbij door het roteren van de component 19 om de hartlijn 8 in de door pijl φ aangegeven richting toch informatie omtrent de gehele contour van de 10 component 19 wordt verkregen.

Fig. 6 toont nog een alternatieve uitvoeringsvorm die zich onderscheidt van de in fig. 5 weergegeven uitvoeringsvorm doordat gebruik wordt gemaakt van slechts een enkel prisma 22. Het focusvlak 16 strekt zich hierbij niet dwars uit op de optische as tussen de sensor 11 en de lens 13 maar sluit een 15 stompe hoek hiermee in. Ook bij een dergelijke uitvoeringsvorm kruist de optische as de hartlijn 8 en is het mogelijk om afbeeldingen te vervaardigen van een enkele zijde van de component 19.

Fig. 7 toont een alternatieve uitvoeringsvorm van een component-plaatsingsinrichting die is voorzien van een slede 26. De slede 26 onderscheidt zich 20 van de in fig. 2 weergegeven slede 6 doordat tussen de afbuigspiegel 14 en het mondstuk 7 een bundelverschuiver 27 is gelegen. Een dergelijke bundel-verschuiver 27 omvat bijvoorbeeld de in fig. 5 weergegeven prisma’s 22, 23 of de in fig. 6 weergegeven prisma 22.

Indien de contouren van relatief kleine componenten 19 dienen te 25 worden vastgesteld, wordt met behulp van het mondstuk 7 de te plaatsen component 19 in een lichtweg 28 gebracht waarbij tussen de component 19 en de lens 13 enkel de afbuigspiegel 14 is gelegen. Indien een relatief groot component 19 moet worden geplaatst, wordt deze component 19 met behulp van het mondstuk 7 een Z-richting omhoog verplaatst waarbij component 19 in de lichtweg 29 is 30 gelegen. Hierbij bevindt zich tussen de component 19 en de lens 13 niet alleen de afbuigspiegel 14 maar ook de bundelverschuiver 27. Op deze wijze kan afhankelijk van de grootte van de te plaatsen component 19 ofwel direct de gehele contour op de sensor 11 worden afgebeeld ofwel de contouren van een zijde van de component 19 op de sensor 11 worden afgebeeld. Door rotatie van de component 9 en het maken van een aantal afbeeldingen wordt toch informatie over de gehele component verkregen.

Fig. 8 toont nog een andere uitvoeringvorm van een component-plaatsingsinrichting volgens de uitvinding die is voorzien van een slede 36. De 5 slede 36 onderscheidt zich van de in fig. 2 weergegeven slede 6 doordat met behulp van de sensor 11 een afbeelding van het substraat 17 wordt vervaardigd terwijl met behulp van een afzonderlijke beeldopname-inrichting 37 een afbeelding van de component 19 wordt vervaardigd. De beeldopname-inrichting 37 is net als de beeldopname-inrichting 9 voorzien van een sensor 38, daarvoor gelegen 10 lenzen 39, 40 en een aan een van de sensor 38 afgekeerde zijde van de hartlijn 8 gelegen lichtbron 15. De lenzen 39, 40 vormen een telecentrisch optische element waarvan een focusvlak samenvalt met de hartlijn 8 van het mondstuk 7. | j 031471

Claims (10)

1. Componentplaatsingseenheid voor het plaatsen van een component op een substraat, welke componentplaatsingseenheid is voorzien van ten minste 5 een om een hartlijn roteerbaar mondstuk waarmee een component opneembaar is en plaatsbaar is op het substraat, welke componentplaatsingseenheid verder is voorzien van ten minste een sensor voor het bepalen van de oriëntatie van de component ten opzichte van het mondstuk, waarbij tussen de sensor en het mondstuk ten minste een optisch element is voorzien, met het kenmerk, dat een 10 eerste focusvlak van het optisch element ten minste nagenoeg samenvalt met de hartlijn van het mondstuk terwijl een tweede focusvlak nagenoeg samenvalt met de sensor, waarbij een met behulp van de sensor vervaardigde afbeelding een contourafbeelding van de component is.

2. Componentplaatsingseenheid volgens conclusie 1, met het 15 kenmerk, dat de optische as van het optisch element zich evenwijdig uitstrekt aan de hartlijn van het mondstuk, waarbij tussen het optisch element en de hartlijn een afbuigelement is opgesteld, met behulp waarvan ten minste een contour van de door het mondstuk opgenomen component afbeeldbaar is op de sensor.

3. Componentplaatsingseenheid volgens een der voorgaande 20 conclusies, met het kenmerk, dat met behulp van de sensor tevens een afbeelding van ten minste een deel van het substraat vervaardigbaar is, waarbij het substraat ten minste nagenoeg in het eerste focusvlak is gelegen.

4. Componentplaatsingseenheid volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het eerste focusvlak gedeeltelijk ten minste nagenoeg samenvalt met 25 de hartlijn van het mondstuk en gedeeltelijk ten minste nagenoeg samenvalt met het substraat.

5. Componentplaatsingseenheid volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het optisch element telecentrisch is.

6. Componentplaatsingseenheid volgens een der voorgaande 30 conclusies, met het kenmerk, dat met behulp van de sensor een tweedimensionele afbeelding van de component vervaardigbaar is.

7. Componentplaatsingseenheid volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de componentplaatsingseenheid is voorzien van een lichtbron die is gelegen aan een van de sensor afgekeerde zijde van het 0 3 14 7 1 focusvlak.

8. Componentplaatsingseenheid volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de optische as en de hartlijn elkaar snijden.

9. Componentplaatsingseenheid volgens een der voorgaande 5 conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de optische as en de hartlijn elkaar kruisen.

10. Componentplaatsingsinrichting die is voorzien van ten minste een substraat toevoer- en afvoerinrichting, ten minste een componenttoevoerinrichting en ten minste een componentplaatsingseenheid volgens een der voorgaande conclusies. 0 3 1 4 7 1 .